李怀君 赵玉梅

【摘 要】堆296（D296）焊条主要用于高锰钢的焊接，在焊接过程中利用水冷方式及控制一定的焊接规范，从而获得耐磨性好并能承受一定冲击载荷的零件。

【关键词】高锰钢；堆296焊条；水冷；简化焊接工艺

中图分类号： TG422 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0135-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.059

【Abstract】Heap 296 （D296） is mainly used for welding of high manganese steel welding electrode， using water， in the process of welding and control certain welding specification， in order to gain good abrasion resistance and can withstand the impact load of parts.

【Key words】High manganese steel；Pile 296 electrode；Water cooling；Simplified welding process

0 前言

高锰钢广泛用于制造耐磨并承受一定冲击载荷的零件，如破碎机械的锤头、齿板、球磨机衬板及铁道道岔等，这些零部件在使用一段时间后，工作部位会出现一定程度的磨损，造成工作面无法工作，如果此时报废将给国家和企业带来很大的损失，为此各应用企业都在进行高锰钢的堆补焊研究。

普通的堆补焊方法是用奥氏体焊条A102（或A107）打底焊做过渡层，然后再用堆焊焊条D266焊工作层，利用不锈钢焊条打底得主要作用是减少裂纹，由于奥氏体不锈钢与模具钢化学成分存在较大差别，因此必须对焊接工艺进行严格要求，并且对焊工也提出了非常高的要求。该法焊接工艺复杂，工作效率非常低，是补焊普通材料焊接时间的两倍之多，焊接质量也很难保证；若用其他方法如喷焊，容易使工件产生变形，补焊的长度和深度均需要严格控制，难度较大，进口的UTP63、UPT67S、UPT7200等焊条，虽然补焊效果较好，但焊条成本高，比国产焊条成本高五倍左右。

笔者经过多年的焊接实践，采用国产研制的D296在浸水条件下并通过控制一定的焊接工艺焊接高锰钢，完全能满足高锰钢的堆补焊要求。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

实验用高锰钢牌号是ZGMn13，主要化学成份（质量分数）如下：C：0.9～1.4%；Mn：11～14%，Si：0.3～0.8%；S和P小于0.5%，由于含碳量和含锰量高，造成其焊接性差，这种钢在1050～1100℃范围内加热可获得单一的奥氏体组织，迅速在水中冷却淬火能保持奥氏体状态，这时它具有高韧性，是一种非磁性合金，在冲击载荷的作用下表面发生硬化而具有高耐磨性，这种钢也叫耐磨钢，由于它加工硬化快，所以切削加工困难，一般限于铸造件使用。采用D296堆焊焊条，其焊芯为H08A，药皮中含有下列物质：Mn、Mo、Cr Wc、CaCO3，CaF2，TiO2（钛白粉），K、Na混合水玻璃，48波美度。

在生产中，经常会遇到高锰钢铸件的焊补或磨损，裂纹件的焊修以及高锰钢构件的焊接等。然而高锰钢的可焊性较差，其主要问题是：

a、焊接热影响区析出碳化物引起脆化，碳化物析出的一般规律是温度在650℃左右时碳化物析出量最为严重，在这个温度区间内停留的时间越长，碳化物析出量愈多。为减少碳化物的析出，应采取措施加快冷却速度，缩短在高温下的停留时间，以减少碳化物的析出，为此一般的焊接方法主要采用减少受热的方法（如脉冲焊、二氧化碳气体保护焊等）和工艺措施（如小的线能量、短段焊、快速焊等）。

b、焊缝上产生裂纹，特别是在近缝区产生液化裂纹，主要问题是因高锰钢材料导热系数小，是低碳钢的四分之一，线膨胀系数大，是低碳钢的1.6倍。易形成较大的内应力，引起裂纹[1]。

1.2 高锰钢水冷焊的工艺方法

采用国产的D296焊条进行水冷焊，焊接步骤如下：

（1）焊前清理缺陷，开好坡口，用砂轮把裂纹或要堆焊的表面打磨至可见金属光泽。

（2）将焊条在350±10℃×1.5h进行烘干，去除焊条药皮中的水分；

（3）焊接工艺的确定，因为高锰钢在经过水淬热处理后组织为奥氏体组织，它处于介稳定状态，当进行堆补焊时，由于高温在极短的时间内就开始析出碳化物使局部相脆化，如果焊接过程中焊缝冷却速度缓慢，将产生屈氏体和马氏体，使塑性和韧性急具降低，产生裂纹，因此在焊接时应最大限度地控制焊接区的温升。具体方法是：

a.将工件放在水中，焊缝距水平10～15mm，利用水来提高冷却速度；

b.焊前不对工件预热，选用小电流，Φ3.2焊条电流用85～95A，Φ4.0焊条电流用95～105A；

c.控制焊缝长度在70～100mm范围内，焊缝熔寬为焊条直径的2～3倍，焊缝重叠率为三分之一；

d.采用直流反接以及短弧焊方法，收弧时特别注意把弧坑堆满，防止发生弧坑裂纹；

e.焊后马上用小锤对焊道进行锤击，当温度降到60～70℃时，再焊下一道焊缝。

2 实验结果及分析

2.1 堆焊层熔敷金属主要化学成分

用水冷堆焊方法，选用D296焊后熔敷金属的化学成份（质量分数）：

C：1.0%；Mn：20.9%；Si：0.14%；Cr：1.5%；Mo：2.4%；S：0.005%；P：0.03%；

由于D296中有稀土元素，所以硫的含量比较低，与ZGMn13对比分析Si、P、S含量明显偏低，在堆焊层中锰的含量比ZGMn13中高，更促进了奥氏体的形成，D296中的Cr和Mo具有细化晶粒的作用，抑制了奥氏体向珠光体的转变，并有提高屈服强度和硬度、增加耐磨性的作用。

2.2 堆焊层硬度

对堆焊试件的表面及心部进行硬度分析，得出的硬度值如下：

通过焊接后对试件硬度进行分析可以看到，在试件表面硬度值较高，均再43HRC以上，而心部硬度值较低，硬度值在25HRC以下。通过分析可知，焊接后试件均为奥氏体组织，保持了高锰钢所具有的塑性和韧性，获得了内韧外坚的焊补工件。

3 小结

采用D296堆焊焊条并采用水冷焊接工艺后，堆焊层未发现裂纹，但偶而有水溅入焊缝内产生气孔，用D296和水冷焊接工艺简化了堆焊工艺，且不用不锈钢焊条打底，从而节省了大量的贵重焊条；焊接过程电弧稳定，飞溅少，二次引弧容易，操作简单，焊缝成型美观，脱渣容易，工作效率高，降低了堆补焊的成本，但不足之处有烟尘量大，焊接时要做好通风防护工作。

【参考文献】

[1]邵荷生，张清编著.《金属材料磨损与耐磨材料》，机械工业出版社，1988：296.

[2]黄太明.异质材料（ZGMn13+16Mn）的焊接，焊接技术，1991（2）.