高锰钢的焊接性研究

廖宗喜

摘 要：在工业生产中，高锰钢有着非常广泛的应用。在具体应用过程中，高锰钢所承受的冲击载荷和接触应力较大，存在破裂的危险，进而缩短了高锰钢的使用寿命。为了延长使用寿命，需要利用焊接修复的方法保障高锰钢可继续使用。由于高锰钢的焊接性比较差，因此，对其焊接性进行了研究，并提出了相应的解决办法。

关键词：高锰钢；冲击载荷；接触应力；热裂纹

中图分类号：TG457.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.104

当高锰钢出现破裂后，需要进行焊接修复工作，但因高锰钢的焊接性较差，如果焊接不当，则会引发质量问题，进而影响高锰钢的正常使用。因此，焊接工艺、焊接材料的选择是非常重要的。为了提升焊接质量，需要对高锰钢的焊接性进行研究，选择正确的焊接工艺，以达到延长高锰钢使用寿命的目的。

1 高锰钢的焊接性

高锰钢是一种铸钢，含有碳和锰，在其铸态组织中包含四种组织形式，即奥氏体、碳化物、珠光体和低熔点共晶物。高锰钢的焊接性较差，甚至在一段时间内高锰钢被认为是不可焊接的，如果必须焊接，则需要进行水韧处理。然而，经过水韧处理后，高锰钢的性能会受到影响。目前，人们在坦克履带、矿山破碎机颚板等部件上都应用了高锰钢，这些机件的共同特点是磨损力、冲击力非常强，这也使高锰钢易产生破裂的问题。由于高锰钢的焊接性较差，因此，水韧处理完成后，必须严格选择焊接工艺和焊接材料。

2 高锰钢焊接中的主要问题

在焊接高锰钢时，焊接部位的温度会不断升高，单相奥氏体组织具有的热裂敏感性非常高，在温度升高的影响下，液化裂纹非常容易产生，进而影响高锰钢的性能。液化裂纹常发生在近缝区，此外还会产生焊缝裂纹，二者都属于热裂纹。热裂纹产生的主要诱导因素是高锰钢的某些构成要素，即在高锰钢中包含的有害元素主要以磷和硫为主，同时，还包含磷共晶物。这些物质的存在增加了热裂纹发生的概率，比如Mn-Mn3P共晶的熔点为960 ℃，与之相比，高锰钢的熔点要高很多，进而导致高锰钢易产生热裂纹。此外，虽然高锰钢中的硫元素含量较少，但与其他元素形成共晶物的可能性较高，比如形成Fe-FeS共晶物，其熔点同样低于高锰钢；受膨胀系数的影响较大，高锰钢在焊接完成后的收缩量非常大，导致焊接应力较大，进而使形成热裂纹的可能性提高。

碳化物的析出是高锰钢焊接中最主要的问题。当析出量过大时会产生热裂纹，进而破坏焊接接头。在焊接前，要对高锰钢进行水韧处理，当焊接温度超过250 ℃时，碳化物会逐渐析出，尤其是当温度提升到500～700 ℃之间时，碳化物的析出速度非常快。一般而言，碳化物的析出形态主要有2种：①晶内弥散分布的细粒状、粗粒状；②晶界连续、不连续或网状。随着温度逐渐升高，碳化物的析出速度、数量会随之加快和增长，当到达一定程度时，高锰钢的性能会变得非常差。

3 解决办法

根据上述分析可知，在焊接高锰钢时，当上升到一定的温度后，会出现碳化物析出和热裂纹，进而对高锰钢的性能造成比较严重的影响。因此，在焊接时，除了应尽量降低热输入量外，还需要科学地选择焊接方法和焊接材料。

一般而言，在焊接高锰钢时，可采取在水中焊接和在焊接完成后迅速冷却的方法。在水中焊接时，要保持高锰钢处于水韧处理状态中，并在水中设置支架，在支架上放置高锰钢件，通常情况下，焊接表面与水面的距离应保持在5 mm之内；完成一道焊接后迅速浇冷水促进冷却，同时，为了降低焊接应力，还需要锤击；水中焊接完成后，需要再次进行水韧处理，以便于消除因碳化物析出造成的影响。

在焊接高锰钢时，热裂纹和碳化物析出问题出现的部位为热影响区。因此，焊接接头应采用多层多道堆焊的方法。在具体焊接中，主要采取的方式为断续焊接——当焊缝完成100 mm时浇冷水并锤击，之后继续焊接，直至焊完。

为了验证焊接方法和焊接材料选择的正确性，分别进行了金相组织分析和扫描电子显微分析。经过科学的分析后，验证了上述选择的正确性，碳化物析出和热裂纹问题得到了有效控制，延长了高锰钢的使用寿命。

4 结束语

综上所述，由于高锰钢的焊接性较差，如果焊接工艺、焊接材料选择不正确，则会导致在焊接过程中出现碳化物析出和热裂纹，进而对高锰钢的性能造成严重的影响。因此，针对存在的焊接质量问题，本文选择了恰当的焊接工艺和焊接材料，延长了高锰钢的使用寿命。

参考文献

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[2]郭长庆，程军.高锰钢焊接复合锤头的研制[J].铸造技术，2014，12（03）：341-343.

〔编辑：张思楠〕