阅读说明：本技术 一种Mn13高锰钢的焊接工艺 (Welding process of Mn13 high-manganese steel ) 是由 屈朝霞 夏立乾 王小杰 朱双春 于 2018-06-27 设计创作，主要内容包括：一种Mn13高锰钢的焊接工艺,包括如下步骤：1)将对接板材加工合理的焊接坡口；2)过渡层焊接,采用直流反接极性,焊接方式SMAW,焊接电流110～130A,电弧电压35～45V,焊接速度150～250mm/min,冷却方式,空冷,层道温度≤50℃；每焊完50～100mm长的焊缝后,马上水冷并锤击,测量母材距离坡口10～20mm位置温度,冷却到50℃以下,对表面进行清理后再继续焊接；过渡层厚度4～6mm；3)填充焊缝的焊接,采用富氩气体保护焊焊接,焊接材料使用低合金钢焊丝；焊接电流220～260A,电弧电压28～31V,焊接速度400～450mm/min,冷却方式,空冷,层道温度≤150℃；完成一道后空冷至150℃以下,再进行下一道次焊接。(A welding process of Mn13 high manganese steel comprises the following steps: 1) processing a reasonable welding groove on the butt joint plate; 2) welding a transition layer, namely adopting direct-current reverse polarity, adopting a welding mode SMAW, welding current of 110-130A, arc voltage of 35-45V, welding speed of 150-250 mm/min, adopting a cooling mode, and carrying out air cooling, wherein the temperature of a layer channel is less than or equal to 50 ℃; immediately cooling and hammering after welding a welding seam with the length of 50-100 mm, measuring the temperature of a base metal at a position 10-20 mm away from the groove, cooling to below 50 ℃, cleaning the surface and then continuing welding; the thickness of the transition layer is 4-6 mm; 3) welding the filling welding seam by adopting argon-rich gas shielded welding, wherein a low alloy steel welding wire is used as a welding material; welding current is 220-260A, arc voltage is 28-31V, welding speed is 400-450 mm/min, cooling is carried out in a cooling mode, and the temperature of a tunnel is less than or equal to 150 ℃; after one pass, air cooling is carried out to below 150 ℃, and then the next pass of welding is carried out.)

一种Mn13高锰钢的焊接工艺

技术领域

本发明涉及钢材焊接技术，具体涉及一种Mn13高锰钢的焊接工艺。

背景技术

Mn13钢是由英国人哈德菲尔德(R.A.Hadfield)于1882年发明的耐磨钢。这中钢碳含量较高，一般为0.90％～1.30％，Mn:11.0～14.0％,Si:0.10～0.50％,S,P≤0.35％。该钢为奥氏体组织，其在受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形，随着位错密度大量增加，结果显示在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高。Mn13钢本身焊接性较差。Mn13钢焊接最主要问题是在热影响区产生碳化物的析出，从而引起热裂纹的产生，导致焊接接头的破坏。

中国专利公开号CN1439481A公开了“高锰钢焊接焊条及其焊接方法”，焊条药皮成分配比为：大理石20～25％、萤石15～18％、石英4～5％、钛白粉2～4％、硅铁2～5％、金属锰30～35％、金属铬20～25％，焊芯为低碳优质钢H08A。并要求高锰钢焊接中采用小规格的焊条、小的电流、短弧焊接、不摆条直线快速运条，焊接过程中采用风冷或水冷、焊后强制冷却。

中国专利公开号CN1442265A公开了“高碳钢钢轨与高锰钢辙叉焊接工艺方法”，采用手工电弧焊方法，在钢轨侧堆焊Cr-Ni-Mo系合金过渡层，在辄叉侧堆焊Mn-Cr-Ni系合金过渡层并进行固溶处理，然后将二者双U型坡口接头进行对称焊接。

中国专利公开号CN105312744A公开了“中锰耐磨钢与30MnSi槽帮钢熔化极气体保护焊工艺”，通过优化焊接电流、焊接电压、焊接速度和道间温度，选用合适的保护气体以及气体流量来获得良好的焊接接头，接头抗拉强度≥725MPa，室温冲击Akv≥120J，弯芯直径144mm弯曲角度180°合格。所用焊丝化学成分为：C 0.05～0.12％、Mn 6.00～8.00％、P≤0.025％、S≤0.02％、Si 0.30～0.80％、Ni 6.00～9.00％、Cr 17.00～19.00％、Cu≤0.20％、Mo≤0.20％、N≤0.10％，使用的保护气体为Ar+2.5％CO₂混合气。

由上述专利文献所公开的技术方案可以发现，在焊接中、高锰钢时，为获得良好的焊接接头性能，需要严格控制焊接工艺，甚至采用强制冷却工艺，并且配合Ni、Cr含量较高的高合金焊接材料使用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种Mn13高锰钢的焊接工艺，获得良好的焊接接头性能，并且解决以往高锰钢焊接中焊接材料昂贵、焊接工艺要求严苛、焊接效率低下的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种Mn13高锰钢的焊接工艺，其包括如下步骤：

1)将对接板材加工合理的焊接坡口，焊接前对坡口及两侧30mm范围内进行打磨，露出金属光泽，清理表面油污和锈迹；

2)过渡层的焊接

采用手工电弧焊焊接方法，焊接材料使用不锈钢焊条，其熔敷金属化学成分为：C≤0.10％，Mn 6.00～9.00％，Si≤0.70，Cr 18.0～22.0，Ni 9.0～11.0％，S≤0.030％，P≤0.035％；

过渡层焊接时采用直流反接极性，焊接方式SMAW，焊接电流

110～130A，电弧电压35～45V，焊接速度150～250mm/min，冷却方式，空冷，层道温度≤50℃；每焊完50～100mm长的焊缝后，马上水冷并锤击，冷却水应集中浇在近焊缝母材侧，同时对焊缝进行反复快速锤击，测量母材距离坡口10～20mm位置温度，冷却到50℃以下，对表面进行清理后再继续焊接；过渡层厚度为4～6mm；

3)填充焊缝的焊接

采用富氩气体保护焊焊接方法，焊接材料使用低合金钢焊丝，其熔敷金属抗拉强度≥590MPa，保护气体为80～85％Ar+15～20％CO₂；焊接方式GMAW，焊接电流220～260A，电弧电压28～31V，焊接速度400～450mm/min，冷却方式，空冷，层道温度≤150℃；完成一道后空冷至150℃以下，再进行下一道次焊接。

优选的，所述焊接坡口为单边V形坡口或双V型坡口。

本发明在高锰钢Mn13焊接时，并不完全使用高Cr、Ni含量的高合金焊接材料，降低了焊材使用成本；引入了气体保护焊焊接方法，大大提高自动化程度和焊接效率。将焊缝分成过渡层和填充层，采用不同焊接方法和焊接材料完成接头的焊接，在保证接头性能的同时兼顾经济性。

采用本发明焊接工艺，可有效控制焊接接头热影响区中的碳析出，避免裂纹的产生和性能弱化。

以往在焊接高锰钢Mn13时，整个焊缝全部采用不锈钢焊材，本发明中将焊缝划分为过渡和填充两部分施焊，在过渡层使用不锈钢焊材，在填充焊缝使用低合金钢焊材。通过过渡层的加入以及过渡层厚度的规定，避免了元素扩散而造成的低合金钢焊材填充焊缝性能恶化问题。保证了整体焊缝的性能，较低了焊接材料成本。

以往在焊接高锰钢Mn13时，为了避免热影响区碳化物的过度析出，需要对每道焊缝强制冷却，焊接工序极为繁琐。本发明中，通过一定厚度的过渡层隔离，以及焊接参数和层间温度的限定，将填充焊缝焊接过程中对热影响区二次加热的不利影响控制在可以接受的范围。实施例中附图4可以看出，最终焊接接头热影响区碳化物析出并不明显。采用熔化极气体保护焊方法，省去填充焊缝每道水冷工序，极大的提高了焊接效率。

采用本发明提出的焊接工艺所获得的高锰钢对接接头，拉伸、弯曲、冲击各项性能良好，满足焊接接头评定要求。

附图说明

图1为本发明实施例焊接接头示意图；图中，1-母材，2-过渡层，3-填充焊缝；

图2为本发明实施例焊接接头宏观；

图3为本发明实施例焊接接头硬度分布；

图4为本发明实施例焊接接头熔合区和过热区金相(400×)。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的高锰钢Mn13焊接方法做进一步的阐述，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均属于本发明的保护范围。

参见图1，本发明的一种Mn13高锰钢的焊接工艺，其包括如下步骤：

1)将对接板材加工合理的焊接坡口，焊接前对坡口及两侧30mm范围内进行打磨，露出金属光泽，清理表面油污和锈迹；

2)过渡层的焊接

采用手工电弧焊焊接方法，焊接材料使用不锈钢焊条，其熔敷金属化学成分为：C≤0.10％，Mn 6.00～9.00％，Si≤0.70，Cr 18.0～22.0，Ni 9.0～11.0％，S≤0.030％，P≤0.035％；

过渡层焊接时采用直流反接极性，焊接方式SMAW，焊接电流110～130A，电弧电压35～45V，焊接速度150～250mm/min，冷却方式，空冷，层道温度≤50℃；每焊完50～100mm长的焊缝后，马上水冷并锤击，冷却水应集中浇在近焊缝母材侧，同时对焊缝进行反复快速锤击，测量母材距离坡口10～20mm位置温度，冷却到50℃以下，对表面进行清理后再继续焊接；过渡层厚度为4～6mm；

3)填充焊缝的焊接

采用富氩气体保护焊焊接方法，焊接材料使用低合金钢焊丝，其熔敷金属抗拉强度≥590MPa，保护气体为80～85％Ar+15～20％CO₂；焊接方式GMAW，焊接电流220～260A，电弧电压28～31V，焊接速度400～450mm/min，冷却方式，空冷，层道温度≤150℃；完成一道后空冷至150℃以下，再进行下一道次焊接。

实施例

20mm厚Mn13钢板对接焊为例，加工60°V形焊接坡口，接头示意图如图1所示。

使用φ4.0mm规格的不锈钢焊条进行过渡层手工电弧焊接，对焊接区域及时水冷和锤击。使用φ1.2mm规格的60kg强度级别低合金钢焊丝进行填充焊缝的富氩气体保护焊接，使用80％Ar+20％CO₂作为保护气体，气体流量20L/min，使用行走小车实现自动焊接。具体焊接参数如表1。

表1焊接工艺参数

焊接接头截面宏观照片(参见图2)，表明接头熔合良好，未见裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。

按照标准GB/T2654-2008《焊接接头硬度试验方法》对上述焊接接头硬度分布进行检测，得出填充焊缝、过渡层、熔合区、热影响区、母材各区域的布氏硬度值，参见图3。

按照标准GB/T2650－2008《焊接接头冲击试验方法》对上述焊接接头的冲击性能进行检测，结果如表2。

表2焊接接头冲击性能

按照标准GB/T2651－2008《焊接接头拉伸试验方法》对上述焊接接头的拉伸性能进行检测，结果如表3。

表3焊接接头拉伸性能

受试部位尺寸/mm	抗拉强度/MPa	断裂位置
			20×25	725	热影响区

按照标准GB/T2653－2008《焊接接头弯曲试验方法》对上述焊接接头的弯曲性能进行检测，结果如表4。

表4焊接接头侧弯性能

试样尺寸/mm	弯曲形式	压头直径/mm	弯曲角度	弯曲结果
					20×10	侧弯	60	180°	合格
20×10	侧弯	60	180°	合格
					20×10	侧弯	60	180°	合格
20×10	侧弯	60	180°	合格

尤其对焊接接头薄弱点熔合区和过热区位置进行微观金相分析(参见图4)，过饱和的碳以碳化物的形式在晶界析出，相较母材晶界析出物未见明显增多，晶界弱化不明显。

本发明高锰钢Mn13焊接工艺，很好地抑制了碳化物在热影响区中的析出而造成的接头性能弱化。只在过渡层焊接时使用合金含量较高的不锈钢焊材，并辅以随焊水冷。而在工作量大的填充焊缝采用更高效率的气体保护焊，使用常规低合金钢焊材，无需特殊的冷却处理，极大提高了焊接效率节约了成本。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。