高锰钢焊接工艺特点
高锰钢的补焊和焊接
高锰钢件的焊接和补焊
高锰钢件的焊接和补焊是很困难的，这是由于高锰钢的化学成分和组织以及性能的特殊性所决定的。
高锰钢的线收缩率较一般钢大1倍多，而导热性能则远远低于一般的钢中。
在焊接混入焊补之后它的热影响区范围内的温度分布也极不均匀。
在热影响区内本体的组织发生较大的变化，有大量碳化物析出，使金属变脆，冲击韧性明显下降，即使焊后立即淬入水中也难以达到材料原有的性能。
高锰钢铸件焊补时必须尽量使焊补的金属冷凝时也得到奥氏体组织。
只有在焊接金属冷凝后成为奥氏体组织并尽量减小热影响区，减少奥氏体组织的分解量，减少焊接金属热裂条件下才能保证高锰钢铸件在焊补后的质量。
焊缝处和焊补金属的组织对冷却速度是很敏感的。
缓冷时会有大量析出碳化物或同时形成珠光体型组织。
高温下焊接金属的奥氏体晶粒很容易长大，从而降低焊接和补焊部位的金属强度、塑性和韧性。
为使焊接和焊补部位的金属能得到奥氏体组织，必须用特殊的焊条而且其中成分中的Mn/C要高些，以防止碳化物析出，为了得到单一的奥氏体组织，也可以加入其他合金元素如铬、铌等。
在焊缝金属成分中，磷对质量的影响很大，磷的偏析倾向很大，很容易形成磷共晶。
这些共晶组成物使晶界加厚，减弱晶间强度。
在高温下当它尚处于液态时，由于焊缝处存在拉应力，在拉应力的作用下，它必然容易被拉裂，形成热裂。
这种拉应力是由于焊接时局部受热，当其冷却收缩时受到周围金属的牵制而形成的。
大型挖掘机铲斗高锰钢焊接工艺的研究
大型挖掘机铲斗高锰钢焊接工艺的研究孔海旺;刘兰平【摘要】高锰钢在较大的冲击载荷或接触应力作用下,其表层迅速产生加工硬化,生成高密度位错和形变孪晶,产生高耐磨的表面层,内层奥氏体仍保持着良好的韧性.当焊接、切割、碳弧气刨等工序使高锰钢再次加热,极易使碳化物沿晶界析出,从而使其热影响区失去韧性而变脆.本文通过对大型挖掘机铲斗材料和结构的研究,制定出既能保证焊接接头质量又经济的大型挖掘机铲斗的高锰钢焊接工艺.【期刊名称】《铸造设备与工艺》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P28-31)【关键词】高锰钢;加工硬化;焊接性;大型挖掘机铲斗【作者】孔海旺;刘兰平【作者单位】太原科技大学材料学院,山西太原030024;太钢峨口铁矿,山西忻州034207【正文语种】中文【中图分类】TG145挖掘机是重要的工程机械之一，被广泛用于建筑、化工、水利、矿山等领域，。
挖掘机铲齿材料为ZGMn13，安装在斗轮式挖掘机铲斗的前端，与物料的直接接触极易造成铲齿的磨损，是斗轮式挖掘机设备的主要消耗零件，如图1所示。
因此，在实际生产中，经常遇到高锰钢磨损件的补焊、高锰钢构件的焊接以及高锰钢与结构钢、耐磨钢的焊接等问题。
1 高锰钢的焊接性金属的焊接性是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
焊接性包括两个方面：一是工艺焊接性，主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性。
二是使用焊接性，主要指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。
衡量金属焊接性的方法通常是碳当量估算法和抗裂纹敏感性试验法。
碳当量C愈高，金属的可焊性愈差。
图1 大型挖掘机露天工作高锰钢的焊接性是非常差的，曾一度被认为是不可焊材料。
铸态高锰钢存在着网状碳化物和铸造应力。
是不可焊的。
高锰钢必须在水韧处理后进行焊接。
但水韧处理后的奥氏体钢在重新加热至250℃～800℃时，存在着碳化物析出的脆性温度区间，尤其是在500℃-700℃较为突出。
高锰钢的焊接工艺
高锰钢的焊接工艺介绍高锰钢是一种具有高强度和耐磨性的特殊钢材，常用于制造机械零件、工具和耐磨构件等。
在进行高锰钢的焊接时，需要采取特定的工艺和措施，以确保焊接接头的质量和性能。
焊接前准备在进行高锰钢的焊接之前，需要进行充分的准备工作，包括材料准备和设备准备。
材料准备选择合适的高锰钢焊接材料，确保其符合焊接要求，并具有良好的可焊性和相容性。
材料准备还包括对焊接材料进行清洁和除锈处理，以确保焊接接头的质量。
设备准备选择适合高锰钢焊接的设备，包括焊接机、电极、焊丝等。
确保所有焊接设备都经过良好的维护，并具备稳定的电力供应和良好的接地条件。
焊接工艺高锰钢的焊接工艺与普通钢的焊接工艺有所不同，需要采取一些特定的措施以确保焊接接头的质量和性能。
选择适当的焊接方法高锰钢的焊接方法可以选择电弧焊、气焊、激光焊等，根据具体情况选择适合的焊接方法。
其中，电弧焊是常用的焊接方法，可以分为手工电弧焊和自动电弧焊。
控制焊接参数在进行高锰钢的焊接时，需要控制好焊接参数，包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等。
合理的焊接参数可以保证焊接接头的质量和性能。
采用预热和后热处理高锰钢的焊接过程中容易产生焊接应力和氢裂纹等问题，为了避免这些问题的发生，可以采用预热和后热处理的方法。
预热可以减少焊接应力，后热处理可以消除氢裂纹。
进行焊接试验和检测在完成高锰钢的焊接后，应进行焊接试验和检测，以确保焊接接头的质量和性能。
常用的焊接试验和检测方法包括断口观察、硬度测试、X射线检测等。
结论高锰钢的焊接工艺需要采取特定的工艺和措施，以确保焊接接头的质量和性能。
选择适当的焊接方法、控制好焊接参数、采用预热和后热处理，以及进行焊接试验和检测，都是保证高锰钢焊接质量的关键步骤。
以上为高锰钢的焊接工艺文档的内容。
Mn13高锰耐磨钢
钢号有：110Γ13π、110Γ13X2BPπ、110Γ13ΦTπ、130Γ14XMΦAπ、120Γ10Φπ;ISO
奥氏体锰钢铸件国际标准[ISO13521:1999(E)]牌号有：GX120MnMo7-1、GX110MnMo13-1、GX100Mn13、GX120Mn13、GX120MnCr13 2、GX120MnNi13-3、GX120Mn17、
GX90MnMo14、GX120MnCr17-2。
五、Mn13切割加工工艺
1、Mn13高锰耐磨钢板的切割,建议采用等离子切割。
等离子切割分为水下等离子和空气等离子切割两种。
采用水下等离子切割时,等离子气体可产生几千度的高温,高锰钢板切口处迅速熔化,并因水的阻隔避免了氧化,水又对钢板及
时进行冷却,阻止碳化物析出,使钢板切割面光滑平整,无热影响区,切割质量最佳,是切割高锰
钢的首选。
也可采用空气等离子切割。
2、Mn13高锰耐磨钢板也可采用传统的火焰切割。
采用火焰切割时,建议采用切割小车,根据钢板厚度不同,采用不同规格的枪头,燃气和氧
气配比调整适当(最好是中性火焰),最好是全部调整好后再开始下料,防止因中途熄火引弧造
成断面缺口,影响切割质量。
3、Mn13高锰耐磨钢板的焊接：
高锰耐磨钢板的焊接可采选用手工电弧焊的方法。
焊条选用D256（堆256）或D266（堆266）焊条；焊接前应打磨焊缝，要彻底清理
工件坡口及边缘，去除铁锈、油污，同时将焊条烘干；焊接时，应选择小直径焊条（一般为3mm-3.5mm），小电流、高电压、多焊层、多焊道、快速焊接；如采用直流焊接，焊条接正极；焊接每层后要锤击焊缝，以提高其抗热裂纹能力。
也可使用流动水快速降温。
高锰钢的焊接性研究
高锰钢的焊接性研究作者：廖宗喜来源：《科技与创新》2015年第18期摘要：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/ki.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。
高锰钢定义分类性能及特点
一、什么是高锰钢？我国与美、日、俄等国的典型高锰钢技术标准比照如何，用吸铁石能鉴别高锰钢吗？标准的高锰钢（Mn13）又叫哈德菲尔德钢，是英国人Hadfield于1882年发明的。
我国关于高锰钢的标准可查国家标准（GB/T5080-1998），与国外主要发达国家的比照如下：用吸铁石鉴别高锰钢是利用高锰钢无磁性的特点，但现实中有很多材料如部分不锈钢、耐热钢也无磁性，中锰钢、超高锰钢均无磁性，所以用此法鉴别是不可靠的。
比较简单的鉴别方法是技术人员或现场经验丰富的老师傅用火化兼备法，当然最根本的办法还是请专业部门化验分析，以免错判。
注：各国高锰钢都不是一个牌号，而是一个系列的统称。
二、高锰钢具有什么样的特性？它的抗磨机理是什么？为何至今仍有巨大的生命力？高锰钢在抵抗磨损的同时，由于其极强的韧性，因而抵抗剧烈冲击负荷，其安全性、可靠性是其他材料无法相比的。
高锰钢在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，而芯部仍保持极强的韧性，这种外硬内韧既抗磨损又抗冲击的特点是极其有利的。
且表面受冲击越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好。
表面被磨损后，次表面又被硬化，因而这一性能优势便被广泛应用于矿山、冶金、军工、建材、铁路、电力等重要环境。
100多年来至今没有有效的替代材料。
随着现代技术的进展，高锰钢的相关潜力不断被发掘，目前已被应用于如“磁悬浮列车”、“凿岩机器人”、“新型主战坦克”等领域。
随着“原位增强”等一系列新技术的成功应用，高锰钢将表现出更优越的抗冲击抗磨损特性，其材料综合性价比的优势将更为突出，故耐磨材料界美其名曰“不朽的耐磨材料”。
三、高锰钢的特点和局限性是什么，错误的选材将会给生产带来什么样的不利影响？由于高锰钢自身硬度很低（HB170-230），在未硬化时耐磨性是极其有限的，其在剧烈冲击下表面迅速硬化而呈现出优良的抗磨性，但如果高锰钢件表面所承受冲击力不足（如小磨机衬板、小破碎机锤头等），则表面不能充分硬化（充分硬化后表面硬度可达HB550以上，反之则在HB350以下）则耐磨性无从发挥，而呈现出不耐磨的状况。
ZGMn13高锰钢的切削加工特点
高锰钢的种类锰含量在11%～18%的钢称高锰钢。
高锰钢分为高碳高锰耐磨钢、中碳高锰无磁钢、低碳高锰不锈钢及高锰耐热钢。
ＺＧＭｎ13是一种高锰钢,因其在承受外来的强大压力或冲击产生变形硬化后,显示出极高的耐磨性能而广泛应用于工程机械和矿山机械中。
同时,它也是一种典型的难加工材料,其切削加工性能在高锰钢中很具有代表性。
1 2高锰钢的性能( 1)高锰钢是一种耐磨钢,经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的塑性和冲击韧性。
( 2 )高锰钢具有很高的耐磨性。
2ＺＧＭｎ13高锰钢的切削加工特点( 1)加工硬化严重。
( 2 )切削温度高。
( 3)切削力大。
( 4 )断屑困难。
( 5 )尺寸精度不易控制。
3切削高锰钢的合理方法3 1通过热处理改善高锰钢的切削性能改善高锰钢的切削性能可以通过高温回火来实现。
将高锰钢加热60 0～65 0℃,保温2ｈ后冷却,使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织,其加工硬化程度显著降低,加工性能明显改善。
加工完成的零件在使用前应进行淬火处理,使其内部组织重新转变为单一的奥氏体组织。
3 2合理选择刀具材料( 1)采用硬质合金刀片常用牌号有:ＹＧ8、ＹＧ6Ａ、ＹＧ6Ｘ、ＹＧ8Ｎ、ＹＷ1、ＹＷ2Ａ、ＹＷ3、ＹＣ4 5、767、798、813等。
虽然ＹＧ类硬质合金较为常用,但其不适于高速切削。
因为高速切削钢料时,切削时的高温将使刀具前刀面上形成强烈的月牙洼磨损,并加速后刀面磨损,刀具耐用度降低。
在切削速度较高且切削过程较平稳的情况下可考虑选用ＹＴ类硬质合金。
ＹＧ类硬质合金中添加适量的ＴａＣ或ＮｂＣ(一般为0 5 %～3% ) ,可提高其硬度和耐磨性而不降低其韧性。
随着硬质合金中含钴量的增加,这些优点更为显著。
因此,以ＴａＣ和ＮｂＣ为添加剂的通用型硬质合金也适用于高锰钢的切削加工。
( 2 )采用金属陶瓷刀片采用金属陶瓷刀片进行高锰钢的精车、半精车,可选用较高的切削速度,加工表面质量好,刀具耐用度高。
X120Mn12高锰钢加工性能特点
高锰耐磨钢X120Mn12加工性能特点
X120Mn13高锰钢加工特点:
（1）切割：
X120Mn12钢板可以采用等离子或激光切割。
（2）成型：
成型可以毫无困难地进行，因为供应条件下的板材具有延展性。
为避免开裂，已通过剪切加工硬化的边缘应沿要形成的边缘进行2至3毫米的倒角研磨。
如果可能，成型应在一次操作中进行，以避免加工硬化。
（3）钻孔：
由于锰含量为11% 至14%，高锰钢难以钻孔，并且很快加工硬化。
重型、非常坚固的机械需要使用8%钴高速钢的穿甲钻，或者最好使用带有可更换硬质合金刀片的特殊钻头。
避免中心冲孔或让钻头在没有钻进的情况下在表面上摩擦，这会产生加工硬化的效果。
（4）焊接：
焊接应使用E308Mo型奥氏体不锈钢耗材进行。
作为热膨胀系数高、导热系数低的高锰钢，焊接应在低热值下进行。
材料在300°C至800°C的温度范围内长时间放置会因碳化物析出而导致脆化。
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高锰钢ZGMn13焊接工艺
一：什么是高锰钢
高锰钢是指含碳量为0.9%～1.3%，含锰量为11.0%～14.0%的铸钢，即ZGMn13。
二：特点
抗强烈的挤压，冲击耐磨钢。
其表层迅速发生加工硬化现象，使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。
三：焊接选材
⑴焊条用于ZGMn13奥氏体高锰钢焊接的焊条为低碳钢焊芯，并在药皮中加入适量合金元素，使熔敷金属得到高锰钢的化学成分和力学性能。
用于焊接ZGMn13奥氏体高锰钢的焊条有两种类型：一种是高锰钢型焊条D256（EDMn-A-16）和（EDMn-B-16），主要用于堆焊受严重冲击磨料磨损零件，如碎石机颚板等；另一种是
Cr-Mn型焊条D276（EDCrMo-B-16）和D277（EDCrMo-B-15），其堆焊金属处于介稳定状态的高锰奥氏体，当受到强烈冲击后转变为马氏体，主要用于耐气蚀的堆焊或高锰钢堆焊，如水轮机叶片、挖掘机斗齿等。
⑵焊丝
焊接ZGMn13奥氏体高锰钢用焊丝有Mn-Ni、Mn-Cr、Mn-Mo、Mo-Ni-Cr系高锰钢焊丝和Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系合金钢焊丝，其化学成分，见表31。
Cr-Ni系焊丝不仅具有较高的耐腐蚀性能，能冲击载荷下能声速被加工硬化，而且还在焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢时容许有较高的稀释，可用来作为高锰钢与碳钢焊接时的填充材料。
（奥氏体焊条均可焊接）四：焊接工艺
焊补或焊接ZGMn13奥氏体高锰钢时，应该采用热源集中、线能量小的焊接方法，如手弧焊、熔化极气体保护焊等，不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。
焊补或焊接工艺：
1）焊前必须清理焊补处的泥垢、油垢和铁锈，仔细检查有无起层、裂纹、夹砂、气孔和缩孔等缺陷。
若有这些缺陷，必须用砂轮或电弧气刨铲出。
磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层，因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。
2）焊前不应预热，多层焊时层间温度不应超过300℃，以防止过热使热影响区脆化。
3）焊接时要尽可能地采用小线能量，尽量减少基本金属受热，采取措施为尽可能地加快接头的冷却。
为此，用短弧、直流反极性、跳焊、短段焊、间隙焊、脉冲焊等工艺措施，采用这些措施能在一定程度上减少碳化物的析出。
4）为防止产生热裂纹，可采用Cr-Mn或Cr-Ni奥氏体钢焊条打底。
如果在低碳钢或低合金钢上堆焊ZGMn13奥氏体高锰钢时，可以先焊一层Cr-Ni或Cr-Mn奥氏体钢作隔离焊道，
以防产生裂纹。
5）焊后为消除焊接应力，可用尖锤锤击焊接区。
为使熔敷金属得到奥氏体组织，锤击后要迅速将焊接区进行喷水冷却。
奥氏体高锰钢的特点及其焊接性
奥氏体高锰钢是指碳的质量分数为0.9%～1.3%、、锰的为11%～14%的铸钢。
这种钢在1000～1100℃范围内加热时，可以得到单一的奥氏体组织，然后迅速在水中冷却淬火（水韧处理）能保持单相奥氏体状态。
奥氏体高锰钢具有很高的韧性，是一种非常强韧的非磁性合
金，在冲击载荷作用下，表面层将发生加工硬化而具有高耐磨性，但切削加工困难，仅限于作铸件使用，广泛用于制造要求高耐磨性并承受冲击载荷的零件。
ZGMn13高锰钢的焊接较差，焊接时的主要问题是：
⑴热影响区碳化物的析出高锰钢经1050℃水韧处理后，碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有良好的韧性，但当重新加热超过250℃时，碳就会沿晶界析出碳化物，使材料的韧性大大下降，因此焊补后，在热影响区的一个区段内会不同程度地析出碳化物，不仅失去韧性变脆，而且还会降低耐磨性和冲击韧度。
解决的措施是加快施焊时焊件的冷却速度，缩短在高温下停留的时间，以减少碳化物的析出。
⑵热裂纹倾向严重 ZGMn13高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的1.6倍，但热导率仅是低碳钢的1/6，所以焊接时会产生很大的应力，在S、P有害杂质的作用下，产生焊缝热裂纹和
热影响区的液化裂纹。
解决的措施是严格控制母材中的S、P含量，特别是焊接材料中的S、P含量；其次是采用锤击焊缝等工艺措施，减少焊接应力。
锰钢的特点：
1、锰钢主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。
磨损分为三种：金属构件表面间相互接触并运动的摩擦磨损；其它金属或非金属物料打击金属表面的磨料磨损和流动气体或液体与金属接触导致的冲蚀磨损。
耐磨钢的耐磨性能取决于材料本身，而抗磨钢则在不同的工况条件下表现出不同的耐磨性，材料本身和工况条件两者才能决定其耐磨性能。
铸造耐磨钢和抗磨钢以奥氏体锰钢为主，在一定的条件下经适当热处理的低合金钢也有很好的效果，石墨钢则用于润滑摩擦的工况条件。
2、高锰钢高锰钢是典型的抗磨钢，铸态组织为奥氏体加碳化物。
经1000。
C左右水淬处理后组织转变为单一的奥氏体或奥氏体加少量碳化物，韧性反而提高，因此称水韧处理。
高锰钢最重要的特点是在强烈的冲击、挤压条件下，表层迅速发生加工硬化现象，使其在心部仍保持奥氏体良好的韧性和塑性的同时硬化层具有良好的耐磨性能。
这是其它材料所不及的。
但高锰钢的耐磨性只是在具备足以形成加工硬化的条件下才表现出其优越性，其他情况下则很差。
3、高锰钢的化学成分及力学性能。
4、高锰钢的物理性能。
5、高锰钢由于加工硬化现象，应尽量避免对铸件进行加工。
铸件上的孔、槽尽可能铸出。
但对高锰钢的加工也并非完全不可能。
刀具修整一次进刀加工完的可以进行，不可避免的加工应在铸件工艺设计时放大加工量，以使加工的进刀量避开加工硬化层。
6、高锰钢的焊接性能：高锰钢重新加热时，在250~800。
C间存在碳化物析出的脆性温度区间，且铸态高锰钢又存在网状碳化物以及铸造应力，因此，焊接性能很差。
高锰钢铸件，应在水韧处理后割冒口或缺陷焊补，焊后应快速冷却。
为消除或尽可能减小热影响区，应用小电流，不连续施焊，或边焊边浇水冷却。
焊条采用高锰钢焊条或奥氏体不锈钢焊条。
若存在加工硬化层，应在焊前去除。