抓煤机斗体与斗齿的焊接性分析及改进

史大明

本钢维检中心 辽宁本溪 117000

板材发电厂储煤车间的推土机、抓煤机在日常生产中得到大量的应用，推土机底盘，抓煤机的斗齿（属于高锰钢）等经常会出现断裂、磨损、裂纹等缺陷，影响正常生产。抓煤机斗齿的耐磨性主要在于它的硬化能力。高锰钢中加入了适量的铬、钛、钒和稀土元素，改变原有金属组织，使其具有高韧性，高强度和良好的抗耐损性能。

1 高锰钢的焊接性

目前国内所使用的耐磨金属材料大致分为三类，即奥氏体锰钢，白口铸铁及低合金高强度耐磨钢，高锰铸铁的耐磨性高，然而脆性较大，低合金强度硬度高，其韧性低，奥氏体锰钢具有很高的冲击韧度和优质的硬化加工能力，其表层硬度从布氏硬度170~230提高到布氏硬度500~800,具有良好的可塑性和抗冲击耐磨能力[1]。

高锰钢焊接性的性价比低，广泛应用于矿山、冶金、建材、铁路和电力等部门的耐磨件上：如推土机底盘，抓煤机铲齿，球磨机村板。铁路道岔等。高锰钢的元素组成大致为C0.9-1.5%、Mn10-15%、Si0. 3-1.0%、S≤0.05、P≤0. 01%

主要成分是碳和锰，锰元素的主要作用是使奥氏体组织稳定，使Y相区在钢中扩大，从而耐磨性得到改善，当含锰量一定，含碳量提高至1. 5%时，对耐磨性影响不大，但会降低材料的冲击韧性，因此，采用低碳材料。

高锰钢的焊接性较差，主要以下几点原因：

（1）导热能力低膨胀系数大，使焊接区有较大温度梯度，产生较大的内应力从而容易产生焊接裂纹。

（2）高锰钢的组织是奥氏体，在缓慢冷却到900-300°C或反复加热时，在晶界析出碳化物，使材料塑性下降，脆性增大。

（3）高锰钢在冷却过程中不发生相变，但严重的晶体长大也会影响韧性。

（4）有害元素硫、磷在冶炼过程中留存在高锰钢中，增加了钢材的热裂倾向。

开裂：再热裂纹是由于焊接热作，使母材近焊缝区处的低熔点共晶在高温下被重新熔化，在拉力作用下的开裂。

两种裂纹都是沿奥氏体晶界开裂的，虽然热裂纹出现在焊缝或者出现在熄弧的弧坑处，再热裂纹产生在母材的近缝区处，但是产生裂纹的原理大致相同。

预防措施：

（1）焊接时控制引起焊接裂纹可能性的热应力是相当重要的，由于高锰钢的膨胀系数很高并且热导系数较低，焊接冷却时补焊处会产生应力，因此焊接完成冷却时需要用锤击打焊补金属，释放焊接内应力。

（2）补焊时尽量采用较小的热输入避免母材重复受热，可使反复受热的不良影响减至最小。如果上述措施在生产过程中全部应用并操作适当，焊补区产生裂纹缺陷的几率会大大降低的。

2 高锰钢焊接技术的改进方法及焊补的实施

2.1 提高含碳量

高猛冲击韧性较高，高达294J/cm2，含碳量对冲击韧性值影响较大，ak随含碳量增加明显下降，如图1所示

图1 冲击韧物性随含量碳量变化曲线

2.2 焊接选择的材料

（1）采用手弧焊，根据木材种类选择焊接材料，焊条选用Q235与ZGMn13的焊接。为防止焊接裂纹和保证焊缝的塑韧性，选用Cr-Ni奥氏体焊条，GBE309-15堆焊Q235侧，D266焊条堆焊ZGMn13斗牙，然后再进行斗牙与斗体的焊接[2]。

（2）焊前清理，首先将磨损的斗齿从斗体上切除，清理焊补处的泥垢，油污和氧化铁皮，仔细检查有无起层，裂纹，夹渣，气孔和缩孔等缺陷，如有缺陷，必须用砂轮或炭弧气刨护除，磨损的位置必须用角向磨光机磨去表面硬化层，因为硬化层的金属在补焊时很容易产生裂纹。

2.3 焊接工艺

（1）在安装斗齿两侧及前方堆焊GB309-15焊条，焊前经300-350℃高温烘干1.5-2小时，焊接电流偏大，采用小的焊接速度以保证熔合区镍含量大于5-6%，防止产生冷裂敏感度高的马氏体。

（2）进行定位焊，斗齿装配到位后，用直径为3.2mm的D266焊条进行两侧对称的定位焊，定位焊缝的长度不得超过30mm，焊后立即水冷并锤击。

（3）打底焊，用直径为3.2mm的D266焊条进行打底焊，采用小电流、直流反极性、短段断续焊。每次停焊时应及时水冷，层间温度控制在60℃以下。

（4）底焊焊完后，改用直径为4.0mm的D266焊条进行断续焊，焊接电流为165A左右，-根焊条分三次焊接完成，每次焊接完成时及时用水冷却到60℃以下，并进行锤击，以消除焊接应力与防止碳化物的析出，左右、前后焊缝每两层进行交替焊接，以保证焊缝的对称性，直至焊脚达到16mm为止。

3 结论

综上所述可以知道高猛钢焊接时易产生的缺陷及防止方法，现从发电厂设备检修实际出现的问题作以上具体分析，经过多次实践，以上这些焊接工艺既保证了焊接质量，提高了修复斗齿效率。降低了维修成本，并且修复后斗齿应用效果很好，有一定的实用价值，我相信这些焊工艺方法在今后的实际工作中将得到更广泛的应用。