新型桩基冲击锤耐磨牙的焊接工艺

洪天识

【摘要】耐磨牙是冲击锤上的主要部件，所以冲击锤耐磨牙的好坏直接影响着生产效率，我们评判某种耐磨牙的好坏的方法，就是看它的使用时间和破碎量。本文介绍的新型桩基冲击锤耐磨牙是一种专门为打桩工程而开发的高强度、高耐磨、高韧性的特殊合金材料，必须考虑焊接材料的选定和焊接工艺的制定。

【关键词】新型桩基冲击锤耐磨牙；异种钢焊接；CO2 气体保护焊；（ER308）不锈钢实心焊丝；直接焊接法；堆焊隔离法

1.前言

常用耐磨牙材料是经热处理的35#钢（硬度为HB280-300），冲击锤体是35#铸钢（ZG270-500），这两种材料的焊接工艺和焊接规范已经比较成熟。2014年，某公司研发了一种专门为打桩工程而开发的高强度、高耐磨、高韧性的经过预热处理的特殊合金耐磨牙，如图1所示。

该新材料主要由金属锰和钼在冶炼过程添加大量的稀土组成，因为是刚研发的，又添加特殊的合金元素，因此其焊接难度较大，也无现成可借鉴的焊接工艺。

2.材料的分析及焊接的难度

耐磨牙和35#铸钢的化学成分（质量分数）%见表1。

由表1可以看出耐磨牙为高碳合金钢，35#铸钢为中碳钢，为异种金属焊接。

2.1异种金属的焊接

异种金属焊接比同种金属焊接复杂得多，异种金属焊接时，异种金属之间形成的金属化合物愈多，焊缝愈难熔合，还有异种金属焊接时，焊缝和两种母材金属中的部分金属元素会被烧损或氧化，不易达到等强度等等。

2.2钢的淬硬倾向

实践表明：中碳钢与合金钢焊接时，在两种母材金属的热影响区及异质焊缝都容易产生淬硬组织和裂纹，随着碳钢量的增加，焊后在热影响区及焊缝区易产生粗大的过热组织和马氏体组织，而马氏体组织本身硬而脆会直接形成裂纹，尤其在低温焊接时，冷裂纹的倾向更为明显。为防止产生淬硬组织和裂纹，通常采用焊前预热即预热温度的控制和选择、合理选用填充材料、合理选用焊接工艺、焊后热处理等措施。

2.3氢

氢是焊接时引起延迟裂纹的重要因素之一，焊缝中含氢量的变化，会促使裂纹倾向增大、焊缝组织变脆、韧性严重下降。

3.实验

3.1焊接材料的选择

为保证异质焊缝与母材金属等强度，应按合金结构钢的强度级别来选用填充材料，为了避免焊缝形成马氏体组织，就必须选用含Cr和Ni含量较高的填充材料，在实验初期，我们选择YD256硬面耐磨堆焊药芯焊丝进行焊接，焊接后偶尔发现冷裂纹，在冲孔试验中效果不理想。我们进一步选用含Cr和Ni高的ER308（H08Cr21Ni10Si） 不锈钢实心焊丝，焊缝质量得到大大提高，焊接24小时后无损检测未发现裂纹，进一步冲孔工程试验，冲孔效率提高近3倍，耐磨牙成本降低一半以上，基本上符合要求。

3.2焊接方法的选择

CO2气体保护焊其热输入相对于手工电弧焊较少、热影响区较窄、内应力也较小，抗锈能力强，焊缝含氢量低，不易产生气孔和氫脆，同时其焊接效率和焊接效益均优于手工焊，因此我们采用的焊接方法是CO2气体保护焊。

3.3焊接工艺的选择

3.3.1直接焊接法

3.3.1.1新型桩基冲击锤耐磨牙出厂前焊接面已留有坡口面，组装前应将焊接面及附近的氧化皮、铁锈、油脂及残留的型砂清除干净。

3.3.1.2新型桩基冲击锤耐磨牙是经过预热处理的特种合金，故使用过程禁止使用火焰切割或火焰直接加热，所以焊接前只对锤体焊缝附近进行预热，预热温度150～200℃之间，采取焊前预热的目的是为了减少焊前母材金属（锤体）与焊接过程中母材金属（耐磨牙）的温度差，有效地防止产生淬硬组织及裂纹。

3.3.1.3控制层间温度，采用较小的焊接规范和焊接参数，坚持多层多道焊的方式，如图2。一个锤体有很多个耐磨牙，所以施焊时，一端焊一道后再焊另一端，采取交替进行焊接，如图3这样层间温度控制在100～200℃之间，层间温度不应过高，以免晶粒过于粗大而影响韧性。

3.3.1.4焊接参数（见表2）

3.3.1.5焊接过程中，不断采用尖端φ0.5-1.0mm的圆形榔头敲击焊缝，利于焊接内应力的释放。

3.3.1.6采取交替焊接，控制层间温度，所以也没进行后热。

3.3.2堆焊隔离法

低成本原则，在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊接方法。

3.3.2.1先在耐磨牙的坡口表面上用ER308不锈钢实心焊丝堆焊一层过渡层，形成密封面，厚度为5～6mm，再用ER50-6实心焊丝填充焊缝。

3.3.2.2 ER50-6焊丝的化学成分及力学性能。

3.3.2.3焊接规范和焊接工艺（同上3.3.1直接焊接法）。

4.结论

通过对新型桩基冲击锤耐磨牙焊接性能的分析研究，从下面的数据，可以判断此次制定的焊接规范和焊接工艺是可行的。

5.工程实践

经一年多在浙江鼠浪湖一期、二期桩基，洋山四期桩基，厦门仙岳高架改造桩基，厦门海堤改造桩基，南平、汕头、漳浦等多处工地现场施工证实新型桩基冲击锤耐磨牙不仅可冲击岩石抗压强185MPa，同时具有超长使用寿命，而且比其它耐磨牙提高了三倍施工效率。

参考文献

[1] 《焊接手册》.机械出版社.2003.

（作者单位：中交三航局厦门分公司）

【中图分类号】TU473.1

【文献标识码】A

【文章编号】1671-3362（2017）09-0044-03endprint