2026年耐磨钢板焊接工艺研究

2026/09/012026年耐磨钢板焊接工艺研究汇报人：宁丽娜内容导览01材料与焊接性耐磨钢特性与焊接性基础02难点机理剖析冷裂纹与软化区失效机制03参数优化路径预热热输入焊材匹配04质量控制检测无损检测与工艺评定05前沿进展展望2026专利与技术突破材料与焊接性01矿山机械是耐磨钢主战场矿山采掘与破碎装备长期承受强烈冲击与磨料磨损，是耐磨钢需求最集中的场景```###SLOT:right```html200~300万吨年消耗钢材每年因材料磨损消耗钢铁，耐磨钢是控制运营成本的关键材料耐磨钢表层高硬度与优异耐磨性的发挥，高度依赖焊接这一技术性极强的环节，工艺不当会直接削弱耐磨层组织典型磨损部件矿用自卸车车厢挖掘机铲斗与斗齿破碎机颚板与衬板溜槽及筛分设备硬度源于马氏体组织耐磨钢板通过淬火加回火获得马氏体或贝氏体组织，这是高硬度与韧性的基础。组织越硬，焊接性越差，为后续焊接难点埋下伏笔—硬度与淬硬倾向同源典型耐磨钢板牌号硬度对比典型牌号硬度指标组织/强化特征NM450400~480HBW马氏体/贝氏体，淬火回火HARDOX500500HB细晶粒无碳化物马氏体+贝氏体BTW1强化后HRC42~55奥氏体型，应变诱发马氏体硬度与淬硬倾向同源，组织越硬焊接性越差合金元素各司其职强度与耐磨元素Si、Mn增加钢的强度及耐磨性，C与Mn相配合赋予加工硬化能力，提高抗磨性。Cr、Mo降低临界冷却速度，促使钢生成马氏体，改善焊接性能。焊接性约束合金元素总量一般控制在2.5%以下，在热轧或简单热处理状态下使用。焊接性评价综合碳当量计算：国际焊接学会

IIW公式将各元素按淬硬贡献折算加权。三类牌号各有所长马氏体类NM360、NM400、NM450、NM500、NM600

及

HARDOX系列硬度高、淬硬倾向大，焊接需严控预热与热输入硬度高严控预热贝氏体类部分低合金高强度耐磨板，含碳量通常小于

0.25%焊接性较好，仍存在冷裂纹风险焊接性较好冷裂纹风险奥氏体类以

BTW1

为代表，具有应变诱发马氏体相变强化机制表面被磨掉后新表面同样自强化，呈现

"越磨越硬"

特性应变强化越磨越硬碳当量决定焊接难度碳当量是焊接性量化的核心标尺，数值越高，淬硬倾向越强，冷裂纹风险呈台阶式上升。碳当量越高，淬硬倾向越强01碳当量超过

0.45%~0.58%

时，焊接极易产生冷裂纹02高硬度超薄耐磨钢板按

IIW公式

计算，碳当量高达

0.73%，淬硬倾向显著03HARDOX500

随板厚增加碳当量增大，冷裂纹敏感性同步升高碳当量区间→冷裂风险阶梯碳当量是制定

预热温度、焊材选择与热输入

的首要先导指标先导指标焊接难点机理02冷裂纹三要素缺一不可三个因素缺一则冷裂难成，因此工艺优化的核心是同时压低

氢含量、控制

冷却速度、分散

应力硬组织热影响区生成脆硬马氏体，为裂纹提供扩展通道扩散氢焊缝金属或热影响区残留的氢来不及逸出，加剧脆化残余应力焊接热应力与拘束共同作用，驱动裂纹萌生热影响区软化难回避调质态焊接时，热影响区一旦加热超过原始回火温度，必然形成强度、硬度低于母材的软化区，只能减缓，无法消除。形成与危害2项加热超过原始回火温度的区域强度、硬度同步下降严重削弱接头整体性能尤其降低抗磨损能力缓解与矛盾2项小热输入、快冷却可压缩软化区宽度，但无法完全消除硬脆马氏体与软化区并存形成"一硬一软"的性能错配超薄板淬硬倾向更高高碳当量叠加低Ms点，冷裂风险远超普通厚板军工超薄耐磨钢板，碳当量高达0.73%碳当量0.73%军工高硬度超薄耐磨钢板，焊接接头极易出现硬脆马氏体Ms点较低高碳粗大针片状马氏体难以产生低碳马氏体的"自回火"效应，接头严重脆化板厚仅1.5mm需采用小线能量并尽量降低接头含氢量，焊后必须及时热处理，否则冷裂倾向进一步扩大BTW1越磨越硬的代价晶碳化物沿晶析出再次受热超过

250℃碳沿晶界析出碳化物使材料变脆冷却缓慢由颗粒状转为网状，脆性显著增加热导率低、线胀系数1.6倍易形成较大内应力引发裂纹禁止预热禁止后热缩短高温停留时间裂热裂纹成因硫碳含量偏高形成低熔点共晶物焊接应力沿晶界开裂形成热裂纹低熔点共晶沿晶开裂工艺参数优化03坡口设计奠定成败基础坡口形式与清理质量，决定后续焊接的容错空间坡口几何参数4项坡口形式宜采用

V型

或

U型坡口角度控制在

60~70°钝边厚度1~2mm，优化熔合比并减少稀释率组立间隙最大不超过

3mm坡口制备与清理3项制备方式优先采用铣削、刨削等机械加工，避免火焰切割产生淬硬层与微裂纹清理范围坡口两侧

20~50mm

范围内严禁水、油、锈等杂质清理标准多元清除至见金属光泽板越厚预热温度越高可不预热板厚

3≤δ<12·室温

20℃175℃板厚

12≤δ<30200℃板厚

30≤δ<80环境补充环境温度低于

5℃

或湿度较大时，预热温度增加

25℃层间限制最高层间温度控制在

225℃气保焊热输入最克制热输入范围对比3种方法气体保护焊热输入

14~17kJ/cm，最低手工电弧焊热输入

15~21kJ/cm埋弧自动焊热输入

26~31kJ/cm，最高小热输入使焊缝韧性增强、强度提高，变形减小、热影响区变窄三种方法均需预热约100℃Q=K·U·I/V，气体保护焊热效率K取0.8低强匹配优于高强匹配低强匹配优势韧性更大抗裂能力优于高强匹配延伸性更好应力释放更充分裂纹可能性更小焊接安全性更高焊材强度不宜过高，过高会导致焊缝刚性过大、加剧应力集中。推荐焊材参数参数项推荐值焊材类型低氢型或超低氢型焊缝金属氢含量不大于

5ml/100g气体保护焊焊丝ER50-6或GHS-60焊丝直径1.2mm保护气体80%Ar+20%CO₂焊材强度不宜过高，过高会导致焊缝刚性过大、加剧应力集中。BTW1反常规焊接路径焊前禁止预热三项禁令·第一项焊后禁止后热三项禁令·第二项层间温度不超过150℃最好小于100℃第1段焊400~600mm对准焊缝处喷水快冷至室温每焊接约

400~600mm

长度后执行第2段水干后另一侧续焊水干前在另一侧干燥处继续焊接如此循环直至焊完缩短高温停留时间，抑制晶界碳化物析出与热裂纹形成。等离子切割优于火焰切割，可显著减少切口碳化物析出与增碳层。焊后保温回火去应力焊后热处理三段式工艺，确保氢逸出与应力消除。01保温缓冷焊后立即用保温棉覆盖焊缝区域，缓慢冷却至室温，有助于氢逸出与应力松弛02回火处理高硬度超薄板于密闭砂箱回火

650~680℃

保温

2h，随炉冷至

200℃

后空冷，防止氧化03去应力处理将焊缝残余拉应力加工成压应力，使直焊缝平整光滑、正面无凹陷、反面无余高热处理温度须严格控制，避免超过耐磨层组织回火温度导致硬度下降质量控制检测04清理到位是质量第一关焊前清理的本质，是阻断一切杂质进入熔池的路径。清洁标准SURFACE丙酮或酒精擦除油污，砂布、钢丝球打磨至见金属光泽。清理范围COVERAGE焊接处及附近30mm内清除底漆、水分、油污、氧化皮与锈蚀，保持区域干燥。失效机理MECHANISM残留杂质在焊接高温下分解产气，进入熔池形成气孔或夹杂。焊材防潮STORAGE存储环境防潮，必要时烘干确保未受潮。无损检测四项各有分工表表面检测磁粉检测MT针对表面及近表面裂纹渗透检测PT针对表面开口缺陷内内部检测超声波检测UT探测内部气孔、夹渣射线检测RT探测未熔合等体积型缺陷案案例验证48h与ISO5817B级HARDOX500焊缝焊接完成

48小时

后，按DINEN1290等级ISO5817B级进行MT磁粉探伤与VT目视检查。析检测方式对比宏观检验直接目视，无需设备，无法检测内部缺陷。仪器检测可显著提高精度与可靠性。力学金相验证接头性能金相检验用于观察组织结构与缺陷形态，判定是否存在脆硬马氏体或晶界碳化物析出破坏性检测通过制备试样获取性能数据，与无损检测互为补充力学性能测试7项拉伸强度屈服强度伸长率断面收缩率冲击韧性弯曲性能硬度金相分析6项焊缝宏观与微观组织热影响区组织晶粒度夹杂物未熔合未焊透评定标准统一验收口径标准化的评定流程使关键结构焊接质量

有据可依、过程可追溯，实现从经验判断到可复验验收的转变。核心评定标准4项GB/T19869钢、镍及镍合金焊接工艺评定NB/T47014承压设备焊接工艺评定ISO15614金属材料焊接工艺规程及评定AWSD1.1钢结构焊接规范📋评定项目与检测标准力学焊接接头

拉伸、弯曲、冲击、硬度

及宏观金相无损超声波探伤

GB11345-89，射线检测

GB/T3323，磁粉检测

GB/T15822返修须比正式焊接更严耐磨钢板焊接失败后返修工艺与成本均较高，应力争首次焊接合格缺陷清除用机械加工或角向砂轮打磨彻底清除，坡口要合适。补焊要求预热、层温及后热范围适当放宽，温度与正式焊接保持一致。复验闭环依据标准对内部缺陷分级评定，超标缺陷下达整改通知，整改后复验直至合格。前沿进展展望05激光熔覆重塑焊缝性能专利授权"耐磨钢焊接-熔覆复合焊缝及其焊接方法"

发明专利授权河钢股份·授权日期

2026年3月20日核心结构低合金钢填充层WC颗粒增强镍基合金盖面层或封底层工艺与性能采用气保护焊接进行低合金钢焊丝填充，激光熔覆形成外部盖面层，显著提升接头力学与耐磨性能。该方案兼顾焊缝抗冲击与表面抗磨损，适用于多个工业领域高负荷部位。自动化同步化解工序离散01专利信息核心专利公开威克莱冀东申请

"复合耐磨钢板板材焊接装置"

专利。公开号

CN122559446A，申请日期

2026年6月。02装置构成核心集成模块集成

护罩、导向板、清洁部与涂覆机构。以

激光焊接机自身移动

为动力。03同步机制全流程自动化同步驱动清洁刷

旋转清洁焊缝，泵送并涂覆

防飞溅剂。实现

清洁、涂覆与焊接全过程自动化。04效率优势质量效率双升无需额外动力源和人工干预，显著提高焊接效率。保证

焊缝清洁与涂覆质量的一致性。两千兆帕级钢实现量产国产超高强度耐磨钢首次实现2000MPa级量产，强韧匹配难题获得实质性突破。-40℃低温冲击韧性极限强韧匹配难题突破解决高强度韧性控制问题的关键验证环节2000MPa最高强度NM600F级别批量生产的国产超高强度耐磨钢NM600F批量生产-60℃低温韧性韧性与强度、耐磨性良好匹配，解决高强度韧性控制难题强韧性匹配93.4%铸坯质量合格率攻克板条马氏体亚结构细化与