U71Mn钢轨手弧焊工艺的

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【摘 要】本文介绍了一种材质为U71Mn的车间起重机行走钢轨的手弧焊工艺.

【关 键 词】U71Mn钢轨手弧焊

1简介

某设备制造公司车间内起重机行走钢轨有QU38型、QU80型、QU100型三种规格,采用压板安装于混凝土横梁上,设计要求钢轨采用焊接连接.钢轨材质为U71Mn.

2焊接性分析

2.1焊接性能

U71Mn钢为高碳珠光体钢,具有强度高、耐磨性好的特点,是我国主干线铁路钢轨主要使用的钢轨型号之一.由于U71Mn钢含碳量较高,达到0.7%左右,属于高碳钢,碳当量为0.94,焊接性能较差,特别是在焊接热循环的作用下,热影响区的粗晶区是焊接接头薄弱的部位,这个部位会发生晶粒长大,使组织脆化,韧性降低,容易产生焊接裂纹.U71Mn钢化学成分和力学性能见表1.

2.2现场条件

钢轨焊接工作在混凝土横梁上完成,操作空间狭小,保证作业的安全是值得特别关注的问题.

3施工准备

3.1钢轨的处理

（1）钢轨在鱼腹式混凝土梁上就位前应调平调直,满足规范要求.

（2）施焊前,钢轨端部20mm范围内清理干净油、锈、毛刺及泥土污垢至露出金属光泽.

3.2焊接夹板的准备

（1）准备200mm×100mm×20mm的紫铜T2垫板2块.

（2）轨头紫铜托板的准备.托板按QU38、QU80、QU100三种钢轨轨头的形状加工成形各2对.托板宽80mm成型前在板中刨槽,槽宽16mm、深5mm呈圆弧形,托板成型后形状为,与轨头外侧吻合无明显间隙.

（3）紫铜托板弹簧钳加工.焊接过程中为了固定托板,须用-40×5扁钢或Φ12圆钢加工6个形弹簧钳.

3.3保温箱制作

尺寸800mm×400mm×400mm,采用厚度1.2mm以上的铁板制作.保温箱从宽度方向做成两半,合拢后恰好将钢轨包在箱体中间.

3.4技术准备

（1）施焊前进行焊接工艺评定,合格后按工艺施焊.

（2）施焊前组织参加施工的所有有关人员学习相关的“安装施工方案”及有关标准、规范；技术人员对班组进行详细的技术交底和安全技术交底,做好书面记录,并签字确认.

（3）正式施工前组织焊工进行试焊操作练习.

4焊接工艺及要求

4.1施工程序

轨道清理、打磨→钢轨组对→预热→钢轨焊接→焊后回火处理→焊后检查→钢轨焊接接头的磨平处理.

4.2轨端清理、打磨

钢轨调平、调查就位后,在组对前将要组对的钢轨的端部20mm范围内的油、锈、水、泥土污垢清理干净,坡口内清理至出金属光泽,将毛刺打磨平整.

4.3钢轨组对

（1）在焊接过程中钢轨接头会因焊接而产生变形,为此,利用反变形原理在焊接前钢轨组对时将钢轨端头垫高40mm,以保证在焊接完成后钢轨保持平直,组对按照图1所示进行.

（2）组对.组对间隙以轨底间隙为标准.当钢轨端头无坡口时间隙为12mm；当钢轨端头有坡口时间隙为5mm.

（3）钢轨的固定.钢轨端头垫起40mm后,利用已制作好的钢轨压板,拧紧螺母使钢轨固定在行车梁上,每一钢轨接头附近设置4处固定点.当轨底部分焊接完后,松开压板,将钢轨端头垫起高度降低到20mm,再拧紧螺母.同时焊口部位用钢垫板填平.当轨腰部分焊完后,拆除全部垫板并松开压板,此时钢轨接头处应有很小的上跷值.在施焊过程中,根据钢轨恢复平直的情况,决定是否再拧紧压板螺母.在调整固定钢轨接头时,除了保证端头间隙的尺寸以外,还必须保证两根钢轨端头对齐,不得有歪扭和错开等现象.在焊接前和施焊过程中,随时检查两根钢轨中心线的位置在一条直线上,防止焊接完毕的轨道弯曲现象的发生.

4.4预热

两根钢轨端头预热范围为80～100mm,预热温度为250℃,采用氧-乙炔火焰、7号喷嘴围绕轨头、轨腰和轨底反复进行加热,达到预热温度即开始焊接.

4.5钢轨焊接工艺

（1）焊接方法：手工电弧焊.

（2）焊机：逆变式直流焊机Z7-400（IGBT）,直流反接.

（3）焊接材料：采用E7515（J707）焊条,焊前按产品说明书进行烘干.

（4）焊接顺序：轨底焊接→轨腰焊接→轨头焊接→周围修补焊.

（5）焊接夹具见图1（附图）.

（6）每个钢轨接头的焊接,安排电焊工、气焊工和清渣配合工各一人,气焊工负责预热与回火处理,电焊工负责焊接操作,清渣配合工负责清理焊渣、紫铜托板的清理、回火处理保温箱的安装及其他配合性工作.

（7）钢轨底部焊接：焊接第一层焊缝时,焊接电流稍大,为180～200安培,保证焊透和排渣；以后每层焊缝焊接电流为160～180安培.每焊完一层焊缝,必须立即将焊渣清理干净并立即继续施焊至轨底焊接完毕.轨底焊完后将紫铜托板紧贴轨头两侧,托板上的槽与钢轨间隙对正,采用150～170安培的焊接电流,从轨腰的下部向上施焊.每焊一根焊条,立即取下紫铜托板清除焊渣,夹板用水冷却并清除粘附的熔渣后,重新贴在轨头两侧继续焊接直至轨头焊完.最后对焊缝周围未焊饱满的位置进行补焊.

（8）钢轨焊接注意事项：1）施焊轨底的每层焊缝时,保证使用一根焊条一次焊完,中间避免接头或断弧.2）前后两层焊缝的施焊方向相反.3）每个钢轨接头的焊接必须连续作业直至焊完整个接头.4）焊接中途因故长时间停焊时,在每次焊接前必须重新进行预热.5）焊接过程与回火处理过程中,必须避免接头受水淋或急剧冷却现象.

（9）焊后热处理.钢轨焊接完后,立即将电加热片和保温箱安装好并装满石棉粉,将钢轨接头两侧各100mm范围加热至600～650℃,达到热处理温度后恒温1小时,使接头缓慢冷却至室温.

4.6焊后检查

当钢轨接头缓冷到室温后,拆除保温箱,将接头表面的石棉粉清理干净,检查接头表面焊接质量,用着色方法检查有无表面裂纹,若无则表示接头焊接合格.

4.7焊接接头的磨平处理

钢轨焊后检查合格后,对轨头的顶面及两侧面的焊缝进行磨平处理,先用手持电动砂轮将焊接打磨到与轨头平齐,然后用锉刀或细砂纸将表面打磨光滑,清理大的刻痕.

4.8焊接接头底座安装

焊接完成应在轨道接头底部垫放400*300钢板,并在两边焊挡铁各一块,钢板用M10*120膨胀螺栓固定.

5安全保证措施

（1）对所有参加施工的人员进行入场安全教育,并坚持周一安全例会制度.（2）施工前技术员对班组进行详细的安全技术交底.（3）施工班组必须坚持做好班前安全活动.（4）操作人员必须佩带安全帽、穿戴好劳保用品上岗.（5）焊接操作部位临空的一面必须设置足够的作业平台和高度1.2m的护栏.（6）操作人员高处作业必须系好安全带.（7）操作部位的工具物品必须放置稳当,防止坠落伤人.（8）乙炔减压阀必须安装回火防止阀,氧气瓶、乙炔瓶防止爆晒并分类存放,使用时放置相距5m以上.

6结语

对于接头数量不大的工程,手弧焊因其操作灵活方便而具有一定优势.施焊前做好充分的准备,施焊过程严格执行工艺并及时进行检查,保证预热温度和焊后热处理温度是保证钢轨焊接质量的关键.