U71Mn钢轨手弧焊工艺的探讨

【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三级安全教育，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。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册，机械工业出版社，2001.

[2]杨锦辉.U71Mn钢轨道焊接工艺探讨.广东科技，2008.

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