堆取料机重型钢轨的焊接

【摘 要】 对钢轨的焊接性进行分析，通过实验确定焊接接头的收缩量，并采用合理的焊接方法、焊接规范，使钢轨焊接后焊缝达到图纸要求。

【关键词】 重型钢轨 焊接

1 概述

堆取料机是料厂作业中的重要环节之一，它将料厂的煤或矿石输送到地面运输皮带上并运到指定地点。而堆取料机回转装置中的钢轨在运输过程中起到非常重要的作用，它直接影响到整条线的生产效率。我公司在为秦皇岛制造的堆取料机回转装置中，其轨道采用U71Mn钢制造的轨头为120重型钢轨，并由三段钢轨焊接成轨道中心为φ9000大直径的圆形轨道，它具有重载、刚度强、焊缝质量及尺寸精度要求高特点，为确保其质量，我们做了全面的工艺分析与研究。

2 U71Mn钢的成分与性能

U71Mn钢的成分与性能见表1。

3 U71Mn钢的焊接性

3.1 碳当量

根据国际焊接学会IIW碳当量公式计算：

CE（IIw）=C+Mn+（Cr+Mo+V）+（Ni+Cu）（%）=0.77+=1.02（%）

3.2 裂纹

此钢属于高碳钢，淬硬性高，很容易产生又硬又脆的高碳马氏体。在焊缝和热影响区中容易产生裂纹，若焊接材料、工艺参数选择不当时，容易产生冷裂纹。

4 焊接材料

应尽量选用抗裂性能好的低氢型焊材。根据设计要求，我们选用了强度级别比母材低一级的低氢型焊条J607，因钢轨上表面易磨损所以焊接上表面时选用堆焊焊条D132。

5 实验确定焊接接头的收缩量及弯曲变形量

钢轨接头处焊接前预留间隙20mm，预留弯曲变形量，见（图1）。

（1）实验1：焊前L=1000mm 焊后L′=995mm 收缩量为5mm

焊前H=1mm 焊后H′=0mm 变形量为1mm

（2）实验2：焊前L=2000mm 焊后L′=1995mm 收缩量为5mm

焊前H=2mm 焊后H′=1.5mm 变形量为0.5mm

（3）实验3：焊前L=1000mm 焊后L′=996mm 收缩量为4mm

焊前H=1mm 焊后H′=0mm 变形量为1mm

实验证明钢轨焊接后每个接头的收缩量为5mm左右，因回转装置的钢轨焊后为圆形，并由三段钢轨焊接而成，所以三段钢轨下料尺寸应为：

L=（πD-3×20+15）÷3

实验证明钢轨焊接后每个接头的弯曲变形量为1/1000左右。

6 设计工装胎具

（1）焊接时为了防止泄露及避免与其它工件发生焊接，工艺设计了材质为铜的工装胎具。这主要是利用了铜的熔点高、导热性好的特点。见（图2）

（2）在接头两侧工艺设计了门型及L型拘束板，并用斜铁压紧，以防焊接变形。见（图3）

7 焊接工艺

（1）清理工件表面的油、锈、污。

（2）组装时按实验数据1/1000预留反变形量，并将工装胎具（底部铜板、拘束板）夹紧固定好。见（图3）

（3）预热和层间温度：正确选择预热和层间温度可降低焊缝金属和热影响区的冷却速度、抑制马氏体组织的形成。根据碳当量，估算出钢轨的预热温度为370～450℃，采用局部预热，其加热范围为焊口两侧150～200mm左右。控制层间温度不低于预热温度。

（4）焊接方法：采用手工电弧焊，先焊钢轨底部，完成后将两侧铜板胎具装好，焊接腹部及上部见（图2），焊到距上部10mm时，采用堆焊焊条。具体焊接工艺参数见表2。焊接过程中要求连续进行，中间不得停止。

（5）焊后处理：为了消除应力及防止裂纹，焊后立即用火焰在焊缝两侧150～200mm处进行600～650℃的加热，保温2小时，缓冷。

8 结语

采用上述工艺方法焊接的钢轨，经检查达到标准要求，焊缝无一处裂纹，且尺寸精度完全满足图纸要求。

参考文献：

[1]中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.机械工业出版社，1992.

[2]陈祝年编著.焊接工程师手册.机械工业出版社，2002.1.