魯 宇

（天津天鐵冶金集團(tuán)運(yùn)輸部，河北涉縣 056404）

高錳鋼轍叉焊修技術(shù)在天鐵的應(yīng)用

魯 宇

（天津天鐵冶金集團(tuán)運(yùn)輸部，河北涉縣 056404）

敘述了天鐵集團(tuán)運(yùn)輸部應(yīng)用KD-286焊條進(jìn)行焊修高錳鋼轍叉的工藝過程。針對(duì)該技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)的夾碳、裂紋、未融合及未焊透等問題，從焊接工藝方面進(jìn)行了分析探討。通過待焊補(bǔ)轍叉的焊修表面處理、調(diào)控刨削速度，改進(jìn)堆焊順序、控制冷卻速度、調(diào)整引弧方位等措施消除了該問題，提高了轍叉使用壽命，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

轍叉；碳弧氣刨；堆焊；夾碳；奧氏體

1 引言

天鐵集團(tuán)運(yùn)輸部從建廠初期開始鋪設(shè)的道岔均為高錳鋼轍叉，隨著運(yùn)量的增大，其轍叉?zhèn)麚p數(shù)量逐年增多，連續(xù)3年的轍叉修理統(tǒng)計(jì)出高錳鋼轍叉的傷損率一般約10%左右，年費(fèi)用支出30多萬元。為了節(jié)省采購(gòu)及維修費(fèi)用，決定自行維修焊接轍叉工作。經(jīng)過對(duì)高錳鋼轍叉焊修技術(shù)的研討和實(shí)踐，成功實(shí)施了轍叉焊接技術(shù)，并對(duì)焊修高錳鋼轍叉中出現(xiàn)的夾碳、裂紋、未融合等問題，從焊接工藝方面進(jìn)行了分析探討，提出了改進(jìn)方案。通過待焊補(bǔ)轍叉的焊修表面處理、調(diào)控刨削速度，改善堆焊順序、冷卻速度、調(diào)整引弧方位等措施消除了上述問題，并制定出焊接高錳鋼轍叉的工藝規(guī)程。

2 焊修高錳鋼轍叉的技術(shù)過程

2.1 焊條的準(zhǔn)備

采用規(guī)格為EDMnCrMo-A-16 D286焊條，目前市場(chǎng)上商品代號(hào)是KD286。該焊條施焊后的堆焊層具有極好的抗裂紋性能，具有與高錳鋼相似的物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)及良好的沖擊強(qiáng)化性能[1]。其藥皮采用鈦鈣型，可交直流兩用，在使用直流焊接時(shí)，必須采用直流反接，其最大優(yōu)點(diǎn)在于可以在無需加熱的情況下適用于現(xiàn)場(chǎng)焊補(bǔ)鐵路高錳鋼轍叉。

2.2 焊修方法

焊修轍叉前，要詳細(xì)檢查傷損情況，正確確定傷損部位。根據(jù)傷損情況，對(duì)裂紋、夾層、磨耗等分別采用研磨和碳弧氣刨，消除表面硬化層和破損層，使之呈現(xiàn)出細(xì)膩白色光澤后方可進(jìn)行焊補(bǔ)。

2.2.1 碳弧氣刨

碳弧氣刨是利用碳極電弧的高溫，把金屬局部加熱到熔化狀態(tài)，同時(shí)用壓縮空氣氣流把融化金屬吹掉，從而達(dá)到對(duì)金屬進(jìn)行刨削的一種方法[2]。

（1）電流對(duì)刨槽尺寸影響較大，槽深增加則槽寬增加更甚，采用大電流可以提高刨削速度和較光滑的刨槽質(zhì)量。

對(duì)于不同直徑的碳棒可依下列公式選取電流：

式中：I為電流；d為碳棒直徑，一般碳棒直徑應(yīng)比要求的槽寬小2～4 mm。

（2）電弧長(zhǎng)度

電弧過長(zhǎng)會(huì)引起操作不穩(wěn)且易滅弧，過短又易出現(xiàn)夾碳缺陷，電弧長(zhǎng)度最好穩(wěn)定在1～2 mm。在刨削過程中，電弧長(zhǎng)度變化要小，以保證刨槽質(zhì)量。

（3）壓縮空氣的壓力

空氣壓力越大，對(duì)刨削越有利，常用壓力為4～6 kg/cm2。壓縮空氣中的水分和油分應(yīng)加以控制，含量過多，將使刨槽質(zhì)量變壞，必要時(shí)可加過濾器。

（4）碳棒的伸出長(zhǎng)度在80～100mm較為合適，碳棒每燒損20～30mm時(shí)，就要進(jìn)行調(diào)整。

（5）對(duì)裂紋、夾層等傷損缺陷，采用碳弧氣刨挖成碗型坡口，坡口夾角不小于60°，坡口底部平緩。

2.2.2 施焊

（1）將刨削或研磨后的待焊轍叉，放入水槽內(nèi)的平臺(tái)上，并予以固定，以防焊補(bǔ)時(shí)受熱變形。槽中水位一般在施焊部位以下10～20mm，水以流動(dòng)水為最好，以利于焊補(bǔ)區(qū)域的冷卻。

（2）為使電弧穩(wěn)定和得到良好的焊補(bǔ)質(zhì)量，應(yīng)采用直流電焊，反極接、小電流、短弧堆焊，也可采用交流電焊機(jī)堆焊。施焊電流小，根據(jù)焊條直徑而定，每段焊波長(zhǎng)度亦根據(jù)焊條直徑和電流大小而定。焊波寬度與施焊時(shí)氣溫及焊條直徑有關(guān)，其相互關(guān)系見表1。

表1 焊波寬度表

（3）施焊時(shí)運(yùn)條要平穩(wěn)，速度要一致，焊波排列要均勻，焊波寬度為焊條直徑的3～4倍，每次的焊波長(zhǎng)度 50～100mm。

（4）為消除焊修受熱影響產(chǎn)生應(yīng)力，每焊完一段后，趁焊波紅熱狀態(tài)用手錘連續(xù)敲擊，速度力求均勻一致，輕敲快打。

（5）焊完一段后，徹底清除熔渣、飛濺和污物等，將水擦干繼續(xù)施焊。

3 應(yīng)用中出現(xiàn)問題原因分析及改進(jìn)

3.1 出現(xiàn)夾碳現(xiàn)象

在使用以上焊修技術(shù)多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在轍叉的焊修表面存有部分夾碳現(xiàn)象。為解決這一問題，需仔細(xì)研究高錳鋼的特性，高錳鋼加溫到1050℃左右，如果冷卻速度較快，即在30s內(nèi)冷卻到300℃以下，則可得到奧氏體組織，增加強(qiáng)度和韌性。即使在100s內(nèi)冷卻到300℃以下，也會(huì)產(chǎn)生碳化物，影響高錳鋼的強(qiáng)度和韌性。如果冷卻時(shí)間超過100s，則會(huì)產(chǎn)生針狀碳化物和彩光體，嚴(yán)重影響高錳鋼的強(qiáng)度和韌性。

因受條件限制，高錳鋼轍叉是固定在水池內(nèi)焊修，池內(nèi)無流動(dòng)水，溫度冷卻不及時(shí)，推斷冷卻速度的控制不當(dāng)是導(dǎo)致產(chǎn)生碳化物的原因之一，所以嘗試隨時(shí)攪動(dòng)水槽內(nèi)的水，加速循環(huán)，快速降低水溫，結(jié)果顯示夾碳現(xiàn)象可以得到明顯控制。

另外，刨削速度不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)夾碳現(xiàn)象。刨削速度的快慢對(duì)刨槽尺寸和表面質(zhì)量都有一定的影響。刨削速度快，碳棒與金屬相接觸，容易造成夾碳，而且刨槽深度會(huì)減小，因此最后確定刨削速度為0.5～1.2 m/min可以避免夾碳現(xiàn)象。

3.2 出現(xiàn)裂紋及歇蓋現(xiàn)象

裂紋及歇蓋現(xiàn)象是通過處理焊修表面來解決的。待焊補(bǔ)轍叉的焊修表面必須干凈，對(duì)銹蝕污垢要用鋼絲刷徹底清除[3]。對(duì)裂痕，磨耗表面硬化層，轍叉所有工作邊超出標(biāo)準(zhǔn)斷面的飛邊和增厚的金屬，要用砂輪完全打磨掉。打磨要輕磨，壓力不可過重，以磨面不出現(xiàn)“發(fā)藍(lán)”現(xiàn)象為準(zhǔn)，待全部磨除破損層，呈現(xiàn)出細(xì)膩白色光澤后，再進(jìn)行焊補(bǔ)，可以減少裂紋及歇蓋現(xiàn)象。

另外，根據(jù)奧氏體在300～700℃時(shí)容易析出碳化物，300℃以下不易析出碳化物的原理，在改進(jìn)方案后施焊時(shí)嚴(yán)格控制了溫度，以免導(dǎo)致奧氏體組織內(nèi)碳化物析出，造成裂紋、未融合等缺陷。所以焊補(bǔ)操作采取了以分段、分層、間跳逆向的堆焊法，程序見圖1。

圖1 焊接程序圖

按1、2、3、4程序逆叉堆焊，經(jīng)過一段間歇后同向焊5、6段，然后順叉方向間跳堆焊各段之間的空隙。如此往復(fù)，直至將轍叉堆焊完為止。

進(jìn)行多層堆焊時(shí)，由于加熱次數(shù)較多，且加熱面積又大，所以焊件極易產(chǎn)生變形，甚至裂紋，這就要求第二層的堆焊方向與第一層互成90°。焊補(bǔ)后效果見圖2。

3.3 出現(xiàn)弧坑裂紋及未焊透等現(xiàn)象

圖2 焊補(bǔ)后效果圖

焊修過程中發(fā)現(xiàn)滅弧弧坑有未填滿現(xiàn)象，導(dǎo)致的不均勻收縮會(huì)產(chǎn)生裂紋。改進(jìn)后滅弧處交叉錯(cuò)開，不在滅弧處引弧，避免產(chǎn)生熔化不良，弧坑裂紋等現(xiàn)象。再次引弧須在滅弧溶池的前沿10mm處引向熔池，使焊條融化金屬與基體充分融合后，再繼續(xù)移動(dòng)焊條，以保接口平滑、強(qiáng)度好，且要保證層與層之間的焊口錯(cuò)開，排列應(yīng)勻整，焊層接觸合應(yīng)良好，焊波要相互壓1/3寬度，這樣才能使各焊波間緊密連接，并能防止產(chǎn)生夾渣和未焊透等缺陷。

4 結(jié)束語

通過焊修高錳鋼轍叉技術(shù)的應(yīng)用及改進(jìn)，成功實(shí)施了轍叉焊接技術(shù)，并對(duì)焊修高錳鋼轍叉中出現(xiàn)的夾碳、裂紋、未融合等問題，從焊接工藝方面進(jìn)行了分析探討，提出了改進(jìn)方案。經(jīng)過對(duì)待焊補(bǔ)轍叉的焊修表面處理及調(diào)控刨削速度，改善了堆焊順序，實(shí)現(xiàn)了適合高錳鋼轍叉焊接的工藝技術(shù)。本技術(shù)焊接的轍叉沒有出現(xiàn)剝離掉塊等現(xiàn)象，達(dá)到了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保障了機(jī)車的正常運(yùn)行，解決了長(zhǎng)期委托外修的難題，節(jié)約了費(fèi)用，提高了轍叉使用壽命，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 陳光明.淺談焊接質(zhì)量的控制[J].科技致富向?qū)В?012（26）：204.

[2] 郭面煥.鐵路鋼軌與轍叉焊接工藝[J].焊接學(xué)報(bào)，2000（1）.17-20.

[3] 榮佑范.鐵路線路維修與大修[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

Application of Welding and Repair Technology of High Manganese Steel Frog at Tiantie

LU Yu

(Transportation Department of Tianjin Tiantie Metallurgical Group,She County,Hebei Province056404,China)

The paper describes the process that the Transportation Department of Tianjin Tiantie Metallurgical Group adopted KD-286 welding rod in high manganese steel frog welding and repair and analyzes and discusses the problems of carbon tramp,crack,lapping and incomplete penetration in the application of this technology from the aspect of welding process.The problems were eliminated by treating welded and repaired surface,adjusting and controlling planing speed,improving bead welding sequence,controlling cooling speed and adjusting arc striking position.The service life of frog was prolonged and economic benefits were created.

frog;carbon arc air gouging;bead welding;carbon tramp;austenite

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.03.017

2014-01-03

2014-02-02

魯宇（1980—），女，工程師，主要從事鐵路運(yùn)輸技術(shù)管理工作。