薄志軍 呂冰

摘要：1000MW機(jī)組主廠房行車軌道采用U71Mn高碳鋼鋼材，U71Mn鋼碳當(dāng)量高、強(qiáng)度高、韌性差，在焊接過(guò)程中極易在熄弧弧坑、熔合線及熱影響區(qū)處產(chǎn)生裂紋，且焊接填充量大，容易引起道軌變形超標(biāo)，另外結(jié)構(gòu)剛性大，焊接殘余應(yīng)力大，吊車運(yùn)行過(guò)程中的沖擊極易造成焊縫的開裂也是焊接的難點(diǎn)。針對(duì)以上焊接問(wèn)題在華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠1000MW機(jī)組中進(jìn)行科技創(chuàng)新，制定合理的焊接工藝，使得該鋼種焊接過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題的到成功的解決。

關(guān)鍵字：U71Mn鋼 焊接

1、前言：

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠1000MW機(jī)組主廠房行車軌道接頭設(shè)計(jì)采用焊接方式，道軌A、B排各11根共22根，鋼材牌號(hào)為U71Mn（屬于高碳鋼），共需要焊接連接焊縫20道。U71Mn鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能如下：

化學(xué)成分（％） 力學(xué)性能

C Mn Si S P δb/MPa

0.65-0.77 1.10-1.50 0.15-0.35 ≤0.035 ≤0.035 ≥900

由于焊接構(gòu)件為U71Mn，屬于高碳鋼，施焊過(guò)程有以下難點(diǎn)：1、鋼材碳當(dāng)量高（Ceq＝1.05）、強(qiáng)度高、韌性差，極易在熄弧弧坑、熔合線及熱影響區(qū)處產(chǎn)生裂紋；2、焊接填充量大，容易引起道軌變形超標(biāo)；3、結(jié)構(gòu)剛性大，焊接殘余應(yīng)力大；4、吊車運(yùn)行過(guò)程中的沖擊極易造成焊縫的開裂。

2、焊接施工方案及采取的措施

2.1、焊接材料選擇：

考慮道軌的工作狀況，道軌聯(lián)接焊縫工作時(shí)主要受壓，對(duì)抗拉強(qiáng)度要求不高，加之吊車移動(dòng)時(shí)需保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的韌性，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，選用E5015(J507)焊條，直徑3.2mm、4.0mm。

2.2、焊接方法及焊接參數(shù)

采用手工電弧焊工藝（SMAW）。

規(guī)格電流 電壓

Ф3.2100-150A24-27V

Ф4 150-200A24-27V

2.3、組對(duì)要求

坡口型式為I 型，間隙12-14mm，坡口間隙底部有一2-4mm低碳鋼板條，低碳鋼板條根據(jù)坡口的具體尺寸進(jìn)行修正，保證根部施焊時(shí)焊透。施焊前將坡口及其兩側(cè)10-15mm范圍內(nèi)的油、銹等打磨干凈，直至露出金屬光澤。

2.4、由于道軌焊接施工正值冬季且為野外施工，焊前預(yù)熱尤為必要，預(yù)熱采用火焰加熱、測(cè)溫筆測(cè)溫的方式，加熱時(shí)割炬噴嘴速度要均勻，嚴(yán)禁集中一處加熱，加熱寬度每側(cè)不得小于500mm，加熱溫度300℃。

2.5、焊接順序：

先焊接軌底，后焊接軌腰、軌頭，最后修補(bǔ)周圍。

在施焊過(guò)程中鋼軌接頭將向下彎曲變形，為此，在焊接前必須將鋼軌端頭墊起一定的高度以保證焊接完畢后，鋼軌能保持平直。如下圖所示：

2.6、焊接過(guò)程

施焊軌底的第一層焊縫電流稍大（180－200A），以便將低碳鋼板條焊透和排渣。以后幾層可使用160－180A電流，每焊完一層必須把溶渣清理干凈后方能繼續(xù)施焊。軌底焊接結(jié)束后將赤銅夾板緊密貼在軌腰兩側(cè)，夾板上的槽與鋼軌間隙對(duì)正，使用150－170A電流，從軌腰的下部向上施焊。每焊完一根焊條便取下赤銅夾板清除溶渣，赤銅夾板用水冷卻并清除粘著的溶渣后，再重新貼在鋼軌兩側(cè)繼續(xù)施焊，這樣重復(fù)進(jìn)行到軌腰焊滿為止。焊接過(guò)程中，不能在高溫大電流時(shí)熄弧，確要熄弧時(shí)，提前將電流調(diào)小，并在鋼軌的兩側(cè)熄弧，以免冷卻速度過(guò)快產(chǎn)生裂紋；同時(shí)要求確保電力供應(yīng)持續(xù)不間斷，將赤銅托板安裝好后開始焊接軌頭。最后對(duì)焊縫周圍未焊飽滿之處進(jìn)行補(bǔ)焊。焊條的更換速度要快，施焊過(guò)程2人輪換進(jìn)行，電弧始終保持燃燒。清渣后重新焊接前使用測(cè)溫筆進(jìn)行測(cè)溫，若溫度高于250℃繼續(xù)施焊，否則必須重新進(jìn)行預(yù)熱。焊接腰部直至蓋面前（低于頂部1~6 mm）清渣，蓋面時(shí)要根據(jù)變形情況可把焊縫加寬最大可達(dá)25 mm。焊接過(guò)程中不能在高溫大電流時(shí)熄弧，確要熄弧時(shí)，提前將電流調(diào)小，并再鋼軌的兩側(cè)熄弧，以免冷卻速度過(guò)快產(chǎn)生裂紋；同時(shí)要求確保電力供應(yīng)持續(xù)不間斷。施焊過(guò)程中要按照由前到后的順序進(jìn)行，并且保證焊層厚度一致，以防止軌道扭曲變形。如下圖：

2.7、焊接完畢措施

焊接完畢后立即采用火焰加熱，大約加熱10分鐘，加熱范圍40mm，加熱溫度600℃～700℃，焊縫及熱影響區(qū)噴燒到呈現(xiàn)紅狀（當(dāng)火焰離開后紅狀會(huì)逐漸消失）時(shí),立即采用保溫巖棉進(jìn)行保溫，保溫厚度大約60 mm，保溫寬度200mm。保溫過(guò)程中，熱處理施工人員必須巡視，保證熱處理過(guò)程的效果，緩冷至室溫后，進(jìn)行焊縫修磨至軌道形狀。

3、無(wú)損探傷

熱處理完畢對(duì)焊縫全部進(jìn)行表面著色探傷，探傷試驗(yàn)焊縫一次性合格，合格率為100％。

4、現(xiàn)場(chǎng)焊接結(jié)論

軌道在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行狀況一直較好，高碳鋼U71Mn焊接工藝應(yīng)用取得了較好的效果。

焊接過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、構(gòu)件組對(duì)時(shí)，要預(yù)先用赤銅墊板和鋼墊板將鋼軌端頭墊起40－60cm，并在焊接前進(jìn)行焊前預(yù)熱；2、焊接過(guò)程中要控制好線能量，特別是在熄弧時(shí),控制好冷卻速度不能太快，且連續(xù)焊接；3、焊后采用火焰加熱10分鐘、范圍為40cm、600－700攝氏度進(jìn)行焊后熱處理，焊接時(shí)不宜在冬天施工。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。