钢轨焊补管理方法

钢轨焊补管理方法

1.钢轨焊补管理方法 篇一

关键词：自保护,药芯,焊丝

随着我国铁路进入快速发展时期, 线路里程不断快速增长、列车运行速度的多次提速, 不仅对钢轨轨面平顺性的要求愈益严格, 而且对钢轨的需求也日趋紧张。因此, 钢轨焊补作为轨面局部修复的一种主要方法, 对提高轨面的平顺性, 延长钢轨使用寿命, 减少养护维修工作量都具有明显的效益, 在国内外铁路钢轨及线路的养护维修中均得到了广泛的应用。因此, 合理使用旧轨, 延长钢轨使用寿命, 不仅具有重大技术经济价值, 而且对提高线路品质, 运行安全也具有积极影响。事实上, 多年来通过手工电弧焊对轨面局部缺陷 (如焊接接头的磨耗低塌、擦伤及端头剥落掉块等) 的焊补修复, 已经证明了对延长钢轨使用寿命, 改善轨面平顺性, 减少线路的养护维修工作量是十分有效的。只是随着铁路发展和运行速度的提高, 对接头焊补的质量要求也相应愈高, 原有手工电弧焊补受人为因素和工艺装备的限制而影响到其执行工艺的严格性和稳定性, 从而直接影响焊补接头的质量和实际推广应用。

1 钢轨焊补用自保护药芯焊丝的研制

自保护药芯焊丝由于具有连续送丝, 不用气体保护, 抗风能力较强 (4、5级风以下) , 生产效率高, 综合成本低, 焊接质量好等特点, 已被国外普遍使用, 随着国内钢轨自动、半自动焊补的开展和推广, 对自保护药芯焊丝的需求也将日益增加但由于国外焊丝售价相当高, 会阻碍国内对自保护药芯焊丝的使用, 因此, 焊丝国产化是今后的必然趋势。

2 钢轨焊补用自保护药芯焊丝的特点

1) 不需要任何保护气体, 在焊接中该焊丝自身造气形成保护氛围, 抗风能力强, 可在四级风力下施焊, 特别适合野外焊接。

2) 电弧呈喷射状, 飞溅小。

3) 操作工艺性能好, 脱渣容易。

4) 可以半自动焊和全自动焊, 生产效率高, 焊接质量好。

5) 熔敷金属具有优良的冲击韧性, 抗裂性能好。

3 技术要求

钢轨焊补用自保护药芯焊丝的主要技术要求

1) 填充比要达到20%以上, 稳定在±0.05%

2) 电弧燃烧稳定, 飞溅少。

3) 具有优良的操作工艺性能, 脱渣性要好。

4) 抗风抗气孔性能要好, 满足钢轨焊补焊接时对焊缝质量的要求。

5) 熔敷金属化学成份和力学性能应符合《钢轨电弧焊补技术条件》 (TB/T1631-2002) 中的规定。

4 研制的关键技术和主要技术难点

1) 提高自保护药芯焊丝抗风和抗气孔能力。

2) 提高药芯焊丝的填充量, 改善渣的熔点、粘度和表面张力等, 以利于很好的操作工艺性能。

3) 提高自保护药芯焊丝的脱渣性和很好的冲击韧性及硬度。

4) 减少自保护药芯焊丝的飞溅。

自保护药芯焊丝与焊条相比, 在结构上有着先天不足的缺点, 一是药粉加入量受到限制, 仅占焊丝总重量的15%～25%, 易产生保护作用不足, 冶金反应不全的问题;二由于是钢皮内包着药, 焊接时钢皮先于药芯熔化, 易使金属熔滴直接与空气接触 (而焊条施焊时形成的药皮套筒有利于加强保护作用) , 并且施焊时电弧易在焊丝整个端面上飘移不稳, 容易把空气中的有害气体卷进熔滴和熔池。如何在自保护药芯焊丝结构的局限条件下, 提高其保护效果, 完善冶金反应, 降低焊缝金属的氧、氮、氢含量, 来获得高质量的焊缝, 就成为制造自保护药芯焊丝的关键。这些问题均阻碍了国产自保护药芯焊丝的研究和在工程中的实际应用。

5 药芯渣系

在自保护药芯焊丝研制初期, 同时对CaF2-CaO-TiO2及CaF2-Al-Mg两种药芯渣系进行了试验研究, 大量的工艺性试验研究表明该两种药芯渣系各有优缺点, 为此最终研制的自保护药芯焊丝是在吸收了上述两种药芯渣系优点的基础上, 确定采取“强氧化强还原”及加入多种氟化物的技术思想, 开发出了一种新颖的自保护药芯焊丝渣系, 氟化物-Al-Mg。

6 填充率的稳定性

自保护药芯焊丝的填充率易出现以下问题:

1) 下料不均匀, 填充率不稳。

2) 下料器粘药粉。

3) 填充率偏低。

易出现以上问题的主要原因为:

1) 药粉颗粒度偏大, 各种药粉颗粒度不匀。

2) 药粉流动性差, 药粉偏粘, 易粘下料器。

3) 药粉颗粒度偏细。

为防止上述因素的出现, 而造成填充率不稳, 焊接时造成电弧不稳、飞溅忽大忽小, 冶金反应不完全, 性能不稳定等一系列影响焊接质量问题的出现。首先对原材料颗粒度严格筛选, 粗细合理搭配。对一些药粉进行烧结、粉碎、过筛, 此工序我们称为“造粒”, 可以从药粉烧结前的比重为0.68g/cm3, 烧结后经粉碎过筛, 药粉比重达到1.3g/cm3, 比以前比重提高1.9倍, 药粉填充增加量提高50%。经过以上研究, 实验室阶段所研制的自保护药芯焊丝药粉下料均匀, 填充率稳, 解决了填充率偏低的现象, 这项技术的突破为以后研究配方打下了良好的基础。

7 焊缝气孔的控制

自保护药芯焊丝焊接时产生气孔的主要原因为:

1) 焊接时产生的气体保护不足。

2) 电弧吹劲小, 熔池不清晰。

3) 焊接时干伸太长, 干伸长应控制在20mm以内。

4) 焊接时电压偏高, 降低电压。

5) 焊接电源应为平特性。

针对以上原因造成自保护药芯焊丝焊接时产生气孔的因素, 一方面调整焊接工艺;一方面改进配方, 产生气孔的类型主要为氢气孔和氮气孔。通过加入Al-Mg合金, Al-Mg合金中的Al、Mg属于强脱氧剂和脱氮剂, 脱氧产物为Al2O3和MgO, 可与氟化物形成很好的焊接熔渣, 保护焊缝金属, 其次加入多种氟化物 (CaF2、BaF2) 等, 焊接时CaF2的分解产生的HF, 有利于降低电弧气氛中氢的分压, 从而起到去氢作用。配方中的BaF2在焊接时可以支持很短的电弧, 这样电弧电压低、电弧短, 减少了自保护药芯焊丝焊接时熔滴吸收氮的含量。

8 自保护药芯焊丝生产工艺

8.1 药芯焊丝生产工艺

钢带滚剪、药粉烘干、药粉配粉、混料、钢带清洗、加粉成型、高速拉拔、层绕包装等。

8.2 钢带滚剪

1) 购进的钢带经技术部验收后, 方可进行裁剪。根据钢带的品种规格、成分和制造药芯焊丝的种类的要求, 进行裁剪。

2) 钢带卷应紧靠托架, 固定好后再剪断打卷腰。

3) 检查滚剪上下是否对正, 松紧要适宜。

4) 钢带卷应与滚刀及收卷左右对正。

5) 滚剪工序生产的钢带由本工序人员随机检查。

8.3 药粉烘干

1) 如药粉潮湿, 必须烘干使用。

2) 配粉中矿物粉烘干温度大于380℃, 金属粉、合金粉烘干温度为100 ～200℃。烘粉时间大于1h。严格控制烘干的温度与时间, 确保药粉的干燥无水分。烘干的药粉密封保存或在炉中保温后使用。

8.4 药粉配粉

1) 在药粉混合前, 严格核对配方表与每种药粉号、粒度相对应, 确认药粉无误。然后根据配粉数据, 逐一称量, 并在配方表上做好实重记录, 称量精度不得大于1%。

2) 配粉前由监秤员和配粉员共同检查磅秤灵敏度。

3) 配粉时, 监控人员根据配方检查物料及重量准确性。

4) 配粉结束后, 按配制药粉个数的30%抽验每桶药的重量, 偏差值不允许超过配方重量的±0.3%。

5) 每桶药粉上标识清楚, 包括焊丝型号、规格、批号和药粉编号。

8.5 混料

1) 更换品种前, 将混料机打扫干净, 用干布擦去粘敷的微粉, 并用吹风机将送料辊吹干净。

2) 每混完一桶药上线使用, 或者在炉中保温以免药粉吸潮, 温度小于 100℃。一次配粉需一次混料均匀, 以免药粉比例不对。

8.6 钢带清洗

1) 认真检查超声波清洗液、水、温度、压缩空气等情况是否工作正常。

2) 钢带的清洗采用超声波清洗机清洗, 清洗钢带的表面油污, 烘烤、吹干钢带表面水分。钢带表面应无油污和水分。

3) 钢带接头后, 将焊口与钢带磨成一平, 并将焊口加热, 发红退火, 接口尺寸应在钢带规定公差范围之内。

8.7 加粉成型

1) 加粉装置应保持干净。

2) 加粉时药粉填充要均匀, 加粉时药粉填充率的偏差控制为±0.3%, 检查测尾时应小于±0.5%偏差要求。每次测粉情况都要祥细记录。

3) 加粉后的U型槽经过固定轮, 合缝轮完成合缝。合缝后的焊丝不准漏粉, 线径光滑。经过4～6道减径拉丝机拉拔到规定直径的焊丝, 为半成品丝, 填写相关记录。

4) 生产中不断观察、检测开坯轮、固定轮、合缝轮、模具和拉丝润滑剂的使用情况, 发现异常即时排出或更换。

5) 做好半成品标识。 (生产时间、班组、焊丝规格、型号、批号和数量等记录) 按规定送指定地点存放, 存放有序, 转交下道工序。

8.8 高速拉拔

1) 检查半成品标识 (焊丝品种规格、型号、批号和数量) 与该工序是否相符。

2) 通过计算机监控系统, 检查机组的设置参数、各电机速度匹配, 张力调节、气、水、电路是否正常。如有异常即时排出问题。

3) 检查拉丝模具的安装顺序, 从大到小是否符合生产标准。安装时应保持润滑剂盒内不漏水。

4) 轧尖穿丝生产时不断观察模具的使用情况, 如有拉伤, 和超径应及时更换, 定期更换拉丝润滑剂以保证焊丝质量, 和模具的使用寿命。

8.9 层绕包装

1) 将半成品焊丝层绕到焊丝盘中, 用肉眼观察焊丝不允许存有锈迹。

2) 每一盘焊丝应由一根长度连续的焊丝绕成, 并应由同一批材料制成。

3) 焊丝接口应加工平滑, 接口应在公差范围之内。

4) 每单位包装的焊丝净重为5kg, 偏差为±1%。

5) 每盘收缩包装好后, 再装入纸盒, 内包装标签标注应清楚, 包括焊丝型号、规格、标准号、净重、检验号。焊丝外包装应标注清楚, 包括焊丝型号、规格、标准号、批号、净重、制造厂。

9 应用效果

通过自保护药芯焊丝的现场应用, 焊接后的钢轨能够达到行车安全需求, 进一步降低了生产成本, 减轻现场职工的劳动强度和工作环境。

参考文献

[1]TB/T1632.1-2005, 钢轨焊接第1部分:通用技术条件[S].中国铁道出版社, 2005.

[2]TB/T1632.2-2005, 钢轨焊接第2部分:闪光焊接[S].中国铁道出版社, 2005.

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[4]GB/T228-2002, 金属材料室温拉伸试验方法[S].中国标准出版社, 2002.

[5]GB/T2650-1989, 焊接接头冲击试验方法[S].中国标准出版社, 1989.

[6]TB/T1632.1.-2005, 钢轨焊接通用技术条件[S].中国铁道出版社, 2005.