轨道焊接方案.pdf

.编号：MGZ02022-T01A 3.1施工组织设计方案报审表工程名称：梅钢炼钢二期项目主体（）标段工程编号：钢构-项目编号：5G1 合同编号：扩钢-022 致：上海宝钢建设监理有限公司梅山监理分公司（监理单位）兹报验：1 施工（总）组织设计2主厂房结构安装工程补充分部(子分部)/分项工程施工方案3安全专项施工方案 4施工用大型机械设备5 施工措施预算书本次申报内容系第 1 次申报，申报内容项目经理部公司技术负责人已批准。附件：施工组织设计/方案。承包单位项目经理部（章）：项目经理：日期:2011 年项目监理机构签收人姓名及时间承 包 单 位 签 收人姓名及时间监理工程师审查意见:项目监理机构(章):专业监理工程师：日期:总监理工程师：日期：注：承包单位项目经理部应提前10 日提出本报审表。注：本表由承包单位填报，一式六份，经项目监理机构组织审查确认后，项目监理机构、项目组、工程管理处（技改工程部）各存一份，返回承包单位三份（其中二份必须是原件）。上海梅山钢铁股份有限公司炼钢二期项目主体（）标段工程主厂房结构安装工程.补充方案编制：审核：批准：日期：年月日.目 录1工程概况 .12轨道的可焊性分析.13 焊接方法的选择.14 轨道焊接通病问题.25 防止裂纹和气孔的措施.36 焊接工艺实施.47 轨道接头的磨平处理.7.1工程概况本工程为梅山二炼钢主厂房轨道的焊接工程包括:炉子跨、加料跨、铁水倒灌脱硫跨及废钢跨厂房的行车轨道焊接。其中炉子跨为 43 级轨道共有接头 14个，加料跨为 QU120 轨道共有接头 40个，塔楼顶部、废钢跨吊车梁为 QU80 轨道有接头 36个，铁水倒灌脱硫跨为 QU70 轨道18个。2轨道的可焊性分析依据厂供设备提供的轨道质量保证书，其型号为AP1，材质为 U71Mn，化学成分及机械性能见表 1。从表1 可知此轨道中 (Mn)1.1%，为中锰钢，即 U71Mn 为中锰钢轨道。轨道随着Mn 含量增高，强度、冲击韧性也提高。一般中锰钢较耐磨，但焊接过程中，易产生低温马氏体组织。含碳量提高，强度、耐磨性及硬度也提高，焊接冷却时容易得到强硬的马氏体组织。此材料轨道碳当量计算如下：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Mo/4+V/4+Ni/14=1.03。一般碳当量大于 0.4%0.5%时，钢即不具有良好的可焊性，而此材质碳当量高达1.03。在焊接过程中，由于轨道部分母材熔化进入焊缝，从而使焊缝中的含碳量增高，极容易出现冷裂纹；另外，若焊材中的S、P 控制不当时，也易产生热裂纹，这种热裂纹很容易出现在未填满的弧坑处。上述分析可知，其可焊性从理论上分析是较差的。而在实际模拟试焊中证明其可焊性也是很差的。3 焊接方法的选择根据目前国内轨道的焊接方法，一般有4 种：气压焊、电渣焊、热剂焊、手工电弧焊。对中锰钢轨的焊接，若能采用气压焊或电渣焊，都可降低中锰钢的裂纹倾向，但鉴于我公司的实际设备及施工现场情况，我们只能采用手工电弧焊，此焊接方法设备简单、操作灵活，但在焊接过程中，需控制钢轨焊接时发生的翘曲变形和防止冷裂纹、热裂纹的产生，故对焊工技能要求较高。.4 轨道焊接通病问题在以往焊接过程中，我们发现，在轨底、轨腰的上部处，容易出现有冷裂纹，它位于基本金属与焊缝交接的熔合线上，形成纵向分布；轨腰焊缝的上部表面产生蜂窝状的气孔。4.1 原因分析4.2 工字形焊缝结构应力工字形焊缝自身结构的特点决定了其接头拘束应力较大，见图1。焊缝和接头在不均匀加热和冷却过程中产生的热应力及焊接接头组织转变引起的组织应力也叠加在接头上，从而易导致裂纹。4.3 焊后脆性组织U71Mn 马氏体转变温度：tMS=535-317(C)-33 (Mn)-28 (Cr)-17(Ni)-11(Si)-11(Mo)-11(W)=237。故室温下 U71Mn 轨道焊缝组织为高碳马氏体，而高碳片状马氏体具有高强度高硬度的特点，其组织中存在大量显微裂纹，因而在应力、扩散氢等作用下极易扩展形成冷裂纹。4.4 气孔产生原因分析4.4.1 碱性焊条主要是靠药皮中的钛、硅合金来脱氧的，如果电弧中的氧化气氛增加，则必然使钛、硅烧损，而使熔池中的脱氧能力减弱，因而焊缝中氧的含量较高，于是将如同酸性焊条一样，只能由碳来脱氧，而导致产生CO 气孔。2.4.2 提高碱性焊条的氧化性并不能防止向焊缝增氢，因为它的去氢作用是靠CaF2 来完成的，可见，通过碱性焊条增加氧化性，不能防止氢气孔。由此看来，碱性焊条主要是靠控制药皮的氧化性和CaF2 含量来防止 CO 气孔和氢气孔。但焊条在焊接时,将伴随着焊接区进行的冶金反应,它有如下一些特点：a.由于电弧和熔池的温度很高，同时又有电弧吹力对熔池的强烈搅拌，因此电弧.区和熔池中的冶金反应进行得非常剧烈，反应速度也非常快；b.由于焊条金属是以焊接熔滴的形式进入熔池,所以与空气、熔渣等的接触面积大,加上温度高,参与反应的元素多,所以,反应很复杂；c.因为熔池的体积小,熔池金属在焊接过程中温度变化很快,因此,也就会使冶金反应的速度和方向发生迅速的变化。然而,熔池周围充满着各种气体,这些气体来自以下几个方面a.焊条药皮产生的气体；b.电弧周围的空气；c.焊芯在冶金时残留的气体；d.由于母材上的铁锈、水分、油漆等没有清理干净，在电弧的作用下分解出的气体；e.在电弧的作用下,焊缝中的碳烧损产生的气体。这些气体都不断与熔池金属发生作用，有些还进入到焊缝金属中去。焊接区进行的冶金反应，气体的产生,具体方式表现为：a.简单气体分解H2=2H-Q N2=2N-Q O2=2O-Q b.CO2产生CO2 气体是焊条药皮中大理石、菱苦土、白垩石等碳酸盐受热后分解产生的，如CaCO3 CaO+CO2-Q c.母材的烧损C+1/2O2 CO-Q CO2+Fe CO+FeO-Q 因此，焊接区进行的冶金反应是很复杂的,它们之间相互作用，在熔池中产生气体，当熔池金属凝固时,这些气体来不及逸出就形成了气孔。5 防止裂纹和气孔的措施5.1 防止轨底出现裂纹首先防止轨底出现裂纹，须在轨底处增加=1.5 mm，宽50 m 的Q235-A 碳.钢板作为永久性垫板,长度依据不同轨道轨底尺寸而定(见表2)，以利于对轨道轨底焊缝的稀释，从而防止接头的轨底焊缝出现淬硬组织;5.2 防止接头出现淬硬组织(片状马氏体的形成及马氏体粗大化)在工艺上可以采用：如焊前均匀预热、严格控制层间温度、焊后消除应力热处理并保温缓冷、选择合适的焊接参数(I)，调整焊接线能量(Q)，减少碳元素的烧损、运条时适当摆动等。5.3 降低焊缝含氢量a.选用低氢型焊条；b.焊条烘干，存放于烘箱或保温筒内；c.仔细清理坡口，严格去油除锈，防止环境中的水份带入焊缝中；d.通过焊后热处理使氢扩散逸出。5.4 控制氧化性气体预热时严格控制氧化性火焰对接头的加热。5.5 焊接接头拘束应力如采用合理的装配(反变形加一定的刚性固定法)、焊接顺序，避免强行组对，以改善焊件应力状况。6 焊接工艺实施6.1 焊接准备焊前仔细清理坡口及附近的油、锈等污物，直到露出金属光泽，低氢钠型焊条J857及J507 需经复验合格。J507是超低氢钠型高韧性焊条，具有良好的缺口冲击韧性和抗裂性能。J857焊条为低氢钠型低合金高强度焊条，具有良好的工艺性、低温韧性和抗裂性同时具有高耐磨性适合轨道表面焊接。焊前经 350400 烘干1 h。每焊接一个钢轨接头,需要电焊工和清碴工共 2 人配合进行，气焊工只在预热和消除应力热处理时进入场地,施焊的好坏和清渣是否干净,是影响接头质量的决定因素；焊接轨底使用的紫铜板和焊接轨腰轨头时用的紫铜板根据轨道实际形状来制作。紫铜夹板和紫铜托板的宽度为80 mm,厚为10 mm,其弯曲形状应与轨道外形相吻合(见图2)。.6.2 轨道焊接变形的控制在施焊过程中，若不采取反变形，焊后轨道接头将产生角变形，为此,在焊接前必须将钢轨端头垫起一定的高度，以保证在焊接完毕后，钢轨能保持平直。钢轨端头预先垫起的高度，依钢轨的品种、长度和固定情况以及焊时的环境温度等因素而定，我们采用了图3 所示做法，预先用紫铜垫板及碳钢板将钢轨端头垫起3040 mm，利用已制做好的螺栓和压板等联接件，拧紧螺帽使钢轨固定在吊车梁上，每一钢轨接头附近应至少设置4 处固定点。当焊完轨底部以后，松开压板，将钢轨端头的垫起高度降低到20 mm，再拧紧压板螺帽。当焊接轨腰部分时，逐渐降低垫板高度，当轨腰部分焊完时，应拆除全部垫板并松开压板，此时钢轨接头处应该有很小的上翘值，在施焊轨头过程中，根据钢轨恢复平直的情况，决定是否再拧紧压板螺帽。在全部施焊过程中，须随时用直钢板尺检查钢轨接头的变形情况，随时调整接头的高度和紧松压板来控制钢轨接头的变形。在施焊前固定钢轨接头时，2 根钢轨端头之间所留的间隙是上宽下窄，以轨底间隙为准，不得小于12 mm，也不宜过宽，一般控制在1520mm 范围内。在调整固定钢轨端头时，除了保证端头间隙的尺寸以外，还必须使2 根钢轨端头对齐，不得有歪扭和错开等现象。.图3 在焊接前与施焊过程中，应严格检查并确保2根钢轨中心线的位置在一条直线上，以防止轨道焊接完毕时，通常有弯曲不直现象发生。用弯钩螺栓固定的钢轨，焊接其轨道接头时，可根据具体情况参照上述方法，设置临时卡具固定钢轨，以便焊接。6.3 轨道预热轨道焊接前应进行预热,预热范围为焊接截面两端 100200 mm 内,预热温度350,在施焊过程中的最低温度不得低于350,如低于 350 时需再次加热。预热时为了防止火焰预热容易出现温度不均匀现象,影响焊接质量,采用硅酸铝保温毡保温,以保证接头两侧部位的温度均匀。6.4 焊接焊接轨道接头的顺序是由下而上，先轨底后轨腰、轨头，逐层逐道进行堆焊，最后修补周围。焊接时采用 J507焊条焊接，在轨头处留 8-10采用 J857盖面。2 根轨道端头的范围各为 40 mm，同时进行预热，预热及层间温度控制在300350。a.第一层焊接(打底层)电流120130 A，以防止将永久性碳钢垫板烧穿而将紫铜垫板熔化，永久性碳钢垫板可以根据图4 及表3 中的尺寸而定，从而减少剔除紫铜垫板的难度，缩短轨道空冷时间，以利于保持层间温度，防止淬火；以后各层可以使用 (130 15)A，每层焊完必须把焊渣清除干净才能继续施焊；.b.轨腰焊接：电流 130140 A，从腰下部向上施焊，注意清渣；c.轨头焊接：电流 130140 A,将紫铜托板安装好后开始焊接，注意每层清渣一次；最后，对焊缝周围未焊饱满处进行补焊处理。6.5 轨道焊接过程中的注意事项a.在施焊每层焊波时，尤其在施焊轨底的每层焊波时，应使用1 根焊条焊完，中间应避免接用焊条而断弧，前后2 层焊波的施焊方向应相反；b.每个轨道接头的焊接工作应连续进行，以使轨端头保持在较高的温度下焊接(300350)；c.在焊接后，当消除应力热处理后尚未冷却前，必须防止雨水等淋湿；烧热的紫铜板可以取下沾水冷却，以便于下次再用。另外，轨道仪压板的焊接，J507，4.0，I=150180 A，焊脚尺寸按图纸要求执行。6.6 消除应力热处理(火焰加热法)钢轨端头在焊接完成后的消除应力热处理是提高焊接质量的重要措施，对于在较低温度下(例如冬季施工等情况下)进行焊接的轨道，必须采用这项措施；消除应力热处理均采用气焊喷嘴围绕轨头、轨腰和轨底反复进行加热，应尽可能使轨道全截面加热均匀，要特别注意轨底的加热质量。消除应力热处理温度为 620650，从焊缝中心算起两侧各为40 mm 作为消除应力热处理的范围；消除应力热处理温度达到后，恒温加热必须保证在 2030 min 以上，用针刺毯保温棉包好，保温缓冷，直到常温。7 轨道接头的磨平处理钢轨焊接接头已消除应力热处理并冷却到大气温度以后，对轨道的顶面和两.侧面的焊缝应进行磨平处理。当焊缝凸起过大时，用砂轮磨光机进行打磨处理，直到与轨头齐平，最后用锉刀或砂纸将表面磨光。