轨道焊接方案

编号：MGZ02022--T01A Ａ3.1

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（Ⅰ）标段工程编号：钢构-

项目编号：5G1 合同编号：扩钢-022

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（Ⅰ）标段工程

主厂房结构安装工程

补充方案

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日期：年月日

目录

1．工程概况 (1)

2．轨道的可焊性分析 (1)

3 焊接方法的选择 (1)

4 轨道焊接通病问题 (2)

5 防止裂纹和气孔的措施 (3)

6 焊接工艺实施 (4)

7 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ω (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=535-317ω (C)-33ω (Mn)-28ω (Cr)-17ω (Ni)- 11ω (Si)-11ω (Mo)-11ω (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