高锰钢辙叉焊修技术在天铁的应用

鲁 宇

（天津天铁冶金集团运输部，河北涉县 056404）

高锰钢辙叉焊修技术在天铁的应用

鲁 宇

（天津天铁冶金集团运输部，河北涉县 056404）

叙述了天铁集团运输部应用KD-286焊条进行焊修高锰钢辙叉的工艺过程。针对该技术应用中出现的夹碳、裂纹、未融合及未焊透等问题，从焊接工艺方面进行了分析探讨。通过待焊补辙叉的焊修表面处理、调控刨削速度，改进堆焊顺序、控制冷却速度、调整引弧方位等措施消除了该问题，提高了辙叉使用寿命，创造了经济效益。

辙叉；碳弧气刨；堆焊；夹碳；奥氏体

1 引言

天铁集团运输部从建厂初期开始铺设的道岔均为高锰钢辙叉，随着运量的增大，其辙叉伤损数量逐年增多，连续3年的辙叉修理统计出高锰钢辙叉的伤损率一般约10%左右，年费用支出30多万元。为了节省采购及维修费用，决定自行维修焊接辙叉工作。经过对高锰钢辙叉焊修技术的研讨和实践，成功实施了辙叉焊接技术，并对焊修高锰钢辙叉中出现的夹碳、裂纹、未融合等问题，从焊接工艺方面进行了分析探讨，提出了改进方案。通过待焊补辙叉的焊修表面处理、调控刨削速度，改善堆焊顺序、冷却速度、调整引弧方位等措施消除了上述问题，并制定出焊接高锰钢辙叉的工艺规程。

2 焊修高锰钢辙叉的技术过程

2.1 焊条的准备

采用规格为EDMnCrMo-A-16 D286焊条，目前市场上商品代号是KD286。该焊条施焊后的堆焊层具有极好的抗裂纹性能，具有与高锰钢相似的物理、化学、结构及良好的冲击强化性能[1]。其药皮采用钛钙型，可交直流两用，在使用直流焊接时，必须采用直流反接，其最大优点在于可以在无需加热的情况下适用于现场焊补铁路高锰钢辙叉。

2.2 焊修方法

焊修辙叉前，要详细检查伤损情况，正确确定伤损部位。根据伤损情况，对裂纹、夹层、磨耗等分别采用研磨和碳弧气刨，消除表面硬化层和破损层，使之呈现出细腻白色光泽后方可进行焊补。

2.2.1 碳弧气刨

碳弧气刨是利用碳极电弧的高温，把金属局部加热到熔化状态，同时用压缩空气气流把融化金属吹掉，从而达到对金属进行刨削的一种方法[2]。

（1）电流对刨槽尺寸影响较大，槽深增加则槽宽增加更甚，采用大电流可以提高刨削速度和较光滑的刨槽质量。

对于不同直径的碳棒可依下列公式选取电流：

式中：I为电流；d为碳棒直径，一般碳棒直径应比要求的槽宽小2～4 mm。

（2）电弧长度

电弧过长会引起操作不稳且易灭弧，过短又易出现夹碳缺陷，电弧长度最好稳定在1～2 mm。在刨削过程中，电弧长度变化要小，以保证刨槽质量。

（3）压缩空气的压力

空气压力越大，对刨削越有利，常用压力为4～6 kg/cm2。压缩空气中的水分和油分应加以控制，含量过多，将使刨槽质量变坏，必要时可加过滤器。

（4）碳棒的伸出长度在80～100mm较为合适，碳棒每烧损20～30mm时，就要进行调整。

（5）对裂纹、夹层等伤损缺陷，采用碳弧气刨挖成碗型坡口，坡口夹角不小于60°，坡口底部平缓。

2.2.2 施焊

（1）将刨削或研磨后的待焊辙叉，放入水槽内的平台上，并予以固定，以防焊补时受热变形。槽中水位一般在施焊部位以下10～20mm，水以流动水为最好，以利于焊补区域的冷却。

（2）为使电弧稳定和得到良好的焊补质量，应采用直流电焊，反极接、小电流、短弧堆焊，也可采用交流电焊机堆焊。施焊电流小，根据焊条直径而定，每段焊波长度亦根据焊条直径和电流大小而定。焊波宽度与施焊时气温及焊条直径有关，其相互关系见表1。

表1 焊波宽度表

（3）施焊时运条要平稳，速度要一致，焊波排列要均匀，焊波宽度为焊条直径的3～4倍，每次的焊波长度 50～100mm。

（4）为消除焊修受热影响产生应力，每焊完一段后，趁焊波红热状态用手锤连续敲击，速度力求均匀一致，轻敲快打。

（5）焊完一段后，彻底清除熔渣、飞溅和污物等，将水擦干继续施焊。

3 应用中出现问题原因分析及改进

3.1 出现夹碳现象

在使用以上焊修技术多次试验后发现，在辙叉的焊修表面存有部分夹碳现象。为解决这一问题，需仔细研究高锰钢的特性，高锰钢加温到1050℃左右，如果冷却速度较快，即在30s内冷却到300℃以下，则可得到奥氏体组织，增加强度和韧性。即使在100s内冷却到300℃以下，也会产生碳化物，影响高锰钢的强度和韧性。如果冷却时间超过100s，则会产生针状碳化物和彩光体，严重影响高锰钢的强度和韧性。

因受条件限制，高锰钢辙叉是固定在水池内焊修，池内无流动水，温度冷却不及时，推断冷却速度的控制不当是导致产生碳化物的原因之一，所以尝试随时搅动水槽内的水，加速循环，快速降低水温，结果显示夹碳现象可以得到明显控制。

另外，刨削速度不当也会导致出现夹碳现象。刨削速度的快慢对刨槽尺寸和表面质量都有一定的影响。刨削速度快，碳棒与金属相接触，容易造成夹碳，而且刨槽深度会减小，因此最后确定刨削速度为0.5～1.2 m/min可以避免夹碳现象。

3.2 出现裂纹及歇盖现象

裂纹及歇盖现象是通过处理焊修表面来解决的。待焊补辙叉的焊修表面必须干净，对锈蚀污垢要用钢丝刷彻底清除[3]。对裂痕，磨耗表面硬化层，辙叉所有工作边超出标准断面的飞边和增厚的金属，要用砂轮完全打磨掉。打磨要轻磨，压力不可过重，以磨面不出现“发蓝”现象为准，待全部磨除破损层，呈现出细腻白色光泽后，再进行焊补，可以减少裂纹及歇盖现象。

另外，根据奥氏体在300～700℃时容易析出碳化物，300℃以下不易析出碳化物的原理，在改进方案后施焊时严格控制了温度，以免导致奥氏体组织内碳化物析出，造成裂纹、未融合等缺陷。所以焊补操作采取了以分段、分层、间跳逆向的堆焊法，程序见图1。

图1 焊接程序图

按1、2、3、4程序逆叉堆焊，经过一段间歇后同向焊5、6段，然后顺叉方向间跳堆焊各段之间的空隙。如此往复，直至将辙叉堆焊完为止。

进行多层堆焊时，由于加热次数较多，且加热面积又大，所以焊件极易产生变形，甚至裂纹，这就要求第二层的堆焊方向与第一层互成90°。焊补后效果见图2。

3.3 出现弧坑裂纹及未焊透等现象

图2 焊补后效果图

焊修过程中发现灭弧弧坑有未填满现象，导致的不均匀收缩会产生裂纹。改进后灭弧处交叉错开，不在灭弧处引弧，避免产生熔化不良，弧坑裂纹等现象。再次引弧须在灭弧溶池的前沿10mm处引向熔池，使焊条融化金属与基体充分融合后，再继续移动焊条，以保接口平滑、强度好，且要保证层与层之间的焊口错开，排列应匀整，焊层接触合应良好，焊波要相互压1/3宽度，这样才能使各焊波间紧密连接，并能防止产生夹渣和未焊透等缺陷。

4 结束语

通过焊修高锰钢辙叉技术的应用及改进，成功实施了辙叉焊接技术，并对焊修高锰钢辙叉中出现的夹碳、裂纹、未融合等问题，从焊接工艺方面进行了分析探讨，提出了改进方案。经过对待焊补辙叉的焊修表面处理及调控刨削速度，改善了堆焊顺序，实现了适合高锰钢辙叉焊接的工艺技术。本技术焊接的辙叉没有出现剥离掉块等现象，达到了相应的技术标准，保障了机车的正常运行，解决了长期委托外修的难题，节约了费用，提高了辙叉使用寿命，创造了经济效益。

[1] 陈光明.浅谈焊接质量的控制[J].科技致富向导，2012（26）：204.

[2] 郭面焕.铁路钢轨与辙叉焊接工艺[J].焊接学报，2000（1）.17-20.

[3] 荣佑范.铁路线路维修与大修[M].北京：中国铁道出版社，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

鲁宇（1980—），女，工程师，主要从事铁路运输技术管理工作。