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        1000MW機組U71Mn高碳鋼軌道焊接工藝

        2011-12-20 03:49:24薄志軍呂冰
        城市建設(shè)理論研究 2011年23期
        關(guān)鍵詞:施焊鋼軌熱處理

        薄志軍 呂冰

        摘要:1000MW機組主廠房行車軌道采用U71Mn高碳鋼鋼材,U71Mn鋼碳當量高、強度高、韌性差,在焊接過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,另外結(jié)構(gòu)剛性大,焊接殘余應(yīng)力大,吊車運行過程中的沖擊極易造成焊縫的開裂也是焊接的難點。針對以上焊接問題在華電國際鄒縣發(fā)電廠1000MW機組中進行科技創(chuàng)新,制定合理的焊接工藝,使得該鋼種焊接過程中易出現(xiàn)的問題的到成功的解決。

        關(guān)鍵字:U71Mn鋼 焊接

        1、前言:

        華電國際鄒縣發(fā)電廠1000MW機組主廠房行車軌道接頭設(shè)計采用焊接方式,道軌A、B排各11根共22根,鋼材牌號為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,施焊過程有以下難點:1、鋼材碳當量高(Ceq=1.05)、強度高、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;3、結(jié)構(gòu)剛性大,焊接殘余應(yīng)力大;4、吊車運行過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)接焊縫工作時主要受壓,對抗拉強度要求不高,加之吊車移動時需保證整個結(jié)構(gòu)的韌性,根據(jù)施工經(jīng)驗,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)坡口的具體尺寸進行修正,保證根部施焊時焊透。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、測溫筆測溫的方式,加熱時割炬噴嘴速度要均勻,嚴禁集中一處加熱,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,最后修補周圍。

        在施焊過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)進行到軌腰焊滿為止。焊接過程中,不能在高溫大電流時熄弧,確要熄弧時,提前將電流調(diào)小,并在鋼軌的兩側(cè)熄弧,以免冷卻速度過快產(chǎn)生裂紋;同時要求確保電力供應(yīng)持續(xù)不間斷,將赤銅托板安裝好后開始焊接軌頭。最后對焊縫周圍未焊飽滿之處進行補焊。焊條的更換速度要快,施焊過程2人輪換進行,電弧始終保持燃燒。清渣后重新焊接前使用測溫筆進行測溫,若溫度高于250℃繼續(xù)施焊,否則必須重新進行預(yù)熱。焊接腰部直至蓋面前(低于頂部1~6 mm)清渣,蓋面時要根據(jù)變形情況可把焊縫加寬最大可達25 mm。焊接過程中不能在高溫大電流時熄弧,確要熄弧時,提前將電流調(diào)小,并再鋼軌的兩側(cè)熄弧,以免冷卻速度過快產(chǎn)生裂紋;同時要求確保電力供應(yīng)持續(xù)不間斷。施焊過程中要按照由前到后的順序進行,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(當火焰離開后紅狀會逐漸消失)時,立即采用保溫巖棉進行保溫,保溫厚度大約60 mm,保溫寬度200mm。保溫過程中,熱處理施工人員必須巡視,保證熱處理過程的效果,緩冷至室溫后,進行焊縫修磨至軌道形狀。

        3、無損探傷

        熱處理完畢對焊縫全部進行表面著色探傷,探傷試驗焊縫一次性合格,合格率為100%。

        4、現(xiàn)場焊接結(jié)論

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

        焊接過程中應(yīng)注意以下幾點:1、構(gòu)件組對時,要預(yù)先用赤銅墊板和鋼墊板將鋼軌端頭墊起40-60cm,并在焊接前進行焊前預(yù)熱;2、焊接過程中要控制好線能量,特別是在熄弧時,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攝氏度進行焊后熱處理,焊接時不宜在冬天施工。

        參考文獻

        [1]崔忠圻等.金屬學(xué)與熱處理.機械工業(yè)出版社.2000

        [2]姚忠凱等.鋼的組織轉(zhuǎn)變譯文集.機械工業(yè)出版社.1980

        [3]上海交通大學(xué).碳鋼熱處理.1976

        [4]俞德剛,談音煦編著.鋼的組織強度學(xué)-組織與強韌性.上??萍汲霭嫔?1983

        [5]火力發(fā)電廠焊接熱處理規(guī)程.2004

        [6]高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

        [7]電站鋼結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件

        注:文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。

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