薄志军 吕冰

摘要：1000MW机组主厂房行车轨道采用U71Mn高碳钢钢材，U71Mn钢碳当量高、强度高、韧性差，在焊接过程中极易在熄弧弧坑、熔合线及热影响区处产生裂纹，且焊接填充量大，容易引起道轨变形超标，另外结构刚性大，焊接残余应力大，吊车运行过程中的冲击极易造成焊缝的开裂也是焊接的难点。针对以上焊接问题在华电国际邹县发电厂1000MW机组中进行科技创新，制定合理的焊接工艺，使得该钢种焊接过程中易出现的问题的到成功的解决。

关键字：U71Mn钢 焊接

1、前言：

華电国际邹县发电厂1000MW机组主厂房行车轨道接头设计采用焊接方式，道轨A、B排各11根共22根，钢材牌号为U71Mn（属于高碳钢），共需要焊接连接焊缝20道。U71Mn钢化学成分及力学性能如下：

化学成分（％） 力学性能

C Mn Si S P δb/MPa

0.65-0.77 1.10-1.50 0.15-0.35 ≤0.035 ≤0.035 ≥900

由于焊接构件为U71Mn，属于高碳钢，施焊过程有以下难点：1、钢材碳当量高（Ceq＝1.05）、强度高、韧性差，极易在熄弧弧坑、熔合线及热影响区处产生裂纹；2、焊接填充量大，容易引起道轨变形超标；3、结构刚性大，焊接残余应力大；4、吊车运行过程中的冲击极易造成焊缝的开裂。

2、焊接施工方案及采取的措施

2.1、焊接材料选择：

考虑道轨的工作状况，道轨联接焊缝工作时主要受压，对抗拉强度要求不高，加之吊车移动时需保证整个结构的韧性，根据施工经验，选用E5015(J507)焊条，直径3.2mm、4.0mm。

2.2、焊接方法及焊接参数

采用手工电弧焊工艺（SMAW）。

规格电流 电压

Ф3.2100-150A24-27V

Ф4 150-200A24-27V

2.3、组对要求

坡口型式为I 型，间隙12-14mm，坡口间隙底部有一2-4mm低碳钢板条，低碳钢板条根据坡口的具体尺寸进行修正，保证根部施焊时焊透。施焊前将坡口及其两侧10-15mm范围内的油、锈等打磨干净，直至露出金属光泽。

2.4、由于道轨焊接施工正值冬季且为野外施工，焊前预热尤为必要，预热采用火焰加热、测温笔测温的方式，加热时割炬喷嘴速度要均匀，严禁集中一处加热，加热宽度每侧不得小于500mm，加热温度300℃。

2.5、焊接顺序：

先焊接轨底，后焊接轨腰、轨头，最后修补周围。

在施焊过程中钢轨接头将向下弯曲变形，为此，在焊接前必须将钢轨端头垫起一定的高度以保证焊接完毕后，钢轨能保持平直。如下图所示：

2.6、焊接过程

施焊轨底的第一层焊缝电流稍大（180－200A），以便将低碳钢板条焊透和排渣。以后几层可使用160－180A电流，每焊完一层必须把溶渣清理干净后方能继续施焊。轨底焊接结束后将赤铜夹板紧密贴在轨腰两侧，夹板上的槽与钢轨间隙对正，使用150－170A电流，从轨腰的下部向上施焊。每焊完一根焊条便取下赤铜夹板清除溶渣，赤铜夹板用水冷却并清除粘着的溶渣后，再重新贴在钢轨两侧继续施焊，这样重复进行到轨腰焊满为止。焊接过程中，不能在高温大电流时熄弧，确要熄弧时，提前将电流调小，并在钢轨的两侧熄弧，以免冷却速度过快产生裂纹；同时要求确保电力供应持续不间断，将赤铜托板安装好后开始焊接轨头。最后对焊缝周围未焊饱满之处进行补焊。焊条的更换速度要快，施焊过程2人轮换进行，电弧始终保持燃烧。清渣后重新焊接前使用测温笔进行测温，若温度高于250℃继续施焊，否则必须重新进行预热。焊接腰部直至盖面前（低于顶部1~6 mm）清渣，盖面时要根据变形情况可把焊缝加宽最大可达25 mm。焊接过程中不能在高温大电流时熄弧，确要熄弧时，提前将电流调小，并再钢轨的两侧熄弧，以免冷却速度过快产生裂纹；同时要求确保电力供应持续不间断。施焊过程中要按照由前到后的顺序进行，并且保证焊层厚度一致，以防止轨道扭曲变形。如下图：

2.7、焊接完毕措施

焊接完毕后立即采用火焰加热，大约加热10分钟，加热范围40mm，加热温度600℃～700℃，焊缝及热影响区喷烧到呈现红状（当火焰离开后红状会逐渐消失）时,立即采用保温岩棉进行保温，保温厚度大约60 mm，保温宽度200mm。保温过程中，热处理施工人员必须巡视，保证热处理过程的效果，缓冷至室温后，进行焊缝修磨至轨道形状。

3、无损探伤

热处理完毕对焊缝全部进行表面着色探伤，探伤试验焊缝一次性合格，合格率为100％。

4、现场焊接结论

轨道在实际运行中，运行状况一直较好，高碳钢U71Mn焊接工艺应用取得了较好的效果。

焊接过程中应注意以下几点：1、构件组对时，要预先用赤铜垫板和钢垫板将钢轨端头垫起40－60cm，并在焊接前进行焊前预热；2、焊接过程中要控制好线能量，特别是在熄弧时,控制好冷却速度不能太快，且连续焊接；3、焊后采用火焰加热10分钟、范围为40cm、600－700摄氏度进行焊后热处理，焊接时不宜在冬天施工。

参考文献

[1]崔忠圻等.金属学与热处理.机械工业出版社.2000

[2]姚忠凯等.钢的组织转变译文集.机械工业出版社.1980

[3]上海交通大学.碳钢热处理.1976

[4]俞德刚，谈音煦编著.钢的组织强度学-组织与强韧性.上海科技出版社.1983

[5]火力发电厂焊接热处理规程.2004

[6]高层民用建筑钢结构技术规程

[7]电站钢结构焊接通用技术条件

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。