CN115007966A - 一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，步骤如下：1)焊前将车轮上的待焊区域加热至200℃±20℃的预热温度；2)采用低碳无合金焊丝配合焊剂在轮缘磨耗根部处堆焊过渡层，并采用药芯焊丝配合焊剂在过渡层上埋弧堆焊耐磨层，获得堆焊层，其中在整个焊接过程中通过测温仪测量轮缘处的温度，并控制层间温度等于或高于预热温度，并且控制堆焊层的温升在250‑350℃/h之间；3)焊接结束后立即采用保温罩进行保温缓冷。本发明采用焊前预热和堆焊过渡层双工艺措施，能够显著降低堆焊层裂纹倾向，能够有效提升辗钢车轮堆焊后的耐磨性能，彻底解决铁路冶金车辆轮缘磨耗堆焊修复使用周期缩短的问题。

Description

一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法

技术领域

本发明属于辗钢材质车轮高耐磨性能熔敷金属堆焊技术领域，适用于铁路冶金车辆车轮磨耗后的现场焊接修复，并且更具体地，涉及一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法。

背景技术

近年来，由于受到铁水区线路改造及铁水罐增容后影响，铁路轨道的硬度增加以及重载铁水罐对车轮磨耗量增大，造成铁水车集中出现轮缘异常严重偏磨现象，为确保安全生产运行，磨耗超标的车轮将不能继续使用。经对入修车辆使用寿命统计，其平均运行时间由12个月缩短至4-5个月，大幅增加了检修工作量及采购成本，也给运输保产带来了风险。为保障铁路运输安全，延长铁路车辆轮缘的使用寿命，降低车辆检修频次及运输捣调成本等，须研究解决这一堆焊修复难题。

目前，对车轮磨损面堆焊修复工艺均采用低碳无合金的H08A焊丝常温下进行焊接，由于堆焊材料属于低碳无合金焊丝，焊后熔敷金属表面硬度仅为车轮母材硬度的45％-60％，此方法焊修后的轮缘硬度较原材质硬度值下降约1.5倍，造成铁路车辆的车轮均出现轮缘严重磨耗现象，同时给铁路安全运输也带来了一定风险。

通过文献2004年2月《焊接技术》中“国外铁路车轮补焊技术发展及我国现状”检索，当前我国采用的车轮补焊方法特点是：焊前不对车轮进行预热，补焊在常温下进行；补焊材料采用低强度、韧性较好的低碳无合金焊丝(如H08A)。这种低匹配(堆焊层硬度低于母材硬度)的方法有利于提高补焊层金属的韧性，对减少焊接纹是有利的，但实际的探伤检测显示，采用了H08A焊丝也不能完全消除裂纹。另一方面，国内有研究发现采用不预热及H08A+HJ431的方法补焊，补焊层的金属显微组织为先共析铁素体+少量珠光体，硬度HV142-177，仅为车轮母材硬度的45％-70％，从以上两方面看，都不能令人满意。

因此，设计一种能够克服上述缺陷的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法是令人期望的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是解决铁路货运车辆轮缘磨耗后堆焊层的耐磨性能，提升车辆车轮的使用寿命，降低铁路车辆安全运输的风险。

我国铁路用辗钢车轮的金属显微组织为珠光体+少量铁素体，从车轮实际测量结果看表面布氏硬度为HB283，车轮钢含碳量达0.55％-0.65％，堆焊时的最大难点在于防止焊接裂纹。如果车轮在无预热条件下堆焊电流不超400A，第1道的焊后冷却速度为15-20℃/S,热影响区会出现马氏体。因此轮缘堆焊时必须预热，以保证热影响区冷却速度不超过10-15℃/S。并且，试验表明车轮堆焊时为防止热影响区产生马氏体，应保证热影响区冷却速度低于10℃/S。从之前对车轮的堆焊情况看，由于使用的H08A堆焊材料强度及硬度较低，焊丝中碳含量在0.070％，其他残余元素范围与车轮母材匹配不理想。另一方面，由于采用低碳无合金焊丝不预热堆焊，由此产生两方面问题：焊后的堆焊层硬度低(HB120-130)，轮缘硬度不够，在实际使用中极易磨损；热影响区容易产生脆化倾向，加之内应力的存在，焊缝及热影响区裂纹难以避免，使车轮的使用安全性大大降低。

通过堆焊金属提高强度和硬度的方法与车轮母材有所不同。车轮母材成分中的碳含量较高，在0.55％-0.65％之间，较高的含碳量可以形成大量的珠光体组织，同时通过热处理增加铁素体的固溶度，提高强度和硬度。但对于堆焊金属来说，却不能采用该方法，因为堆焊时的热循环条件与车轮生产时的热循环条件不同，车轮生产时为整体加热和冷却，加热和冷却的速度较慢；轮缘堆焊为局部加热和冷却，热循环速度明显要快许多。在不预热条件下焊接冷却速度一般都超过10-15℃/S，如果含碳量较高则会产生马氏体，使堆焊金属变脆，因此堆焊金属必须采用低碳加多合金的方法提高硬度。

因此，本发明通过车轮力学性能及多次焊接性试验最终合作研制出 CHD127M硬面耐磨埋弧堆焊用药芯焊丝，配合焊剂CHF431的方法进行堆焊。为消除堆焊层裂纹及保证焊接质量，焊前用火焰预热至200±20℃，并采用低强度、韧性较好的H08A焊丝堆焊过渡层，然后采用CHD127M 药芯焊丝配合焊剂在过渡层上埋弧堆焊耐磨层，由此获得由过渡层和耐磨层构成的堆焊层，并且焊接过程中控制层间温度等于或略高于预热温度，且堆焊层升温控制在250～350℃/h之间，焊接结束后立即用自制的石棉保温罩对其保温缓冷。本发明经过铁水罐车的辗钢车轮磨损面堆焊修复实践，平均使用寿命延长了1.5倍，保障了铁水罐车的安全运行；并且本发明使用的设备简单，操作灵活方便、快速，易于掌握。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一方面，提供一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，包括以下步骤：

1)焊前将车轮上的待焊区域均匀缓慢地加热至200℃±20℃的预热温度；

2)采用低碳无合金焊丝配合焊剂在车轮的轮缘磨耗根部处堆焊过渡层，并采用药芯焊丝配合焊剂在过渡层上埋弧堆焊耐磨层，获得由过渡层和耐磨层构成的堆焊层，其中在整个焊接过程中通过测温仪测量轮缘处的温度，并控制层间温度等于或高于预热温度，并且控制堆焊层的温升在 250-350℃/h之间；

3)焊接结束后立即采用保温罩对车轮进行保温缓冷。

在本发明的一个实施例中，方法还包括：

4)在保温缓冷至室温后，按照轮缘外形尺寸要求进行旋削加工。

在本发明的一个实施例中，步骤1)中采用氧乙炔火焰对待焊区域均匀缓慢地加热。

在本发明的一个实施例中，步骤2)中低碳无合金焊丝采用H08A焊丝，药芯焊丝采用CHD127M药芯焊丝，焊剂采用CHF431焊剂。

在本发明的一个实施例中，焊剂在使用前须经200-250℃烘培2h。

在本发明的一个实施例中，骤2)中的过渡层被堆焊2层并且厚度是 4-6mm。

在本发明的一个实施例中，步骤2)中埋弧堆焊时采用的药芯焊丝直径为4mm、电压为27-30V、电流400-450A、杆伸长为25-30mm和焊接速度400-600mm/min。

在本发明的一个实施例中，步骤2)中整个焊接过程保持连续并一次性焊接完成。

在本发明的一个实施例中，步骤2)中还包括在整个焊接过程中，提供焊接小车并在焊接小车上设置便于低碳无合金焊丝和药芯焊丝快速更换的送丝盘装置。

在本发明的一个实施例中，步骤3)中的保温罩是石棉保温罩。

通过采用上述技术方案，本发明相比于现有技术具有如下优点：

(1)通过研制高耐磨性熔敷金属焊丝，采用焊前预热和堆焊过渡层双工艺措施，能显著降低堆焊层裂纹倾向，且堆焊熔敷金属硬度值可增加 1.5倍，能有效提升辗钢车轮堆焊后的耐磨性能，彻底解决铁路冶金车辆轮缘磨耗堆焊修复使用周期缩短的问题。

(2)本焊接方法所用设备、机具简单，便于学习，易于掌握，适用于所有货运铁路运输车辆车轮磨耗严重后的堆焊修复，应用前景十分广泛。

(3)本发明能够使修复后的车辆的使用周期由不足6个月提升至12 个月以上，并大大节约了相关材料费用。

附图说明

图1示出了本发明提供的一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法的流程示意图。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

如图1所示，一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，包括以下步骤：

步骤S101：焊前将车轮上的待焊区域均匀缓慢地加热至200℃±20℃的预热温度；

步骤S102：采用低碳无合金焊丝配合焊剂在车轮的轮缘磨耗根部处堆焊过渡层，并采用药芯焊丝配合焊剂在过渡层上埋弧堆焊耐磨层，获得由过渡层和耐磨层构成的堆焊层，其中在整个焊接过程中通过测温仪测量轮缘处的温度，并控制层间温度等于或高于预热温度，并且控制堆焊层的温升在250-350℃/h之间；

步骤S103：焊接结束后立即采用保温罩对车轮进行保温缓冷。

通过本发明的上述技术方案，本发明采用焊前预热和堆焊过渡层双工艺措施，能显著降低堆焊层裂纹倾向，且堆焊熔敷金属硬度值可增加1.5 倍，能有效提升辗钢车轮堆焊后的耐磨性能，彻底解决铁路冶金车辆轮缘磨耗堆焊修复使用周期缩短的问题；本发明的焊接方法所用设备、机具简单，便于学习，易于掌握，适用于所有货运铁路运输车辆车轮磨耗严重后的堆焊修复，应用前景十分广泛；本发明能够使修复后的车辆的使用周期由不足6个月提升至12个月以上，并大大节约了相关材料费用。

在上述技术方案中，该方法还包括：

在保温缓冷至室温后，按照轮缘外形尺寸要求进行旋削加工。

在上述技术方案中，步骤S101中采用氧乙炔火焰对待焊区域均匀缓慢地加热。

在上述技术方案中，步骤S102中低碳无合金焊丝采用H08A焊丝，药芯焊丝采用CHD127M药芯焊丝，焊剂采用CHF431焊剂。

在上述技术方案中，焊剂在使用前须经200-250℃烘培2h。

在上述技术方案中，步骤S102中的过渡层被堆焊2层并且厚度是4-6 mm。

在上述技术方案中，步骤S102中埋弧堆焊时采用的药芯焊丝直径为 4mm、电压为27-30V、电流400-450A、杆伸长为25-30mm和焊接速度 400-600mm/min。

在上述技术方案中，步骤S102中整个焊接过程保持连续并一次性焊接完成。

在上述技术方案中，步骤S102中还包括在整个焊接过程中，提供焊接小车并在焊接小车上设置便于低碳无合金焊丝和药芯焊丝快速更换的送丝盘装置。

在上述技术方案中，步骤S103中的保温罩是石棉保温罩。

下面通过具体实施例来对本发明的上述技术方案进行详细地说明。

一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，具体包括：

(1)焊剂在使用前须经200-250℃烘培2h，各类焊丝使用前应是干燥、无油、无锈状态。

(2)铁水罐车轮在上工装台位后用钢丝刷清理轮缘待焊区域的油、锈、水分等杂质。

(3)开启转动装置轮进行轮饼自转，观察转动过程中是否平稳。

(4)焊接前热处理：焊前用氧乙炔火焰对待焊区域均匀缓慢地加热至200±20℃的预热温度，以降低焊接过程中的冷却速度，防止产生硬脆的马氏体组织。

(5)轮缘堆焊处理：为降低堆焊层裂纹倾向，在轮缘磨耗根部采用低强度、韧性好的H08A焊丝堆焊2层过渡层，其厚度控制在4-6mm为宜，并采用新研发的具有较高耐磨性的CHD127M药芯焊丝，配合焊剂 CHF431进行埋弧堆焊耐磨层，由此获得由过渡层和耐磨层构成的堆焊层。

在上述整个焊接过程中用测温仪观察轮缘处温度情况，严格控制层间温度等于或略高于预热温度，且堆焊层温升控制在250-350℃/h之间。如若升温过快，应临时暂停10分钟左右，以减慢升温。

在上述整个焊接过程中，在焊接小车现有的送丝盘后方自制一套送丝盘装置，便于焊接时两种焊丝能够快速更换。

在上述整个焊接过程中，在母材熔合良好的情况下，尽量选择小的焊接参数，以减少热输入量。例如，上述埋弧堆焊的工艺参数如表1所示。

表1埋弧堆焊焊接工艺参数

在上述整个焊接过程中，堆焊时每一道之间的接头处应错开至少 50mm。

在上述整个焊接过程中，焊接的整个工艺过程中途不得停止，应一次性焊接完成。

在上述整个焊接过程中，焊接的最后一圈让熔渣覆盖在堆焊层之上，起到缓冷作用。

(6)焊接后处理：焊接结束后立即用石棉保温罩对其保温缓冷，直至冷却到室温。

(7)加工处理：冷却到室温后目测轮缘堆焊层外形尺寸均匀，无焊瘤、表面凹坑等，继而按轮缘外形尺寸旋削加工。并且，进一步用着色渗透探伤轮缘堆焊层加工部位，未发现裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，并且轮饼与轴承结合处未发现移位，几何尺寸满足要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)焊前将车轮上的待焊区域均匀缓慢地加热至200℃±20℃的预热温度；

2)采用低碳无合金焊丝配合焊剂在车轮的轮缘磨耗根部处堆焊过渡层，并采用药芯焊丝配合焊剂在过渡层上埋弧堆焊耐磨层，获得由过渡层和耐磨层构成的堆焊层，其中在整个焊接过程中通过测温仪测量轮缘处的温度，并控制层间温度等于或高于预热温度，并且控制堆焊层的温升在250-350℃/h之间；

3)焊接结束后立即采用保温罩对车轮进行保温缓冷。

2.根据权利要求1所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4)在保温缓冷至室温后，按照轮缘外形尺寸要求进行旋削加工。

3.根据权利要求1所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤1)中采用氧乙炔火焰对待焊区域均匀缓慢地加热。

4.根据权利要求1所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤2)中低碳无合金焊丝采用H08A焊丝，药芯焊丝采用CHD127M药芯焊丝，焊剂采用CHF431焊剂。

5.根据权利要求4所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述焊剂在使用前须经200-250℃烘培2h。

6.根据权利要求5所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤2)中的所述过渡层被堆焊2层并且厚度是4-6mm。

7.根据权利要求6所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤2)中埋弧堆焊时采用的药芯焊丝直径为4mm、电压为27-30V、电流400-450A、杆伸长为25-30mm和焊接速度400-600mm/min。

8.根据权利要求7所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤2)中整个焊接过程保持连续并一次性焊接完成。

9.根据权利要求8所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤2)中还包括在整个焊接过程中，提供焊接小车并在焊接小车上设置便于低碳无合金焊丝和药芯焊丝快速更换的送丝盘装置。

10.根据权利要求1所述的铁路辗钢车轮的表面耐磨堆焊的方法，其特征在于，所述步骤3)中的保温罩是石棉保温罩。

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