CN111266700B - 一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置及修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，包括底部钢板、加热装置、圆形法兰钢压板、焊枪、耐热钢加强筋板、全螺纹螺杆和螺帽；耐热钢底座设置在底部钢板上；若干耐热钢加强筋板沿圆周均匀设置在耐热钢底座的上表面；圆形法兰钢压板设在耐热钢加强筋板上，其板面上沿圆周均匀设置有与耐热钢底座的各耐热钢散热孔一一对应的若干连接孔；若干所述全螺纹螺杆分别贯穿各相对应的耐热钢散热孔和连接孔，其底端与底部钢板垂直焊接固定，其上部通过螺帽紧固；所述加热装置设置在通孔处的底部钢板上。本发明能够快速完成缓冷车轮耐热钢底座开裂焊接修复，节约了维护时间，降低采购成本，减少停机损失，为合理组产生产各种车轮提供了保障。

Description

一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置及修复工艺

技术领域

本发明属于机械领域，特别涉及一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置及修复工艺。

背景技术

马钢轨道交材公司是我国重要的火车车轮生产基地，为亚洲最大的车轮生产企业，车轮的主要生产工艺流程：钢坯来料检验---圆盘冷锯切割下料---推钢机输送---加热炉加热---移动机械手夹持---90MN车轮预成型---轧机压轧---50MN定位成型---冷床输送---缓冷炉缓冷---热处理---粗加工---精加工---抛丸探伤---表面喷漆---装箱交付。车轮在缓冷炉缓冷也是生产各种车轮的工序之一，缓冷炉缓冷工艺流程：轧制定位成型的车轮通过冷床输送到落垛架上，由行车直接吊运到缓冷炉上面，然后机械手打开炉盖，吊运的车轮通过行车下落到平整结合面缓冷炉内耐热钢底座上面，由耐热钢底座支撑着承重的车轮并把高温的红钢按照缓冷工艺逐步冷却室温。由于耐热钢底座长期受到成垛车轮的承压以及高温热胀冷缩的结构件变形，使用一段时间后，耐热钢底座出现部分开裂，直接导致落垛车轮的平整结合面其遭到破坏，影响各种成垛车轮摆放，如果不能在平整结合面上摆放会产生车轮倒垛，不仅砸坏缓冷炉体而且影响产品缓冷工艺质量，若更换一个新的耐热钢底座不仅需要百万元备件费用，而且因无备件，采购加工新备件周期长，势必影响生产。为了尽快恢复生产，设计简易装置并制定和完善了基于不同母材的开裂面堆焊及热处理工艺，开展耐热钢底座焊接修复攻关，确保开裂的耐热钢底座能够经济性、安全性、可靠性地重复使用。

目前，各种耐热钢焊接修复应用较为普遍，不少文献中都有叙述，但针对一种缓冷车轮耐热钢底座焊接修复还没有文献记载，车轮耐热钢底座焊接修复主要难点在于完成对待焊耐热钢底座开裂部位的切割清理、预热、焊接、加热保温等焊接工艺后，需要确保整体耐热钢底座不会发生结构性变形，不影响各种成垛的车轮平整在耐热钢底座结合面上摆放以及内部组织产生各种不达标性能。另外，焊接修复后的耐热钢底座满足平整结合面的摆放和红钢热胀冷缩时的构件变形，表面不能有任何焊接缺陷避免后续影响耐热钢底座使用周期质量。

发明内容

针对上述背景技术中存在的耐热钢底座产生贯穿裂纹的问题，本发明提供一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置及修复工艺并加以实施，通过焊接验证，能够快速实施完成缓冷车轮耐热钢底座开裂焊接修复，节约了维护时间，降低采购成本，减少了长时间的工序停机损失，为合理组产生产各种国内外车轮提供了保障。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，所述耐热钢底座呈圆盘状，其中心处设置有通孔，其盘面上沿圆周均匀设置有若干耐热钢散热孔，其特征是，所述焊接装置包括底部钢板、加热装置、圆形法兰钢压板、焊枪、若干耐热钢加强筋板、若干全螺纹螺杆和螺帽；所述耐热钢底座设置在底部钢板上；若干所述耐热钢加强筋板沿圆周均匀设置在耐热钢底座的上表面；所述圆形法兰钢压板设置在耐热钢加强筋板上，其圆心位置与耐热钢底座的圆心位置一致，其板面上沿圆周均匀设置有与耐热钢底座的各耐热钢散热孔一一对应的若干连接孔；若干所述全螺纹螺杆分别贯穿各相对应的耐热钢散热孔和连接孔，其底端与底部钢板垂直焊接固定，其上部通过螺帽紧固；所述加热装置设置在通孔处的底部钢板上。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述加热装置包括加热器支座，该加热器支座设置在通孔处的底部钢板上；所述加热器支座的上部设置在环形状的加热管，该加热管上连接有输气管；所述加热管的环形内径大于通孔的直径，其底部沿圆周均匀设置有若干朝下的喷嘴。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述输气管上设置有压力表。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述加热管通过若干连接杆固定在加热器支座上。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述底部钢板为100mm厚的矩形钢板，所述圆形法兰钢压板的厚度为50mm，所述全螺纹螺杆的直径为50mm。

本发明一种缓冷车轮耐热钢底座的修复工艺，所述耐热钢底座长期使用后形成贯穿裂纹，其特征是，所述修复工艺包括如下步骤：

步骤一、根据耐热钢底座的规格制作上述技术方案中所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，并将该耐热钢底座设置其中；

步骤二、焊前准备；

2.1、焊接设备为HT400D数字化控制逆变式手工直流焊机，焊条：A137φ5.0mm、φ4.0mm，焊条200～250℃烘焙1h后恒温，随用随取；

2.2、裂纹清根设备为碳弧气刨ZX5-630焊机配合等离子气刨LGK-100MA；

2.3、焊接位置区域与焊条不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽；

2.4、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

2.5、材质：耐热钢

2.6、辅助设施：保温桶、样板、测温仪、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动扳手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品等；

2.7、根据耐热钢底座的规格及焊接要求确定焊接工艺参数；

步骤三、耐热钢底座预热；

待耐热钢底座固定在所述焊接装置中后，采用碳弧气刨ZX5-630焊机配合等离子气刨LGK-100MA对贯穿裂纹进行清根，使用5倍的放大镜检查清根后确保无其它缺陷，通过加热装置对耐热钢底座进行加热，喷嘴加热的温度均匀的由里传热到外侧，预热温度设定为100～130℃；

步骤四、焊接修复；

4.1、当贯穿裂纹处达到工艺温度后，进行打底层的焊接，打底层焊接采用A137焊条，直线往返运条快速短弧焊接，焊缝不宜太宽但要满足底部和侧面的熔合，一层焊接完成后采用清渣锤、角向磨光机仔细清理，再利用5倍的放大镜检查焊缝有无焊接缺陷，一旦发现裂纹、气孔等焊接缺陷，必须采用等离子气刨切割机进行清根焊补；打底层确认无缺陷后，再启动焊枪采用A137焊条进行二层以及以上的填充层和盖面层的焊接，采用斜圆圈运条法短弧或5～8mm的中等弧长进行堆焊，每一层都必须进行焊接缺陷的检查，确认无任何焊接缺陷时再进行下一层的焊接，盖面层焊缝宽度可以调整放宽，必须保证和母材熔合好后，确保无任何焊接缺陷，贯穿裂纹全部焊接完成后，冷却到室温再进行全方位的焊接检验，可直接观察或者用5倍的放大镜查找合格后，确认无任何焊接缺陷后，取走焊枪；

4.2、再启动加热装置继续对整体耐热钢底座进行升温至300～350℃，达到焊接要求的工艺温度，慢慢冷却直到冷却到室温；

4.3、最后把焊接完成的整体耐热钢底座采用手工研磨加工至符合使用尺寸，并在验收合格后，交付使用。

作为本发明技术方案的进一步改进，焊接时，确保焊枪的焊条与贯穿裂纹处成45度夹角。

作为本发明技术方案的进一步改进，焊接时，焊接前采用加热装置对耐热钢底座预热至100～130℃时，预热温度以30℃/h的速度上升；焊接完成后，启用加热装置继续对整体耐热钢底座进行升温至300～350℃时，温度上升速度为50°/h。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述打底层采用φ4.0mm的A137焊条，焊接电流为160～180A，电弧电压为23±1V，焊接速度为16±1cm/min，所述填充层和盖面层采用φ5.0mm的A137焊条，焊接电流为180～220A，电弧电压为26±1V，焊接速度为18±1cm/min。

相对于现有技术，本发明通过一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置及修复工艺并加以实施，不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，减少了长时间的工序停机损失，为合理组产生产各种国内外车轮提供了保障，同时，一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置及修复工艺为今后各种耐热钢备件的焊接修复提供了科学参考依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明所述一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置的结构示意图；

图2为本发明所述一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置的立面结构示意图；

图3为本发明中所述耐热钢底座的结构示意图；

图4为本发明中所述法兰钢压板结构示意图；

图中：1.底部钢板 2.耐热钢底座 3.耐热钢加强筋板 4.全螺纹螺杆 5.螺帽 6.加热器支座 7.圆形法兰钢压板 8.加热管 9.喷嘴 10.压力表 11.输送气管 12.焊枪 13.耐热钢散热孔 14.贯穿裂纹 15.连接杆 16.通孔 17.连接孔。

具体实施方式

实施例1：

如图1至图4所示，本发明一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，所述耐热钢底座2呈圆盘状，其中心处设置有通孔16，其盘面上沿圆周均匀设置有若干耐热钢散热孔13，其特征是，所述焊接装置包括底部钢板1、加热装置、圆形法兰钢压板7、焊枪12、若干耐热钢加强筋板3、若干全螺纹螺杆4和螺帽5；所述耐热钢底座2设置在底部钢板1上；若干所述耐热钢加强筋板3沿圆周均匀设置在耐热钢底座2的上表面；所述圆形法兰钢压板7设置在耐热钢加强筋板3上，其圆心位置与耐热钢底座2的圆心位置一致，其板面上沿圆周均匀设置有与耐热钢底座2的各耐热钢散热孔13一一对应的若干连接孔17；若干所述全螺纹螺杆4分别贯穿各相对应的耐热钢散热孔13和连接孔17，其底端与底部钢板1垂直焊接固定，其上部通过螺帽5紧固；所述加热装置设置在通孔16处的底部钢板1上。

本实施例中，所述加热装置包括加热器支座6，该加热器支座6设置在通孔16处的底部钢板1上；所述加热器支座6的上部设置在环形状的加热管8，该加热管8上连接有输气管11；所述加热管8的环形内径大于通孔16的直径，其底部沿圆周均匀设置有若干朝下的喷嘴9。

本实施例中，所述输送气管11上设置有压力表10。

本实施例中，所述加热管8通过若干连接杆15固定在加热器支座6上。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述底部钢板1为100mm厚的矩形钢板，所述圆形法兰钢压板7的厚度为50mm，所述全螺纹螺杆4的直径为50mm。

实施例2：

本发明一种缓冷车轮耐热钢底座的修复工艺，所述耐热钢底座2长期使用后形成贯穿裂纹14，其特征是，所述修复工艺包括如下步骤：

步骤一、根据耐热钢底座2的规格制作实施例1所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，并将该耐热钢底座2设置其中；

步骤二、焊前准备；

2.1、焊接设备为HT400D数字化控制逆变式手工直流焊机，焊条：A137φ5.0mm、φ4.0mm，焊条200～250℃烘焙1h后恒温，随用随取；

2.2、裂纹清根设备为碳弧气刨ZX5-630焊机配合等离子气刨LGK-100MA；

2.3、焊接位置区域与焊条不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽；

2.4、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

2.5、材质：耐热钢

2.6、辅助设施：保温桶、样板、测温仪、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动扳手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品等；

2.7、根据耐热钢底座的规格及焊接要求确定焊接工艺参数；

步骤三、耐热钢底座预热；

待耐热钢底座2固定在所述焊接装置中后，采用碳弧气刨ZX5-630焊机配合等离子气刨LGK-100MA对贯穿裂纹14进行清根，使用5倍的放大镜检查清根后确保无其它缺陷，通过加热装置对耐热钢底座2进行加热，喷嘴加热的温度均匀的由里传热到外侧，预热温度设定为100～130℃；

步骤四、焊接修复；

4.1、当贯穿裂纹14处达到工艺温度后，进行打底层的焊接，打底层焊接采用A137焊条，直线往返运条快速短弧焊接，焊缝不宜太宽但要满足底部和侧面的熔合，一层焊接完成后采用清渣锤、角向磨光机仔细清理，再利用5倍的放大镜检查焊缝有无焊接缺陷，一旦发现裂纹、气孔等焊接缺陷，必须采用等离子气刨切割机进行清根焊补；打底层确认无缺陷后，再启动焊枪采用A137焊条进行二层以及以上的填充层和盖面层的焊接，采用斜圆圈运条法短弧或5～8mm的中等弧长进行堆焊，每一层都必须进行焊接缺陷的检查，确认无任何焊接缺陷时再进行下一层的焊接，盖面层焊缝宽度可以调整放宽，必须保证和母材熔合好后，确保无任何焊接缺陷，贯穿裂纹14全部焊接完成后，冷却到室温再进行全方位的焊接检验，可直接观察或者用5倍的放大镜查找合格后，确认无任何焊接缺陷后，取走焊枪；

4.2、再启动加热装置继续对整体耐热钢底座2进行升温至300～350℃，达到焊接要求的工艺温度，慢慢冷却直到冷却到室温；

4.3、最后把焊接完成的整体耐热钢底座采用手工研磨加工至符合使用尺寸，并在验收合格后，交付使用。

作为本发明技术方案的进一步改进，焊接时，确保焊枪12的焊条与贯穿裂纹14处成45度夹角。

本实施例中，焊接时，焊接前采用加热装置对耐热钢底座2预热至100～130℃时，预热温度以30℃/h的速度上升；焊接完成后，启用加热装置继续对整体耐热钢底座2进行升温至300～350℃时，温度上升速度为50°/h。

本实施例中，所述打底层采用φ4.0mm的A137焊条，焊接电流为160～180A，电弧电压为23±1V，焊接速度为16±1cm/min，所述填充层和盖面层采用φ5.0mm的A137焊条，焊接电流为180～220A，电弧电压为26±1V，焊接速度为18±1cm/min。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，所述耐热钢底座(2)呈圆盘状，其中心处设置有通孔(16)，其盘面上沿圆周均匀设置有若干耐热钢散热孔(13)，其特征是，所述焊接装置包括底部钢板(1)、加热装置、圆形法兰钢压板(7)、焊枪(12)、若干耐热钢加强筋板(3)、若干全螺纹螺杆(4)和螺帽(5)；所述耐热钢底座(2)设置在底部钢板(1)上；若干所述耐热钢加强筋板(3)沿圆周均匀设置在耐热钢底座(2)的上表面；所述圆形法兰钢压板(7)设置在耐热钢加强筋板(3)上，其圆心位置与耐热钢底座(2)的圆心位置一致，其板面上沿圆周均匀设置有与耐热钢底座(2)的各耐热钢散热孔(13)一一对应的若干连接孔(17)；若干所述全螺纹螺杆(4)分别贯穿各相对应的耐热钢散热孔(13)和连接孔(17)，其底端与底部钢板(1)垂直焊接固定，其上部通过螺帽(5)紧固；所述加热装置设置在通孔(16)处的底部钢板(1)上；所述加热装置包括加热器支座(6)，该加热器支座(6)设置在通孔(16)处的底部钢板(1)上；所述加热器支座(6)的上部设置在环形状的加热管(8)，该加热管(8)上连接有输气管(11)；所述加热管(8)的环形内径大于通孔(16)的直径，其底部沿圆周均匀设置有若干朝下的喷嘴(9)；所述输气管(11)上设置有压力表(10)；所述加热管(8)通过若干连接杆(15)固定在加热器支座(6)上。

2.根据权利要求1所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，其特征是，所述底部钢板(1)为100mm厚的矩形钢板，所述圆形法兰钢压板(7)的厚度为50mm，所述全螺纹螺杆(4)的直径为50mm。

3.一种缓冷车轮耐热钢底座的修复工艺，所述耐热钢底座(2)长期使用后形成贯穿裂纹(14)，其特征是，所述修复工艺包括如下步骤：

步骤一、根据耐热钢底座(2)的规格制作权利要求1或2所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的焊接装置，并将该耐热钢底座(2)设置其中；

步骤二、焊前准备；

2.1)、焊接设备为HT400D数字化控制逆变式手工直流焊机，焊条：φ5.0mm、φ4.0mm的A137焊条，焊条200～250℃烘焙1h后恒温，随用随取；

2.2)、裂纹清根设备为碳弧气刨ZX5-630焊机配合等离子气刨LGK-100MA；

2.3)、焊接位置区域与焊条不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽；

2.4)、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

2.5)、材质：耐热钢

2.6)、辅助设施：保温桶、样板、测温仪、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动扳手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品等；

2.7)、根据耐热钢底座的规格及焊接要求确定焊接工艺参数；

步骤三、耐热钢底座预热；

待耐热钢底座(2)固定在所述焊接装置中后，采用碳弧气刨ZX5-630焊机配合等离子气刨LGK-100MA对贯穿裂纹(14)进行清根，使用5倍的放大镜检查清根后确保无其它缺陷，通过加热装置对耐热钢底座(2)进行加热，喷嘴加热的温度均匀的由里传热到外侧，预热温度设定为100～130℃；

步骤四、焊接修复；

4.1)、当贯穿裂纹(14)处达到工艺温度后，进行打底层的焊接，打底层焊接采用A137焊条，直线往返运条快速短弧焊接，焊缝不宜太宽但要满足底部和侧面的熔合，一层焊接完成后采用清渣锤、角向磨光机仔细清理，再利用5倍的放大镜检查焊缝有无焊接缺陷，一旦发现裂纹、气孔等焊接缺陷，必须采用等离子气刨切割机进行清根焊补；打底层确认无缺陷后，再启动焊枪采用A137焊条进行二层以及以上的填充层和盖面层的焊接，采用斜圆圈运条法短弧或5～8mm的中等弧长进行堆焊，每一层都必须进行焊接缺陷的检查，确认无任何焊接缺陷时再进行下一层的焊接，盖面层焊缝宽度可以调整放宽，必须保证和母材熔合好后，确保无任何焊接缺陷，贯穿裂纹(14)全部焊接完成后，冷却到室温再进行全方位的焊接检验，可直接观察或者用5倍的放大镜查找合格后，确认无任何焊接缺陷后，取走焊枪；

4.2)、再启动加热装置继续对整体耐热钢底座(2)进行升温至300～350℃，达到焊接要求的工艺温度，慢慢冷却直到冷却到室温；

4.3)、最后把焊接完成的整体耐热钢底座采用手工研磨加工至符合使用尺寸，并在验收合格后，交付使用。

4.根据权利要求3所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的修复工艺，其特征是，焊接时，确保焊枪(12)的焊条与贯穿裂纹(14)处成45度夹角。

5.根据权利要求3所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的修复工艺，其特征是，焊接时，焊接前采用加热装置对耐热钢底座(2)预热至100～130℃时，预热温度以30℃/h的速度上升；焊接完成后，启用加热装置继续对整体耐热钢底座(2)进行升温至300～350℃时，温度上升速度为50°/h。

6.根据权利要求3所述的一种缓冷车轮耐热钢底座的修复工艺，其特征是，所述打底层采用φ4.0mm的A137焊条，焊接电流为160～180A，电弧电压为23±1V，焊接速度为16±1cm/min，所述填充层和盖面层采用φ5.0mm的A137焊条，焊接电流为180～220A，电弧电压为26±1V，焊接速度为18±1cm/min。