一种火车车轮模座焊接装置的制作方法

本实用新型属于机械领域，涉及模座焊接装置，特别涉及一种火车车轮模座焊接装置。

背景技术：

马钢车轮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，也是国内唯一能生产120Km/h以上速度等级客车车轮的企业，重载车轮研发已达到国际先进水平。该公司目前共有二条车轮生产线，年产能力80万件，其车轮轧制三线于2008年10月建成投产，是迄今为止世界上流程最短、自动化信息程度最高、专业性最强的车轮生产线之一，生产车轮的核心工艺就是把加热的红钢通过机械手传送到下道工序车轮模座上面，然后由万吨油压机轧制而成，模座作为车轮压制过程中的重要零部件，在车轮模具和车轮压力机活动横梁之间起着过渡连接体的作用，在生产中承受万吨的工作负荷，由于承担巨大轧制压力，模座使用一段时间后，其与模具和活动横梁之间的配合面遭到破坏，如图4所示的磨损面14，影响车轮产品轧制质量，若更换一个新模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。因此，为了尽快恢复生产，需要设计简易装置并制定和完善基于不同母材的磨损面堆焊及热处理工艺，开展模座焊接修复攻关，确保磨损的模座能够经济性、安全性、可靠性地重复使用。

目前，各种模座焊接修复应用较为普遍，不少文献中都有叙述，但针对一种火车车轮模座焊接修复还较为少见，火车车轮模座焊接修复主要难点在于完成对待焊模座部位的加热、操作、保温等焊接工艺后，确保整体模座不会发生结构性变形，不影响轧制的其它组合件配合模座的精度安装以及内部组织产生各种不达标性能。另外，堆焊后的模座满足机械加工达到符合运转尺寸，表面不能有任何焊接缺陷避免后续影响运转周期质量。

技术实现要素：

针对火车车轮模座接触面磨损焊接性的特点，本实用新型设计制作一套火车车轮模座接触面磨损焊接装置并制订修复工艺加以实施，并通过焊接验证，能够快速实施完成火车车轮模座接触面磨损焊接修复，节约了轧制时间，降低采购成本，减少了长时间停机损失，为合理组产轧钢生产各种国内外车轮提供了保障。

本实用新型解决技术问题的技术方案如下：

本实用新型一种火车车轮模座焊接装置，其特征是，包括焊枪、模座旋转支座、环形加热装置、旋转设备和模座支撑座；所述环形加热装置通过加热器支座安装固定在模座旋转支座的上方；所述旋转设备固定设置在模座旋转支座顶部的中心位置处，其顶部设置有模座支撑座，该模座支撑座位于环形加热装置中心位置下方；所述焊枪设置在环形加热装置位置处。

作为技术方案的进一步改进，所述加热器支座的顶部与环形加热装置底部焊接固定，其下部与模座旋转支座之间可上下调节式连接，该加热器支座上设置有限位块。

作为技术方案的进一步改进，所述环形加热装置包括燃气管道、环形管道以及若干烧嘴；所述燃气管道和环形管道相连通，所述烧嘴均匀设置在环形管道的内侧。

作为技术方案的进一步改进，所述燃气管道上设置有气体压力调节阀。

作为技术方案的进一步改进，环形管道内侧还设置有保温层。

作为技术方案的进一步改进，所述模座支撑座的中心位置处设置有中心顶杆。

本实用新型解决技术问题的另一技术方案为：

一种采用上述技术方案所述火车车轮模座焊接装置的火车车轮模座修复工艺，包括如下步骤：

步骤一、焊前准备：

1.1)、焊接设备准备；焊接设备共两种，一是数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，配套焊接材料选用药芯焊丝，保护气体选用纯度≥99.8％的二氧化碳；二是数字化控制逆变式手工直流焊机，配套焊条选用E5015焊条，烘焙后恒温，随用随取；

1.2)、确定模座需焊接位置区域并对该区域进行去油污、水分和氧化层处理，先用氧乙炔火焰去除油污和水分，再用砂布或磨硝砂轮机打磨除锈；

1.3)、将1.2)中处理过模座放置到模座支撑座上，将数字化脉冲气体保护焊机的焊枪作为固定焊枪在模座需焊接位置区域固定；

1.4)、根据1.1)中确定的焊接设备及配套焊接材料确定模座焊接的工艺参数；

1.5)、准备焊接所需的辅助设施；

步骤二、预热及焊接；

2.1)、向燃气管道通燃气，利用环形加热装置的各烧嘴从模座外侧将模座预热至150℃～200℃；

2.2)、因模座的需焊接位置区域为环形角焊缝，采用逐步向上焊接方式，启动旋转设备并调节其运转方向和速度，使得其上放置的模座的运转速度与预设的焊接速度相匹配，然后由固定焊枪进行模座需焊接位置区域底部打底层顺时针焊接，施焊时焊枪的角度要满足模座磨损面底部及侧面的熔合，采用斜三角形运条法短弧或15～22mm的中等弧长，焊缝的宽度为8～10mm，打底层焊缝结束头尾连接后，关闭旋转设备，进行清理并检查焊缝有无焊接缺陷，若存在裂纹、气孔等焊接缺陷，采用等离子气刨切割机进行清根后进行补焊，焊接补焊采用手工焊条电弧焊，通过数字化控制逆变式手工直流焊机使用E5015焊条进行补焊，补焊时保持层间温度，补焊后再次检查焊缝，确保无焊接缺陷；

2.3)、再次利用旋转设备进行二层以及以上堆焊层的焊接，通过固定焊枪作反月牙形运条法短弧或15～22mm中等弧长进行每一堆焊层的施焊，确保各堆焊层保持在8～10mm宽度，进行角焊缝堆焊时，确保堆焊层与模座的磨损面熔合好，焊接过程中，每一堆焊层在头尾连接后均需进行焊缝缺陷检查，若存在裂纹、气孔等焊接缺陷，采用等离子气刨切割机进行清根后进行补焊，焊接补焊采用手工焊条电弧焊，通过数字化控制逆变式手工直流焊机使用E5015焊条进行补焊，补焊时保持层间温度，补焊后再次检查焊缝，确保无焊接缺陷；

2.4)、进行顶端盖面层焊接，利用旋转设备通过固定焊枪施焊，焊缝宽度为15～20mm，焊缝需覆盖堆焊层与模座本体，然后进行全方位的焊接检验，直接观察或用3-4倍的放大镜查找合格后，确认无任何焊接缺陷后，拆除固定焊枪；

步骤三、焊后处理；

3.1)、再次启动环形加热装置继续对整体模座进行升温至350℃～450℃后，用保温棉包扎并覆盖模座后冷却至室温；

3.2)、将焊接完成的整体模座通过机床进行机械加工，使其达到装配尺寸。

作为技术方案的进一步改进，所述数字化脉冲气体保护焊机配套用药芯焊丝的直径为1.2mm，打底层焊接时，焊接电流为260～280A，电弧电压为26～28V，熔敷速度为90g/min，堆焊层及盖面层焊接时，焊接电流为280～320A，电弧电压为28～32V，熔敷速度为90～140g/min；数字化控制逆变式手工直流焊机配套焊条选用的E5015焊条直径为3.2mm和4.0mm，使用前350°～400°烘焙2h后恒温，随取随用，在打底层补焊时，采用直径3.2mm的E5015焊条，焊接电流为120～180A，电弧电压为23±1V，焊接速度为15±1cm/min，堆焊层及盖面层补焊时，采用直径4.0mm的E5015焊条，焊接电流为180～220A，电弧电压为26 ±1V，焊接速度为17±1cm/min。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤2.1)中利用环形加热装置的各烧嘴从模座外侧将模座预热时，温度上升速度为50°℃/h；所述步骤2.5)中再次启动环形加热装置继续对整体模座进行升温时，温度上升速度为150°℃/h。

作为技术方案的进一步改进，所述打底层、各堆焊层以及盖面层按焊接工序分别在焊接起始位置相互错开。

相对于现有技术，本实用新型所述的火车车轮模座焊接装置，其结构简单、新颖、实用，其修复工艺，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，减少了车轮轧制停机损失，为合理各种规格车轮组产提供了保障，本实用新型一种火车车轮模座焊接装置及修复工艺能够为今后研发的车轮专用模座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实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型所述火车车轮模座焊接装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述环形加热装置的结构示意图；

图3为本实用新型所述模座旋转支座及旋转设备的结构示意图；

图4为本实用新型中模座的结构示意图；

图5为本实用新型中堆焊层的示意图；

图6为本实用新型中焊接方向示意图；

图中：1.模座旋转支座 2.环形加热装置 3.旋转设备 4.模座支撑座 5.中心顶杆 6.焊枪 7.加热器支座 8.限位块 9.燃气管道 10.环形管道 11.烧嘴 12.气体压力调节阀 13.模座 14.磨损面。

具体实施方式

实施例1：

如图1至图4所示，本实用新型一种火车车轮模座焊接装置，它包括模座旋转支座1、环形加热装置2、旋转设备3和模座支撑座4和焊枪6；所述环形加热装置2包括燃气管道9、环形管道10以及若干烧嘴11；所述燃气管道9和环形管道10相连通，所述烧嘴11均匀设置在环形管道10的内侧；所述环形加热装置2通过加热器支座7安装固定在模座旋转支座1的上方；所述加热器支座7的顶部与环形加热装置2底部焊接固定，为便于环形加热装置2的底部与加热器支座7的连接，可在环形管道10底部固定设置一块相适配的环形板，再将该环形板与加热器支座7焊接固定，以确保环形加热装置2组装及使用时的稳固性，其下部贯穿模座旋转支座1的顶部并与模座旋转支座1顶部之间可上下调节式连接，该加热器支座3上设置有限位块8，这样设置可以在应用时，方便通过调整加热器支座7底端伸出模座旋转支座1的距离调整环形加热装置2 中烧嘴11的高度，满足模座13不同高度位置加热的需要，限位块8用于加热器支座7向上或向下调整好高度后进行限位作用；所述旋转设备3固定设置在模座旋转支座1顶部的中心位置处，该旋转设备3具有转轴，转轴顶部设置有用于放置模座13的模座支撑座4，该模座支撑座4位于环形加热装置2中心位置下方，模座支撑座4的中心位置处设置有中心顶杆5，用于对模座13进行限位固定；所述焊枪6设置在环形加热装置2位置处。本实施例中，旋转设备3 可以为变频电机或类似机构，实际应用时可调整转速以满足不同焊接速度的要求。

本实施例中，为方便控制烧嘴11喷出火焰的大小，所述燃气管道9上设置有气体压力调节阀12，通过该气体压力调节阀12调节管道中燃气的压力及通气量的大小，以达到模座13不同的加热需求。

本实施例中，环形管道10内侧还设置有保温层，设置保温层主要阻止燃烧产生热量的散失和确保加热处热量的均匀。

本实施例所述火车车轮模座焊接装置应用时，固定模座旋转支座1，在模座旋转支座1上安装旋转设备3，旋转设备3的顶部设置模座支撑座4并支撑模座 13，在模座旋转支座1顶部上安装加热器支座7，调整好高度后固定限位块8，在加热器支座7顶端上焊接固定环形加热装置2，然后在环形加热装置2上连接燃气管道9和气体压力调节阀12，最后在模座13待焊接位置固定焊枪6，焊枪 6可通过连接件在环形加热装置2上固定，也可以设置配套的支架进行固定。

实施例2：

如图1至图6所示，本实用新型一种采用实施例1中所述火车车轮模座焊接装置的火车车轮模座修复工艺，模座13材质为Z35#钢，焊接技术要求为堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷，所述工艺包括如下步骤：

步骤一、焊前准备：

1.1)、焊接设备准备；焊接设备共两种，一是Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，配套焊接材料选用SWE71.1φ1.2mm药芯焊丝，保护气体选用纯度≥99.8％的二氧化碳；二是HT400D数字化控制逆变式手工直流焊机，配套焊条选用E5015φ3.2mm、φ4.0mm焊条，350℃～400℃烘焙2h后恒温，随用随取；

1.2)、确定模座需焊接位置区域并对该区域进行去油污、水分和氧化层处理，先用氧乙炔火焰去除油污和水分，再用砂布或磨硝砂轮机打磨除锈；

1.3)、将1.2)中处理过模座13放置到模座支撑座4上，将数字化脉冲气体保护焊机的焊枪作为固定焊枪在模座需焊接位置区域固定；

1.4)、根据1.1)中确定的焊接设备及配套焊接材料确定模座焊接的工艺参数；焊接工艺参数如下表所示：

二氧化碳气体保护焊

手工焊条电弧焊

1.5)、准备焊接所需的辅助设施，如保温桶、样板、测温仪、放大镜、保温棉。面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机。钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品(工作服、鞋、帽、平光镜)；

步骤二、预热及焊接；

2.1)、向燃气管道9通燃气，燃气可以为煤气、天然气等，本实施例采用煤气燃烧加热方式，利用环形加热装置2的各烧嘴11从模座13外侧将模座13 预热至150℃～200℃；考虑火车车轮模座是一种大型铸钢件，攻关焊接局部磨损面堆焊焊接特殊性，第一层打底焊接前采用特制作的环形加热装置2，通过气体压力调节阀12调节煤气加热温度变化，因模座13的配合磨损面焊接在里侧，故将环形加热装置2安装固定在模座13的外侧，烧嘴加热的温度均匀的由外传热到里侧，预热温度设定为150～200℃，预热时力求温度上升均匀50℃/h，以避免不均匀的高温加热，导致整体模座大型铸钢件母材内部产生微裂纹，因预热是整体模座加热，这样可以降低局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织；

2.2)、因模座13的需焊接位置区域为环形角焊缝，采用逐步向上焊接方式，最底层为打底层，打底层上方为堆焊层和盖面层，本实施例中，模座13共焊接 6层，分别为打底层1＇、堆焊层2＇、3＇、4＇、5＇和盖面层6＇，实际应用过程中，可根据模座13内侧磨损面的实际情况确定需要焊接的层数，启动旋转设备 3并调节其运转方向和速度，使得其上放置的模座13的运转速度与预设的焊接速度相匹配，然后由固定焊枪进行模座13需焊接位置区域底部打底层1＇顺时针焊接，施焊时电流稍大一点，焊枪的角度要满足模座13磨损面底部及侧面的熔合，焊缝不宜过厚，采用斜三角形运条法短弧或15～22mm的中等弧长，焊缝的宽度为8～10mm，焊接参数可通过Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机进行设置，打底层1＇焊缝结束头尾连接后，关闭旋转设备3，进行清理并通过角磨机打磨及3-4倍放大镜检查焊缝有无焊接缺陷，若存在裂纹、气孔等焊接缺陷，采用等离子气刨切割机进行清根后进行补焊，焊接补焊采用手工焊条电弧焊，通过数字化控制逆变式手工直流焊机使用E5015焊条进行补焊，补焊时保持层间温度，层间温度最好等同于预热温度，补焊后再次检查焊缝，确保无焊接缺陷；

2.3)、再次利用旋转设备3进行堆焊层2＇、3＇、4＇、5＇的焊接，通过固定焊枪作反月牙形运条法短弧或15～22mm中等弧长依次进行堆焊层2＇、3＇、4＇、5＇的施焊，确保各堆焊层保持在8～10mm宽度，进行角焊缝堆焊时，确保各堆焊层与模座13的磨损面熔合好，焊接过程中，每一堆焊层在头尾连接后均需进行焊缝缺陷检查，尤其是头尾连接处必须采用角磨机打磨检查，若存在裂纹、气孔等焊接缺陷，采用等离子气刨切割机进行清根后进行补焊，焊接补焊采用手工焊条电弧焊，通过数字化控制逆变式手工直流焊机使用E5015焊条进行补焊，补焊时保持层间温度，补焊后再次检查焊缝，确保无焊接缺陷；

2.4)、进行顶端盖面层6＇焊接，利用旋转设备3通过固定焊枪施焊，焊缝宽度为15～20mm，焊缝需覆盖堆焊层与模座本体，然后进行全方位的焊接检验，直接观察或用3-4倍的放大镜查找合格后，确认无任何焊接缺陷后，拆除固定焊枪；

步骤三、焊后处理；

3.1)、再次启动环形加热装置2继续对整体模座进行升温至350℃～450℃，温度上升速度力求保持在150°/h，以降低硬化程度，避免脆化，消除焊接应力，最后用保温棉包扎并覆盖模座后冷却至室温；

3.2)、将焊接完成的整体模座通过机床进行机械加工，使其达到装配尺寸，通过现场实际样板检验验收完全符合整体模座以及其他轧制组合件和模座安装的要求并交付使用。

本实施例中，所述数字化脉冲气体保护焊机配套药芯焊丝打底层焊接时，焊接电流为260～280A，电弧电压为26～28V，熔敷速度为90g/min，堆焊层及盖面层焊接时，焊接电流为280～320A，电弧电压为28～32V，熔敷速度为 90～140g/min；数字化控制逆变式手工直流焊机配套焊条E5015焊条在打底层补焊时，采用直径3.2mm的E5015焊条，焊接电流为120～180A，电弧电压为23± 1V，焊接速度为15±1cm/min，堆焊层及盖面层补焊时，采用直径4.0mm的E5015 焊条，焊接电流为180～220A，电弧电压为26±1V，焊接速度为17±1cm/min。

如图6所示，本实施例中，所述打底层、各堆焊层以及盖面层按焊接工序分别在焊接起始位置相互错开，避免各焊接层的接头处集中一处，影响焊接修复效果。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。