CN101868319A - 用于顶铸铝热剂焊接的模具 - Google Patents

Abstract

用于金属轨道(2)的铝热剂焊接的模具(6)具有由相同的刚性的耐火材料制成的两个部件(19、22)，该两个部件(19、22)适合于围绕将被焊接的轨道的两个端部(3)安装，每个部件包括：下部部分，该下部部分具有限定模腔(25)的表面(21)，该模腔(25)适合于包围所述轨道的足部(8)和芯部(12)，以及通道(38)，该通道(38)在底部开口进入所述模腔的下部区域并且具有在顶部具有开口(39)；以及上部部分，该上部部分包括冷却腔室(32)，该冷却腔室(32)连接至所述模腔，并且能够包含所述轨道的端部的头部(14)，所述冷却腔室形成一个不被隔开的体积，所述通道(38)通过开口(39)连接至该体积，并且该体积通过每个模具部件的外壁(27)限定边界。

Description

用于顶铸铝热剂焊接的模具

技术领域

本发明涉及一种用于纵向地彼此对齐的梁和/或金属轨道的铝热剂焊接的模具，其包括由刚性的耐火材料制成的若干部件，这些部件能够围绕将被焊接的两个横向梁/轨道端部临时地组装起来。

背景技术

文件FR 2 890 668描述了这样的一种模具，它的各个部件一同限定：向上开口的模腔，该模腔设置为通过浇注来容置液态的焊接金属，并且该模腔围绕两个端部、在这两个端部之间设置的一个间隔以及紧邻相应的端部的每个轨道的第一区域，从而使焊接金属在其固化过程中形成确定形状；以及两个连续的型芯座，该型芯座设置为抵靠每个轨道的第二区域，该轨道的第二区域紧邻其第一区域，与相对于所述第一区域的相应端部相对。

特别地，文件FR 2 890 668在一个实施方式中描述了：由粘合的沙子制成的部件有助于在单次使用后将它们的拆毁，这些部件的数量主要是三个，它们包括：

-模具的两个大致相同的上部半部，它们相对于将被组装的两个轨道的共同的中间纵向平面构成彼此的镜像，并且从这两个轨道的一个单独的侧面开始，它们围绕轨道部分的区域以及在它们之间形成的间隙的区域，这些区域对应于足部的顶部、芯部、底部、侧面以及头部的顶部，以及

-下部或者底部部件，其具有板状的一般形状，在轨道以及轨道之间形成的间隙的相应区域的足部的下方使两个上部部分变得完整。

这三个部件围绕将被组装的轨道使用金属壳而总体地保持在一起，该金属壳本身可以从一个模具到下一个模具重复使用。

在顶部开口的模腔，在这个方向上与供给杆(feed shaft)连通，使用连接的挡块局部地阻挡该供给杆的一个上端。

此外，该供给杆的该上端通入浇口杯(pouring basin)，在该浇口杯上安装有用于铝热剂焊接的坩埚。

因此，当液态的焊接金属从坩埚流入时，液态焊接金属的喷射流体碰撞局部地阻挡供给杆的挡块，然后喷射流体以降低的速度在所述挡块的任意一侧在供给杆内流动，从而接着逐渐填充所述模腔。

虽然这样的模具对于焊接的质量来说是令人满意的，但是它还远不是最佳的。

实际上，如前面所描述，所述模具仅通过横向设置的开口(再供给)将来自头部的区域的液态钢与包含在通道的上部部分中的液态钢连接，所述开口的尺寸减小，从而仅允许有限的热量从所述通道朝向所述头部传递；由液态钢构成的所述热量池在通道的上部部分形成，因此，这对降低头部的区域中焊接的固化速度仅具有非常小的贡献。

此外，现有技术的挡块起到使喷射流体停止的作用，从而后者不会直接击中形成模具底部的底部部件，因此加速了它的腐蚀。然而，由于降低了流动速度，该设计的主要缺点是延长了模具的填充时间，这导致了更大的热量损失，并且最终由于焊接的液态钢的对流而导致轨道端部的较差质量的重熔(remelting)。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种模具，其在使用过程中能够获得最最优的以及更好质量的焊接。

为此目的，根据本发明，提供了一种用于金属梁/轨道的铝热剂焊接的模具，该模具包括由刚性的耐火材料制成的至少两个基本相同的部件，该至少两个基本相同的部件能够围绕将被焊接的两个梁/轨道端部暂时彼此相对地安装，所述部件的每一者包括：

-第一下部部分，其具有：限定模腔的表面，该模腔包括朝向顶部的上部开口，并且布置为通过浇注来容置液态的焊接金属，所述表面能够围绕在所述梁/轨道的足部和芯部的水平高度处的端部；以及用于气体和液态的焊接金属的回收通道，该通道向下通入所述模腔的下部区域并且具有朝向顶部的开口，以及

-第二上部部分，其与所述第一下部部分相邻并且在所述第一下部部分的上方，该第二上部部分包括在底部与所述模腔的上部开口相通的腔室，朝向顶部开口，并且布置为通过浇注来容置液态的焊接金属，并且能够包含在所述梁/轨道的头部的水平高度处的端部，所述腔室是形成一个不被隔开的体积的缓慢冷却腔室，所述通道的开口通向该体积，并且该体积通过所述模具的部件的每一者的外壁并且通过下部开口限定边界，该下部开口能够位于所述头部下方。

因此，所述腔室是一个缓慢冷却的腔室，其能够容置将被焊接的所述梁/轨道的头部并且形成不被隔开的体积，该体积由所述部件的每一者的外壁限定边界，这一方面能够使来自坩埚的液态的焊接金属的熔融物质的喷射流体直接地并且快速地进入模腔，从而尽可能地减少了热损失，因此保证在模腔的填充过程中将被焊接的所述梁/轨道端部的更好重熔，并且另一方面，能够使围绕所述头部的极大质量的液态的焊接金属能够获得较慢的冷却，因此提高在所述梁/轨道的上部部分的焊接质量。由此，该腔室的作用与现有技术的浇口杯相反。因此，相对于前文所描述的现有技术，在所述通道的上部部分和所述头部的区域之间的没有任何壁，对于该区域而言，能够受益于存储在所述通道的上部部分的热量，并且能够在该位置处获得钢铁的缓慢固化。

有利地，但选择性地，本发明的所述模具具有下面特征的至少一个特征：

-通过冷却腔室形成的体积是几何学上的凸形的体积，

-所述表面是基本凹进的，并且包括能够与所述梁/轨道的区域接触的边缘，从而在所述足部和芯部的水平高度处使得所述模腔与液态的焊接金属密封，

-所述冷却腔室具有开口，该开口由能够与所述梁/轨道的区域接触的表面限定边界，从而在头部使得所述冷却腔室与液态的焊接金属密封，

-所述模具的每一个部件包括第三部分，其与所述第二上部部分相邻并且在所述第二上部部分上方，该第三部分包括能够容置用于铝热剂焊接的坩埚的浇注构件的溢流池(spill basin)，并且经由所述溢流池和所述冷却腔室的连通构件而位于所述冷却腔体的上部开口的延伸部分中；

-所述模具包括由刚性的耐火材料制成的第三部件，该第三部件用于放置在每一个梁/轨道的端部处的所述足部的下方并且包括限定所述模腔的底部的上表面，

-所述第三部件的上表面基本是平坦的，并且能够与所述足部的下表面接触，

-所述第三部件的刚性的耐火材料比前面的两个部件的耐火材料更加耐火，

-所述第三部件的刚性的耐火材料主要由氧化铝组成；并且

-所述刚性的耐火材料是粘结的沙子。

附图说明

通过阅读下面的对根据本发明的模具的一个实施方式的描述，本发明的其它特征和优点将显而易见。在附图中：

-图1是根据本发明的模具的图，其包括三个部件，所观察到的所述模具是在将被焊接在一起的两个铁路轨道的端部上的组装状态下，并且是相对于这两个端部之间横向的对称平面的横截面，如图2的I-I所示；

-图2是图1的模具的横截面图，该横截面为两个轨道共同的纵向的对称平面，该横截面图以正视图示出，参考图1中的II-II，

-图3是根据本发明的模具的各个部件的一个部件的三维图，

-图4和图5是图3的模具的部件的俯视图和侧视图。

具体实施方式

在各个附图中示出的根据本发明的模具6的实施方式中，所述的模具6用于两个铁路轨道2的焊接。

本文中方向1被认为是纵向方向，根据该方向1，两个轨道2通过焊接组装在一起，从而使它们至少在紧邻端部3处被焊接在一起，为此，端部3彼此面向，并且在端部3之间形成连续的间隔4，所述间隔4具有确定的纵向值(例如大约35mm)，该间隔4用于通过在坩埚5内的铝热反应生成的液态的焊接金属填充，根据本发明，该坩埚5的特性是无关紧要的，但其能够是例如单次使用的类型，并且直接放置在根据本发明的模具6上，其放置方式本身是已知的，并且在欧洲专利EP 0 407 240中描述，参考该专利能够获得该主体的更多信息。

在下面的描述中，根据本发明，模具6适于维尼奥尔斯(Vignoles)类型的轨道2的相互焊接，轨道2分别具有相对于纵向平面7的对称性，纵向平面7与剖面II-II重合，剖面II-II至少位于端部3的附近。当然，根据本发明，能够实现用于焊接其它类型轨道(槽状或者“布罗卡(Broca)”类型、双头等)、或者特别地且不限制于IPN梁的任意类型的梁的模具。

无论何种情况，这样的梁/轨道包括三个纵向部分，这三个纵向部分能够分别相对于平面7(如附图中所示)对称，并且制成一体，也就是：

-总体垂直于平面7定向的平坦的足部8，其由垂直地切割平面7的平面的下表面或者底部9限定边界，

-平坦的芯部12，其沿平面7设置，并且在足部8的上方，以及

-大致是矩形截面的头部14，该矩形截面是垂直于平面7的长方形(oblong)。

在本文中使用的顶部和底部的概念参考轨道2的工作位置，其中平面7具有大致竖直的方向并且构成进行焊接的方向。

对于它们的相互焊接，例如使用横割锯，轨道2的端部3可以水平放置为平坦的并且垂直于平面7，并且面对面放置，端部3相互平行并且相对于横向平面18相互对称，横向平面18与剖面I-I重合；对于前述的间隔4，在使该焊接金属固化以进行焊接前，来自坩埚5的液态的焊接金属被浇注在该间隔4中。根据本发明的模具6作用于保持金属，从而当金属还在液态时进行浇注，并且在其固化过程中使其以所希望的方式成形。

为此，如本文所述，模具6包括三个主要部件，也就是两个上部部件或者半部19，它们大致相同，分别大致相对于平面18对称并且相对于平面7相互对称，沿着平面7，在上部部件或者半部19的一个上部部分的水平高度处，在将根据本发明的模具6放置在轨道2的周围的过程中，这两个上部部件或者半部19通过在轨道2的头部14上方的各自的平面的表面20相互连接，同时它们的每一者在该头部14的下方、主要朝向平面7定向、在邻近所述上部部分的上部部件或者半部19的下部部分的水平高度处，具有各自的表面21，该表面21构造为在对应于将被焊接的轨道的足部以及芯部的区域中、除了足部8的下表面9之外、分别在平面7的任意一侧、在端部3的附近围绕两个轨道的每一者以及间隙4，表面21相对于该平面7相互对称。在表面20和表面21之间，上部部件或者半部19的每一者包括由表面30限定的开口，表面30构造为在对应于将被焊接的轨道2的头部14的区域中、在端部3的附近、分别在平面7的任意一侧围绕两个轨道的每一者，表面30相对于平面7相互对称。

与足部8的下表面9相对，上部部件或者半部19通过第三部件或者底部部件22而变得完整，该第三部件或者底部部件22具有垂直于平面7的板状的总体形状并且由上表面23向上地限定边界，上表面23的构造方式将会在下面详细描述，从而在端部3的附近并且与间隙4的相应的区域相对而支撑在两个轨道的足部8的下表面9上，并且在远离平面7的方向上、在表面21的每一者的下部边界处，表面21连接，从而围绕间隙4以及在芯部12和足部9的水平高度处的每个轨道2的各自的区域24、直接邻接其端部3而限定模腔25；模腔25可密封地封闭液态的焊接金属，一方面通过边缘211的连续的支撑，边缘211限定表面21的基本凹进的表面210，另一方面通过表面23的连续的支撑，表面23在相对于前述的区域24与端部3纵向地相对的这些轨道2的各自的区域26中抵靠两个轨道，从而液态的焊接金属容置在模腔25中。

根据本发明的精神，部件19和22的每一者的形状是无关紧要的，该形状例如适合于各种矩形菱形(rectangle rhomb)，但优选地通过上部部件或者半部19的每一者的各自的平面的上表面28限定模具6的上表面，该上表面28垂直于平面18并且大致垂直于平面7，根据前述文件EP 0 407 240的教导，模具6的上表面能够直接携带坩埚5，为了使补充配置的坩埚5自动定心，两个表面28在它们之间形成大小不等于180°的两面角。在模具6的上部半部19的每一者的上部部分的水平高度处，在其表面20和28中、以及在与轨道2的头部14的上方的上表面相对的表面30、以及在间隙4的相应的区域中，通过朝向模腔25、来自坩埚5的液态的焊接金属的冷却腔室32的各个半部，模具6是中空的。所述冷却腔室的半部的每一者相对于平面18大体是对称的，并且这两个半部相对于平面7相互对称，冷却腔室32相对于由平面18和7相交而限定的轴线总体对称，因此，冷却腔室32沿着该轴线一方面在上表面28中向上延伸，另一方面在模腔25中通过各自的上嘴部34和下嘴部320向下延伸，下嘴部320对应于模腔25的上开口，上嘴部34和下嘴部320均具有前述的轴线。该下嘴部320在图1中通过虚线表示。

此外，冷却腔室32通过模具6的上部部件或者半部19的每一者的外壁27限定。该外壁27具有最小的厚度，使得能够在上部部件或者半部19的制造、运输、使用以及液态的焊接金属的浇注过程中保持上部部件或者半部19的整体性。实际上，例如该厚度大约是1cm至1.5cm。这允许冷却腔室32相对于模具6的上部部件或者半部19的每一者的总体形状具有最优的体积。

此外，该体积不被隔开，亦即，没有耐火材料制成的壁在所述冷却腔室内突出而延伸，或者存在由刚性耐火材料制成的阻挡物，诸如通过文件FR 2 890 668所述的现有技术中的挡块。

此外，一旦模具6安装在将被焊接的两个轨道2的周围，冷却腔室32包含由头部14形成的两个轨道的上部部分。因此，一旦液态的焊接金属浇注到模具6中，极大质量的这种金属就会围绕所述头部填充所述冷却腔室32。

在浇注之后，该极大质量将允许缓慢的冷却，使得能够在被这样焊接的两个轨道的上部部件或者头部14的水平高度处获得最优的焊接质量。此外，因此，在该区域中的缓慢的冷却还使得能够一方面由于钢铁的较长时间的倾析(decanting)而改进钢铁，另一方面仅仅在芯部区域固化后才在头部处进行固化，从而避免了在芯部形成缩孔(shrinkage cavities)。

在一个可选实施方式中，冷却腔室32形成的体积在模具6的总体形状中最大化，通过所述冷却腔室32形成的体积在数学上或者几何学上是凸形的体积。应了解，在几何学中，如果对于一个体积中所有成对的点(A，B)，连接它们的线段[AB]完全包含在该体积中，那么该体积是凸形的。

在一个可选实施方式中，上部部件或者半部19的每一者具有邻接地在上部部件或者半部19的上部部分的上方的第三部分，冷却腔室22在该第三部分中挖出。该第三部分包括溢流池34，其具有下部开口33，该下部开口33通入冷却腔室32的上部部分。因此通过溢流池34形成的体积在冷却腔室32形成的体积的延伸部分上。该开口33形成用于连接溢流池34和冷却腔室32的构件。因此，溢流池34从上表面28延伸至冷却腔室32的上部开口。此外，溢流池34具有开口47，其在上表面28的附近穿过壁27形成。此处，上部部件或者半部19的每一者包括开口47，其在壁27中相对于平面18对称地实现并且在上表面28处向上开口。这些开口47在液态的焊接金属浇注到模具中的过程中允许气体排出，并且当浇注完成时允许刚玉排出，刚玉是由在坩埚5中的铝热反应产生的。在使用具有坩埚5的模具6时，溢流池34容置来自坩埚5的浇注构件，由此液态的焊接金属以喷射流体的形式在冷却腔室32中流动。

上部部件或者半部19的每一者的下部部分，除了包括限定模腔25的表面21外，包括柱形通道38。特别地，通道38是圆柱形。它在一定厚度的刚性耐火材料中基本竖直地延伸，该耐火材料位于上部部件或者半部19的每一者的下部部分的表面21和外表面50之间。通道38的主轴线基本在平面18中。通道38，在其下部部分，具有嘴部40，当模具安装在将被焊接的轨道周围时，该嘴部40通入在这些轨道的每一者的足部7的上方的模腔25的下部区域中。

此外，在通道38的另一相对端部处，通道38具有上部开口39，其将通道38直接连接至模具6的上部部件或者半部19的每一者的上部部分的冷却腔室32。该开口39位于轨道的芯部12和头部14之间的连接处的水平高度处，并且基本平行于并且相对于所述头部的侧面延伸。

考虑到根据本发明的模具6的第三部件22，该部件22一般是矩形菱形形状并且具有上表面23，本文中，该上表面23基本上是平面的。在将模具放置在将被焊接的轨道2上的过程中，部件22的上表面23支撑在将要被焊接的轨道的每一者的足部8的下表面9上，本文中该下表面9基本也是平面的。更一般地，足部9的上表面23是足部8的下表面9的补充，上表面23设计为与下表面9共同作用。这样的构造使得在引入到模腔25中的焊接金属固化的过程中，能够不会获得朝向足部8的表面9的底部突出的卷边(bead)。这样的可能性能够避免由于这些卷边的存在而造成的疲劳问题，依据现有技术当轨道在它们的使用中支撑在连续的底座上时会出现该疲劳问题。这能够通过根据本发明的模具6的构造实现，在浇注过程中，其允许来自坩埚5的液态的焊接金属直接地并且快速地到达在将被焊接的轨道2的足部8处的浇注腔25的下部部分。选择性地，上表面基本是凹进的，或者具有复杂的表面。

实际上，该快速且直接的到达最佳地减少了液态的焊接金属的热损失。因此，一旦到达模腔25的底部，液态的焊接金属具有足够高的温度以最优地重新熔化在足部的水平高度处的轨道端部，这能够改进在所述足部的水平高度处的焊接质量，并且使其本身没有在现有技术的模具中获得的卷边而带来的额外的质量。选择性地，此外，为了避免第三部件22在浇注液态的焊接金属的直接喷射流体的影响下被腐蚀，该第三部件22由刚性的耐火材料制成，其比构成上部部件或者半部19的刚性的耐火材料更加耐火。特别地，第三部件22的该刚性的耐火材料主要由氧化铝组成，其含量在大约90至100％之间。上部部件或者半部19的刚性的耐火材料是粘合的沙子。此外，从表面23延伸的第三部件22还具有凸出部49，从而通过围绕上部部件或者半部19分别沿远离平面18的方向在三个部件的每一者的任意侧面上的互锁，这有助于三个部件19和22的相互定位。

实际上，根据本发明的模具6相对于现有技术的模具具有更小的尺寸，该现有技术的模具特别是如文件FR 2 890 668中所描述的模具。这使得能够使用较少的刚性的耐火材料来实现模具，并且在两个轨道的焊接的过程中，能够使用较少的铝热混合物来执行浇注，同时保持最优的焊接质量。因此，根据本发明的模具在单次使用的时候产生更少的废物。实际上，还观察到在现有技术的模具和根据本发明的模具都执行相同种类的焊接时，根据本发明的模具比根据现有技术的模具大约少30％的重量，而铝热混合物的质量能够减少大约10％。

最后，根据本发明的模具可以在将被焊接的两个轨道倾斜的情况下使用，而不会对其执行的结果以及所获得的焊接质量产生影响，轨道倾斜的情况能够在铁路轨迹是曲线时发生。当然，当该喷射流体到达根据本发明的模具的底部的第三部件的时候，来自坩埚的浇注构件的喷射流体的能量使得该喷射流体在重力的作用下十分微小地偏离。在实现铁路轨迹的情况下，该倾斜能够达到大约10％。

当然，在不超出本发明的保护范围的情况下，能够对本发明进行多种改变。

Claims (10)

1.一种模具(6)，其用于金属梁/轨道(2)的铝热剂焊接，该模具包括由刚性的耐火材料制成的至少两个基本相同的部件(19、22)，该至少两个基本相同的部件(19、22)能够围绕将被焊接的两个梁/轨道端部(3)暂时彼此相对地安装，所述部件的每一者包括：

○第一下部部分，该第一下部部分包括：限定模腔(25)的表面(21)，该模腔(25)包括朝向顶部的上部开口，并且布置为通过浇注来容置液态的焊接金属，所述表面(21)能够围绕至少在所述梁/轨道(2)的足部(8)和芯部(12)的水平高度处的端部(3)；以及用于气体和液态的焊接金属的回收通道(38)，该通道(38)向下通入所述模腔(25)的下部区域并且具有朝向顶部的开口(39)，以及

○第二上部部分，该第二上部部分与所述第一下部部件相邻并且在所述第一下部部件的上方，该第二上部部分包括向下地与所述模腔(25)的上部开口相通的腔室(32)，朝向顶部开口，并且布置为通过浇注来容置液态的焊接金属，并且能够包含在所述梁/轨道(2)的头部(14)的水平高度处的端部(3)，

其特征在于，所述腔室(32)是形成一个不被隔开的体积的缓慢冷却腔室，所述通道(38)的开口(39)通向该体积，并且该体积通过所述模具的部件(19)的每一者的外壁(27)并且通过下部开口(320)限定边界，该下部开口(320)能够位于所述头部(14)下方。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，形成所述冷却腔室(32)的体积是几何学上的凸形的体积。

3.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，所述表面(21)是基本凹进的，并且包括能够与所述梁/轨道(2)的区域(26)接触的边缘(211)，从而在所述足部(9)和芯部(12)的水平高度处使得所述模腔(25)与液态的焊接金属密封。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的模具，其特征在于，所述冷却腔室具有开口，该开口由能够与所述梁/轨道(2)的区域(26)接触的表面(30)限定边界，从而在头部(14)的水平高度处使得所述冷却腔室所述模腔(32)与液态的焊接金属密封。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的模具，其特征在于，所述部件的每一个部件还包括第三部分，所述第三部分与所述第二上部部分相邻并且在所述第二上部部分上方，该第三部分包括能够容置用于铝热剂焊接的坩埚(5)的浇注构件的溢流池(34)，并且经由连接所述溢流池(34)和所述冷却腔室(32)的构件(33)而位于所述冷却腔体(32)的上部开口的延伸部分中。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的模具，其特征在于，所述模具还包括由刚性的耐火材料制成的第三部件(22)，该第三部件(22)用于放置在每一个梁/轨道(2)的端部的水平高度处的所述足部(8)的下方并且包括限定所述模腔(25)的底部的上表面(23)。

7.根据权利要求6所述的模具，其特征在于，所述第三部件(22)的上表面(23)基本是平坦的，并且能够与所述足部(8)的下表面(9)接触。

8.根据权利要求6或7所述的模具，其特征在于，所述第三部件(22)的刚性的耐火材料(18)比前面的两个部件(19)的刚性的耐火材料更加耐火。

9.根据权利要求6至8的任意一项所述的模具，其特征在于，所述第三部件(22)的刚性的耐火材料主要由氧化铝组成。

10.根据权利要求1至9的任意一项所述的模具，其特征在于，所述刚性的耐火材料是粘结的沙子。

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