CN102086619B - 钢轨焊缝双频正火设备及正火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨焊缝双频正火工艺。其包括有如下生产步骤：(1)低频加热：设定正火设备的功率和频率，其中功率在60KW-80KW，频率在800Hz-1200Hz，对钢轨的焊缝进行加热；(2)高频加热：功率在60KW-70KW，频率在2000Hz-2800Hz，对钢轨的焊缝进行加热，并检测钢轨焊缝的温度达到预设定值，结束正火工艺。优点在于：本发明可根据钢轨轨种、轨型不同任意可调，完全解决了钢轨焊缝正火温度均匀性问题，该项技术也可使异型钢材实现均匀加热处理。本发明钢轨焊缝双频正火工艺钢轨焊缝轨底角温度最高达到900℃，适应50kg/m、60kg/m、68kg/m、75kg/m钢轨焊缝正火。
Description
技术领域：
本发明涉及一种钢轨焊缝双频正火设备及正火工艺，尤其是涉及一种钢轨焊缝双频正火设备及正火工艺。
背景技术：
最早对焊缝进行热处理采用火焰加热方法，这种方法从安全、热处理效果、监控、以及操作等方面考虑，存在较大的缺陷和安全隐患。随着科技的进步，厂焊接头热处理已取消火焰正火方式，取而代之的是中频电感应加热法。其使用中频电源柜选取频率大约在900Hz左右。这一频率也是钢轨类产品进行其它热处理常用频率，现所有钢轨中频淬火厂家，以及绝大多数焊轨生产厂家焊缝正火均采用该频率段进行加热。但是，在钢轨淬火热处理时，特别强调的是对轨头部位加热，而焊缝热处理时，不仅要求对轨头，而且对轨腰，尤其对轨底角加热温度的要求更高。这是因为铺设在线路上的钢轨，轨底角总是承受着拉应力；同时，轨底角焊缝也是缺陷多发部位，如晶粒得不到细化，强度韧性即得不到提高，焊缝开裂的可能性加大。
在实际应用中，只用900Hz频率进行焊缝感应正火处理，轨底角温度仍然存在达不到相变要求温度的情况。经分析研究，这是由于钢轨断面金属分配不均匀性，使得正火加热时感应电流在钢轨断面各处分布不均造成的。即轨头金属厚大，轨底金属薄少，尤其是在轨底两角边缘20-30mm宽度范围内，在该频率段正火加热时，后期温度不再上升，达不到奥氏体相变要求温度，因此，无法消除该处的粗晶状态。而此处又正好是灰斑易发区，使用中以及落锤时应力最大。针对这种情况，各地采取许多措施来补足这里的温度，如用氧乙炔焰补充加热，用铁素体不锈钢在轨角屏蔽，提高中频电流的频率等，除用火焰补充加热外，轨底角温度上升都不理想。这是由于在该频率段下，感应加热钢轨时，钢轨中产生的感应电流在加热的不同时期分布状态发生了变化，尤其在后期，感应电流在轨角处发生抵消作用，不能接续加热形成的结果。
进入21世纪后，各大钢厂研发了各种金属的轨种和轨型。随着铁路几次大提速、加大运量后，铁路运输安全对钢轨焊缝有了更高的要求，铁道部制定了新的焊接标准。原有正火设备及工艺技术已无法满足新标准的要求。原有技术对新的钢轨轨种、轨型这样不规则形状的金属正火，使钢轨上端温度可以根据加热功率以及时间延长都能上升到1000℃以上，直到熔化钢轨顶部，但钢轨底角温度无论怎样调整加热功率和改变加热时间以及改变加热线圈结构的方法都无法突破760℃。钢轨焊接质量就成了困扰钢轨焊接的一大难题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种对钢轨焊缝不均匀断面或异型钢材实现均匀加热的一种钢轨焊缝双频正火设备。
本发明的另一个目的在于提供一种对钢轨焊缝不均匀断面或异型钢材实现均匀加热的一种钢轨焊缝双频正火工艺。
本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种钢轨焊缝双频正火设备，其包括有中频电源柜，变压器，其中所述变压器包括有钢轨焊缝加热线圈和负载变压器，其还包括有交流接触器，低频电容器组，高频电容器组，PLC自动控制器，所述PLC自动控制器与所述中频电源柜相连，所述高频电容器组与所述钢轨焊缝加热线圈并连，所述低频电容器组与所述交流接触器相连，并与所述钢轨焊缝加热线圈并连。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种钢轨焊缝双频正火工艺包括有如下生产步骤：(1)低频加热；(2)PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到低频段的预设定值；(3)高频加热；(4)PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到高频段的预设定值；结束正火工艺；
其中(1)低频加热：设定正火设备的低频段的功率和频率，其中所述功率在60KW-80KW，频率在800Hz-1200Hz，对钢轨的焊缝进行加热；
(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到低频段的预设定值，如果检测钢轨焊缝的温度小于低频段的预设定值，则继续进行步骤(1)的低频加热，如果检测钢轨焊缝的温度等于低频段的预设定值，则进行步骤(3)的高频加热；
(3)高频加热：设定正火设备的高频段的功率和频率，其中所述功率在60KW-75KW，频率在2000Hz-2800Hz，对钢轨的焊缝进行加热；
(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到高频段的预设定值：如果检测钢轨焊缝的温度小于高频段的预设定值，则继续进行步骤(3)的高频加热，如果检测钢轨焊缝的温度等于高频段的预设定值，则结束正火工艺。
一种钢轨焊缝双频正火工艺对于异型钢材实现均匀加热处理的用途。
本发明的优点在于：本发明钢轨焊缝双频正火设备可使钢轨底角温度实现740℃至900℃。温度可以随意调整，能对不规则形状的钢轨母材均匀加热，使钢轨底角粗晶体彻底细化，正火线圈形状无严格要求，一个正火线圈可对应多个轨型，正火频率和温度可设定，工作过程中可从800-4000Hz范围内实现正火频率自动转换。一键完成正火全过程，正火参数设置简便，一键操作完成正火工作全过程)
本发明方法在钢轨焊缝加热过程中，根据钢轨轨种、轨型的不同，先采用800Hz-1200Hz频率的中频电流加热，发挥这一频率段对钢轨焊缝加热能够深入钢轨内部的特点，当低频率电流加热到钢轨底角边沿的温度达到730℃(采用低频率正火最高只能加热到730℃)时，通过控制电路自动切换正火频率，进入2000Hz-2800Hz频率的中频频率加热，充分发挥高频率加热有表面和边角积聚的特征，从而使钢轨焊缝轨底角边沿的加热不均匀现象得到有效的改变。使钢轨焊缝底角边沿温度达到了850℃，钢轨头部温度达到950℃，并且温度范围可根据钢轨轨种、轨型不同任意可调，完全解决了钢轨焊缝正火温度均匀性问题，该项技术也可使异型钢材实现均匀加热处理。原有的技术钢轨焊缝轨底角温度最高达到730℃，只适应50kg/m、60kg/m钢轨焊缝正火，且加热温度不均匀。而本发明钢轨焊缝双频正火工艺钢轨焊缝轨底角温度最高达到900℃，适应50kg/m、60kg/m、68kg/m、75kg/m钢轨焊缝正火。
附图说明：
图1为本发明钢轨焊缝双频正火设备的结构示意图。
中频电源柜1，变压器2，钢轨焊缝加热线圈3，负载变压器4，交流接触器5，低频电容器组6，高频电容器组7，PLC自动控制器8。
具体实施方式：
实施例1：一种钢轨焊缝双频正火设备，其包括有中频电源柜1，变压器2，其中变压器2包括有钢轨焊缝加热线圈3和负载变压器4，其还包括有交流接触器5，低频电容器组6，高频电容器组7，PLC自动控制器8，PLC自动控制器8与中频电源柜1相连，高频电容器组7与钢轨焊缝加热线圈3并连，低频电容器组6与交流接触器5相连，并与钢轨焊缝加热线圈3并连。
实施例2：利用实施例1的钢轨焊缝双频正火设备，进行如下工艺操作。
根据具体的钢轨轨种，如50kg/m的钢轨，一种钢轨焊缝双频正火工艺包括有如下生产步骤：(1)低频加热；(2)高频加热；
其中(1)低频加热：设定正火设备的功率和频率，其中所述功率在60KW，频率在1100Hz-1200Hz，温度在500℃-730℃对钢轨的焊缝进行加热；
(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到低频段的预设定值730℃，如果检测钢轨焊缝底角的温度小于低频段的预设定值730℃则继续进行步骤(1)的低频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于低频段的预设定值730℃，则进行步骤(3)的高频加热；
(3)高频加热：设定正火设备的高频段的功率和频率，其中所述功率在70KW，频率在2600Hz-2700Hz，温度在730℃-850℃对钢轨的焊缝进行加热；
(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到高频段的预设定值950℃：如果检测钢轨焊缝底角的温度小于高频段的预设定值950℃，则继续进行步骤(3)的高频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于高频段的预设定值950℃，则结束正火工艺。完成了一个钢轨焊缝的正火工作。
实施例3：利用实施例1的钢轨焊缝双频正火设备，进行如下工艺操作。
根据具体的钢轨轨种，如包钢U71Mn材质60kg/m的钢轨，一种钢轨焊缝双频正火工艺包括有如下生产步骤：(1)低频加热；(2)高频加热；
其中(1)低频加热：设定正火设备的功率和频率，其中所述功率在70KW，频率在1000Hz-1100Hz，温度在500℃-730℃对钢轨的焊缝进行加热；
(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到低频段的预设定值730℃，如果检测钢轨焊缝底角的温度小于低频段的预设定值730℃，则继续进行步骤(1)的低频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于低频段的预设定值730℃，则进行步骤(3)的高频加热；
(3)高频加热：设定正火设备的高频段的功率和频率，其中所述功率在70KW，频率在2300Hz-2400Hz，温度在730℃-850℃对钢轨的焊缝进行加热；
(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到高频段的预设定值850℃：如果检测钢轨焊缝底角的温度小于高频段的预设定值850℃，则继续进行步骤(3)的高频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于高频段的预设定值850℃，则结束正火工艺。完成了一个钢轨焊缝的正火工作。
实施例4：利用实施例1的钢轨焊缝双频正火设备，进行如下工艺操作。
根据具体的钢轨轨种，如武钢68kg/m的特种钢轨，一种钢轨焊缝双频正火工艺包括有如下生产步骤：(1)低频加热；(2)高频加热；
其中(1)低频加热：设定正火设备的功率和频率，其中所述功率在80KW，频率在900Hz-1000Hz，温度在500℃-730℃对钢轨的焊缝进行加热；
(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到低频段的预设定值730℃，如果检测钢轨焊缝底角的温度小于低频段的预设定值730℃，则继续进行步骤(1)的低频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于低频段的预设定值730℃，则进行步骤(3)的高频加热；
(3)高频加热：设定正火设备的高频段的功率和频率，其中所述功率在75KW，频率在2200Hz-2300Hz，温度在730℃-850℃对钢轨的焊缝进行加热；
(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到高频段的预设定值850℃：如果检测钢轨焊缝底角的温度小于高频段的预设定值850℃，则继续进行步骤(3)的高频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于高频段的预设定值850℃，则结束正火工艺。此时，钢轨焊缝轨底角的温度为850℃，完成了一个钢轨焊缝的正火工作。
实施例5：利用实施例1的钢轨焊缝双频正火设备，进行如下工艺操作。
根据具体的钢轨轨种，如75kg/m的钢轨，一种钢轨焊缝双频正火工艺包括有如下生产步骤：(1)低频加热；(2)高频加热；
其中(1)低频加热：设定正火设备的功率和频率，其中所述功率在80KW，频率在800Hz-900Hz，温度在500℃-730℃对钢轨的焊缝进行加热；
(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到低频段的预设定值730℃，如果检测钢轨焊缝底角的温度小于低频段的预设定值730℃，则继续进行步骤(1)的低频加热，如果检测钢轨焊缝底角的温度等于低频段的预设定值730℃，则进行步骤(3)的高频加热；
(3)高频加热：设定正火设备的高频段的功率和频率，其中所述功率在70KW，频率在2000Hz-2300Hz，温度在730℃-850℃对钢轨的焊缝进行加热；
(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝底角的温度达到高频段的预设定值850℃：如果检测钢轨焊缝底角的温度小于高频段的预设定值850℃，则继续进行步骤(3)的高频加热，如果检测钢轨焊缝的温度等于高频段的预设定值850℃，则结束正火工艺。此时，完成了一个钢轨焊缝的正火工作。
实施例6：一种钢轨焊缝双频正火工艺对于异型钢材实现均匀加热处理的用途。
如：H形、T形、L形等异形钢材的薄厚不均匀钢材结构的均匀加热。
各种薄厚不均形状各亦的模具材料加工热处理，模具材料加工工艺性要求高，采用热处理后可提高模具寿命。
Claims (3)
1.一种钢轨焊缝双频正火设备，其包括有中频电源柜，变压器，其中所述变压器包括有钢轨焊缝加热线圈和负载变压器，其特征在于，其还包括有交流接触器，低频电容器组，高频电容器组，PLC自动控制器，所述PLC自动控制器与所述中频电源柜相连，所述高频电容器组与所述钢轨焊缝加热线圈并连，所述低频电容器组与所述交流接触器相连，并与所述钢轨焊缝加热线圈并连。
2.一种使用如权利要求1所述的钢轨焊缝双频正火设备的钢轨焊缝双频正火工艺，其特征在于，其包括有如下生产步骤：(1)低频加热；(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到低频段的预设定值；(3)高频加热；(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到高频段的预设定值；结束正火工艺；
其中(1)低频加热：设定正火设备的低频段的功率和频率，其中所述功率在60KW-80KW，频率在800Hz-1200Hz，对钢轨的焊缝进行加热；
(2)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到低频段的预设定值，如果检测钢轨焊缝的温度小于低频段的预设定值，则继续进行步骤(1)的低频加热，如果检测钢轨焊缝的温度等于低频段的预设定值，则进行步骤(3)的高频加热；
(3)高频加热：设定正火设备的高频段的功率和频率，其中所述功率在60KW-70KW，频率在2000Hz-2800Hz，对钢轨的焊缝进行加热；
(4)钢轨焊缝双频正火设备的PLC自动控制器检测钢轨焊缝的温度达到高频段的预设定值：如果检测钢轨焊缝的温度小于高频段的预设定值，则继续进行步骤(3)的高频加热，如果检测钢轨焊缝的温度等于高频段的预设定值，则结束正火工艺。
3.根据权利要求2所述的工艺对于异型钢材实现均匀加热处理的用途。
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