CN103874559A - 轨道线路闪光对焊的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种闪光对焊工艺，用于使用振动装置连接轨道线路段，该工艺包括在轨道线路上配置和连接振动装置，以便振动工具可连接到轨道线路，和以合适的低振动频率和振幅控制的振动，和然后使用闪光对焊装置将轨道线路段焊接在一起，和施加振动至轨道线路段，直到闪光对焊完成，和施加受控振动到焊接的轨道线路段并持续足够的一段时间，使热量从焊接区域散发，并使焊接区域应力消除以改善焊接接头。

Description

轨道线路闪光对焊的装置和方法

技术领域

本发明涉及利用与闪光对焊工艺相关的受控振动焊接轨道线路。更特别地，但又不尽然，本发明涉及一种改进的闪光对焊振动方法和系统，应用于轴向连接轨道线路各段的末端。

背景技术

轨道线路通常由标准碳钢或高碳钢制成，因为其为耐用和耐磨材料。近年来，增加轨道线路的碳含量在其它原因中是为了增加耐用性，且通常为大约0.8%和1%的碳含量。然而，增加的碳含量导致更难顺利地焊接本应用中轨道线路各段之间的接口或接头，本应用中刚刚焊接的接头必须承受来自列车和载货车厢重的轴负载。进一步，在一些制造的铁轨线路中加入少量的铬，由于出现不均匀的焊接接头，也使轨道线路的焊接更加困难。

近年来，由于持续的铁轨失效，连接和重新连接轨道线路段的技术面临巨大的压力，铁轨失效部分是由重的轴负载造成的，并且，轨道维修方面的可靠性由于施加至轨道线路上这种较重的负载而进一步恶化。

因为一些轨道线路承受极端的天气环境，这会和重的轴负载一起快速膨胀或收缩线路，甚至高碳钢线路有时也有开裂、屈曲和接头失效的风险。轨道失效可能导致灾难性的出轨，造成生命和财产损失。因此，轨道线路的完整性对整个国家的人员和财产的安全运输至关重要，所以，本发明尤其致力于解决这些问题。

本发明非限制性的目的是提供一种改进的闪光对焊工艺，用于连接轨道线路的末端，其至少克服上述的一些问题，或者至少向公众提供一种有用的选择。

本发明非限制性的目的还有提供振动装置，实施改进的闪光对焊工艺，用于连接轨道线路的末端，其至少克服上述的一些问题，或者至少向公众提供一种有用的选择。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种闪光对焊工艺，用于连接轴向对齐的轨道线路段，所述工艺包括以下步骤：

A.）使用对齐夹具轴向对齐轨道线路段，并将振动装置连接到轨道线路上，以低振动频率和低振幅振动线路，该输入是预设的并且在工艺过程中可通过振动控制装置调节，该振动控制装置适于测量振动的频率和振幅；

B.）将对齐的轨道线路段焊接在一起，利用闪光对焊装置，并且向轨道线路段通入电流并升高线路的温度至合适的温度，并纵向分隔，然后通过力将轨道线路段的末端挤压在一起进行闪光和锻造，并施加振动至轨道线路段直到闪光对焊完成；释放夹具后

C.）施加振动到已焊接的轨道线路段并持续足够长的时间，使热量从焊接区域消散，并使焊接区域的应力消除。

优选地，在步骤C中，焊接完成后，振动装置施加受控振动到焊接区域附近并持续5至25分钟之间的一段时间。

期望地，在步骤C中，从已焊接的轨道线路段释放夹具5分钟的暂停时间后，振动装置施加受控振动到焊接区域并持续5至25分钟之间的一段时间。

优选地，在步骤A中，振动装置包括振动工具，该振动工具为在电机轴上施加偏心重量的电机，且其中所述电机可夹紧至焊接区域附近的轨道线路段。

期望地，振动频率由可拆卸地安装在轨道线路的转速测量器装置测量，并且振幅优选地由可拆卸地安装在轨道线路的速度测量器或加速度测量器装置测量，所述转速测量器装置以及速度测量器或加速度测量器装置适于向振动控制装置提供反馈信号。

概括地，在步骤A中，振动装置施加的振动的频率在约50赫兹至800赫兹之间。更特别地和优选地，振动频率在约85至90赫兹之间，且振幅在每秒约0.5毫米至约2毫米之间。

优选地，所施加的振幅为约0.5毫米每秒。

根据本发明的第二方面，提供一种闪光对焊振动装置，实施用于连接轴向对齐的轨道线路段的闪光对焊工艺，振动装置配置和设置有闪光对焊装置，振动装置包括：配置和设置有振动工具的控制装置，所述振动工具在焊接前、焊接过程中和焊接后适合在轨道线路上施加振动，所述控制装置控制与其相关联的加速度测量器装置的运作，和为控制装置提供读数的温度装置。

附图说明

参照附图，现在以非限定性示例的方式描述本发明较优选和可选的实施例，其中：

图1所示为根据本发明较优选的实施例的振动装置的原理图，所述振动装置配置为用于通过闪光对焊连接的轨道线路段。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的一个非限制性的实施例，描述了振动装置10的主要组件的布局，其用于在焊接在一起的轨道线路段1、2上形成改进的闪光对焊工艺。

钢轨道线路通常包含碳含量，且在很多装置中，轨道线路由具有约为总成分0.8%和1%的碳含量的高碳钢构成。在该工艺中看到，在焊接过程中，振动可用来控制钢结构中碳的运动，这是该独特工艺令人满意的特性。有利地，本发明的装置和工艺能够期望地改进焊接的机械强度并可增加焊接的使用寿命。该附加工艺的有益效果是能够增大闪光对焊所作用的轨道线路的有效轴负载。

一些轨道线路的成分中包含铬。在轨道线路例如公知的铬铁轨中，线路钢段中包含质量分数约为0.25%至0.55%的铬。这些类型的铬铁轨由于焊接接头而在承受超过40吨的较重轴负载时一直出现问题，并且已经看出，本发明利用振动装置的方法能够增大在两个铬铁轨段和/或高碳钢线路段之间形成可靠焊接接头的可能性，从而允许焊接接头能够承受更高的轴负载，而不会过度疲劳或失效。

本发明的焊接工艺涉及用于将振动施加至经过闪光对焊工艺的轨道线路段1和/或线路段2的方法和相应的装置。

在图1中，适当地准备待焊接在一起的两段轨道线路段1、2并使其端对端轴向对齐。对齐铁轨线路段1、2是重要的。所示焊接区域3在线路段1、2的末端之间至末端处。有益地，将末端切割成形，和/或根据需要使用气割枪或其它方式进行扫刷或燃烧，形成用于焊接所需的端面或表面，且使得在待焊接在一起的端面处均匀加热。在预热阶段，轨道线路段末端之间优选地采用40至60毫米的间距或缝隙。

任何合适的已知形式的闪光对焊装置或机器，称为闪光箱7，设置在轨道线路段1、2附近，所示的一个实例为设置在线路1、2上方。本领域的技术人员将理解，对于此目的，典型的闪光对焊设备和装置是现成可用的。所有关于闪光对焊装置和技术的公开信息都并入本文，且此处没必要进一步公开进一步参考公知和公开技术的细节。

闪光箱7形式的闪光对焊装置通常包括固定夹紧至线路1、2各自侧的电极4、5，用于向待焊接轨道线路1、2供电。可将电极连接到合适的适当控制的电源装置6，在使用中，通常施加约100至300安培之间的电流通过轨道线路段1、2，并导通轨道线路段1、2末端之间的间隙。

在焊接接头区域3中及其附近，铁轨线路1、2的温度上升至大约1100摄氏度，用于预热、闪光以及在焊接工艺阶段进行镦/锻或根据需要而定。闪光箱7可施加通常为约50至90吨之间的力或根据需要施加更大的合适的力，用于焊接轨道线路段的钢或者高碳钢和/或铬钢末端。可见，本发明可用于焊接铬钢轨和高碳钢轨，该类别的铁轨通常被认为难以成功地进行闪光对焊。

可实施一装置，用于轴向地将一个轨道线路段从另一个轨道线路分隔，并以高压或大力将线路段1、2挤压在一起，通常可采用至少一个移动焊机床面（moving platen），用于使一个轨道线路段1相对于另一个待焊接的固定轨道线路段2相互运动。

本发明优选地包括合适的振动装置或设备10形式的振动轨道线路1、2的受控装置，设置在轨道线路1、2上与闪光箱7相关联，在焊接前、焊接过程中和焊接后供应恒定且合适的振动。振动装置11可通过任意公知且合适的固定方式，例如通过夹紧、螺栓连接或者螺钉连接或其它合适的方式，安装到轨道线路段1和/或2或闪光箱7的框架上的合适位置，且如图1所示，可拆卸地夹紧到轨道线路段2头部附近的区域。振动装置11可螺栓连接至闪光箱7的框架上的合适位置，可见，需要在铁轨线路上焊接多个焊接接头的时候，其有利于减少重定位设备所需的时间。

振动装置10优选地包括由振动工具振动的受控振动源，振动工具优选为偏心重量形式的振动器，配置为振动器工具11的形式并安装在线路1和/或2上，并且优选地在开始施加振动处理时在轨道线路上预设振动并且施加至少0.5毫米每秒的振幅。更优选地，在一些应用中，可施加或从较低振动水平增加约1毫米每秒的振幅或速度，且该振幅可选地根据需要增加到约2毫米/秒。设想到，振幅可根据一些因素改变，例如靠近振动工具和到达焊接区域，并且优选地预设振幅以避免出现焊接接头失效。

在非限定性的应用中，振动器或振动器装置11，此处指的是振动器，可安装到轨道线路任意合适的部分，优选地以施加合适速度的距离安装到铁轨头部，且考虑到被焊接铁轨的重量，不论是52kg、60kg或68kg的铁轨或其它。振动器11可根据需要适配不同类型的偏心重量，并且可在铁轨上移动，以便根据应用的需要设置和施加至少最小的速度，且考虑到，为了运作一些闪光箱7需要较大的焊接区域，且因此振动器11安装到铁轨的最小距离会比期望的更大，因此需要更大的偏心重量和所施加的速度实施本发明的工艺。

有利地，振动装置10包括控制装置12，该控制装置优选地包括计算装置，计算装置包括微处理器，计算装置适于进行编程来控制振动装置主要组件的运作。与控制装置12相连接的合适的显示装置13优选地用于使操作人员能够读取测量值并根据需要在焊接工艺之前、期间和之后确认合适的振动频率和持续时间施加至轨道线路段1、2。可见，根据应用，该工艺会涉及控制用于施加振动到轨道线路段1、2的各种时间段。

控制装置12配置和设置为进行闪光对焊工艺时控制振动工艺的每个步骤。控制装置12可优选地通过任意电源装置14供电，并且在远距离使用时，可通过任意合适和耐用的电池装置（没有示出）或发电机装置供电，用于从可用的干线供电电源或其它方式对轨道线路远程测试，从而使振动装置能够用于便携式的应用。可选地，本发明的振动装置可配置和设置可重复充电的电源供应装置，且可重复充电的电源供应装置可包括太阳能电池充电装置（没有示出），这能够被本领域技术人员所理解。

优选地，振动装置包括与振动诱发装置适配的电机15，该振动诱发装置可选地以偏心重量11的形式安装至电机15的电机轴，在使用中，如图1所示在线路2上施加振动。这种力是可调的，以便改变或者通过控制装置12控制振幅和振动频率。可见，振动装置优选地通过用户控制和调整电机15的速度来控制。因此，可通过操作来自控制装置12的速度控制调节装置控制电机15。

可使用任意已知形式的电机速度测量装置检测振动装置的电机速度，且在该实施例中为安装到电机15的轴上的转速测量器16的形式。配置和设置转速测量器16用于测量电机轴转速，且测量的信号输出反馈到控制装置12。

可使用信号测量装置或转速测量器装置对轨道线路段2上产生的振幅进行检测和测量，优选地使用加速度测量器、振动测量器或速度测量器17。本领域的技术人员能够理解，振动测量器也可测量频率、位移和速度。

加速度测量器17响应振动器11触发的轨道线路的振动加速度产生电信号，并提供反馈到控制装置12的信号。配置和设置控制装置12将信号转换为振动频率的测量值，显示在显示装置13上。通常，振幅优选为至少约0.5毫米每秒，尽管设想到振动装置10能够适于提供高达约2毫米每秒的期望振幅。

如果应用速度测量器17，有利地考虑适当精确的用于测量加速度、速度和位移的测量器。进一步，将测量值反馈到控制装置12，可使用任意常规的接口或通过任意公知的连接或接口装置，包括RS-232接口线等等，或更优选地通过USB接口线。应理解，可采用任何公知形式的电缆和接头连接在本发明的主要组件之间，且根据需要或期望，通讯设备可包含有线和无线的选择。

温度测量装置18优选地用于在运作过程中测量轨道线路2的温度。温度测量装置18优选地或可选地为高温温度计的形式，并向控制装置12提供测量信号，允许在振动装置10运作时对应其它的记录数据标记线路的温度。

在闪光对焊操作过程中，并且特别地，在连接线路2到线路1的末端的闪光和锻造阶段之后的一段时间，显示装置13可适于提供对应振动频率（赫兹）的速度幅值（例如，毫米/秒）的绘制测量值，以及闪光对焊操作期间振动装置10运作过程中获得的任何其它期望的数据的特性。

配置和设置振动装置10以允许用户施加持续的振动到轨道线路2，且更特别地，以任何合适的振动频率将振动施加到焊接区域3附近的热影响区（HAZ），较优选的振动频率可大体地在约50至800赫兹之间。更优选地，振动频率设置在约85至90赫兹之间。在焊接工艺过程中，优选地通过调整振动频率和振幅控制振动参数，在某种程度上优化了所需的结果，形成了改善的闪光对焊接头。

设想到，在本发明的一个应用中，振动装置10将在焊接操作开始时运行，并将在焊接完成后持续一段合适的时间，且优选地，在闪光对焊工艺完成后持续5至25分钟或更多的时间。还可选优选地，夹具从轨道线路释放后，停止对刚刚焊接的接头的振动应力消除约5分钟，以便避免短时段内的任何快速冷却，在该时段之后重新施加振动用于应力消除以及冷却新的焊接接头，其它优点正如本发明的说明书中所述。

设想到其它时间段落在本发明的范围内，时间段部分决定于从刚刚闪光对焊焊接的热影响区或HAZ散热所消耗的时间。

焊接区域3中连接的碳钢轨道线路持续地受到振动或脉动一段时间，直到接头或焊接区域3发生应力消除。这段时间可以是约25至30分钟，或根据需要的其它时间。

预料到，由于本发明的装置和工艺，闪光对焊得以改善和加强，且进一步，增加的焊接耐久性将降低由于疲劳裂纹焊接接头开裂或失效的可能性，尤其是当轨道线路处于持续的重轴负载时。

本发明可具有的有益效果为，减少焊接接头中的残余应力，有助于在熔接过程中减少劣质焊接工艺过程，以及控制焊接混熔的重新凝固。加强的焊接可具有的优点为期望地增大轨道线路上的轴负载到大约37吨，甚至可能达到大约45至50吨，只要线路基底结构允许并且考虑好轨枕和基底设计、铁轨桥结构等等。

考虑到振动可影响轨道线路段1、2的热力学特性。可见，铁轨的晶粒结构变得更加精细，并且可利用焊接连接实现更好的机械强度。

应理解，在要连接的线路段1、2为不同等级的钢材的情况下，焊接过程和所使用的耗材为指定用于更高等级的待焊接轨道线路的哪些。

也应理解，本发明的工艺可应用到原地的轨道线路段，或者工程车间里面或其它任何位置的轨道线路段，且根据本发明的这种振动装置和设备的优点为其构造为便携式套件，且这种振动设备易于运输到需要闪光焊接轨道线路的地方。

其中，以上引用了具有已知等同物的整体或组件，该等同物涵盖在本文中，犹如本文已单独阐述一样。因此，应理解，可对上述工艺和其它方面的实施例、变型和替代进行变化，而本发明不背离此处所述的原理。

应当理解，上述说明意在示例而非限制。在考虑了所讨论和所述的特定形式的原理后，本发明另外的优点对于本领域技术人员来说将会是显而易见的。因此，应当理解，本发明不限于所述或所示的实施例，而是意在涵盖所有权利要求范围内的变更或修改。

Claims (11)

1.一种闪光对焊工艺，用于轴向连接对齐的轨道线路段，所述工艺包括以下步骤：

a.使用对齐夹具轴向地对齐轨道线路段，将振动装置连接至轨道线路上，以低振动频率和低振幅振动线路，这种输入是预设的并且在工艺过程中可通过振动控制装置调节，所述振动控制装置适于测量振动频率和振幅；

b.使用闪光对焊装置将对齐的轨道线路段焊接在一起，通过向轨道线路段通入电流并升高线路的温度至一合适的温度，并纵向分隔，然后通过力将轨道线路的末端按压在一起进行闪光和锻造，施加振动到轨道线路段直到闪光对焊完成；释放夹具后

c.施加振动到已焊接的轨道线路段并持续一段时间，足以使热量从焊接区域散发，并使焊接区域的应力得以消除。

2.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中在步骤C中，焊接完成后，振动装置施加受控振动到焊接区域附近并持续5至25分钟之间的一段时间。

3.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中在步骤C中，从已焊接的轨道线路段释放夹具5分钟的暂停后，振动装置施加受控振动到焊接区域持续5至25分钟之间的一段时间。

4.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中在步骤A中，振动装置包括振动工具，所述振动工具为电机，该电机在电机轴上设有偏心重量，且其中所述电机可夹紧至焊接区域附近的轨道线路段。

5.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中振动频率是由可拆卸地安装在轨道线路的转速测量器装置来测量的，且振幅优选地由可拆卸地安装在轨道线路的速度测量器或加速度测量器装置来测量的，转速测量器装置以及速度测量器或加速度测量器装置适配为提供反馈信号到振动控制装置。

6.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中在步骤A中，振动装置施加的振动频率在约50赫兹和800赫兹之间。

7.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中振动频率在约85至90赫兹之间，且振幅在每秒约0.5毫米到约2毫米之间。

8.根据权利要求1所述的闪光对焊工艺，其中所施加的振幅为约0.5毫米每秒。

9.一种闪光对焊振动装置，实施用于连接轴向对齐的轨道线路段的闪光对焊工艺，所述振动装置配置和设置闪光对焊装置，振动装置包括：配置和设置振动工具的控制装置，所述振动工具适于在轨道线路上施加恒定的振动，所述控制装置控制与其相关联的加速度测量器装置的运作，和为控制装置提供读数的温度装置。

10.根据权利要求1所述的由焊接工艺制备和制成焊接接头。

11.根据权利要求1所述的用于连接轨道线路段的闪光对焊工艺基本如本文所述。