CN107262874B - 一种钢轨焊接装置以及钢轨焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种钢轨焊接装置，钢轨焊接装置用于将多段钢轨焊接在一起，钢轨焊接装置包括：隔热U型底座，具有与钢轨底的底面和侧面贴合的U型槽，在U型槽内设置有第一熔池槽；一对隔热侧板，分别具有与钢轨腰及钢轨头的两侧贴合的曲面，在一对隔热侧板与钢轨腰及钢轨头的两侧贴合的曲面上分别设置有第二熔池槽，其中，在焊接钢轨时，第一熔池槽与第二熔池槽被布置为在同一垂直于钢轨长度方向的断面上延伸，或在同一竖直且与钢轨长度方向具有夹角的断面上延伸。该装置可重复利用，液态金属恒温时间长，冶金反应时间充分，稳定焊接质量。焊缝的表面平整、宽窄一致，高低均匀、过渡圆滑，钢轨的焊缝外观成型良好。

Description

一种钢轨焊接装置以及钢轨焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体地说，涉及一种钢轨焊接装置以及钢轨焊接方法。

背景技术

天车钢轨焊接常用电弧焊焊接方法，电弧焊每焊接一层需要清理焊接药皮，电弧焊焊接时还要防止药皮烫伤，钢轨底焊接熔化过程中需要十分小心，防止根部单侧未溶和夹渣，钢轨腰焊接时要防止熔化液态铁水局部下塌、焊瘤，钢轨头焊接熔化过程液态金属时间长，要防止焊接层次厚淬硬现象和微观裂纹。天车钢轨长时间在重物碾压过程中焊缝容易出现瞬间断裂，给生产线造成停工，企业单位直接损失不可估量。采用常规电弧焊的方法焊接效率低，且焊缝外观不够美观、强度低，容易有焊瘤、夹渣、未焊透、下塌等多种焊接缺陷，因此，需要开发一种能够高效焊接钢轨，并且提高钢轨焊缝强度和外观的装置和方法。

发明内容

本发明采用耐火材料自制钢轨焊接装置，先进行钢轨底焊接，然后钢轨腰和钢轨头一次焊接成形，按照本发明的装置和方法焊接的钢轨焊缝，超声波探伤检验合格率能够达到99％。

一种钢轨焊接装置，所述钢轨焊接装置用于将多段钢轨焊接在一起，每段钢轨包括钢轨头、所述钢轨头下方的钢轨腰以及所述钢轨腰下方的钢轨底，所述钢轨头宽度大于所述钢轨腰的宽度并小于所述钢轨底的宽度，所述钢轨焊接装置包括：隔热U型底座，具有与钢轨底的底面和侧面贴合的U型槽，在所述U型槽内设置有第一熔池槽；一对隔热侧板，分别具有与钢轨腰及钢轨头的两侧贴合的曲面，在一对隔热侧板与钢轨腰及钢轨头的两侧贴合的曲面上分别设置有第二熔池槽，其中，在焊接钢轨时，所述第一熔池槽与第二熔池槽被布置为在同一垂直于钢轨长度方向的断面上延伸，或在同一竖直且与钢轨长度方向具有夹角的断面上延伸。

优选地，所述第一熔池槽从隔热U型底座的U型槽的一侧的上表面沿U型槽的槽内表面一直延伸到U型槽的另一侧的上表面；每个第二熔池槽从所述第二熔池槽所在的隔热侧板的上表面一直延伸到所述第二熔池槽所在的隔热侧板的下表面。

优选地，所述第一熔池槽和所述第二熔池槽的每一个的宽度在22mm到24mm的范围内，深度在0.5mm到1mm范围内。

优选地，所述钢轨底、所述钢轨腰以及所述钢轨头由耐火砖制成。

一种利用以上所述的钢轨焊接装置进行的钢轨焊接方法，包括以下步骤：钢轨底焊接，包括：将两段钢轨的待焊接段以预定间隙放置在隔热U型底座上，所述预定间隙处于第一熔池槽和第二熔池槽所在的断面上，使得隔热U型底座的U型槽内表面与两段钢轨的钢轨底的底面和侧面贴合，从钢轨底任一侧开始沿焊缝长度方向往复焊接，焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向来回摆动，直到焊接至钢轨底任一侧的斜坡底端，从两侧的斜坡底端向斜坡顶端分别逐渐退步焊接，焊接至钢轨腰底端收弧，其中所述斜坡为所述钢轨底向所述钢轨腰过渡的斜坡；之后进行钢轨腰和钢轨头焊接，包括：将两块隔热侧板分别布置在两段钢轨的两侧，使得一对隔热侧板的曲面分别贴合在钢轨腰、钢轨头的两侧，从钢轨腰任一侧的底端开始沿焊缝长度方向往复焊接，焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向来回摆动，直到焊接至钢轨头的顶面，从钢轨头的顶面的两端分别向钢轨头顶面的中点逐渐退步焊接，以将钢轨腰和钢轨头一次成型焊接。

优选地，在钢轨腰与钢轨头焊接的过程中，从钢轨腰任一侧的底端开始沿焊缝长度方向往复焊接的过程中，焊接至钢轨腰和钢轨头的结合点时，从钢轨腰与钢轨头两个结合点的中点开始分别向钢轨两侧焊接，直至焊接到钢轨头顶面。

优选地，在焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向的两侧停留第一预设时间。

优选地，在焊接过程中，焊枪在焊缝长度方向的两侧停留第二预设时间。

优选地，使用二氧化碳对钢轨底、钢轨腰和钢轨头焊接。

优选地，钢轨头顶面采取画圆方法焊接。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本发明实施例的钢轨焊接装置的组装示意图；

图2是表示本发明实施例的隔热U型底座的立体示意图；

图3是表示本发明实施例的一侧的隔热侧板的立体示意图；

图4是表示本发明实施例的另一侧的隔热侧板的立体示意图；

图5是表示本发明实施例的焊接关键点示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的钢轨焊接装置以及钢轨焊接方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

钢轨为长条形轨道，从图1中钢轨的横断面可以看出，每段钢轨包括钢轨头10、所述钢轨头10下方的钢轨腰20以及所述钢轨腰20下方的钢轨底30，所述钢轨头10宽度大于所述钢轨腰20的宽度并小于所述钢轨底30的宽度。为焊接钢轨，本发明提供一种钢轨焊接装置，包括：隔热U型底座60和两块隔热侧板40、50。如图2所示，隔热U型底座60为长条形结构，在所述隔热U型底座60的长度方向具有与钢轨底30的底面和侧面贴合的U型槽601，简单的说，隔热U型底座60类似于槽钢的形式，U型槽601的槽内宽度与钢轨底的宽度相同。在所述U型槽601内沿垂直于隔热U型底座长度方向的断面上还设置有第一熔池槽602，第一熔池槽602从U型槽601的槽内表面向下切入预设深度。如图3-4所示，两个隔热侧板40、50均为长条形结构，且两个隔热侧板40、50分别具有与钢轨腰、钢轨头的侧面贴合的曲面，即隔热侧板40具有曲面401，隔热侧板50具有曲面501。并且，在曲面401上，沿垂直于隔热侧板长度方向的断面上具有第二熔池槽402，在曲面501上，沿垂直于隔热侧板长度方向的断面上具有第二熔池槽502。

在使用时，将两段钢轨以预定间隙放置在隔热U型底座60的U型槽内，使得钢轨底的底面和侧面和U型槽的槽内表面贴合，而隔热侧板40、50则设置在钢轨的侧面，曲面401和曲面501分别贴合在钢轨头及钢轨腰的两侧，在隔热侧板的外侧可以用其他隔热材料挡住。或者，隔热侧板也可以向外侧延伸出支腿，直接支撑在地面上。而第一熔池槽602与第二熔池槽402、502在同一垂直于钢轨长度方向的断面上延伸。将两段钢轨沿隔热U型底座60的长度方向间隔预定间隙放置在U型槽内，使得预定间隙处于第一熔池槽和第二熔池槽所在的断面上，即可开始焊接作业，在两段钢轨之间的预定间隙处即形成焊缝，具体焊接方法在后面详述。本发明中，焊缝长度方向等同于第一熔池槽和两个第二熔池槽的长度方向，焊缝宽度方向等同于第一熔池槽和两个第二熔池槽的宽度方向。

在本发明中，隔热U型底座和一对隔热侧板可为彼此分离的部件。或者，也可为结合成一体的部件，使用时进行拆分。

在焊接过程中，熔化的铁水将进入第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502内，第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的宽度将决定焊缝的宽度，熔池槽的深度和断面形状将决定焊缝的表面形状。第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的断面形状可以为U型、三角形、矩形、梯形等常规平面形状，优选地，第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的断面形状为U型。由于第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的规整结构，使得焊缝宽窄和余高一致，焊缝圆滑过渡。

本实施例的钢轨焊接装置通过简单的拼接将待焊接的钢轨固定，钢轨焊接装置包裹着钢轨，施焊时可以起到防风、保温的作用，焊接后能够起到缓冷的作用。隔热U型底座承托熔化的液态金属，控制焊缝成型，防止焊接过程中熔池温度升高引起熔化液体金属下榻和液态金属流失。隔热侧板同样起到承托和控制熔化的液体金属，控制钢轨腰和钢轨头一次成型焊接。能够有效控制焊缝背面成型，使焊缝宽窄和余高均匀一致圆滑过度，焊缝引弧和收弧处圆滑饱满。

在一个可选实施例中，隔热U型底座60和两块隔热侧板40、50采用耐火砖制成。可以使用无齿锯或类似工具在耐火砖上加工出熔池槽。

在一个可选实施例中，焊缝宽度与熔池槽的宽度相同，钢轨以预定间隙放置在隔热U型底座60上，预定间隙即为焊缝宽度，其预定间隙和熔池槽同宽。优选地，预定间隙在22㎜到24㎜范围内。

在一个可选实施例中，第一熔池槽602从隔热U型底座60的U型槽601的一侧的上表面603沿U型槽的槽内表面一直延伸到U型槽601的另一侧的上表面604。所述第二熔池槽沿曲面从隔热侧板的上表面一直延伸到隔热侧板的下表面。

在一个可选实施例中，钢轨的焊接切面可以是垂直于水平面与钢轨长度方向倾斜一定的角度，那第一熔池槽、第二熔池槽则在同一倾斜的焊接切面上。

在一个可选实施例中，熔池槽的宽度在22mm至24mm的范围内，熔池槽的深度在0.5mm至1mm范围内。

如图1所示，在一个可选实施例中，隔热侧板的底面与隔热U型底座60的U型槽的上表面之间可以设置有间隙，根据不同的钢轨，该间隙可以调整隔热侧板的曲面与钢轨腰和钢轨头的两侧的贴合程度。间隙处用钢板垫平调整即可。

本发明还提供一种钢轨焊接方法，包括但不限于采用CO₂实芯保护焊，包括以下步骤(为便于说明，在图5中以圆点标示一些焊接关键点)：

钢轨底焊接，将两段钢轨以预定间隙放置在隔热U型底座60上，使得隔热U型底座的U型槽内表面与两段钢轨底部的底面和侧面贴合，从钢轨底部一侧开始沿焊缝向钢轨的另一侧焊接。在焊接过程中，焊枪沿焊缝宽度方向来回摆动，当焊枪到达钢轨的另一侧后，若未焊接到钢轨底的斜坡底端301处，则提高焊枪继续沿反向焊接至钢轨的一侧。连续焊接至钢轨底的斜坡底端301处，从斜坡底端301向斜坡顶端逐渐退步焊接，保持焊缝温度均匀一致，防止钢轨焊接变形，焊至钢轨腰底端201处收弧。

钢轨腰和钢轨头焊接，将两块隔热侧板分别布置在两段钢轨的两侧，使得隔热侧板贴合在钢轨腰、钢轨头的两侧，焊枪从钢轨腰底端201的焊缝一端开始焊接，在焊接过程中，焊枪沿焊缝宽度方向来回摆动，当焊枪到达钢轨的另一侧后，若未焊接到钢轨腰和钢轨头的结合处，则提高焊枪继续沿反向焊接至钢轨的一侧。直至连续焊接至钢轨腰和钢轨头结合点101，从钢轨腰和钢轨头两个结合点101的中间位置分别向钢轨两侧焊接，能够保持焊缝温度均匀一致，使得钢轨腰与钢轨头结合处的圆弧及斜上坡段能够得到良好熔合，防止钢轨焊接变形。连续焊接，直至剩余钢轨头的最后一层焊缝，从钢轨头的顶面两侧的底端分别向钢轨头顶面的中点逐渐退步焊接，逐渐填满熔池后将电弧拉向焊缝一侧息弧。

在一个可选实施例中，在钢轨底焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向的两侧可以停留第一预设时间，例如停留1秒，可以降低熔池温度，让液态金属有充分的时间熔化，使焊缝背面成型圆滑过度。而在钢轨腰和钢轨头焊接过程中，降低结合处熔池温度可以防止熔化的液态金属下榻形成焊瘤，焊缝外观成型圆滑饱满。

在一个可选实施例中，隔热U型底座60和两块隔热侧板40、50与钢轨贴合的间隙适宜控制在0.5㎜以内，若间隙过大，则焊接过程中由于熔池温度升高熔化液态金属会从间隙处流失。

在一个可选实施例中，在焊接过程中，在焊缝长度方向的两端停留第二预设时间，例如停留1秒，同样可以降低熔池温度，让液态金属有充分的时间熔化，使焊缝背面成型圆滑过度。

在一个可选实施例中，钢轨腰和钢轨头焊接中，在焊接到钢轨头的顶面时(即钢轨头的最后一层焊缝)，采取画圆方法焊接。可以保证焊接缝隙边缘都得到良好的熔合，同时可以保证焊缝达到需要的厚度。

在一个可选实施例中，在焊接到钢轨头的顶面时，采用三点收弧法，即通过三次息弧和三次引弧来完成收弧，利用三点收弧来降低熔池温度，能够保证收弧处焊肉光滑饱满。

在一个可选实施例中，可以采用实芯焊丝气体保护焊进行钢轨焊接作业。焊接后无渣壳覆盖。

本发明的钢轨焊接装置，制作工艺简单，可以重复利用。隔热U型底座和两块隔热侧板起到防风、保温作用，液态金属恒温时间长，冶金反应时间充分，稳定焊接质量。焊缝的表面平整、宽窄一致，高低均匀、过渡圆滑，钢轨的焊缝外观成型良好。钢轨腰和钢轨头一次焊接成型，焊缝强度提高，焊接效率提高设备费用低，焊接速度提升3倍。经过实践，采用本发明的焊接装置和焊接方法，焊缝超声波探伤检验合格率达到99％。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢轨焊接方法，每段钢轨包括钢轨头、所述钢轨头下方的钢轨腰以及所述钢轨腰下方的钢轨底，所述钢轨头宽度大于所述钢轨腰的宽度并小于所述钢轨底的宽度，其特征在于，采用如下的钢轨焊接装置将多段钢轨焊接在一起：

隔热U型底座，具有与钢轨底的底面和侧面贴合的U型槽，在所述U型槽内设置有第一熔池槽；

一对隔热侧板，分别具有与钢轨腰及钢轨头的两侧贴合的曲面，在一对隔热侧板与钢轨腰及钢轨头的两侧贴合的曲面上分别设置有第二熔池槽，

其中，在焊接钢轨时，所述第一熔池槽与第二熔池槽被布置为在同一垂直于钢轨长度方向的断面上延伸，或在同一竖直且与钢轨长度方向具有夹角的断面上延伸，

所述钢轨焊接方法包括以下步骤：

钢轨底焊接，包括：将两段钢轨的待焊接段以预定间隙放置在隔热U型底座上，所述预定间隙处于第一熔池槽和第二熔池槽所在的断面上，使得隔热U型底座的U型槽内表面与两段钢轨的钢轨底的底面和侧面贴合，从钢轨底任一侧开始沿焊缝长度方向往复焊接，焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向来回摆动，直到焊接至钢轨底任一侧的斜坡底端，从两侧的斜坡底端向斜坡顶端分别逐渐退步焊接，焊接至钢轨腰底端收弧，其中所述斜坡为所述钢轨底向所述钢轨腰过渡的斜坡；

之后进行钢轨腰和钢轨头焊接，包括：将两块隔热侧板分别布置在两段钢轨的两侧，使得一对隔热侧板的曲面分别贴合在钢轨腰、钢轨头的两侧，从钢轨腰任一侧的底端开始沿焊缝长度方向往复焊接，焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向来回摆动，直到焊接至钢轨头的顶面，从钢轨头的顶面的两端分别向钢轨头顶面的中点逐渐退步焊接，以将钢轨腰和钢轨头一次成型焊接，

其中，在钢轨腰与钢轨头焊接的过程中，从钢轨腰任一侧的底端开始沿焊缝长度方向往复焊接的过程中，焊接至钢轨腰和钢轨头的结合点时，从钢轨腰与钢轨头两个结合点的中点开始分别向钢轨两侧焊接，直至焊接到钢轨头顶面。

2.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，

其中，所述隔热U型底座以及一对隔热侧板由耐火砖制成。

3.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，所述第一熔池槽从隔热U型底座的U型槽的一侧的上表面沿U型槽的槽内表面一直延伸到U型槽的另一侧的上表面；

每个第二熔池槽从所述第二熔池槽所在的隔热侧板的上表面一直延伸到所述第二熔池槽所在的隔热侧板的下表面。

4.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，

所述第一熔池槽和所述第二熔池槽的每一个的宽度在22mm到24mm的范围内，深度在0.5mm到1mm范围内。

5.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，

在焊接过程中，焊枪在焊缝宽度方向的两侧停留第一预设时间。

6.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，

在焊接过程中，焊枪在焊缝长度方向的两侧停留第二预设时间。

7.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，

使用二氧化碳对钢轨底、钢轨腰和钢轨头焊接。

8.根据权利要求1所述的钢轨焊接方法，其特征在于，

钢轨头顶面采取画圆方法焊接。

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