CN107999980B - 一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，等离子焊枪匀速移动，在待熔覆部位上方熔覆合金；b、形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为4‑40mm，钢轨的热影响区厚度控制在0.3‑3mm；c、将火焰头布置在合金带上方；将液化气和氧气直接在火焰头上混合；熔覆后的合金带静置2‑180秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。本发明能够提高熔覆适用性和熔覆效率，且能够保障现场钢轨熔覆后热影响区组织的机械性能满足钢轨使用。

Description

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法

技术领域

本发明涉及到轨道熔覆技术领域，尤其涉及一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法。

背景技术

轨道电路是以铁路线的两根钢轨为导体，用引接线连接信号电源和接收设备构成的电气回路。在铁路调车线、货物线、专用线等列车长期较少通过的区段，钢轨轨面严重氧化生锈，当列车在生锈严重的钢轨上行驶时，虽然列车车轮与轨道接触但不导通，表明该轨道电路已失去了对轨道区段占用状态检查的功能。这种现象就叫轨道电路分路不良。在轨道电路分路不良区段的钢轨轨头踏面上熔覆一层防锈耐磨合金带，使车轮和不生锈的耐磨合金带有效接触，可以有效消除轨道电路分路不良现象。钢轨为高碳钢，在熔覆过程中，钢轨热影响区的基体组织会发生相变。熔覆后，表面迅速降温，表面降温速度的快慢决定热影响区的组织。根据钢轨降温CCT曲线，当降温速度较慢，热影响区组织变为珠光体，与原钢轨组织相同，热影响区机械性能不变。当降温速度较快，热影响组织变成马氏体。马氏体是一种又硬又脆的组织，它大大降低钢轨的韧性，在列车碾压下易导致钢轨产生裂纹，造成断轨。为了避免马氏体产生，现有的钢轨熔覆合金技术均采用感应加热的方法，在熔覆后给轨头快速加热。表现在感应加热器紧挨着焊枪，感应加热器随焊枪移动，同时快速加热，目的都是减缓熔覆后钢轨热影响区的降温速度，避免钢轨热影响区产生马氏体，使热影响区得到珠光体组织。

如公开号为CN 103132008A，公开日为2013年06月05日的中国专利文献公开了一种感应加热器及其在钢轨上非预热熔覆合金的方法，其中：感应加热器，其特征在于：包括加热区一和加热区二，加热区一分为两个加热面，第一个加热面的形状为缺少了下底的梯形状，第二个加热面的形状为U形状，梯形状的加热面的两腰与所述U形状的加热面连接在一起，第一个加热面和第二个加热面之间具有夹角；所述加热区二为“一”字形结构，加热区二与所述第一个加热面连接，加热区二和第一个加热面处于同一水平面上；所述加热区一和加热区二经铜管或银管弯曲、弯折或焊接形成，所述铜管或银管包括位于水平面上的第一段，第二段、第三段、第四段、第八段和第九段，以及位于竖直平面上的第五段、第六段和第七段，第一段为加热区二，第二段、第三段、第四段、第八段和第九段围绕形成所述缺少了下底的梯形状的第一个加热面，第五段、第六段和第七段连接形成U形的第二个加热面，按第一段至第九段的顺序，每段由铜管或银管依次形成；所述第三段和第九段一起形成了梯形状加热面的上底，第三段和第九段的断面形状是半圆形，第八段是梯形状加热面的其中一个腰，第四段是梯形状加热面的另一个腰；所述第八段包括依次连接的第八一段，第八二段和第八三段，其中，第八一段与第七段连接，第八三段与第九段连接，第八一段与第二段的向下延伸处齐平。感应加热器在钢轨上非预热熔覆合金的方法，其特征在于：包括熔覆步骤：采用等离子熔覆或电弧焊熔覆在钢轨轨头表面熔覆合金，焊枪布置在待熔覆部位的上方，感应加热器紧随其后，焊枪与感应加热器的距离为2—40mm，焊枪距离轨面高6—15mm，焊枪沿钢轨纵向移动熔覆合金，感应加热器也跟随移动加热钢轨，感应加热器的移动速度与焊枪的移动速度一致。

又如公开号为CN 103484855A，公开日为2014年01月01日的中国专利文献公开了一种在钢轨上加热熔覆合金用于解决分路不良的方法，其特征在于：将焊枪布置在钢轨踏面待熔覆部位的上方，将平面感应加热器布置在焊枪后方，平面感应加热器由处于同一水平面上并连接在一起的第一加热面和第二加热面构成，第一加热面呈梯形或方形或圆形，第二加热面呈“一”字形结构，平面感应加热器在钢轨踏面横向位置可调，焊枪沿钢轨踏面纵向移动在钢轨踏面待熔覆部位熔覆合金粉末形成合金带，平面感应加热器也跟随焊枪移动并加热钢轨踏面，平面感应加热器的移动速度与焊枪的移动速度相同。

以上述专利文献为代表的现有技术，在钢轨熔覆合金过程中均需控制熔覆热影响区降温速度，存在下述不足：现场施工受设备条件、施工条件、技术条件制约，存在加热设备过大，施工速度慢，效率低的现象。钢轨热影响区的降温速度与钢轨环境温度、感应加热功率、熔覆移动速度有关，这三大因素相互影响，如钢轨环境温度越低，感应加热功率就应当越大，熔覆移动速度就越慢。加热功率过大，钢轨会产生变形，特别是道岔尖轨。在我国北方及高海拔地区，冬天温度低，现有熔覆合金方法使用受限。环境温度越低，熔覆热影响区降温越快。降温速度大于2.5℃/s，就会产生马氏体；当环境温度低于5℃，降温速度就很难控制在2.5℃/s以内，而我国北方及高海拔地区，温度低于5℃是很常见的。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，本发明不需要控制熔覆热影响区降温速度，能够提高熔覆适用性和熔覆效率，且能够保障现场钢轨熔覆后热影响区组织的机械性能满足钢轨使用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪跟随第一移动小车匀速移动，等离子焊枪在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为4-40mm，钢轨的热影响区厚度控制在0.3-3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头上混合；熔覆后的合金带静置2-180秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.3%的C、0-0.3%的Cr、1-2%的B、0-10%的Fe、0-0.2%的Mn、2-4%的Si、0-0.2%的Mo和余量的Ni。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.3%的C、2-5%的Cr、1-2%的B、0-10%的Fe、2-4%的Si和余量的Ni。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.2%的C、14-20%的Cr、8-14%的Ni、0-1%的B、0-1.5%的Si、0-2%的Mn和余量的Fe。

所述钢轨熔覆机，包括第一移动小车、第二移动小车、熔覆加热装置、供电装置和供气装置，供电装置和供气装置固定在第二移动小车上，熔覆加热装置包括熔覆机架、加热机构、等离子焊机、冷却机构和氩气瓶，熔覆机架和氩气瓶安装在第一移动小车上，加热机构、冷却机构和等离子焊机设置在熔覆机架上，冷却机构和氩气瓶均与等离子焊机联接，等离子焊机沿Y轴方向运动，供气装置与加热机构连接，加热机构沿X轴、Y轴和Z轴方向运动。

所述等离子焊机包括等离子焊枪、焊接电源、送粉器、摆动器和横向移动部件，送粉器固定在摆动器上，摆动器设置在横向移动部件上，焊接电源与等离子焊枪连接，等离子焊枪与氩气瓶连接。

所述加热机构包括步进电机、丝杆座、丝杆、Y轴滑块、联接件和火焰头，熔覆机架上设置有X轴滑槽，丝杆座与X轴滑槽滑动连接，Y轴滑块设置在丝杆上，丝杆设置在丝杆座上，步进电机与丝杆连接，联接件与Y轴滑块连接，联接件上设置有Z轴滑槽，Z轴滑槽上滑动连接有Z轴滑块，Z轴滑块与火焰头连接。

所述冷却机构包括循环水箱和固定在循环水箱上的制冷压缩机，制冷压缩机与等离子焊枪连接。

所述第一移动小车和第二移动小车均包括车架、车轮、联轴套和驱动电机，车架由铝合金框架和钢板连接而成，驱动电机固定在钢板上，驱动电机的电机轴通过联轴套与车轮的车轮轴连接。

所述供电装置包括柴油发动机，柴油发动机为四台，四台柴油发动机均固定在第二移动小车上。

所述供气装置包括用于给火焰头供气的氧气瓶和液化气瓶，氧气瓶和液化气瓶固定在第二移动小车上。

所述熔覆加热装置为两个，两个熔覆加热装置并列布置在第一移动小车上。

还包括PLC控制器，PLC控制器分别与等离子焊机、冷却机构、第一移动小车、第二移动小车和供电装置联接；PLC控制器用于控制等离子焊机启动、送粉和摆动；用于控制冷却机构启动和调节温度；用于控制第一移动小车和第二移动小车的启停；用于控制供电装置送电。

所述驱动电机为行星齿轮减速电机。

本发明所述X轴方向是指与钢轨长度方向相同的方向；Y轴方向是指与钢轨宽度方向相同的方向；Z轴方向是指与钢轨高度方向相同的方向。

本发明所述热影响区厚度是指热影响区内最大厚度尺寸。

本发明的基本原理如下：

现有技术的钢轨熔覆合金方法均是控制熔覆热影响区降温速度，使之得到珠光体组织。本发明通过等离子熔覆后，不控制热影响区降温速度，熔覆后的合金带静置2-180秒以后，热影响区就会产生马氏体，马氏体是一种又硬又脆的组织，它大大降低钢轨的韧性，但马氏体产生后一段时间内，钢轨不添加外力，马氏体不会使钢轨产生裂纹。由于在环境温度很低时，不需要控制热影响区降温速度，熔覆合金就不受环境温度制约，熔覆速度可以很快。对产生的马氏体进行火焰加热处理，使热影响区最终得到回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体。回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体的组织其综合机械性能好于珠光体组织，因而满足钢轨使用机械性能要求。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪跟随第一移动小车匀速移动，等离子焊枪在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为4-40mm，钢轨的热影响区厚度控制在0.3-3mm；c、将钢轨熔覆机上的火焰头布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头上混合；熔覆后的合金带静置2-180秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准，通过等离子熔覆后，不控制热影响区降温速度，因而能够提高熔覆适用性和熔覆效率，熔覆后的合金带静置2-180秒以后，热影响区就会产生马氏体，马氏体是一种又硬又脆的组织，它大大降低钢轨的韧性，但马氏体产生后一段时间内，钢轨不添加外力，马氏体不会使钢轨产生裂纹，对产生的马氏体进行火焰加热处理，使热影响区最终得到回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体，回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体的组织其综合机械性能好于珠光体组织，因而能够满足钢轨使用的机械性能要求。

二、本发明，步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.3%的C、0-0.3%的Cr、1-2%的B、0-10%的Fe、0-0.2%的Mn、2-4%的Si、0-0.2%的Mo和余量的Ni，采用这种特定配比的合金，能够保持钢轨性能不变，而且由于合金元素Ni的含量高，因此能够提高合金带的耐腐蚀和耐磨特性。

三、本发明，步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.3%的C、2-5%的Cr、1-2%的B、0-10%的Fe、2-4%的Si和余量的Ni，采用这种特定配比的合金，能够保持钢轨性能不变，而且提高了Cr的含量，合金元素Ni的含量也较高，能够进一步提高合金带的耐磨性和耐腐蚀性。

四、本发明，步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.2%的C、14-20%的Cr、8-14%的Ni、0-1%的B、0-1.5%的Si、0-2%的Mn和余量的Fe，合金元素Ni的含量较少，在保障合金带基本的耐磨性和耐腐蚀性的前提下，能够降低成本。

五、本发明，钢轨熔覆机，包括第一移动小车、第二移动小车、熔覆加热装置、供电装置和供气装置，供电装置和供气装置固定在第二移动小车上，熔覆加热装置包括熔覆机架、加热机构、等离子焊机、冷却机构和氩气瓶，熔覆机架和氩气瓶安装在第一移动小车上，加热机构、冷却机构和等离子焊机设置在熔覆机架上，冷却机构和氩气瓶均与等离子焊机联接，等离子焊机沿Y轴方向运动，供气装置与加热机构连接，加热机构沿X轴、Y轴和Z轴方向运动，通过将加热机构、等离子焊机及冷却机构有机集成在第一移动小车上，使熔覆机的结构紧凑，最大限度减小了熔覆机的空间及尺寸；供气装置能够为加热机构提供充足的气源，供电装置能够对整个熔覆机进行供电，保障了整个熔覆过程中的稳定性和连续性；等离子焊机能够跟随第一移动小车沿钢轨长度方向移动，即沿X轴方向移动，等离子焊机还能沿Y轴方向运动，使得整个钢轨待熔覆部位的长度方向和宽度方向上均能得到熔覆，熔覆更加均匀；加热机构在三维空间上均可移动，能够对熔覆后形成的合金带进行全面的加热处理，各部件有机配合，极大的提高了熔覆效率，缩短了现场作业时间。

六、本发明，等离子焊机包括等离子焊枪、焊接电源、送粉器、摆动器和横向移动部件，送粉器固定在摆动器上，摆动器设置在横向移动部件上，焊接电源与等离子焊枪连接，等离子焊枪与氩气瓶连接，等离子焊枪在横向移动部件作用下能够沿Y轴方向运动，即在钢轨待熔覆部位的宽度方向上熔覆合金，氩气瓶与等离子焊枪形成熔覆保护气路，能够进一步保障熔覆稳定性。

七、本发明，加热机构包括步进电机、丝杆座、丝杆、Y轴滑块、联接件和火焰头，熔覆机架上设置有X轴滑槽，丝杆座与X轴滑槽滑动连接，Y轴滑块设置在丝杆上，丝杆设置在丝杆座上，步进电机与丝杆连接，联接件与Y轴滑块连接，联接件上设置有Z轴滑槽，Z轴滑槽上滑动连接有Z轴滑块，Z轴滑块与火焰头连接，实现了火焰头在三维空间上的移动，能够更加精准的对熔覆后的合金带进行加热，加热更加全面，有效保障了加热效果。

八、本发明，冷却机构包括循环水箱和固定在循环水箱上的制冷压缩机，制冷压缩机与等离子焊枪连接，形成循环水路，能够对等离子焊枪进行循环制冷，保证等离子焊枪的冷却效果，进而提高熔覆稳定性。

九、本发明，第一移动小车和第二移动小车均包括车架、车轮、联轴套和驱动电机，车架由铝合金框架和钢板连接而成，驱动电机固定在钢板上，驱动电机的电机轴通过联轴套与车轮的车轮轴连接，整个车架质地较轻，且具有良好的刚性，承载能力强，利于保障整个熔覆机的工作稳定性。

十、本发明，供电装置包括柴油发动机，柴油发动机为四台，四台柴油发动机均固定在第二移动小车上，能够为整个熔覆机提供充沛的电能，满足熔覆需要。

十一、本发明，供气装置包括用于给火焰头供气的氧气瓶和液化气瓶，氧气瓶和液化气瓶固定在第二移动小车上，氧气瓶和液化气瓶跟随熔覆移动，气源稳定，能够有效保证火焰头的工作可靠性，利于保障加热效果。

十二、本发明，还包括PLC控制器，PLC控制器分别与等离子焊机、冷却机构、第一移动小车、第二移动小车和供电装置联接；PLC控制器用于控制等离子焊机启动、送粉和摆动；用于控制冷却机构启动和调节温度；用于控制第一移动小车和第二移动小车的启停；用于控制供电装置送电，使用时，将熔覆机放置在钢轨上，通过PLC控制器输入参数，熔覆机即可自动在钢轨上移动，熔覆钢轨，自动化程度高。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：

图1为本发明钢轨熔覆机的结构示意图；

图2为本发明熔覆加热装置的结构示意图；

图3为本发明加热机构的结构示意图；

图4为本发明加热机构的俯视图；

图5为本发明冷却机构的结构示意图；

图6为本发明移动小车的局部侧视图；

图7为本发明供电装置和供气装置安装在第二移动小车上的结构示意图；

图8为本发明钢轨熔覆机熔覆合金的结构示意图；

图9为现有技术热影响区珠光体组织的金相图；

图10为本发明未加热回火热影响区马氏体组织的金相图；

图11为本发明加热回火热影响区回火索氏体组织的金相图；

图12为本发明加热回火热影响区回火屈氏体组织的金相图；

图13为本发明加热回火热影响区回火索氏体+回火屈氏体组织的金相图；

图中标记：1、第一移动小车，2、第二移动小车，3、供电装置，4、供气装置，5、熔覆机架，6、加热机构，7、等离子焊机，8、冷却机构，9、氩气瓶，10、等离子焊枪，11、焊接电源，12、送粉器，13、摆动器，14、横向移动部件，15、步进电机，16、丝杆座，17、丝杆，18、Y轴滑块，19、联接件，20、火焰头，21、Z轴滑块，22、循环水箱，23、制冷压缩机，24、车轮，25、联轴套，26、驱动电机，27、铝合金框架，28、钢板，29、柴油发动机，30、氧气瓶，31、液化气瓶，32、PLC控制器。

具体实施方式

实施例1

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为4mm，钢轨的热影响区厚度控制在0.3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置2秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准是指：

当环境温度为20℃，火焰头加热移动速度为30m/h时，液化气压力设置为0.1MPa，氧气压力为0.25MPa，加热后，对钢轨熔覆部位作金相检测，热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体，产品合格。当环境温度为10℃时，由于温度比20℃低，要到达同样的加热效果，需要调大火焰，增加液化气和氧气量，液化气压力调高为0.13MPa，氧气压力调高为0.325MPa，加热后，对钢轨熔覆部位作金相检测，热影响区的组织同样为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体。当火焰移动速度变化时，相应参数作相应调整，移动速度调整范围为20-100m/h，液化气调整范围为0.02-0.2 MPa。

实施例2

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为10mm，钢轨的热影响区厚度控制在1mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置20秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：1%的B、2%的Si和余量的Ni。

实施例3

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为15mm，钢轨的热影响区厚度控制在1.5mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置40秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0.1%的C、0.1%的Cr、1.6%的B、7%的Fe、0.15%的Mn、2.5%的Si、0.12%的Mo和余量的Ni。

实施例4

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为25mm，钢轨的热影响区厚度控制在1.8mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置60秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0.3%的C、0.3%的Cr、2%的B、10%的Fe、0.2%的Mn、4%的Si、0.2%的Mo和余量的Ni。

实施例5

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为30mm，钢轨的热影响区厚度控制在2mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置70秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：2%的Cr、1%的B、2%的Si和余量的Ni。

实施例6

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为35mm，钢轨的热影响区厚度控制在2.5mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置90秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0.25%的C、4%的Cr、1.6%的B、5%的Fe、3%的Si和余量的Ni。

实施例7

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为40mm，钢轨的热影响区厚度控制在3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置120秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0.3%的C、5%的Cr、2%的B、10%的Fe、4%的Si和余量的Ni。

实施例8

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为40mm，钢轨的热影响区厚度控制在3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置130秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：14%的Cr、8%的Ni和余量的Fe。

实施例9

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为40mm，钢轨的热影响区厚度控制在3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置150秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0.1%的C、17%的Cr、10%的Ni、0.5%的B、1%的Si、1%的Mn和余量的Fe。

实施例10

一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪10跟随第一移动小车1匀速移动，等离子焊枪10在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为40mm，钢轨的热影响区厚度控制在3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头20布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头20上混合；熔覆后的合金带静置180秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头20对合金带进行加热，以加热后钢轨热影响区的组织为回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体为准。

所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0.2%的C、20%的Cr、14%的Ni、1%的B、1.5%的Si、2%的Mn和余量的Fe。

所述钢轨熔覆机，包括第一移动小车1、第二移动小车2、熔覆加热装置、供电装置3和供气装置4，供电装置3和供气装置4固定在第二移动小车2上，熔覆加热装置包括熔覆机架5、加热机构6、等离子焊机7、冷却机构8和氩气瓶9，熔覆机架5和氩气瓶9安装在第一移动小车1上，加热机构6、冷却机构8和等离子焊机7设置在熔覆机架5上，冷却机构8和氩气瓶9均与等离子焊机7联接，等离子焊机7沿Y轴方向运动，供气装置4与加热机构6连接，加热机构6沿X轴、Y轴和Z轴方向运动。所述等离子焊机7包括等离子焊枪10、焊接电源11、送粉器12、摆动器13和横向移动部件14，送粉器12固定在摆动器13上，摆动器13设置在横向移动部件14上，焊接电源11与等离子焊枪10连接，等离子焊枪10与氩气瓶9连接。所述加热机构6包括步进电机15、丝杆座16、丝杆17、Y轴滑块18、联接件19和火焰头20，熔覆机架5上设置有X轴滑槽，丝杆座16与X轴滑槽滑动连接，Y轴滑块18设置在丝杆17上，丝杆17设置在丝杆座16上，步进电机15与丝杆17连接，联接件19与Y轴滑块18连接，联接件19上设置有Z轴滑槽，Z轴滑槽上滑动连接有Z轴滑块21，Z轴滑块21与火焰头20连接。所述冷却机构8包括循环水箱22和固定在循环水箱22上的制冷压缩机23，制冷压缩机23与等离子焊枪10连接。

所述第一移动小车1和第二移动小车2均包括车架、车轮24、联轴套25和驱动电机26，车架由铝合金框架27和钢板28连接而成，驱动电机26固定在钢板28上，驱动电机26的电机轴通过联轴套25与车轮24的车轮轴连接。所述供电装置3包括柴油发动机29，柴油发动机29为四台，四台柴油发动机29均固定在第二移动小车2上。所述供气装置4包括用于给火焰头20供气的氧气瓶30和液化气瓶31，氧气瓶30和液化气瓶31固定在第二移动小车2上。所述熔覆加热装置为两个，两个熔覆加热装置并列布置在第一移动小车1上。还包括PLC控制器32，PLC控制器32分别与等离子焊机7、冷却机构8、第一移动小车1、第二移动小车2和供电装置3联接；PLC控制器32用于控制等离子焊机7启动、送粉和摆动；用于控制冷却机构8启动和调节温度；用于控制第一移动小车1和第二移动小车2的启停；用于控制供电装置3送电。所述驱动电机26为行星齿轮减速电机。

本实施例为最佳实施方式，钢轨熔覆机，包括第一移动小车、第二移动小车、熔覆加热装置、供电装置和供气装置，供电装置和供气装置固定在第二移动小车上，熔覆加热装置包括熔覆机架、加热机构、等离子焊机、冷却机构和氩气瓶，熔覆机架和氩气瓶安装在第一移动小车上，加热机构、冷却机构和等离子焊机设置在熔覆机架上，冷却机构和氩气瓶均与等离子焊机联接，等离子焊机沿Y轴方向运动，供气装置与加热机构连接，加热机构沿X轴、Y轴和Z轴方向运动，通过将加热机构、等离子焊机及冷却机构有机集成在第一移动小车上，使熔覆机的结构紧凑，最大限度减小了熔覆机的空间及尺寸；供气装置能够为加热机构提供充足的气源，供电装置能够对整个熔覆机进行供电，保障了整个熔覆过程中的稳定性和连续性；等离子焊机能够跟随第一移动小车沿钢轨长度方向移动，即沿X轴方向移动，等离子焊机还能沿Y轴方向运动，使得整个钢轨待熔覆部位的长度方向和宽度方向上均能得到熔覆，熔覆更加均匀；加热机构在三维空间上均可移动，能够对熔覆后形成的合金带进行全面的加热处理，各部件有机配合，极大的提高了熔覆效率，缩短了现场作业时间。

等离子焊机包括等离子焊枪、焊接电源、送粉器、摆动器和横向移动部件，送粉器固定在摆动器上，摆动器设置在横向移动部件上，焊接电源与等离子焊枪连接，等离子焊枪与氩气瓶连接，等离子焊枪在横向移动部件作用下能够沿Y轴方向运动，即在钢轨待熔覆部位的宽度方向上熔覆合金，氩气瓶与等离子焊枪形成熔覆保护气路，能够进一步保障熔覆稳定性。

加热机构包括步进电机、丝杆座、丝杆、Y轴滑块、联接件和火焰头，熔覆机架上设置有X轴滑槽，丝杆座与X轴滑槽滑动连接，Y轴滑块设置在丝杆上，丝杆设置在丝杆座上，步进电机与丝杆连接，联接件与Y轴滑块连接，联接件上设置有Z轴滑槽，Z轴滑槽上滑动连接有Z轴滑块，Z轴滑块与火焰头连接，实现了火焰头在三维空间上的移动，能够更加精准的对熔覆后的合金带进行加热，加热更加全面，有效保障了加热效果。

冷却机构包括循环水箱和固定在循环水箱上的制冷压缩机，制冷压缩机与等离子焊枪连接，形成循环水路，能够对等离子焊枪进行循环制冷，保证等离子焊枪的冷却效果，进而提高熔覆稳定性。

第一移动小车和第二移动小车均包括车架、车轮、联轴套和驱动电机，车架由铝合金框架和钢板连接而成，驱动电机固定在钢板上，驱动电机的电机轴通过联轴套与车轮的车轮轴连接，整个车架质地较轻，且具有良好的刚性，承载能力强，利于保障整个熔覆机的工作稳定性。

供电装置包括柴油发动机，柴油发动机为四台，四台柴油发动机均固定在第二移动小车上，能够为整个熔覆机提供充沛的电能，满足熔覆需要。

供气装置包括用于给火焰头供气的氧气瓶和液化气瓶，氧气瓶和液化气瓶固定在第二移动小车上，氧气瓶和液化气瓶跟随熔覆移动，气源稳定，能够有效保证火焰头的工作可靠性，利于保障加热效果。还包括PLC控制器，PLC控制器分别与等离子焊机、冷却机构、第一移动小车、第二移动小车和供电装置联接；PLC控制器用于控制等离子焊机启动、送粉和摆动；用于控制冷却机构启动和调节温度；用于控制第一移动小车和第二移动小车的启停；用于控制供电装置送电，使用时，将熔覆机放置在钢轨上，通过PLC控制器输入参数，熔覆机即可自动在钢轨上移动，熔覆钢轨，自动化程度高。

Claims (10)

1.一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将钢轨熔覆机放置在钢轨上，钢轨熔覆机上的等离子焊枪（10）跟随第一移动小车（1）匀速移动，等离子焊枪（10）在钢轨轨头踏面待熔覆部位上方熔覆合金；

b、经熔覆合金后形成的合金带位于钢轨轨头踏面的中心偏内侧，合金带宽度为4-40mm，钢轨的热影响区厚度控制在0.3-3mm；

c、将钢轨熔覆机上的火焰头（20）布置在熔覆后的合金带上方；采用液化气和氧气形成的混合气体作为加热气源，将液化气和氧气直接在火焰头（20）上混合；熔覆后的合金带静置2-180秒以后，开始沿X轴方向上匀速移动火焰头（20）对合金带进行加热，不控制热影响区降温速度，对产生的马氏体进行火焰加热处理，使热影响区最终得到回火索氏体或回火索氏体+回火屈氏体或回火屈氏体。

2.根据权利要求1所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.3%的C、0-0.3%的Cr、1-2%的B、0-10%的Fe、0-0.2%的Mn、2-4%的Si、0-0.2%的Mo和余量的Ni。

3.根据权利要求1所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.3%的C、2-5%的Cr、1-2%的B、0-10%的Fe、2-4%的Si和余量的Ni。

4.根据权利要求1所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述步骤a中，合金的化学成分重量百分比为：0-0.2%的C、14-20%的Cr、8-14%的Ni、0-1%的B、0-1.5%的Si、0-2%的Mn和余量的Fe。

5.根据权利要求1所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述钢轨熔覆机，包括第一移动小车（1）、第二移动小车（2）、熔覆加热装置、供电装置（3）和供气装置（4），供电装置（3）和供气装置（4）固定在第二移动小车（2）上，熔覆加热装置包括熔覆机架（5）、加热机构（6）、等离子焊机（7）、冷却机构（8）和氩气瓶（9），熔覆机架（5）和氩气瓶（9）安装在第一移动小车（1）上，加热机构（6）、冷却机构（8）和等离子焊机（7）设置在熔覆机架（5）上，冷却机构（8）和氩气瓶（9）均与等离子焊机（7）联接，等离子焊机（7）沿Y轴方向运动，供气装置（4）与加热机构（6）连接，加热机构（6）沿X轴、Y轴和Z轴方向运动。

6.根据权利要求5所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述等离子焊机（7）包括等离子焊枪（10）、焊接电源（11）、送粉器（12）、摆动器（13）和横向移动部件（14），送粉器（12）固定在摆动器（13）上，摆动器（13）设置在横向移动部件（14）上，焊接电源（11）与等离子焊枪（10）连接，等离子焊枪（10）与氩气瓶（9）连接。

7.根据权利要求5所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述加热机构（6）包括步进电机（15）、丝杆座（16）、丝杆（17）、Y轴滑块（18）、联接件（19）和火焰头（20），熔覆机架（5）上设置有X轴滑槽，丝杆座（16）与X轴滑槽滑动连接，Y轴滑块（18）设置在丝杆（17）上，丝杆（17）设置在丝杆座（16）上，步进电机（15）与丝杆（17）连接，联接件（19）与Y轴滑块（18）连接，联接件（19）上设置有Z轴滑槽，Z轴滑槽上滑动连接有Z轴滑块（21），Z轴滑块（21）与火焰头（20）连接。

8.根据权利要求6所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述冷却机构（8）包括循环水箱（22）和固定在循环水箱（22）上的制冷压缩机（23），制冷压缩机（23）与等离子焊枪（10）连接。

9.根据权利要求5所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：所述第一移动小车（1）和第二移动小车（2）均包括车架、车轮（24）、联轴套（25）和驱动电机（26），车架由铝合金框架（27）和钢板（28）连接而成，驱动电机（26）固定在钢板（28）上，驱动电机（26）的电机轴通过联轴套（25）与车轮（24）的车轮轴连接。

10.根据权利要求5所述的一种无降温速度控制的钢轨熔覆合金方法，其特征在于：还包括PLC控制器（32），PLC控制器（32）分别与等离子焊机（7）、冷却机构（8）、第一移动小车（1）、第二移动小车（2）和供电装置（3）联接；PLC控制器（32）用于控制等离子焊机（7）启动、送粉和摆动；用于控制冷却机构（8）启动和调节温度；用于控制第一移动小车（1）和第二移动小车（2）的启停；用于控制供电装置（3）送电。

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