CN109175675A - 一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于型材焊接相关技术领域，其公开了一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，该焊接装置包括送丝机构、电渣焊机、水冷铜模及三个熔嘴，该水冷铜模用于在使用时贴合在待焊接的钢轨上，并用于承载焊接渣池及金属熔池；该电渣焊机分别电性连接于该钢轨及该送丝机构向该熔嘴输送的焊丝，该熔嘴用于引导该焊丝进入焊接渣池；该送丝机构还用于调控该焊丝的送进速度及方向；三个该熔嘴相互平行；使用时，两个该熔嘴分别位于该钢轨的两侧轨底处，以用于焊接该钢轨轨底两侧；剩余的一个该熔嘴位于待焊接的两个该钢轨之间的间隙处，以用于焊接轨底中部、轨腰及轨头部分。本发明焊接效率较高，焊后整形容易，可以有效应用在钢轨的实际焊接中，适用性较好。

Description

一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置

技术领域

本发明属于型材焊接相关技术领域，更具体地，涉及一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置。

背景技术

无缝铁路技术可以使列车运行平稳，减震减噪，提高了乘车舒适度，同时减小了列车对钢轨的冲击，有助于列车加载和提速，是应用广泛的现代化铁轨铺设技术，其中无缝钢轨的焊接是无缝铁路铺设的关键技术之一。钢轨焊接接头是无缝钢轨的薄弱环节，其质量好坏直接决定了铺设钢轨的安全及可靠性。目前，国内应用最为广泛的两种钢轨焊接方法为闪光焊和铝热焊。

钢轨闪光焊焊接接头质量高，但设备复杂，焊接时需要将待焊钢轨抬起并拖动进行顶锻，焊接成本高；铝热焊设备简单，施工方便，焊接过程不需抬起钢轨，不会损耗钢轨长度，但容易出现焊接缺陷，焊接接头质量不稳定。因此，提出一种方便高效同时又能保证钢轨焊接质量的焊接方法、为钢轨焊接提供更多选择，具有迫切的现实需求。

现阶段，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利US4429207公开了一种水冷强制成形的双丝熔嘴+板极钢轨电渣焊的装置和方法，请参阅图1A及图1B，两个熔嘴用金属板相连，分别布置在钢轨截面的两侧，两熔嘴的布置有一定的倾角，钢轨上端部分两根熔嘴之间的距离较窄，分别从轨头两侧通过，钢轨下端部分两熔嘴距离逐渐变宽，向轨底两侧倾斜。焊接后的钢轨接头的形状与钢轨外形差别较大，焊缝轨腰处宽度明显大于钢轨轨腰的实际宽度，这使得焊后加工整形的工作量巨大，难以应用在实际的钢轨焊接中。相应地，本领域存在着发展一种适用性较好的焊接装置的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其基于现有钢轨接头的焊接特点，研究及设计了一种适用性较好的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置。所述焊接装置的水冷铜模的内侧曲面与钢轨外形基本一致，采用三个熔嘴同时对焊接轨底较宽部分进行焊接，焊接效率较高，在保证钢轨焊接质量的同时，得到的焊接接头的形状与钢轨外形高度一致，达到了近净成形的效果，焊后整形容易，可以有效应用在钢轨的实际焊接中，适用性较好。

为实现上述目的，本发明提供了一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，该焊接装置包括送丝机构、电渣焊机、水冷铜模及三个熔嘴，所述水冷铜模用于在使用时贴合在待焊接的钢轨上，并用于承载焊接过程中的焊接渣池及金属熔池；所述电渣焊机分别电性连接于所述钢轨及所述送丝机构向三个所述熔嘴输送的焊丝上，三个所述熔嘴分别用于引导三根所述焊丝进入焊接渣池；所述送丝机构还用于调控所述焊丝的送进速度及方向；

三个所述熔嘴分别为第一熔嘴、第二熔嘴及第三熔嘴，所述第一熔嘴、所述第二熔嘴及所述第三熔嘴相互平行；使用时，所述第一熔嘴及所述第三熔嘴分别位于所述钢轨的两侧轨底处，以用于焊接所述钢轨轨底两侧；所述第二熔嘴位于待焊接的两个所述钢轨之间的间隙处，以用于焊接轨底中部、轨腰及轨头部分。

进一步地，所述电渣焊机包括三个焊接电源，三根所述焊丝分别连接于三个所述焊接电源的正极，所述焊接电源的负极连接于所述水冷铜模及所述钢轨。

进一步地，所述水冷铜模包括左模、底模及右模，所述底模用于承载所述钢轨，所述左模及所述右模用于贴合在所述钢轨上，以使所述左模、所述右模及所述钢轨之间形成熔池槽。

进一步地，所述底模呈长方形，其长度比所述钢轨的轨底长。

进一步地，所述底模开设有起弧槽，所述起弧槽呈U型，其宽度比两个待焊接的所述钢轨之间的间隙宽；所述起弧槽与所述熔池槽相连通，且两者形成的凹槽的形状与所述钢轨的形状相一致；堆焊开始时，所述起弧槽与所述焊丝之间产生高温电弧，所述高温电弧熔化焊剂形成所述焊接渣池。

进一步地，所述起弧槽的底部衬有与所述钢轨的材质相同的钢条，所述钢条在焊接时熔化成为焊缝的一部分。

进一步地，所述左模与所述右模的结构相同，所述左模开设有第一通孔，所述右模开设有第二通孔，所述第一通孔及所述第二通孔分别位于所述熔池槽的两侧。

进一步地，所述第一通孔及所述第二通孔分别用于供所述第一熔嘴及所述第三熔嘴穿过以进入轨底焊接渣池，进而进行两侧轨底部分的焊接；使用时，所述第二熔嘴沿钢轨界面轴线位置伸入所述渣池，进而进行中间轨底部分及轨腰和轨头部分的焊接。

进一步地，待焊接的两个所述钢轨分别位于所述起弧槽的两侧；所述起弧槽的槽深为10mm，长为155mm，宽为32mm。

进一步地，所述熔嘴的外径大于等于8mm且小于等于15mm，内径大于等于4mm且小于等于6mm，壁厚大于等于2mm且小于等于3mm；相邻所述熔嘴之间的间距大于等于45mm且小于等于50mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置主要具有以下有益效果：

1.三个所述熔嘴分别用于引导三根所述焊丝进入焊接渣池；使用时，所述第一熔嘴及所述第三熔嘴分别位于所述钢轨的两侧轨底处，以用于焊接所述钢轨轨底两侧；所述第二熔嘴位于待焊接的两个所述钢轨之间的间隙处，以用于焊接轨底中部、轨腰及轨头部分，如此采用三个熔嘴同时对焊接轨底较宽部分进行焊接，焊接效率较高，适用性较好，有利于电渣焊焊接装置在实际应用中的推广。

2.所述水冷铜模凹槽强制成形的焊缝形状与所述钢轨的形状相一致，使得到的钢轨电渣焊接头与钢轨外形更为相似，焊后整形更加容易，有效地缩短了焊接时间。

3.所述起弧槽的底部衬有与所述钢轨相同材质的钢条，避免了高温电弧对铜质的所述底模造成损伤，保护了所述水冷铜模，降低了焊接成本。

4.所述起弧槽呈U型，其宽度比两个待焊接的所述钢轨之间的间隙宽，如此可以保证堆焊时填充金属能够和熔化的母材充分熔合，以避免夹渣和未熔合缺陷，提高了焊接质量。

附图说明

图1A是现有技术提供的一种水冷强制成形的双丝熔嘴+板极钢轨电渣焊的装置的示意图。

图1B是采用图1A中的水冷强制成形的双丝熔嘴+板极钢轨电渣焊的装置焊接得到的钢轨接头的示意图。

图2是本发明第一实施方式提供的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置使用时的示意图。

图3是图2中的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置的水冷铜模的装配示意图。

图4是图2中的水冷铜模的底模与钢轨的装配示意图。

图5是图4中的底模与钢轨的装配截面图。

图6是图2中的水冷铜模装配后的剖视图。

图7是图6中的水冷铜模沿一个角度的平面示意图。

图8是图2中的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置的熔嘴的布置示意图。

图9是图2中的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置的流程示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：01-送丝机构，02-电渣焊机，03-水冷铜模，1-钢轨，2-冷却水，3-左模，4-底模，5-右模，6-液态渣池，7-焊丝，8-熔嘴，8a-第一熔嘴，8b-第二熔嘴，8c-第三熔嘴，9-钢条，10-熔嘴夹具。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图2、图3、图4及图5，本发明第一实施方式提供的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，所述焊接装置包括送丝机构01、电渣焊机02、水冷铜模03及熔嘴8，所述电渣焊机02分别电性连接于待焊接的钢轨1及所述送丝机构01输送的三根焊丝7，其用于为所述电渣焊焊接装置提供电能。所述送丝机构01还用于调控所述焊丝7的送进速度和方向。所述焊丝7送入所述熔嘴8内，所述熔嘴8用于引导所述焊丝7进入焊接渣池，所述焊丝7在焊接过程中熔化成为焊缝金属的一部分。所述水冷铜模03用于贴合在所述钢轨1上，并用于承载焊接过程中的焊接渣池及金属熔池，以强制成形电渣焊钢轨接头。本实施方式中，所述钢轨1为60Kg/m的U71Mn材质重载钢轨，待焊接的接头均为平面，焊缝形式为对接接头。

请参阅图6及图7，所述水冷铜模03包括左模3、底模4及右模5，所述左模3、所述底模4及所述右模5中均通有冷却水2，且采用了耐高温水管串联连通，所述冷却水2用于电渣焊焊接过程中的散热。

所述底模4呈长方形，其长度比所述钢轨1的轨底略长。所述底模4用于承载待焊接的所述钢轨1。所述底模4开设有起弧槽，所述起弧槽呈U型，其宽度比两个待焊接的所述钢轨1之间的间隙略宽，所述起弧槽的尺寸富裕可以保证堆焊时填充金属能够和熔化的母材充分熔合，以避免夹渣和未熔合缺陷。由于所述底模4的存在，使得所述电渣焊焊接装置在焊接完成后起焊部分不需要去除，轨底焊缝无缺陷。本实施方式中，待焊接的两个所述钢轨1分别位于所述起弧槽的两侧；所述起弧槽的槽深为10mm，长为155mm，宽为32mm。

所述电渣焊机02包括三个焊接电源，三根所述焊丝7分别连接于三个所述焊接电源的正极，所述焊接电源的负极连接于所述水冷铜模03及所述钢轨1。堆焊开始时，所述起弧槽与所述焊丝7之间产生高温电弧，所述高温电弧熔化焊剂形成焊接渣池。为了避免高温电弧对铜质的所述底模4造成损伤，所述起弧槽的底部衬有与所述钢轨1相同材质的钢条9。焊接开始时，所述高温电弧在所述焊丝7与所述钢条9之间产生，所述钢条9熔化成为焊缝的一部分，从而保护所述水冷铜模03免受电弧损伤。本实施方式中，所述钢条9的尺寸为140mm×30mm×5mm，且所述钢条9的材质为U71Mn。

所述左模3与所述右模5的结构相同，所述左模3开设有第一通孔，所述右模5开设有第二通孔，所述第一通孔及所述第二通孔均用于供所述熔嘴8穿过以进入轨底焊接渣池，进而进行轨底部分的焊接。本实施方式中，所述第一通孔及所述第二通孔的直径D为20mm。所述第一通孔的中心轴与所述左模3的a-a`轴线重合，所述第二通孔的中心轴与所述右模5的c-c`轴线重合。所述左模3的内侧及所述右模5的内侧分别与所述钢轨1的轨腰及轨头的两侧贴合，且所述左模3的内侧、所述右模5的内侧与所述钢轨1之间形成熔池槽，所述熔池槽与所述起弧槽相连通，且两者形成的凹槽的形状与所述钢轨1的外形相一致。本实施方式中，所述熔池槽的中心轴与两个所述钢轨1之间的间隙的轴线c-c’重合。

所述熔池槽在轨腰处的深度较浅，以保证焊缝余高合适，成型良好；所述熔池槽在轨底及轨腰与轨头过渡处的深度较深，以保证充足的热输入，有效避免夹渣和未熔合缺陷。本实施方式中，所述熔池槽的深度为2mm～10mm，在轨腰和轨头处取下限，在轨底处取上限，在轨腰和轨头过渡处取中值，如熔池槽深度在轨腰处为2mm，在轨底处为10mm，在轨腰和轨头过渡处为8mm。

请参阅图8，所述熔嘴8的数量为三个，为了描述方便，分别称为第一熔嘴8a、第二熔嘴8b及第三熔嘴8c。所述第一熔嘴8a、所述第二熔嘴8b及所述第三熔嘴8c采用熔嘴夹具10来固定，三者之间相互平行设置且三者均垂直设置。使用时，所述第一熔嘴8a及所述第三熔嘴8c分别穿过所述第一通孔及所述第二通孔以进入轨底电渣熔池；所述第二熔嘴8b伸入所述熔池槽。所述一熔嘴8a及所述第三熔嘴8c分别位于所述钢轨1的两侧轨底，以用于焊接钢轨轨底两侧。所述第二熔嘴8b位于两个所述钢轨1之间的间隙处，其用于焊接轨底中部、轨腰和轨头部分。本实施方式中，所述熔嘴8的外径8mm≤Φ外≤15mm，内径4mm≤Φ内≤6mm，壁厚2mm≤H≤3mm。相邻熔嘴间距45mm≤h1＝h2≤50mm，如所述第一熔嘴8a与所述第二熔嘴8b之间的间距h1等于所述第二熔嘴8b与所述第三熔嘴8c之间的间距h2，且均为50mm，外径Φ外＝8mm，内径Φ内＝4mm，壁厚为2mm。

请参阅图9，本发明第一实施方式还提供了一种如上所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置的应用方法，所述应用方法主要包括以下步骤：

步骤一，装配水冷铜模。首先，将所述底模4放置在待焊钢轨轨底下部，钢轨间隙25mm≤t≤30mm；然后，将所述左模与所述右模分别装配在所述钢轨的两侧，以保证所述水冷铜模的内侧曲面与所述钢轨的轨腰和轨头两侧贴合，所述熔池槽与所述底模沿同一个垂直于所述钢轨长度方向的断面设置。待所述水冷铜模装配完成后，依次装配所述第一熔嘴8a、所述第二熔嘴8b及所述第三熔嘴8c，所述熔嘴末端与所述钢条之间的间距为5mm，所述送丝机构分别将焊丝送入所述第一熔嘴8a、所述第二熔嘴8b及所述第三熔嘴8c。本实施方式中，优选钢轨间隙t＝25mm。

步骤二，焊接轨底部分。接通焊接电源，三个所述焊丝与所述钢条之间同时产生电弧，向所述起弧槽内持续加入电渣焊焊剂，所述焊剂熔化形成焊接渣池，电弧熄灭，电渣过程建立。三个所述焊接电源同时工作，三个所述焊丝同时送进，液态焊接渣池和金属熔池不断上升。待轨底部分焊接完成后，停止所述第一熔嘴8a及所述第三熔嘴8c处的送丝。所述第一熔嘴8a及所述第三熔嘴8c处的送丝停止，不再产生热量，该处熔渣凝固，轨底焊接成形。

步骤三，焊接轨腰和轨头。所述第二熔嘴8b处的焊丝持续送进，以焊接轨腰和轨头部分。在电渣焊焊接过程中熔渣会有损耗，需实时少量补充焊剂。当焊接渣池液面到达水冷铜模上边缘高度时停止送丝，并关闭所述焊接电源。

步骤四，焊后整形。焊接完成后1分钟，移除所述水冷铜模，敲除轨头顶部熔渣和焊缝两侧渣皮以得到钢轨电渣焊接头，并将所述钢轨电渣焊接头在高温红热状态下快速打磨整形。

本发明第二实施方式提供的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置与本发明第一实施方式提供的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置基本相同，不同点在于：待焊接的所述钢轨为U75V材质重载钢轨；所述钢条的材质为U75V；熔池槽深度在轨腰处为2mm，在轨底处为9mm，在轨腰和轨头过渡处为6mm；熔嘴的外径Φ外＝15mm，内径Φ内＝4.5mm，壁厚为3mm；钢轨间隙t＝30mm。

本发明提供的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，所述焊接装置选择性地采用了三个熔嘴进行焊接，提高了焊接效率，适用性较好，且结构简单，易于操作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：

所述焊接装置包括送丝机构、电渣焊机、水冷铜模及三个熔嘴，所述水冷铜模用于在使用时贴合在待焊接的钢轨上，并用于承载焊接过程中的焊接渣池及金属熔池；所述电渣焊机分别电性连接于所述钢轨及所述送丝机构向三个所述熔嘴输送的焊丝上，三个所述熔嘴分别用于引导三根所述焊丝进入焊接渣池；所述送丝机构还用于调控所述焊丝的送进速度及方向；

三个所述熔嘴分别为第一熔嘴、第二熔嘴及第三熔嘴，所述第一熔嘴、所述第二熔嘴及所述第三熔嘴相互平行；使用时，所述第一熔嘴及所述第三熔嘴分别位于所述钢轨的两侧轨底处，以用于焊接所述钢轨轨底两侧；所述第二熔嘴位于待焊接的两个所述钢轨之间的间隙处，以用于焊接轨底中部、轨腰及轨头部分。

2.如权利要求1所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述电渣焊机包括三个焊接电源，三根所述焊丝分别连接于三个所述焊接电源的正极，所述焊接电源的负极连接于所述水冷铜模及所述钢轨。

3.如权利要求2所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述水冷铜模包括左模、底模及右模，所述底模用于承载所述钢轨，所述左模及所述右模用于贴合在所述钢轨上，以使所述左模、所述右模及所述钢轨之间形成熔池槽。

4.如权利要求3所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述底模开设有起弧槽，所述起弧槽呈U型，其宽度比两个待焊接的所述钢轨之间的间隙宽；所述起弧槽与所述熔池槽相连通，且两者形成的凹槽的形状与所述钢轨的形状相一致；堆焊开始时，所述起弧槽与所述焊丝之间产生高温电弧，所述高温电弧熔化焊剂形成所述焊接渣池。

5.如权利要求4所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述起弧槽的底部衬有与所述钢轨的材质相同的钢条，所述钢条在焊接时熔化成为焊缝的一部分。

6.如权利要求3所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述左模与所述右模的结构相同，所述左模开设有第一通孔，所述右模开设有第二通孔，所述第一通孔及所述第二通孔分别位于所述熔池槽的两侧。

7.如权利要求6所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述第一通孔及所述第二通孔分别用于供所述第一熔嘴及所述第三熔嘴穿过以进入轨底焊接渣池，进而进行轨底部分的焊接；使用时，所述第二熔嘴伸入所述熔池槽。

8.如权利要求4所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：待焊接的两个所述钢轨分别位于所述起弧槽的两侧；所述起弧槽的槽深为10mm，长为155mm，宽为32mm。

9.如权利要求1-8任一项所述的钢轨三丝熔嘴电渣焊焊接装置，其特征在于：所述熔嘴的外径大于等于8mm且小于等于15mm，内径大于等于4mm且小于等于6mm，壁厚大于等于2mm且小于等于3mm；相邻所述熔嘴之间的间距大于等于45mm且小于等于50mm。