CN110208320B - 一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置和检测方法，其中检测装置包括气路系统和用于检测燃烧热值的温度监测系统，气路系统包括气焊焊炬、氧气调节钮、氧气提供端和乙炔提供端，监测系统包括计时器、标准试块和热电偶，通过在封闭环境和工地环境对比试验，使用时计时器用于计量规定的固定时间，检测标准试块在不同环境下固定加热时间的温度变化，通过不同气体燃烧具有不同的热值的原理进行判断气体的纯度情况，对比工地环境的燃气质量；该装置和方法同传统的人为经验观察相比较，更加高效准确，避免人为因素干扰，且设备简单易操作，能够快速准确的检测出气压焊工地用燃气燃烧热值，对比评价出工地用燃气是否符合要求。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及在工地钢轨气压焊接时，对焊接氧气、乙炔气体纯度和燃烧热值的快速检测的一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置和检测方法。
背景技术
随着我国铁路运营里程的不断增加，铁路运输逐渐趋向高速化和重载化，无缝线路具有长寿命和高速平稳性，兴起和发展成为了必然趋势。钢轨的焊接是铺设无缝线路最基本也时最关键的环节之一，气压焊作为现场焊接的主要方法之一，其原理是通过氧乙炔混合气体燃烧加热待焊端面到塑性变形温度以后对钢轨两端施加顶锻力，使焊接表面之间的距离缩短到原子之间的相互作用半径，完成重新再结晶，焊接表面达到分子之间的金属键联接。
气压焊焊接钢轨时，热值由氧气乙炔混合气体燃烧提供，气体质量对焊接质量的影响尤其关键。工业用氧气中可能存在大部分杂质为氮气，乙炔由于是与水反应生成，易出现PH3，H2S等杂质气体，这些杂质均会降低加热时火焰温度，不仅加热效率低，影响生产率，同时N、P、H、S等元素易反应生成夹杂物，使焊缝变脆，导致接头的塑性、冲击韧性、强度等综合性能大大降低，接头服役寿命会缩短。因此焊接时氧气、乙炔气体纯度必须严格把控。
目前对于气压焊现场焊接时，焊接用氧气、乙炔气体来源可能与型检气时气体来源不同，气体纯度存在差异。目前对气体纯度的判断大多通过焊机操作人员通过在焊接加热时观察火苗颜色和长度，这不仅需要技术人员的长期经验积累，而且判断时也易受光线、天气等其他因素的影响，人为因素干扰严重，具有不确定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置和检测方法，其能够通过精确确定氧气和乙炔比例、定流量输入氧、乙炔混合气，以气压焊型检使用的氧气、乙炔气体在相同流量和比例下的燃烧热值为基准，与现场焊接时不同来源厂家气体的纯度、燃烧热值作对比，间接给出气体纯度、燃烧热值的定量评价结果，以取代传统的人为经验式判别方法，克服人为因素影响的焊接质量等问题，快速判断出现场工地所用气体纯度是否合格。
本发明的实施例是这样实现的：
一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置和检测方法，其中检测装置包括气路系统和用于检测燃烧热值的温度监测系统，气路系统包括气焊焊炬、氧气调节钮、氧气气瓶、氧气瓶高压表、氧气瓶减压阀、氧气瓶低压表、氧气气体质量流量计、氧气气管、乙炔气管、乙炔气体质量流量计、乙炔瓶低压表、乙炔气瓶减压阀、乙炔瓶高压表和乙炔气瓶，气焊焊炬通过氧气气管、乙炔气管连接氧气气瓶和乙炔气瓶，气焊焊炬在氧气气管的连接处设有氧气调节钮，在氧气气管中安装有氧气气体质量流量计、氧气瓶减压阀、氧气瓶高压表和氧气瓶低压表，在乙炔气管中安装有乙炔气体质量流量计、乙炔瓶减压阀、乙炔高压表和乙炔低压表。
在本发明较佳的实施例中，上述监测系统包括计时器、标准试块和热电偶，标准试块连接热电偶，标准试块设置于距离气焊焊炬的位置，通过计时器计量标准试块的加热时间。
在本发明较佳的实施例中，上述氧气瓶减压阀调节氧气流通大小以减小并稳定压力，乙炔气瓶减压阀调节乙炔流通大小以减小并稳定压力，氧气气体质量流量计和乙炔气体质量流量计分别计量氧气气管和乙炔气管的大小。
在本发明较佳的实施例中，上述乙炔气体通过气焊焊炬稳定地喷出，通过氧气调节钮调节氧气经过气焊焊炬的流量大小，从而精确调节氧气和乙炔气体的比例。
在本发明较佳的实施例中，上述检测方法使用检测装置，检测方法包括：
S1、使用检测装置在封闭或相对封闭的环境下检测出型检所用氧气、乙炔的气体燃烧热值Q1，以此作为基准参考值；
S2、使用检测装置在相同条件和参数情况下，在规定的固定时间内检测工地环境的氧气和乙炔的气体燃烧热值Q2；
S3、对比工地燃气的热值Q2和型检燃气的热值Q1，并对工地燃气热值和纯度作出评价，判断是否影响焊接质量；
其中S1和S2中的检测步骤包括：
a、在工地环境连接好检测装置后，通过氧气瓶减压阀和乙炔气瓶减压阀分别调节氧气和乙炔的气体质量流量至1∶1，保持气焊焊炬处的加热火焰为中性焰；
b、待火焰稳定后，开始加热标准试块，并通过热电偶记录初始温度T0或T1，同时气焊焊炬与标准试块之间的加热距离和位置保持不变，其中T0为封闭环境下的初始温度，T1为工地环境下的初始温度；
c、加热时间t后，记录标准试块温度值T0'，T2，并计算时间t内燃气提供的热值Q1或Q2，其中T0'为封闭环境下加热标准试块后的温度，T2为工地环境下加热标准试块后的温度，其中Q1为封闭环境下加热标准试块的燃气热值，Q2为工地环境下加热标准试块的燃气热值。
在本发明较佳的实施例中，上述燃气提供热值为：
其中c为标准试块比热，单位为J/(kg·K)，m为质量，单位为kg，T0'、T0为封闭环境下检测到标准试块上的终态温度和初态温度，单位为K，T2、T1为工地环境下检测到标准试块上的终态温度和初态温度，单位为K。
在本发明较佳的实施例中，上述S3中比较Q1和Q2的大小，∣Q1-Q2∣/Q1＜10％，判断工地环境的燃气的纯度符合焊接质量要求。
在本发明较佳的实施例中，上述检测方法还包括S4：当更换气体来源时，在相同的时间t和实验条件不变的情况下，以相同的操作方式使用工地燃气将标准试块从初始为T3的温度加热至终态温度为T4的温度，通过计算热值Q3＝c×m×(T4-T3)，得到燃气热值并与Q2作对比，判断燃气纯度是否符合焊接质量要求。
本发明的有益效果是：
本发明通过氧气气瓶和乙炔气瓶为气焊焊炬提供型检的氧气和乙炔，通过氧气减压阀或乙炔减压阀调节压力稳定燃气，通过氧气调节阀精确调节比例，通过在封闭环境和工地环境对比试验，检测固定时间内标准试块的加热热值，对比判断出工地环境的燃气质量；该装置和方法同传统的人为经验观察相比较，更加高效准确，避免人为因素干扰，且设备简单易操作，能够快速准确的检测出气压焊工地用燃气燃烧热值，对比评价出工地用燃气是否符合要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
图1为本发明钢轨气压焊燃料热值快速检测装置的示意图；
图标：1-标准试块；2-热电偶；3-气焊焊炬；4-氧气调节钮；5-氧气气瓶；6-氧气瓶高压表；7-氧气瓶减压阀；8-氧气瓶低压表；9-氧气气体质量流量计；10-氧气气管；11-乙炔气管；12-乙炔气体质量流量计；13-乙炔瓶低压表；14-乙炔气瓶减压阀；15-乙炔瓶高压表；16-乙炔气瓶；17-计时器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置和检测方法，其中检测装置包括气路系统和用于检测燃烧热值的温度监测系统，气路系统包括气焊焊炬3、氧气调节钮4、氧气气瓶5、氧气瓶高压表6、氧气瓶减压阀7、氧气瓶低压表8、氧气气体质量流量计9、氧气气管10、乙炔气管11、乙炔气体质量流量计12、乙炔瓶低压表13、乙炔气瓶减压阀14、乙炔瓶高压表15和乙炔气瓶16，监测系统包括计时器17、标准试块1和热电偶2，气焊焊炬3通过氧气气管10、乙炔气管11连接氧气气瓶5和乙炔气瓶16，气焊焊炬3在氧气气管10的连接处设有氧气调节钮4，在氧气气管10中安装有氧气气体质量流量计9、氧气瓶减压阀7、氧气瓶高压表6和氧气瓶低压表8，在乙炔气管11中安装有乙炔气体质量流量计12、乙炔瓶减压阀、乙炔高压表和乙炔低压表，距离火焰固定位置有连接热电偶2的待加热标准试块1，计时器17由检测人员手持，记录试验过程中加热标准试块1所用时间，使用时计时器17用于计量规定的固定时间，检测不同的温度，通过不同气体燃烧具有不同的热值的原理进行判断气体的纯度情况。
气焊焊炬3为现有技术的焊接工具，其又称焊枪，是利用氧气和中低压乙炔作为热源，焊接或预热黑色金属或有色金属工件的工具，其提供氧乙炔火焰，用于加热标准试块1，气焊焊炬3设置有氧气调节钮4，氧气调节钮4为塞柱型带螺纹的杆状体，其顶端具有便于扭转的把手，氧气调节钮4的一端卡在气焊焊炬3并通过旋转的方式与气焊焊炬3相互配合，扭转时，塞柱将气焊焊炬3内的氧气通道开启或关闭，其用于点火前后调节氧气进口的氧气量大小，乙炔气体通过气焊焊炬3稳定地喷出，通过氧气调节钮4调节氧气经过气焊焊炬3的流量大小，从而精确调节氧气和乙炔气体的比例；气焊焊炬3的一端用于点燃乙炔气体并朝向标准试块1，气焊焊炬3的另一端具有两个气体接口，其中一接口通过乙炔气管11连接至乙炔气瓶16，另一接口通过氧气气管10连接至氧气气瓶5，提供氧气部分的氧气气管10连接结构与提供乙炔气体部分的乙炔气管11连接结构相同，氧气气管10的一端连接至氧气气瓶5，氧气气瓶5为氧乙炔火焰燃烧提供氧气，氧气气管10为氧气流通提供路径，氧气瓶高压表6、氧气瓶减压阀7、氧气瓶低压表8和氧气气体质量流量计9分别按顺序安装在氧气气管10，氧气瓶高压表6用于监测氧气瓶高压压力大小，氧气瓶减压阀7调节氧气气管10内的氧气流通大小，用于减小出瓶后氧气的压力，并使其稳定，氧气瓶低压表8用于监测氧气瓶低压压力大小，氧气气体质量流量计9用于监测和控制通过的氧气流量大小，乙炔气管11的一端连接至乙炔气瓶16，乙炔气瓶16提供待检测乙炔气体，供氧乙炔火焰燃烧，乙炔气管11为乙炔流通提供路径，乙炔瓶高压表15、乙炔瓶低压表13、乙炔气瓶减压阀14和乙炔气体质量流量计12分别按顺序安装在乙炔气管11，乙炔瓶高压表15用于监测乙炔瓶高压压力大小，乙炔瓶减压阀乙炔气瓶减压阀14调节乙炔气管11内的乙炔流通大小，用于减小出瓶后乙炔的压力，并使其稳定，乙炔瓶低压表13用于监测乙炔瓶低压压力大小，乙炔气体质量流量计12用于监测和控制通过的乙炔流量大小；氧气瓶高压表6、氧气瓶减压阀7、氧气瓶低压表8和氧气气体质量流量计9，乙炔瓶高压表15、乙炔瓶低压表13、乙炔气瓶减压阀14和乙炔气体质量流量计12，其与氧气气管10或乙炔气管11的连接都为现有技术，接表或安装的工艺简单。
标准试块1为具有稳定密度的纯铜块，其呈方体块状，已知标准试块1的比热c，其用于计算待检测气体在规定加热时间内提供的热值大小，标准试块1在空气中加热条件下具有稳定的化学性质，加热后铜不发生化学反应，其对实验的误差忽略不计，标准试块1连接热电偶2，热电偶2为现有技术的常见器件，其用于监测加热标准试块1在受热过程中的温度-时间变化情况，通过热电偶2读取标准试块1的温度，准确记录标准试块1的温度变化，标准试块1置于距离气焊焊炬3的固定位置，在封闭环境和工地环境下，保持该固定位置不变，使用计时器17计量标准试块1的加热时间，规定加热的时间固定为30s，在封闭环境和工地环境分别加热时，加热时间保持在30s。
检测方法使用检测装置，检测方法包括：
安装好检测装置，将气焊焊炬3使用氧气气管10、乙炔气管11连接到型检氧气气瓶5和型检乙炔气瓶16后，分别在氧气气管10和乙炔气管11中安装氧气高压表、氧气减压阀、氧气低压表和氧气气体质量流量计9、乙炔瓶高压表15、乙炔瓶低压表13、乙炔气瓶减压阀14和乙炔气体质量流量计12，打开氧气减压阀和乙炔减压阀，待气体通过氧气调节阀后进行点火，调节气体流量计使其显示两气体流量比例稳定，通过对标准大小的试块进行加热，同时通过热电偶2对试块温度进行监控并记录加热时初始温度值，使用计时器17记录将试块加热到30s时间，检测终态温度，通过公式计算出在时间30s内气体提供的燃烧热值。
S1、使用检测装置在封闭或相对封闭的环境下检测出型检所用氧气、乙炔的气体燃烧热值Q1，以此作为基准参考值；
S2、使用检测装置在相同条件和参数情况下，在规定的固定时间内检测工地环境的氧气和乙炔的气体燃烧热值Q2；
S3、对比工地燃气的热值Q2和型检燃气的热值Q1，并对工地燃气热值和纯度作出评价，判断是否影响焊接质量；
S4：当更换气体来源时，在相同的时间t和实验条件不变的情况下，以相同的操作方式使用工地燃气将标准试块1从初始为T3的温度加热至终态温度为T4的温度，通过计算热值Q3＝c×m×(T4-T3)，得到燃气热值并与Q2作对比，判断燃气纯度是否符合焊接质量要求。
其中S1和S2中的检测步骤包括：
a、在工地环境连接好检测装置后，通过氧气瓶减压阀7和乙炔气瓶减压阀14分别调节氧气和乙炔的气体质量流量至1∶1，保持气焊焊炬3处的加热火焰为中性焰；
b、待火焰稳定后，开始加热标准试块1，并通过热电偶2记录初始温度T0或T1，同时气焊焊炬3与标准试块1之间的加热距离和位置保持不变，其中T0为封闭环境下的初始温度，T1为工地环境下的初始温度；
c、加热时间t后，记录标准试块1温度值T0'，T2，并计算时间t内燃气提供的热值Q1或Q2，其中T0'为封闭环境下加热标准试块1后的温度，T2为工地环境下加热标准试块1后的温度，其中Q1为封闭环境下加热标准试块1的燃气热值，Q2为工地环境下加热标准试块1的燃气热值。
燃气提供热值为：
其中c为标准试块1比热，单位为J/(kg·K)，m为质量，单位为kg，T0'、T0为封闭环境下检测到标准试块1上的终态温度和初态温度，单位为K，T2、T1为工地环境下检测到标准试块1上的终态温度和初态温度，单位为K。
S3中比较Q1和Q2的大小，∣Q1-Q2∣/Q1＜10％，，判断工地环境的燃气的纯度符合焊接质量要求。
综上所述，本发明实例通过氧气气瓶和乙炔气瓶为气焊焊炬提供型检的氧气和乙炔，通过氧气减压阀或乙炔减压阀调节压力稳定燃气，通过氧气调节阀精确调节比例，通过在封闭环境和工地环境对比试验，检测固定时间内标准试块的加热热值，对比判断出工地环境的燃气质量；该装置和方法同传统的人为经验观察相比较，更加高效准确，避免人为因素干扰，且设备简单易操作，能够快速准确的检测出气压焊工地用燃气燃烧热值，对比评价出工地用燃气是否符合要求。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置的检测方法，其特征在于，检测装置包括气路系统和用于检测燃烧热值的温度监测系统，所述气路系统包括气焊焊炬、氧气调节钮、氧气气瓶、氧气瓶高压表、氧气瓶减压阀、氧气瓶低压表、氧气气体质量流量计、氧气气管、乙炔气管、乙炔气体质量流量计、乙炔瓶低压表、乙炔气瓶减压阀、乙炔瓶高压表和乙炔气瓶，所述气焊焊炬通过氧气气管、乙炔气管连接氧气气瓶和乙炔气瓶，所述气焊焊炬在氧气气管的连接处设有氧气调节钮，在所述氧气气管中安装有氧气气体质量流量计、氧气瓶减压阀、氧气瓶高压表和氧气瓶低压表，在所述乙炔气管中安装有乙炔气体质量流量计、乙炔瓶减压阀、乙炔高压表和乙炔低压表；距离火焰固定位置有连接热电偶的待加热标准试块，计时器由检测人员手持，记录试验过程中加热标准试块所用时间，使用时计时器用于计量规定的固定时间，通过检测不同的温度，不同气体燃烧具有不同的热值的原理判断气体的纯度情况；
所述监测系统包括计时器、标准试块和热电偶，所述标准试块连接热电偶，所述标准试块设置于距离气焊焊炬的位置，通过计时器计量标准试块的加热时间；标准试块为具有稳定密度的纯铜块，其呈方体块状；
所述检测装置的检测方法包括：
S1、使用检测装置在封闭或相对封闭的环境下检测出型检所用氧气、乙炔的气体燃烧热值Q1，以此作为基准参考值；
S2、使用检测装置在相同条件和参数情况下，在规定的固定时间内检测工地环境的氧气和乙炔的气体燃烧热值Q2；
S3、对比工地燃气的热值Q2和型检燃气的热值Q1，并对工地燃气热值和纯度作出评价，判断是否影响焊接质量；
其中S1和S2中的检测步骤包括：
a、在工地环境连接好检测装置后，通过氧气瓶减压阀和乙炔气瓶减压阀分别调节氧气和乙炔的气体质量流量至1∶1，保持气焊焊炬处的加热火焰为中性焰；
b、待火焰稳定后，开始加热标准试块，并通过热电偶记录初始温度T0或T1，同时气焊焊炬与标准试块之间的加热距离和位置保持不变，其中T0为封闭环境下的初始温度，T1为工地环境下的初始温度；
c、加热时间t后，记录标准试块温度值T0'，T2，并计算时间t内燃气提供的热值Q1或Q2，其中T0'为封闭环境下加热标准试块后的温度，T2为工地环境下加热标准试块后的温度，其中Q1为封闭环境下加热标准试块的燃气热值，Q2为工地环境下加热标准试块的燃气热值；
燃气提供热值为：
其中c为标准试块比热，单位为J/(kg·K)，m为质量，单位为kg，T0'、T0为封闭环境下检测到标准试块上的终态温度和初态温度，单位为K，T2、T1为工地环境下检测到标准试块上的终态温度和初态温度，单位为K；
所述S3中比较Q1和Q2的大小，当∣Q1-Q2∣/Q1＜10％时，判断工地环境的燃气的纯度符合焊接质量要求；
检测方法还包括S4：当更换气体来源时，在相同的时间t和实验条件不变的情况下，以相同的操作方式使用工地燃气将标准试块从初始为T3的温度加热至终态温度为T4的温度，通过计算热值Q3＝c×m×(T4-T3)，得到燃气热值并与Q2作对比，判断燃气纯度是否符合焊接质量要求。
2.根据权利要求1所述的一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置的检测方法，其特征在于，所述氧气瓶减压阀调节氧气流通大小以减小并稳定压力，所述乙炔气瓶减压阀调节乙炔流通大小以减小并稳定压力，所述氧气气体质量流量计和乙炔气体质量流量计分别计量氧气气管和乙炔气管的大小。
3.根据权利要求1所述的一种钢轨气压焊燃料热值快速检测装置的检测方法，其特征在于，乙炔气体通过气焊焊炬稳定地喷出，通过氧气调节钮调节氧气经过气焊焊炬的流量大小，从而精确调节氧气和乙炔气体的比例。
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