CN112566746A - 用于密封铝热轨道焊接用的铸模的方法 - Google Patents

Abstract

铸模(6)具有两个半模(4、5)，所述两个半模规定用于竖立在在两个有待连接的轨道端部(1、2)之间的焊接坡口(3)的两侧，在此形成了构成轨道横截面轮廓的铸造室(8)。为了在焊接坡口(3)的两侧的轨道本体和铸模(6)的面朝这个轨道本体的壁区段(9、10)之间密封铸造室(8)，在槽(11、12)中使用由至少含有膨胀石墨的物质制成的带，所述带通过热量输入在预热期间扩张并且形成了可靠的密封。与使用填充砂相比，在此产生的优点是，在铺设的轨道中作业时必然携带少得多的质量。

Description

用于密封铝热轨道焊接用的铸模的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的方法。

背景技术

铝热的焊接连接包括填充在有待连接的轨道端部的端侧之间的焊接坡口的中间铸造结构，该中间铸造结构作为由氧化铁和铝构成的铝热细颗粒混合物的反应产物出现，可以向其添加特定的合金元素以影响硬度以及另外的反应物以抑制反应。

定期在预热情况下执行轨道端部的焊接，以使铸造室内壁有均匀的表面温度并且排出可能存在的水分。表面温度影响钢水的冷却速度并且因此影响铸造时间以及铸造速度，但根据铸模的内壁以及轨道端部的端侧的不同的热导率不可避免地产生了温度偏差。

这种铸模例如由EP0925866B1已知并且具有两个半模，所述两个半模设置在有待建立的轨道连接结构的两侧，在此对称地覆盖焊接坡口。焊接坡口与有待连接的轨道端部的端侧以及半模的内壁形成了铸造室，该铸造室在其芯区域中仿制轨道轮廓，并且铝热反应的反应产物，即钢水从上侧浇入到该铸造室中。

所述两个半模不仅在铸模的分模平面中形成了分界面，而且也在有待铝热地焊接的轨道端部的表面上形成了分界面，在轨道端部之间存在需要密封的间隙以避免钢水不受控制地溢出。这种密封必须耐受住浇注过程期间钢水的温度。

已知的是，使用所谓的填充砂(Abschmiersand、filler sand)来密封所述间隙，填充砂在铺设的轨道中作业时必须以各自容纳25kg的袋的形式携带。在每个焊接部位处必须手动地从铸模的外侧起施加这种填充砂并且在此封闭间隙，随之而来的是不容忽视的时间耗费。这种类型的密封也不能避免与钢水的相互作用，因为在填充砂与钢水接触的部位处可能出现砂的焊接渗透，砂的焊接渗透在事后很难通过研磨去除。填充砂还经常含有水分，因而在热影响下可能形成汽泡，汽泡可能导致诸如“虫洞”或者说裂纹之类的焊接缺陷。

由CH658817A5已知一种用于铝热焊接的方法和装置，其中，铸模具有两个半模，所述两个半模在它们的接触面上配设有密封料，其中，半模用牢牢拉紧的压力装置严密地封闭。

除了在轨道连接焊接中外，同样还在轨头维修或堆焊以及其它铝热地执行的焊接中出现了铸造室密封的问题。

由WO2014/106646A1已知一种用于制造为了铸造目的的芯砂和/或型砂的方法，在该方法中使用了一种具有由水玻璃和膨胀石墨构成的粘合剂的矿物成型基础材料。用这种粘合剂混合物应当方便去芯并且同时改进了所制造的铸造体的表面质量。

这种建立铸模的密封的公知技术因此在技术上并没有被视作是优化的，其费时、劳动强度大并且在铺设的轨道中作业时的实际操作中费力，因为必须携带大量辅助器件。在此情况下可达到的作业结果此外还取决于相应的焊工的经验和细致度。

发明内容

本发明的任务是，着眼于较为简单地构成铸造室的密封来设计一种用于本文开头所述类型的铝热焊接的铸模。在这种铸模中，该任务通过权利要求1的特征部分的特征来解决。

据此，对本发明重要的是，使用矿物的或含碳的、耐火的、通过热或化学引发能扩张的密封物质来取代迄今为止使用的填充砂。这是基于将这种物质定位在一个间隙中的想法，该间隙在一侧上由轨道本体的或通常两个有待焊接的工件的表面限界并且在另一侧上由半模的壁区段限界。通过密封物质的热或化学引发的扩张使这种密封物质填充或者说填满了所述间隙，所述密封物质在间隙中处于压力下并且以这种方式形成了可靠地密封间隙的封闭结构。在热引发的扩张下，所填入的或化合的液体由于热量输入而蒸发，其中，基于随之而来的体积扩大出现了密封物质的扩张。就此而言例如可以使用水合物、碳酸盐或硝酸盐，其释放氢、二氧化碳或氮。在化学引发的扩张下，化学反应导致了促成密封物质扩张的气体或蒸汽的释放。因为密封物质因此是能扩张的，所以产生的优点是，在铺设的轨道中的作业时，必然携带相比为这个目的已知所使用的填充砂小得多的质量。在正确施加这些密封物质后这些密封物质基于扩张而发挥其自身的密封作用之后，设置对铸模的密封所需的细致度并且与之相关的时间和工作耗费同样减少。在施加密封物质的过程简化后，对参与这些作业的焊工的细致度和经验的依赖性就减小。另一个优点在于，消除了否则在使用填充砂时没有排除的水分进入铸模铸造室的风险。

确定用于密封的能扩张的物质可以与迄今为止针对这个目的已知的填充砂的使用类似地也在铸模外侧，也就是说在实际的焊道或者说焊缝旁，不接触这个焊道地使用。就此而言，在轨道本体和铸模的面朝这个轨道本体的面之间的间隙被密封地封闭。就此而言也提供了与使用这种物质作为密封物质相关的优点。

按本发明装备的铸模的应用领域涉及轨道连接焊接或维修焊接。后者在正常情况下涉及到轨头的由磨损引起的耗损，特别是诸如塌陷、声音刺耳(Belgraspi)、凹陷、折断和侧滑部位之类的轨道缺陷。在这种维修焊接中，首先移除轨头的损坏部分并且紧接着通过堆焊填满因此产生的凹槽。在此力求轨道本体的重要的特性在焊接部位上稳定变化。除了轨道连接焊接外，本发明也可以使用在其它工件的焊接中，在那里经常使用铝热焊接。

使用膨胀物质或至少包含膨胀成分的物质作为能扩张的密封物质。这种膨胀物质可以例如是膨胀石墨。膨胀石墨的能通过升温触发的扩张是已知的，但迄今为止仅用作火焰防护，即用于防止燃烧蔓延，在冶金中用作氧化防护并且在化学工业中结合漆和颜料使用。膨胀石墨满足对密封物质提出的、在用于铝热焊接工艺的铸模中必须满足的所有要求。就此而言，考虑蛭石、矿物材料、特别是硅质材料作为其他矿物物质，导致扩张的水蒸气通过热量输入从所述矿物物质释放出来。

膨胀石墨就此而言可以单独地或结合其它矿物材料使用。

权利要求2和3的特征针对使用能扩张的密封物质的替代方式。这种密封物质可以直接使用在半模的槽中并且在这种状态下在焊接地点处提供。这意味着，半模和密封物质可以一体地带到它们的使用地点处。但密封物质也可以一开始就在相应的使用地点带到半模的槽中。这意味着，将半模和密封物质彼此分开地带到它们的使用地点处。

按照权利要求4的特征，密封物质，例如膨胀石墨可以作为模制体使用，其中，通过挤压工艺进行制造。

按照权利要求5至7的特征，使用形式为带、特别是自粘带的密封物质。随之而来的优点是在半模或轨道本体的轮廓处的灵活的安装。在半模处存在例如形式为槽的相应结构性预防措施时可以将所述带形状锁合地固定在这些槽中。

按照权利要求8至10的特征，使用形式为糊状物质的密封物质，该糊状物质在其使用地点处通过喷注履带形地涂敷或者注射到相应的半模的槽中。密封物质可以在这种情况下在胶筒中被带到使用地点。

权利要求11和12的特征针对膨胀石墨的使用的其它变型方案。这种膨胀石墨据此以松散的颗粒的形式使用，松散的颗粒在这种形式下与其它矿物的耐火的材料混合，以便修正它们的特性。以这种方式组合而成的材料混合物然后可以用作能扩张的密封物质。

权利要求13和14的特征针对用于引发能扩张的密封物质的扩张过程的不同的变型方案。可以使用能放热反应的物质来引发这个过程，因而能借助点火棒触发这种反应，因此开始了扩张过程。但扩张也可以直接通过铸模的预热触发。在任何情况下，在此都涉及到将热量充分引入密封物质，因而其它本领域技术人员也熟悉的技术也适用。

权利要求15的特征针对铸模的与密封物质的扩张过程匹配的造型。在此重要的是，防止容纳在槽中的这种物质朝着铸造室的方向扩张。同时在加工到铸模的壁区段中的槽内必然受扩张过程引起地产生压力，这种压力足以在轨道本体和铸模的与这个轨道本体对置的壁区段之间的间隙中产生可靠的密封效果。这可以例如通过不同的内侧的和外侧的间隙宽度达到，因而与此对应地针对扩张的密封物质表现出不同的流出阻力并且在任何情况下至少加强地妨碍了朝内侧的流走。

权利要求16的特征针对能扩张的密封物质的特殊的使用方式。这种密封物质在此在直接接触焊道的情况下产生密封效果。

人们认识到，用按本发明的方法能简单且快速地提供对有待在铝热方法中使用的铸模的铸造室的密封，更确切地说，用比属于现有技术的、在本文开头所提出的方法中更小的作业耗费并且以与相应的焊工的经验和细致度无关的能复制的方式。

附图说明

接下来参考附图更为详细地阐释本发明。图中：

图1以部分剖视图示出了按本发明的铸模的立体图；

图2是在初始状态中的按图1的铸造半模的平面剖视图；

图3是在膨胀石墨开始扩张的时间点上按图2的铸造半模的平面剖视图；

图4是在通过预热引发膨胀过程期间膨胀石墨开始扩张的时间点上按图2的铸造半模的平面剖视图；

图5是在膨胀石墨结束扩张的时间点上按图2的铸造半模的平面剖视图；

图6是准备用于轨头区域中的维修堆焊的铸模的平面剖视图；

图7是在铸模中带状地使用膨胀石墨作为密封器件的平面局部剖视图。

具体实施方式

图1示出了两个有待通过铝热工艺焊接的轨道端部1、2，在轨道端部的彼此面对面的端侧之间有焊接坡口3。用附图标记4、5来标注铸模6的两个彼此相同的半模，所述半模由常见的耐火的材料制成并且在外侧部分嵌接到金属的护套7、即保持板中。

在铸模6的组装状态下，仅不完整地示出的半模4、5在竖直的分模平面中彼此并置并且沿轨道端部1、2的纵向观察的话在两侧包围焊接坡口3，在此形成了铸造室8，该铸造室通过轨道端部1、2的端侧并且此外在侧向和底侧通过半模4、5的壁区段限界。

所述两个半模4、5为了执行焊接而用图中未示出的器件互相紧固。在图中同样未示出的、套装到铸模6上的熔化钳锅中发生了铝热反应，作为铝热反应的反应产物最终产生钢水，钢水导入到上侧敞开的铸模中。

两个半模4、5在它们的贴靠在轨道端部1、2上的壁区段9、10上具有槽11、12，在所述槽中相应地置入了由能热扩张的物质、例如膨胀石墨制成的带13、14。图1示出了发生扩张后的相应的带13、14，扩张朝着外侧发生，因而远离铸造室8发生。为了确保这一事实，在壁区段9、10和轨道端部1、2之间的间隙在内侧上，也就是说在面朝铸造室8的侧面上构造得比在外侧上更小，因而朝着内侧相比朝着外侧产生了大得多的穿流阻力。带13、14的扩张导致了在壁区段9、10的外侧上的隆起部15、16的形成，其中，在轨道端部1、2和槽11、12之间的空间内，由于扩张(通过在能扩张的物质流动时的节流作用促进了该扩张)而产生了密封以及通过这种物质形成了可靠的密封效果。

在图2至5中相应地标出了与在图1中的功能元件一致的功能元件，因而可以略去相关的重复说明。

图2示出了在浇注钢水前不久的状态下的铸模6，其中，用附图标记17来标注在图中未另外示出的侧冒口的通入口。人们认识到，在壁区段9、10和轨道端部1、2之间的间隙宽度18朝着内侧，即在面朝铸造室8的侧面上，明显小于在相应的外侧上的间隙宽度19。以这种方式在结构设计上预定了带13、14的明显优选的扩张方向。图2示出了在还未扩张的状态下的带13、14。

图3示出了在带13、14手动地借助烟火物质32或能放热反应的物质用点火棒20引发扩张的状态下的铸模6。形成了隆起部15、16并且设立起了跨越间隙宽度18、19的密封。在结束这个过程后，可以进行钢水的浇注。

图4示出了在带13、14正好开始扩张的状态下的铸模6。所述扩张通过铸造室8的预热被热引发，预热以传统的方式促成，其中，在此引入的热量从铸造室8的内侧起作用到带上。

图5示出了在带13、14结束扩张的状态下的铸模6，因而在铸模6的外侧上已形成了隆起部15、16并且在间隙宽度18、19的区域中已产生了足够的密封轮廓。

图6示出了铸模21，该铸模设置用于在轨道轮廓23的轨头22上的维修堆焊。铸模21又具有两个半模24、25，所述两个半模在轨道轮廓23的两侧以图中未示出的方式例如借助保持板固定并且沿着竖直的分模平面26密封地置放在一起，在此示出了在上侧敞开的铸造室27。

分模平面26在轨道轮廓23的竖直的中央平面中延伸，其中，两个半模24、25从下方作用或者说从下方接合轨头22。用附图标记28、29标注半模中的槽，所述槽在轨头22下方平行于轨道纵向延伸并且分别容纳带30、31，所述带用和带13、14一样的材料制成。

为了准备维修堆焊，通过研磨和/或其它方式，例如借助割炬剥蚀的加工去除轨头轮廓的受损区域，并且将铸模21围绕轨道轮廓23的露出的部位定位和固定。

带13、14规定用于建立起对铸造室27的下侧的密封并且为了准备钢浇注而导入带30、31的扩张，所述扩张能以和在铸模6中相同的方式执行。重要的是，在结束扩张后，铸造室27的下侧已获得密封。需要时也可以在铸模21的壁区段和轨道轮廓之间沿竖直方向设置类似的密封系统。

在放置在铸模21上的反应坩埚中，以本身已知的方式通过铝热法提供钢水，所述钢水必要时在按照有待处理的轨道的材料混入合金元素。填入到铸造室中的铸钢尤其填充或者填满了轨头22的通过剥蚀产生的凹槽的附加条件是，在这个通过堆焊处理的区域中、特别是在行驶面中提供了例如在硬度和强度方面的尽可能对应其余行驶面变化的冶金特性的冶金特性，因而没有由于堆焊在特性变化中产生了不连续性。

按本发明的方法的应用在前文中参考一种由两部分组成，即由两个半模4、5组装而成的铸模6进行介绍。但所述方法的应用并不局限于这种类型的铸模并且同时可以使用在由三部分组成的、例如由支撑轨足的一个底板和两个侧向的成型件组装而成的铸模中或者也使用在其它的由多部分组成的铸模中。

图7示出了能扩张的密封物质33、例如膨胀石墨或其它物质在轨道端部1的底侧和铸模21的面朝这个底侧的面区段35之间的有待密封的间隙36中的应用。

密封物质33被集成到软管状的包封体34中，该包封体在初始状态下或也在交付状态下可以与所述面区段35粘接。包封体34具有耐火的材料，例如具有可以是弹性的或也可以是非弹性的织物。

图7示出了在扩张状态下的密封物质33，在所述扩张状态下，包封体34在密封物质33的压力下牢牢地贴靠在轨道端部1的所述底侧上以及贴靠在面区段35上，在此密封地封闭间隙36。在密封物质还未扩张的初始状态下，包封体与此相应地以松弛的状态存在。

关于预热和密封物质33的扩张过程的引发，前述阐释也类似地适用。

本申请技术方案的大量变型方案都是可能的，特别是并非在所有情况下都需要用于容纳密封物质33的槽。

附图标记列表：

1 轨道端部

2 轨道端部

3 焊接坡口

4 半模

5 半模

6 铸模

7 护套

8 铸造室

9 壁区段

10 壁区段

11 槽

12 槽

13 带

14 带

15 隆起部

16 隆起部

17 侧冒口

18 间隙宽度

19 间隙宽度

20 点火棒

21 铸模

22 轨头

23 轨道轮廓

24 半模

25 半模

26 分模平面

27 铸造室

28 槽

29 槽

30 带

31 带

32 烟火物质

33 密封物质

34 包封体

35 面区段

36 间隙

Claims (16)

1.一种用于密封铸模(6、21)的铸造室(8、27)的方法，所述铸模用于在构件处执行铝热焊接，所述铸模带有两个在上侧敞开的、在焊接区域中仿制构件轮廓的半模(4、5；24、25)，其中，用耐火的密封物质封闭在构件的面对面的表面和铸模(6、21)的与构件的所述表面相邻的壁区段(9、10)之间存在的间隙，其中，在反应钳锅中提供钢水并且将钢水带入到铸造室(6、21)内，以执行设置成轨道连接焊接或维修焊接的焊接、特别是对轨头(22)的维修焊接，其特征在于，使用能扩张的物质作为密封物质，其中，能热引发或化学引发所述扩张，并且其中，使用至少部分由膨胀材料构成的膨胀物质作为能扩张的物质。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密封物质容纳在所述半模(4、5；24、25)的槽(11、12；28、29)中。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述密封物质结合所述半模(4、5；24、25)的组装在相应的焊接部位处带入到所述半模的槽(11、12；28、29)中。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用形式为模制体的能扩张的密封物质。

5.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用形式为带的能扩张的密封物质。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，使用形式为能粘接的带、特别是自粘性带的所述带。

7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，将所述带在焊接部位的地点处形状锁合地固定在所述半模(4、5；24、25)的槽(11、12；28、29)中。

8.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使用形式为糊状物质的能扩张的密封物质。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述糊状物质履带形地涂敷在其使用部位处。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述糊状物质在焊接部位的地点处注射到所述半模(4、5；24、25)的槽(11、12；28、29)中。

11.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使用形式为松散颗粒的能扩张的密封物质。

12.按照权利要求16至11中任一项所述的方法，其特征在于，能扩张的密封物质由膨胀石墨和其它矿物的耐火的材料的组合物构成。

13.按照权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，通过烟火技术的、能放热反应的物质或类似的热源热引发所述密封物质的扩张。

14.按照权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述铸模(6、21)在浇注钢水前的预热来热引发所述密封物质的扩张。

15.按照权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，设置所述铸模(6、21)的所述槽(11、12；28、29)以及所述铸模的所述壁区段(9、10)的附加条件是，所述密封物质的扩张在此履行密封功能地优选朝着所述铸模的外侧进行。

16.按照权利要求1、4至6、8、9和11至14中任一项所述的方法，其特征在于，能扩张的密封物质用于仿制焊缝几何形状。

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