CN113618210B - 辙叉制造工艺和辙叉 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种辙叉制造工艺和辙叉，工艺包括如下步骤：将连接轨的一端与采用耐磨钢制成的叉心的一端焊接，连接轨和叉心的焊接位置处形成连续的轨头焊缝、轨腰焊缝以及轨底焊缝；仅加热连接轨和叉心对应于轨腰焊缝以及轨底焊缝的位置；冷却加热完成的连接轨和叉心。对环形焊缝中的轨腰焊缝以及轨底焊缝进行热处理，而轨头焊缝不进行热处理，如此，能够有效减小焊接接头内部焊接应力，避免叉心的轨腰和连接轨的轨腰出现裂纹。同时，叉心和连接轨对应于轨头焊缝的位置处不进行热处理，能够减少由于热处理导致轨头部分硬度损失，进而最大限度保证轨头的耐磨性不受影响，耐磨性强，使用寿命长。

Description

辙叉制造工艺和辙叉

技术领域

本发明涉及辙叉制造技术领域，具体而言，涉及一种辙叉制造工艺和辙叉。

背景技术

随着城市的快速发展，城市有轨电车由于其建造成本低、建设难度低、安全系数高和环保系数高等优点，发展迅速。辙叉作为使车轮由一股钢轨越过另一股钢轨的设备，在轨道组成中必不可少。现有技术中，辙叉采用连接轨和叉心焊接制成。

经发明人研究发现，现有的辙叉制造工艺存在如下缺点：

辙叉质量差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辙叉制造工艺和辙叉，其能够提高辙叉的加工质量，延长使用寿命，提高安全性。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种辙叉制造工艺，包括如下步骤：

将连接轨的一端与采用耐磨钢制成的叉心的一端焊接，连接轨和叉心的焊接位置处形成连续的轨头焊缝、轨腰焊缝以及轨底焊缝；

仅加热连接轨和叉心对应于轨腰焊缝以及轨底焊缝的位置；

冷却加热完成的连接轨和叉心。

在可选的实施方式中，将连接轨的一端与采用耐磨钢制成的叉心的一端焊接的步骤包括，在叉心的一端焊接相互独立的至少两根连接轨。

在可选的实施方式中，将连接轨的一端与采用耐磨钢制成的叉心的一端焊接的步骤包括，在叉心的两端均分别焊接相互独立的至少两根连接轨。

在可选的实施方式中，仅加热连接轨和叉心形成轨腰焊缝以及轨底焊缝的位置的步骤中，加热温度设置为600-650℃，加热时间设置为10-15min。

在可选的实施方式中，在将连接轨的一端与采用耐磨钢制成的叉心的一端焊接的步骤之前还包括，采用耐磨钢毛坯制作叉心，打磨叉心以及连接轨的待焊接位置的表面。

在可选的实施方式中，在将连接轨的一端与采用耐磨钢制成的叉心的一端焊接的步骤中，采用闪光焊焊接连接轨以及叉心。

在可选的实施方式中，采用闪光焊焊接连接轨以及叉心的步骤包括，闪光焊焊接工艺的持续时间为115s-118s，焊接工艺的顶锻量为14mm-14.8mm，焊接工艺的烧化量为32-34mm。

在可选的实施方式中，仅加热连接轨和叉心形成轨腰焊缝以及轨底焊缝的位置的步骤中，加热连接轨的轨腰距离轨腰焊缝70-90mm的位置处与轨腰焊缝之间的区域、加热连接轨的轨底距离轨底焊缝70-90mm的位置处与轨底焊缝之间的区域、加热叉心的轨腰距离轨腰焊缝70-90mm的位置处与轨腰焊缝之间的区域以及加热叉心的轨底距离轨底焊缝70-90mm的位置处与轨底焊缝之间的区域。

在可选的实施方式中，冷却加热完成的连接轨和叉心的步骤之后包括，打磨轨头焊缝、轨腰焊缝以及轨底焊缝。

在可选的实施方式中，冷却加热完成的连接轨和叉心的步骤中，采用保温棉包裹焊缝，自然冷却至室温。

第二方面，本发明提供一种辙叉，辙叉采用前述实施方式中任一项的辙叉制造工艺制成。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供的辙叉制造工艺，采用由耐磨钢制成的叉心与连接轨焊接固定，叉心采用耐磨钢一种材料制成，整体性强，耐磨性强，不需要先对叉心进行拼接后再与连接轨进行焊接，简化工艺，提高作业效率。并且，连接轨与叉心焊接完成后，在焊接位置处形成连续的轨头焊缝、轨腰焊缝以及轨底焊缝，轨头焊缝、轨腰焊缝和轨底焊缝构成环形焊缝。对环形焊缝中的轨腰焊缝以及轨底焊缝进行热处理，而轨头焊缝不进行热处理，如此，能够有效减小焊接接头内部焊接应力，避免叉心的轨腰和连接轨的轨腰出现裂纹。同时，叉心和连接轨对应于轨头焊缝的位置处不进行热处理，能够减少由于热处理导致轨头部分硬度损失，进而最大限度保证轨头的耐磨性不受影响，耐磨性强，使用寿命长。因此，采用本实施例提供的制造工艺制得的辙叉质量高，且工艺简单，制造效率高，降低成本。

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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的辙叉的结构示意图；

图2为本发明实施例的辙叉在焊缝位置处的断面结构示意图；

图3为本发明实施例的辙叉的加热区域的结构示意图。

图标:

1-叉心；2-连接轨；3-轨头；4-轨腰；5-轨底；6-加热区域；7-环形焊缝。

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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，辙叉加工时，将辙叉的叉心1的两端分别焊接至少两根连接轨2，叉心1与连接轨2焊接后打磨得到辙叉。现有的叉心1从材质分类，分为高锰钢、合金钢及双层异质材料，高锰钢辙叉具有整体性好、成本低廉等优点，但存在铸造缺陷以及焊接性差的缺点。合金钢辙叉尽管具备优良的强韧性匹配，但也存在空冷贝氏体的不稳定性及焊接性差等缺点。双层异质叉心1采用上下两层不同材料的构件加工后焊接，形成整体叉心1后与连接轨2件进行手工焊接，工序繁琐，且产品质量稳定性差。综上，现有的制备工艺制得的辙叉质量差。

鉴于此，本申请设计者设计了一种辙叉制造工艺，在简化制作工艺的同时，提高辙叉的成型质量，使用寿命长，安全性高，成本低。

本实施例中，辙叉制造工艺包括如下步骤：

请结合图1-图3，将连接轨2的一端与采用耐磨钢制成的叉心1的一端焊接，连接轨2和叉心1的焊接位置处形成连续的轨头焊缝、轨腰焊缝以及轨底焊缝；

仅加热连接轨2和叉心1对应于轨腰焊缝以及轨底焊缝的位置；即仅加热连接轨2上对应于轨腰焊缝和轨底焊缝的位置，以及加热叉心1上对应于轨腰焊缝和轨底焊缝的位置；

冷却加热完成的连接轨2和叉心1。

本实施例提供的辙叉制造工艺，采用由耐磨钢制成的叉心1与连接轨2焊接固定，叉心1采用耐磨钢一种材料制成，整体性强，耐磨性强，与现有的采用双层材料制成的叉心1制得的辙叉相比，不需要先对叉心1进行拼接后再与连接轨2进行焊接，简化工艺，提高作业效率。并且，连接轨2与叉心1焊接完成后，在焊接位置处形成连续的轨头焊缝、轨腰焊缝以及轨底焊缝，轨头焊缝、轨腰焊缝和轨底焊缝构成封闭的环形焊缝7。对环形焊缝7中的轨腰焊缝以及轨底焊缝进行热处理，而轨头焊缝不进行热处理，如此，能够有效减小焊接接头内部焊接应力，避免叉心1的轨腰4和连接轨2的轨腰4出现裂纹。同时，叉心1和连接轨2对应于轨头焊缝的位置处不进行热处理，能够减少由于热处理导致轨头3部分硬度损失，进而最大限度保证轨头3的耐磨性不受影响，耐磨性强，使用寿命长。因此，采用本实施例提供的制造工艺制得的辙叉质量高，且工艺简单，制造效率高，降低成本。

应当理解，辙叉服役时，列车的车轮与轨头3的顶面和部分侧面接触产生摩擦，由于焊缝于轨头3对应的位置未进行热处理，轨头3的耐磨性不受影响，服役期间磨损小，服役时间长，成本低。

为便于描述，以下给出叉心1和连接轨2在整个环形焊缝7对应的位置进行热处理后轨头3顶面的硬度和仅针对叉心1和连接轨2在轨腰焊缝和轨底焊缝对应的位置热处理后轨头3顶面的硬度的对比表：

表中，以焊缝为基准位置，用“0”表示，在焊缝左侧的连接轨2的轨头3的顶面选取10个测点，在焊缝右侧的叉心1的轨头3的顶面选择10个测点，从而对21个测点位置进行了轨头3硬度的测量与统计，其中，叉心侧与连接轨侧前6点测点间距为7.5mm，其余点测点间距为15mm。应当理解，焊缝左侧和右侧是在辙叉的长度方向上的焊缝的左侧和右侧，即图3所示。此外，实施例和对比例均具有21个测点，且测点位置一一对应，提高测量结果的准确性。

由表中数据可以得到，NM400耐磨钢和连接轨2的轨头3经过热处理之后，轨头3的顶面硬度在低于母材硬度(连接轨2母材硬度约为298HBW，NM400母材硬度约为319HBW)95％的区域宽度约为172.5mm。

轨头3焊后未进行热处理时，轨头3顶面硬度低于母材硬度(连接轨2母材硬度约为300HBW，NM400母材硬度约为324HBW)95％的区域宽度约为37.5mm，低于母材硬度90％的区域宽度约为15mm，焊接接头与母材硬度匹配度较好，继而有效保证焊接接头的耐磨性。这是由于当焊头焊后未进行热处理时，只存在焊接热影响区，由于焊接本身加热温度较高(通常大于1300℃)，导致奥氏体晶粒过渡长大，形成过热组织，接头塑性韧性差，同时焊接时形成的热影响区硬度低。焊接焊头在经过热处理之后，相当于去应力退火。退火，能够起到消除残余应力，减少变形与裂纹倾向等作用之外，同时在加热区域6大幅降低工件硬度。综上，本实施例提供的热处理措施，既有效解决了轨腰4开裂问题，同时缩短了热影响区宽度，降低了轨头3硬度损失，轨头3耐磨性强，与车轮配合时磨损小，使用寿命长。

本实施例中，需要说明的是，制成叉心1的耐磨钢可以为NM400耐磨钢，其包括以下质量百分比的化学成分：碳、0.20％～0.30％；铬0.40％～1.0％；硅0.20％～0.70％；锰0.70％～1.10％；镍0.30％～0.70％；钼0.30％～0.50％；磷≤0.015％；硫≤0.005％；其余为铁和杂质。钢坯经过熔炼、炉外精炼和真空脱气后进行浇铸，钢坯浇铸截面按需设置，本实施例中不进行具体限定。通过降低合金元素含量提高焊接性能，同时避免由于合金元素偏析，导致焊接时显微裂纹的产生，提高耐磨性的同时提升焊接性能。

换句话说，在将叉心1与连接轨2进行焊接时，先利用上述组分的耐磨钢制得所需尺寸的叉心1，利用耐磨钢制成的叉心1与连接轨2焊接，焊接性能好，焊接牢固。

应当理解，叉心1的两端均可以焊接至少两根连接轨2，本实施例中，以叉心1的每一端均焊接两根连接轨2为例进行说明。也即叉心1的每一端具有与两根连接轨2焊接的第一焊接端面，每根连接轨2具有第二焊接端面，第一焊接端面和第二焊接端面的形状尺寸相同，从而实现平整对接。并且，从结构上分析，叉心1和连接轨2均包括自上而下依次连接的轨头3、轨腰4和轨底5，焊接时，叉心1的轨头3与连接轨2的轨头3对齐，叉心1的轨腰4与连接轨2的轨腰4对齐，叉心1的轨底5与连接头的轨底5对齐，焊接完成后，在焊接位置处形成环形焊缝7，环形焊缝7包括连续设置的对应于轨头3的轨头焊缝、对应于轨腰4的轨腰焊缝以及对应于轨底5的轨底焊缝，焊接后，仅针对叉心1和连接轨2在轨腰焊缝和轨底焊缝对应的位置热处理。

需要说买的是，叉心1和连接轨2采用闪光焊进行焊接。焊接工艺包括闪平、预热、烧化、顶锻和后加热阶段，通过闪光焊接工艺将叉心1和连接轨2焊接在一起，通过控制焊接工艺的总持续时间为115s-118s，焊接工艺的顶锻量为14mm-14.8mm，焊接工艺的烧化量为32-34mm，自动化焊接，焊接工艺效率高，质量高。

本实施例中可选的，叉心1和连接轨2的焊接位置处的热处理工艺包括，在温度为600-650℃的环境下加热10-15min，且加热时，加热区域6为在焊接位置处左侧和右侧各70mm-90mm之间的位置。也即，加热连接轨2的轨腰4距离轨腰焊缝70-90mm的位置处与轨腰焊缝之间的区域、加热连接轨2的轨底5距离轨底焊缝70-90mm的位置处与轨底焊缝之间的区域、加热叉心1的轨腰4距离轨腰焊缝70-90mm的位置处与轨腰焊缝之间的区域以及加热叉心1的轨底5距离轨底焊缝70-90mm的位置处与轨底焊缝之间的区域。能够有效减小焊接接头处的内部焊接应力，避免轨腰4出现裂纹。

在加热完成后，利用保温棉覆盖加热区域6进行保温，且在自然状态下进行冷却，最终冷却至室温。

冷却后，对叉心1和连接轨2的焊接位置进行打磨处理，打磨时需要确保焊缝冷却至300℃以下才能进行。采用角磨机对焊接位置全断面沿连接轨2纵向进行打磨，打磨力量不宜过大，勿使打磨表面发黑发蓝，或发生打磨灼伤。在安装砂轮片或砂布轮时确保角磨机处于断电状态，核对砂轮片或砂布轮允许的最高转速是否与主轴转速相适应。使用时，及时检查砂轮片或砂布轮的磨损情况，及时更换磨损严重的砂轮片或砂布轮。打磨时应紧握打磨工具，砂轮片或砂布轮与工作面保持15-30°的角度，循序渐进打磨移动速度、力度要均匀，以无粗糙手感、表面光滑为准，不得用力过猛而导致表面缺陷。同时，所有打磨位置最后应使用砂布轮进行抛光。

本实施例提供的辙叉制造工艺，在焊接叉心1和连接轨2的步骤值之前还包括，对叉心1和连接轨2待焊接位置进行除锈处理。具体的，清除待焊接的叉心1和连接轨2的表面的铁锈、氧化皮、油污和水等有害物，使其表面显露出金属光泽，清除面积按需设置，不影响焊接操作即可。焊接前进行除锈工艺，使得焊接工艺参数能有效的通过电极作用到工件上，减少外界因素对工件焊接质量的影响。除锈时，作业人员应紧握角磨机，将砂布轮与待打磨面保持15-30°的角度，沿连接轨2纵向打磨，打磨力度要均匀，直至表面露出金属光泽。

本实施例提供的辙叉制造工艺，工艺简单，效率高，制得的辙叉质量高，使用寿命长。

本实施例还提供了一种采用上述辙叉制造工艺制得的辙叉，辙叉的结构稳定，耐磨性好，使用寿命长。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (10)

1.一种辙叉制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：

将连接轨(2)的一端与采用耐磨钢制成的叉心(1)的一端焊接，所述连接轨(2)和所述叉心(1)的焊接位置处形成连续的轨头(3)焊缝、轨腰(4)焊缝以及轨底(5)焊缝；

仅加热所述连接轨(2)和所述叉心(1)对应于所述轨腰(4)焊缝以及所述轨底(5)焊缝的位置；

冷却加热完成的所述连接轨(2)和所述叉心(1)。

2.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

所述将连接轨(2)的一端与采用耐磨钢制成的叉心(1)的一端焊接的步骤包括，在所述叉心(1)的一端焊接相互独立的至少两根连接轨(2)。

3.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

所述将连接轨(2)的一端与采用耐磨钢制成的叉心(1)的一端焊接的步骤包括，在所述叉心(1)的两端均分别焊接相互独立的至少两根连接轨(2)。

4.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

所述仅加热所述连接轨(2)和所述叉心(1)形成所述轨腰(4)焊缝以及所述轨底(5)焊缝的位置的步骤中，加热温度设置为600-650℃，加热时间设置为10-15min。

5.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

在所述将连接轨(2)的一端与采用耐磨钢制成的叉心(1)的一端焊接的步骤之前还包括，采用耐磨钢毛坯制作叉心(1)，打磨所述叉心(1)以及所述连接轨(2)的待焊接位置的表面。

6.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

在所述将连接轨(2)的一端与采用耐磨钢制成的叉心(1)的一端焊接的步骤中，采用闪光焊焊接所述连接轨(2)以及所述叉心(1)。

7.根据权利要求6所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

所述采用闪光焊焊接所述连接轨(2)以及所述叉心(1)的步骤包括，闪光焊焊接工艺的持续时间为115s-118s，焊接工艺的顶锻量为14mm-14.8mm，焊接工艺的烧化量为32-34mm。

8.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

所述仅加热所述连接轨(2)和所述叉心(1)形成所述轨腰(4)焊缝以及所述轨底(5)焊缝的位置的步骤中，加热所述连接轨(2)的轨腰(4)距离所述轨腰(4)焊缝70-90mm的位置处与所述轨腰(4)焊缝之间的区域、加热所述连接轨(2)的轨底(5)距离所述轨底(5)焊缝70-90mm的位置处与所述轨底(5)焊缝之间的区域、加热所述叉心(1)的轨腰(4)距离所述轨腰(4)焊缝70-90mm的位置处与所述轨腰(4)焊缝之间的区域以及加热所述叉心(1)的轨底(5)距离所述轨底(5)焊缝70-90mm的位置处与所述轨底(5)焊缝之间的区域。

9.根据权利要求1所述的辙叉制造工艺，其特征在于：

所述冷却加热完成的所述连接轨(2)和所述叉心(1)的步骤之后包括，打磨所述轨头(3)焊缝、轨腰(4)焊缝以及轨底(5)焊缝。

10.一种辙叉，其特征在于，所述辙叉采用上述权利要求1-9中任一项所述的辙叉制造工艺制成。

Images