CN114951960A - 铝热焊接砂型冒口及预热试验方法 - Google Patents
铝热焊接砂型冒口及预热试验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114951960A CN114951960A CN202210540351.6A CN202210540351A CN114951960A CN 114951960 A CN114951960 A CN 114951960A CN 202210540351 A CN202210540351 A CN 202210540351A CN 114951960 A CN114951960 A CN 114951960A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- riser
- line
- preheating
- sand mould
- center
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004576 sand Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000003832 thermite Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 52
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 30
- 239000010953 base metal Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 13
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 230000003031 feeding effect Effects 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- ATRMIFNAYHCLJR-UHFFFAOYSA-N [O].CCC Chemical compound [O].CCC ATRMIFNAYHCLJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K23/00—Alumino-thermic welding
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铝热焊接砂型冒口及预热试验方法，包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，第一冒口和第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，第一冒口和第二冒口的开口面积之和小于416mm2。本发明提供的铝热焊接砂型冒口及预热试验方法，减少了接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且预热试验方法进一步地验证了上述铝热焊接砂型冒口处具有良好的预热效果，从而保证了焊接接头的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝热焊接技术领域，更具体地，涉及一种铝热焊接砂型冒口及预热试验方法。
背景技术
钢轨铝热焊接技术是铁路无缝线路钢轨焊接的重要焊接技术之一，目前国内普遍应用的铝热焊接材料有三种，分别是德国Thermit焊接材料、法国QPCJ焊接材料和国产ZTK-Ⅰ型焊接材料，焊接材料主要包括铝热焊剂、砂型、坩埚等，钢轨铝热焊接砂型与待焊接的2段钢轨围成的空腔，构成了钢水浇注的浇注系统。砂型是浇注系统的重要组成部分，其中砂型冒口是一个储存铝热钢水的空腔，主要作用是存储在铝热钢水凝固过程中由于体积变化而需要补偿的金属液，以防止在焊筋处出现收缩类缺陷。
现有技术中，目前普速线路天窗点要求维修天窗双线不应小于120min、单线不应少于90min，在此天窗点下要求下，国产ZTK-1型焊接材料受到极大制约，当前国产焊采用的ZTK-1型砂型上设置有用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，该砂型轮廓下表面开设有尺寸为32mm×13mm，面积为416mm2的方形冒口，该方形冒口被浇筑完铝热钢水后，在该方形冒口的外侧边沿形成接头残余冒口棒，此处的接头残余冒口棒的打磨量大，打磨费事；另外，在去除接头残余冒口棒的过程中容易造成焊筋缺肉，从而会咬伤轨底角钢轨母材。
因此，有必要解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种铝热焊接砂型冒口及预热试验方法，以减少接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且预热试验方法进一步地验证了上述铝热焊接砂型冒口处具有良好的预热效果，从而保证了焊接接头的力学性能。
基于上述目的，本发明提供一种铝热焊接砂型冒口，包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，所述砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，所述第一冒口和所述第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，所述第一冒口和所述第二冒口的开口面积之和小于416mm2。
可选的，所述砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在所述第一侧线和所述第二侧线之间的横线，当所述第一冒口和所述第二冒口的形状均为长方形时，所述第一冒口位于所述第一侧线一侧，所述第二冒口位于所述第二侧线一侧，所述第一冒口到所述第一侧线的最短距离为8mm，所述第二冒口到所述第二侧线的最短距离为8mm，所述第一冒口和所述第二冒口到所述横线的中心所在的水平线的最短距离均为6mm，所述第一冒口和所述第二冒口的长度均为L1,8.5mm≤L1＜16mm，宽度均为L2，L2≤12.5mm。
可选的，所述砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在所述第一侧线和所述第二侧线之间的横线，当所述第一冒口和所述第二冒口均为椭圆形时，所述第一冒口的中心到所述第一侧线的距离为d1，12.25mm≤d1≤14.25mm，所述第二冒口的中心到所述第二侧线的距离为d2，12.25mm≤d2≤14.25mm，所述第一冒口的中心和所述第二冒口的中心到所述横线的中心所在的水平线的最短距离均为12.25mm，所述第一冒口和所述第二冒口的的长轴为a,12.5mm≤a＜16mm,所述第一冒口和所述第二冒口的的短轴为b，8.5mm≤b＜12.5mm。
可选的，所述砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在所述第一侧线和所述第二侧线之间的横线，当所述第一冒口和所述第二冒口均为圆形时，所述第一冒口的圆心或中心到所述第一侧线的距离为d3，12.25mm≤d3≤14.25mm，所述第二冒口的圆心到所述第二侧线的距离为d4，12.25mm≤d4≤14.25mm，所述第一冒口的圆心和所述第二冒口的圆心到所述横向的中心所在的水平线的最短距离均为12.25mm，所述第一冒口和所述第二冒口的直径均为D,8.5mm≤D＜12.5mm。
基于同一发明构思，本发明还提供一种铝热焊接砂型冒口预热试验方法，试验前述任一技术方案所述的铝热焊接砂型冒口，包括预热模拟试验和预热试验流程，所述预热模拟试验包括以下步骤：步骤一、将开设有所述铝热焊接砂型冒口的砂型与待焊钢轨按照1∶1建立实体模型并进行流体域模型网格划分；步骤二、设置燃烧温度及流固耦合热模拟方法；步骤三、设置加热时间，进入迭代计算；步骤四、分析流场模拟结果；步骤五、分析预热模拟结果。所述预热试验流程包括以下步骤：步骤一、制作试验用的测温钢轨；步骤二、预埋热电偶，连接温度检测仪；步骤三、设置各预热参数，进行预热试验，测量温度；步骤四、分析试验结果，判断是否与模拟温度分布结果一致。
本发明提供的铝热焊接砂型冒口及预热试验方法，铝热焊接砂型冒口包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，对称设置的第一冒口和第二冒口保证了在向第一冒口和第二冒口内浇筑铝热钢水时的补缩效果，将第一冒口和第二冒口的开口面积之和设置成小于416mm2以及将第一冒口和第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，从而当向第一冒口和第二冒口内浇筑完铝热钢水后，在去除第一冒口和第二冒口的外侧边沿形成的接头残余冒口棒时，减少了对接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，从而避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且预热试验方法进一步地验证了上述铝热焊接砂型冒口处具有良好的预热效果，从而保证了焊接接头的力学性能。
附图说明
下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:
图1为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口的结构示意图；
图2为图1在A-A处的剖视图；
图3为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口的正视图；
图4为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口预热试验方法中预热模拟试验的流程图；
图5为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口预热试验方法中预热试验流程的流程图；
图6为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口预热试验方法中流体域模型网格图；
图7为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口预热试验方法中模拟完成端面温度分布结果示意图；
图8为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口预热试验方法中待测钢轨上测量点端面位置分布图。
图9为本发明一实施例的铝热焊接砂型冒口预热试验方法中待测钢轨上不同钻孔处的温度测量结果。
附图标记说明：
1：砂型轮廓下表面；2：第一冒口；3：第二冒口；4：第一侧线；5：第二侧线；6：横线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1和图2所示，本发明提供的铝热焊接砂型冒口，包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，所述砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，所述第一冒口和所述第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，所述第一冒口和所述第二冒口的开口面积之和小于416mm2。
需要说明的是：416mm2为现有技术中的方形冒口的开口面积。
本发明提供的铝热焊接砂型冒口，铝热焊接砂型冒口包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，对称设置的第一冒口和第二冒口保证了在向第一冒口和第二冒口内浇筑铝热钢水时的补缩效果，将第一冒口和第二冒口的开口面积之和设置成小于416mm2以及将第一冒口和第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，从而当向第一冒口和第二冒口内浇筑完铝热钢水后，在去除第一冒口和第二冒口的外侧边沿形成的接头残余冒口棒时，减少了对接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，从而避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材。
如图1至图3所示，砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在第一侧线和第二侧线之间的横线，当第一冒口和第二冒口的形状均为长方形时，第一冒口位于第一侧线一侧，第二冒口位于第二侧线一侧，第一冒口到第一侧线的最短距离为8mm，第二冒口到第二侧线的最短距离为8mm，第一冒口和第二冒口到横线的中心所在的水平线的最短距离均为6mm，第一冒口和第二冒口的长度均为L1,8.5mm≤L1＜16mm，宽度均为L2，L2≤12.5mm。本实施例中，第一冒口和第二冒口的开口面积之和不近小于416mm2，从而当向第一冒口和第二冒口内浇筑完铝热钢水后，在去除第一冒口和第二冒口的外侧边沿形成的接头残余冒口棒时，较少了对接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，从而避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且当第一冒口和第二冒口的形状为长方形时，只需要对现有方形砂型模具进行改进即可使用，提高了铝热焊接砂型冒口的加工操作方便性。
如图1至图3所示，砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在第一侧线和第二侧线之间的横线，当第一冒口和第二冒口均为椭圆形时，第一冒口的中心到第一侧线的距离为d1，12.25mm≤d1≤14.25mm，第二冒口的中心到第二侧线的距离为d2，12.25mm≤d2≤14.25mm，第一冒口的中心和第二冒口的中心到横线的中心所在的水平线的最短距离均为12.25mm，第一冒口和第二冒口的的长轴为a,12.5mm≤a＜16mm,第一冒口和第二冒口的的短轴为b，8.5mm≤b＜12.5mm。本实施例中，第一冒口和第二冒口的开口面积之和不近小于416mm2，从而当向第一冒口和第二冒口内浇筑完铝热钢水后，在去除第一冒口和第二冒口的外侧边沿形成的接头残余冒口棒时，较少了对接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，从而避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且当第一冒口和第二冒口的形状为圆形时，减少了由于冒口形状几何的突变可能造成的浇注死角，提高了铝热焊接砂型冒口的结构稳定性。
如图1至图3所示，砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在第一侧线和第二侧线之间的横线，当第一冒口和第二冒口均为圆形时，第一冒口的圆心或中心到第一侧线的距离为d3，12.25mm≤d3≤14.25mm，第二冒口的圆心到第二侧线的距离为d4，12.25mm≤d4≤14.25mm，第一冒口的圆心和第二冒口的圆心到横向的中心所在的水平线的最短距离均为12.25mm，第一冒口和第二冒口的直径均为D,8.5mm≤D＜12.5mm。本实施例中，第一冒口和第二冒口的开口面积之和小于416mm2，当向第一冒口和第二冒口内浇筑完铝热钢水后，在去除第一冒口和第二冒口的外侧边沿形成的接头残余冒口棒时，较少了对接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，从而避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且当第一冒口和第二冒口的形状为圆形时，减少了由于冒口形状几何的突变可能造成的浇注死角，并且圆形冒口更便于加强边缘的预热效果的试验，进一步地提高了铝热焊接砂型冒口的结构稳定性。
如图1至图5所示，基于同一发明构思，本发明一实施例中还提供一种铝热焊接砂型冒口预热试验方法，试验前述任一实施例的铝热焊接砂型冒口，包括预热模拟试验和预热试验流程，所述预热模拟试验包括以下步骤：步骤一、将开设有铝热焊接砂型冒口的砂型与待焊钢轨按照1∶1建立实体模型并进行流体域模型网格划分；步骤二、设置燃烧温度及流固耦合热模拟方法；步骤三、设置加热时间，进入迭代计算；步骤四、分析流场模拟结果；步骤五、分析预热模拟结果。所述预热试验流程包括以下步骤：步骤一、制作试验用的测温钢轨；步骤二、预埋热电偶，连接温度检测仪；步骤三、设置各预热参数，进行预热试验，测量温度；步骤四、分析试验结果，判断是否与模拟温度分布结果一致。
本发明一实施例中，首先，向现有技术中砂型为ZTK-Ⅰ型，尺寸为32mm×13mm，面积为416mm2的方形冒口内浇筑完铝热钢水后，在该方形冒口的外侧边沿形成接头残余冒口棒，对该接头残余冒口棒进行打磨，平均打磨量为11787mm3，打磨时间为553s，且不同接头焊在该方形冒口处后均产生溢流飞边，溢流飞边打磨时间差别较大，最短打磨时间为301s，最长打磨时间601s，平均打磨时间447s；然后，通过数值模拟软件对开设有铝热焊接砂型冒口的砂型进行预热模拟，选取第一冒口和第二冒口均为尺寸为8.5mm×12.5mm的两个长方形冒口，第一冒口和第二冒口之间在开口处的间隔厚度为18mm，通过数值模拟软件，对砂型进行预热模拟观察待焊钢轨端面各部位温度状态。采用三维软件建立开设有铝热焊接砂型冒口的砂型与待焊钢轨的1：1实体模型并进行流体域模型网格划分如图6所示。模型采用60kg/m钢轨及ZTK-1N砂型，两段钢轨预留间隙30mm，预热器出口端面距离钢轨顶面50mm，如图7所示，气体出口共32孔，每孔直径为1.1mm，与现有技术中的铝热焊专用预热器保持一致；最后，进行预热测温试验，由于铝热焊接采用的是氧气-丙烷混合气体，燃烧后的火焰加热，无法直接测量钢轨端面温度，因此，只能通过钻孔测量距离端面一定距离的钢轨内部温度。试验前提前将待测钢轨进行钻孔处理，共计钻孔数量为12个，测量点端面位置分布如图8所示，孔洞距离钢轨端面5mm，分别将热电偶穿入孔洞中进行测温，本试验用K型热电偶测温范围为-200℃-1200℃，温度采集仪采集步距为1s，预热完成后，将采集到的温度导出进行结果分析；预热试验中预热器距离钢轨顶面50mm，钢轨预留轨缝30mm，以轨头顶面为准，预热用氧气压力为0.3MPa，丙烷压力为0.1MPa，将温度测量结果绘图如图9所示，由图9可看出，预热过程中，温度整体分布结果为：随预热时间的增加，钢轨端面各测点温度逐渐升高，其中轨头部位略低于轨腰等其他部位，钢轨端面各部位温度分布较均匀，与模拟结果温度分布状态、温度结果基本相同。
结合ZTK-Ⅰ型铝热焊接操作工艺特点与本预热试验结果，分别选取预热时间为210s、240s、270s时的三处时间节点端面各部位温度分布进行汇总分析，取1-4号点平均温度为轨头温温度，取5-8号点平均温度为轨腰温，取9-12号点平均温度为轨底温温度。结果如表1所示。
表1预热温度结果
由表1可看出：预热时间增加，端面温度基本均匀上升，预热时间为210s、240s、270s，时，端面平均温度满足标准要求：预热温度宜为700-1000℃。
由于良好预热是保证接头力学性能的重要环节，因此进行不同预热时间条件下的焊接试验，焊接完成后测量并计算打磨量、记录打磨时间、进行接头力学性能试验。不同预热时间试验：采用ZTK-1型铝热焊接材料，焊剂型号为T3，试验用60kg/m U75V钢轨。焊接工具包括专用预热装置、夹具装置、对正装置等，焊接试验采用与预热试验相同各参数，选取预热试验中符合要求的210s、240s、270s三组预热时间参数各焊接接头3个，焊接接头完成后6min30 s拆除模具，8min30 s推瘤。推瘤后去除冒口棒，计算打磨量，记录打磨时间等数据。表2为不同预热时间下冒口打磨量。
表2不同预热时间冒口打磨量
由表2数据可看出，当预热时间为210s时，焊后冒口打磨量为4817mm3，计算得出比原ZTK-1砂型焊后冒口打磨量减少59％；预热时间为240s和270s，焊接完成后，焊后接头冒口打磨量较为接近，分别为5454mm3和5596mm3，计算得出比原ZTK-1砂型焊后冒口打磨量减少54％和53％。
铝热焊接头的静弯强度是影响接头服役效果的重要指标，因此对采用ZTK-1N型砂型各个焊接工艺下的焊后接头进行静弯强度试验。不同预热时间静弯性能：试验采用YAW-3000J钢轨静弯压力试验机，静弯试验支距为1m，焊缝居中，焊缝中心承受集中载荷，接头加载直至断裂。每组预热时间参数焊接的3根接头中2根轨头受压，1根轨头受拉，共测试9根钢轨接头结果见表3所示。
表3不同预热时间接头静弯试验结果
用肉眼和放大镜观察静弯后的断口形貌，9根接头未发现超标缺陷。TB/T 1632.3-2019中规定：60kg/m，980MPa级钢轨铝热焊接头应满足：轨头受压F≥1300kN，fmax≥10mm，轨头受拉F≥1200kN，fmax≥10mm。结果显示：各接头静弯结果均满足标准要求，且随预热时间增加，静弯值有所上升。
结合焊后接头的打磨量进行分析：预热时间为210s时，打磨量及打磨时间最短，焊后接头静弯值最低，临近标准要求；预热时间为240s时，打磨量及打磨时间较210s有一定增加，焊后接头静弯值有较大提高；预热时间为270s时，焊后接头静弯值最大，但此时打磨量也最大，打磨时间最长，不利于现场天窗作业。综合考虑焊后接头冒口及溢流飞边打磨时间和接头静弯强度两因素，预热时间宜采用240s。
铝热焊接头的抗拉强度是影响接头服役效果的重要指标，采用预热时间为240s的焊接工艺进行焊接试验，焊接1个接头，序号为H10(试验时分别选取9根试样)。依据TB/T1632.1-2014对H10号接头取拉伸试样进行试验，分别记录抗拉强度，取9根试样的抗拉强度平均值Rm作为试验结果。试验结果如表4所示。
表4拉伸试验结果
结果显示：当预热时间为240s，接头抗拉强度满足标准要求。
本发明提供的铝热焊接砂型冒口及预热试验方法，铝热焊接砂型冒口包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，对称设置的第一冒口和第二冒口保证了在向第一冒口和第二冒口内浇筑铝热钢水时的补缩效果，将第一冒口和第二冒口的开口面积之和设置成小于416mm2以及将第一冒口和第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，从而当向第一冒口和第二冒口内浇筑完铝热钢水后，在去除第一冒口和第二冒口的外侧边沿形成的接头残余冒口棒时，减少了对接头残余冒口棒的打磨量和打磨时间，从而避免了在打磨去除接头残余冒口棒的过程中咬伤轨底角钢轨母材，并且预热试验方法进一步地验证了上述铝热焊接砂型冒口处具有良好的预热效果，从而保证了焊接接头的力学性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种铝热焊接砂型冒口，其特征在于，包括用于贴合钢轨轨底上表面的砂型轮廓下表面，所述砂型轮廓下表面上开设有对称设置的第一冒口和第二冒口，所述第一冒口和所述第二冒口在砂型的内部连通汇聚在一起，所述第一冒口和所述第二冒口的开口面积之和小于416mm2。
2.根据权利要求1所述的铝热焊接砂型冒口，其特征在于，所述砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在所述第一侧线和所述第二侧线之间的横线，当所述第一冒口和所述第二冒口的形状均为长方形时，所述第一冒口位于所述第一侧线一侧，所述第二冒口位于所述第二侧线一侧，所述第一冒口到所述第一侧线的最短距离为8mm，所述第二冒口到所述第二侧线的最短距离为8mm，所述第一冒口和所述第二冒口到所述横线的中心所在的水平线的最短距离均为6mm，所述第一冒口和所述第二冒口的长度均为L1,8.5mm≤L1＜16mm，宽度均为L2，L2≤12.5mm。
3.根据权利要求1所述的铝热焊接砂型冒口，其特征在于，所述砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在所述第一侧线和所述第二侧线之间的横线，当所述第一冒口和所述第二冒口均为椭圆形时，所述第一冒口的中心到所述第一侧线的距离为d1，12.25mm≤d1≤14.25mm，所述第二冒口的中心到所述第二侧线的距离为d2，12.25mm≤d2≤14.25mm，所述第一冒口的中心和所述第二冒口的中心到所述横线的中心所在的水平线的最短距离均为12.25mm，所述第一冒口和所述第二冒口的的长轴为a,12.5mm≤a＜16mm,所述第一冒口和所述第二冒口的的短轴为b，8.5mm≤b＜12.5mm。
4.根据权利要求1所述的铝热焊接砂型冒口，其特征在于，所述砂型轮廓下表面包括相对设置的第一侧线、第二侧线以及连接在所述第一侧线和所述第二侧线之间的横线，当所述第一冒口和所述第二冒口均为圆形时，所述第一冒口的圆心或中心到所述第一侧线的距离为d3，12.25mm≤d3≤14.25mm，所述第二冒口的圆心到所述第二侧线的距离为d4，12.25mm≤d4≤14.25mm，所述第一冒口的圆心和所述第二冒口的圆心到所述横向的中心所在的水平线的最短距离均为12.25mm，所述第一冒口和所述第二冒口的直径均为D，8.5mm≤D＜12.5mm。
5.铝热焊接砂型冒口预热试验方法，试验权利要求1-4中任一项所述的铝热焊接砂型冒口，其特征在于，包括预热模拟试验和预热试验流程，所述预热模拟试验包括以下步骤：
步骤一、将开设有所述铝热焊接砂型冒口的砂型与待焊钢轨按照1∶1建立实体模型并进行流体域模型网格划分；
步骤二、设置燃烧温度及流固耦合热模拟方法；
步骤三、设置加热时间，进入迭代计算；
步骤四、分析流场模拟结果；
步骤五、分析预热模拟结果；
所述预热试验流程包括以下步骤：
步骤一、制作试验用的测温钢轨；
步骤二、预埋热电偶，连接温度检测仪；
步骤三、设置各预热参数，进行预热试验，测量温度；
步骤四、分析试验结果，判断是否与模拟温度分布结果一致。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210540351.6A CN114951960A (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 铝热焊接砂型冒口及预热试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210540351.6A CN114951960A (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 铝热焊接砂型冒口及预热试验方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114951960A true CN114951960A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=82982590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210540351.6A Pending CN114951960A (zh) | 2022-05-17 | 2022-05-17 | 铝热焊接砂型冒口及预热试验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114951960A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB842095A (en) * | 1955-08-16 | 1960-07-20 | Elektro Thermit Gmbh | Method of welding workpieces, more particularly rails, by the intermediate aluminothermic casting process |
| GB1600991A (en) * | 1978-05-26 | 1981-10-21 | Thermit Welding Gb Ltd | Aluminothermic welding of rails |
| JP2008137052A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Nippon Steel Corp | レールのテルミット溶接方法及びロングレール |
| WO2011013078A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Donald Roderick Macrae | Process and mould assembly for aluminothermic welding of rails with mould having two side moulds, a base and receiving means |
| CN102554187A (zh) * | 2012-02-08 | 2012-07-11 | 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 | 钢轨铝热焊接系统及方法 |
| EP2700467A2 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-26 | Thermit Welding (GB) Ltd | A pre-heating equipment |
| CN203900730U (zh) * | 2014-03-13 | 2014-10-29 | 施密特钢轨技术（昆山）有限公司 | 一种带有耐高温柔性密合层的铝热焊砂型 |
| CN106181023A (zh) * | 2016-08-22 | 2016-12-07 | 洛阳双瑞橡塑科技有限公司 | 一种钢轨铝热焊接浇注系统 |
| CN205927499U (zh) * | 2016-06-30 | 2017-02-08 | 施密特钢轨技术（昆山）有限公司 | 一种钢轨焊接用快速铝热焊砂型 |
-
2022
- 2022-05-17 CN CN202210540351.6A patent/CN114951960A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB842095A (en) * | 1955-08-16 | 1960-07-20 | Elektro Thermit Gmbh | Method of welding workpieces, more particularly rails, by the intermediate aluminothermic casting process |
| GB1600991A (en) * | 1978-05-26 | 1981-10-21 | Thermit Welding Gb Ltd | Aluminothermic welding of rails |
| JP2008137052A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Nippon Steel Corp | レールのテルミット溶接方法及びロングレール |
| WO2011013078A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Donald Roderick Macrae | Process and mould assembly for aluminothermic welding of rails with mould having two side moulds, a base and receiving means |
| CN102554187A (zh) * | 2012-02-08 | 2012-07-11 | 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 | 钢轨铝热焊接系统及方法 |
| EP2700467A2 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-26 | Thermit Welding (GB) Ltd | A pre-heating equipment |
| CN203900730U (zh) * | 2014-03-13 | 2014-10-29 | 施密特钢轨技术（昆山）有限公司 | 一种带有耐高温柔性密合层的铝热焊砂型 |
| CN205927499U (zh) * | 2016-06-30 | 2017-02-08 | 施密特钢轨技术（昆山）有限公司 | 一种钢轨焊接用快速铝热焊砂型 |
| CN106181023A (zh) * | 2016-08-22 | 2016-12-07 | 洛阳双瑞橡塑科技有限公司 | 一种钢轨铝热焊接浇注系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张绍彤;: "发热冒口在高锰钢辙叉上的应用", 铁道技术监督, no. 09, pages 30 - 31 * |
| 高松福等: "铁科院ZTK2 Ñ 型60 kg # m-1钢轨铝热焊接材料的研制", 《中国铁道科学》, vol. 2, no. 6, pages 135 - 140 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104259418B (zh) | 一种用于半固态金属压铸成型的压铸方法 | |
| Reynolds | Visualisation of material flow in autogenous friction stir welds | |
| CN203092040U (zh) | 一种汽车用铝合金保险杠总成焊接装置 | |
| CN101288919A (zh) | 50～120mm厚板和超厚板的焊接方法 | |
| CN104008219B (zh) | 一种焊接变形分析预测方法 | |
| CN104729901B (zh) | 一种用于模拟试块焊缝中制作纵向裂纹的方法 | |
| CN102489947A (zh) | 钢管砼桁架梁桥主梁下弦管制作工艺 | |
| CN111016159A (zh) | 一种基于mem的光纤光栅传感器封装方法及装置 | |
| CN114951960A (zh) | 铝热焊接砂型冒口及预热试验方法 | |
| CN104057210B (zh) | 基于强度理论的焊接设计方法 | |
| CN111889978A (zh) | 一种大型立式磨机螺旋托板的制作方法 | |
| CN114029449B (zh) | 重型燃气轮机扩散机匣铸件的铸造方法 | |
| CN206047310U (zh) | 用于保障内腔全熔透焊缝预留给定间隙值的焊接辅助工装 | |
| CN112620585B (zh) | 一种不锈钢u型水管一体式铸造模具 | |
| CN214443699U (zh) | 一种天线单元铝钎焊焊接夹具 | |
| EP4140741A1 (en) | Method for prefabricating poor fusion defects by controlling lmd process | |
| CN113210836A (zh) | 一种铝合金中厚板筒段长直纵缝无弱结合搅拌摩擦焊方法 | |
| CN203140953U (zh) | 一种铝型材车钩板 | |
| CN207344045U (zh) | 一种法兰连接管路焊接工装 | |
| CN206229969U (zh) | 大型柴油机气缸体水道芯模具 | |
| CN112743222B (zh) | 一种搅拌摩擦焊焊缝核心区的温度快速测量方法 | |
| CN216870240U (zh) | 钛合金激光填丝焊搭接接头抗剪强度测试装置 | |
| CN215894488U (zh) | 一种用于钢结构焊缝的多角度探伤装置 | |
| US2378516A (en) | Manufacture of heating heads and blowpipe nozzles | |
| CN212019909U (zh) | 一种管材加工用焊接固定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |