CN117798479A - 一种钢轨闪光焊接方法 - Google Patents

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高文会
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Tieke Jinhua Technology Co ltd
Tieke Jinhua Testing Center Co ltd
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China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
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Abstract

本发明提出一种钢轨闪光焊接方法,属于钢轨焊接技术领域。该钢轨闪光焊接方法包括:对待焊的两根钢轨通电压并加热钢轨的待焊面,待焊面的金属被液化;在通电加热过程中对钢轨施加振动,待焊接面处的液化金属随钢轨振动;在顶锻之前,于两个钢轨预计的焊缝处加装压力模具;进行顶锻,压力模具覆盖焊缝并对焊缝施加压力,在压力下完成顶锻过程。本发明提出的钢轨闪光焊接方法在闪光加热过程中对钢轨施加振动,振动过程中钢轨待焊面中液态金属中的气泡及多余的金属液体被振动而出,使得灰斑失去形成条件,有效减少了灰斑的形成;在顶锻过程中,通过压力模具对焊缝持续施加压力,使液态金属在压应力下凝固,有效减少了微裂纹的形成。

Description

一种钢轨闪光焊接方法
技术领域
本发明涉及钢轨焊接技术领域,特别涉及一种钢轨闪光焊接方法。
背景技术
闪光焊接是目前应用范围最广,焊接接头最多的钢轨焊接方式,对于钢轨闪光焊接,其生产和检验都需要满足行业标准的规定。通用的一种钢轨闪光焊检验标准为铁路行业标准TB/T1632-2014,其中型式检验对落锤、金相、硬度、硬度、静弯、疲劳都进行了规定。
根据统计对钢轨接头性能影响最大的是灰斑和过烧缺陷。对成品进行缺陷检验,对于在用范围最大的U71Mn和U75V钢轨接头,大部分都存在灰斑缺陷,在接头成品中轨底微裂纹,过烧缺陷也常有发生。
闪光焊轨底、轨头普遍存在“微裂纹”缺陷,该种缺陷在不严重时无法被无损探伤发现,当严重时将会被探伤手段发现。在生产过程中微裂纹缺陷往往成批出现,一旦出现就必须进行锯切处理,极大的影响了生产进度。
有鉴于此,本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验,经过反复试验设计出及一种钢轨的振动强制闪光焊接方法,以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢轨闪光焊接方法,能够减少钢轨闪光焊接中的灰斑、过烧和轨底微裂纹等缺陷。
为达到上述目的,本发明提出一种钢轨闪光焊接方法,其中,所述钢轨闪光焊接方法包括:
对待焊的两根钢轨通电压并加热所述钢轨的待焊面,所述待焊面的金属被液化;
在通电加热过程中对所述钢轨施加振动,所述待焊接面处的液化金属随所述钢轨振动;
在顶锻之间,于两个所述钢轨的预设焊缝处加装压力模具;
进行顶锻,所述压力模具覆盖所述焊缝并对所述焊缝施加压力,在所述压力下完成顶锻过程。
与现有技术相比,本发明具有以下特点和优点:
本发明提出的钢轨闪光焊接方法,在闪光加热过程中对钢轨施加振动,在振动过程中钢轨待焊面中液态金属中的气泡及多余的金属液体被振动而出,使得灰斑失去形成条件,有效减少了灰斑的形成;在顶锻过程中,通过压力模具对焊缝持续施加压力,使液态金属在压应力下凝固,避免了金属的收缩,有效减少了微裂纹的形成。
本发明提出的钢轨闪光焊接方法,减少了钢轨闪光焊接固有的灰斑、微裂纹缺陷,提升了焊接接头的力学性能。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明的闪光焊接方法流程示意图;
图2为本发明的焊接施工过程示意图;
图3为本发明的压力模具刨视图;
图4为本发明的压力模具加装方法示意图(一);
图5为本发明的力模具加装方法示意图(二);
图6为本发明的一种压力模具的典型结构图;
图7为本发明的施加振动的时间阶段图;
图8为本发明的金相组织对比图。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述,能够更加清楚地了解本发明的细节。但是,在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。
本发明提出了一种钢轨闪光焊接方法,如图1和图2所示,闪光焊接方法包括:
对待焊的两根钢轨通电压并加热所述钢轨的待焊面,待焊面的金属被液化;
在通电加热过程中对所述钢轨施加振动,待焊接面处的液化金属随钢轨振动;
在顶锻之间,于两个钢轨的预设焊缝处加装压力模具;
进行顶锻,压力模具覆盖焊缝并对所述焊缝施加压力,在压力下完成顶锻过程。
本发明提出的一种钢轨闪光焊接方法,本发明提出的钢轨闪光焊接方法,在闪光加热过程中对钢轨施加振动,在振动过程中钢轨待焊面中液态金属中的气泡及多余的金属液体被振动而出,使得灰斑失去形成条件,有效减少了灰斑的形成;在顶锻过程中,通过压力模具对焊缝持续施加压力,使液态金属在压应力下凝固,避免了金属的收缩,有效减少了微裂纹的形成。
本发明提出的一种钢轨闪光焊接方法,改善了焊接过程中的温度分布和金属流动,能够减少钢轨闪光焊接中的灰斑、过烧和轨底微裂纹等缺陷,提高了焊接质量的稳定性和接头性能。
在本发明的一个可选实施方式中,对钢轨施加线性振动,并使振动发生的矢量始终与待焊面位于同一平面。由于振动矢量与待焊面始终保持一致,可以大大提高焊接的精确度和稳定性,避免因振动引起的错位或偏移,确保振动能够有效地作用于焊接区域,而不会引起钢轨的其他部分不必要的移动或变形。
在本发明的一个可选实施方式中,线性振动的频率为10HZ~1KHZ。施加振动的方向矢量与焊接端面平行。振动方式可以为沿一个方向往复振动或者多个方向往复振动。振动过程不影响待焊钢轨的持续闪光加热。
在本发明另一个可选的实施方式中,对钢轨施加正弦波振动,并使振动发生的矢量始终与所述待焊面位于同一平面。
在该实施方式的一种可选例子中,针对不同轨型钢轨的焊接施加不同的振动幅度,如表1所示。
表1:
钢轨轨型 振动幅度
50kg/m 1—10mm
60kg/m 1—15mm
75kg/m 1—20mm
在本发明的一个可选实施方式中,对钢轨通电的电流为脉冲式或直流式。选择使用脉冲式还是直流式电流,取决于具体的焊接工艺要求、设备能力以及所需的加热特性。选择适当的电流形式和参数设置有助于减少焊接缺陷,如过热引起的组织变化、不完全融合或裂纹等。通过精确控制电流,可以优化焊接池中的金属流动和凝固过程,可以实现加热控制的灵活性、能源效率、减少焊接缺陷以及适应不同材料等技术要求。
在本发明中,施加振动的时间阶段可为全部的闪光加热时间,也可在闪光加热的某一时间段施加。
在本发明的一个可选实施方式中,在通电加热的全部时间均对钢轨施加振动。通过在通电加热的全部时间均对钢轨施加振动,可以促进金属流动与混合、增强热传递与热均匀性、提高焊接效率与质量、减轻热变形与应力和简化操作与提高自动化程度。
在本发明的另一个可选实施方式中,在待焊面的金属被液化后对钢轨施加振动。通过在待焊面的金属被液化后对钢轨施加振动,可以实现促进液态金属流动与混合、增强接头强度与质量、控制热传导与热变形、提高焊接效率与稳定性和简化操作与提高自动化程度。
优选的是在闪光加热的末期施加一段时间的机械振动。在这种振动有助于打破可能形成的金属氧化膜,促进新鲜金属的接触和融合,从而提高焊接质量。
在该实施方式的一种可选例子中,对钢轨施加振动的时间为1~100秒。根据具体的焊接工艺要求、钢轨材料以及设备能力等因素,可以确定一个具体的施加机械振动的时间范围。这个时间应该在1到100秒的范围内,以保证振动处理的有效性。
在本发明的一个可选实施方式中,压力模具对焊缝施加的压力具有弹性。通过使压力模具对焊缝施加的压力具有弹性,可以实现提高适应性、防止过度压力、提高焊接效率、减少不良变形以及简化操作和维护等技术效果。
在该实施方式的一种可选例子中,压力模具对焊缝施加的压力范围为10~500KN。在顶锻时施加压力模具的方式为弹性施加,施加压力模具的力为恒定力,需要确保所施加的压力范围控制在10~500KN之间。这一范围是为了保证焊接质量的同时,避免对材料造成不必要的损伤。压力模具在顶锻的全程均向钢轨施加压力
在该实施方式的一种可选例子中,如图4至图6所示,钢轨两侧的压力模具之间具有间隙,压力模具在顶锻的全程均向钢轨施加压力。通过在两个位于钢轨两侧的压力模具之间设置间隙,并在整个顶锻过程中持续施加压力,可以实现保持一致的焊接效果、防止模具与钢轨的直接摩擦、优化焊接过程、提高焊接效率和确保接头质量等技术效果。
在该实施方式的一种可选例子中,压力模具的材料为金属材料或陶瓷材料。金属材料或陶瓷材料作为压力模具的制造材料,能够满足钢轨焊接过程中的高温、高压和耐磨性要求。对于金属材料,常用的包括合金钢、不锈钢、硬质合金等。金属材料的压力模具通常通过铸造、锻造或机械加工等方式制造,以确保其尺寸精度和表面质量。对于陶瓷材料,常选择氧化铝、氮化硅等高温陶瓷。陶瓷材料的压力模具可以采用烧结、注浆成型等工艺制造,以获得所需的形状和尺寸。金属材料或陶瓷材料作为压力模具的制造材料,能够提供稳定的焊接压力和高质量的焊接接头,延长模具的使用寿命并降低维护成本。
在一个可选的例子中,该压力模具材料为模具钢。使用模具钢作为压力模具的材料,能够提供高耐磨性、抗压强度、耐腐蚀性和精确的尺寸保持等优势。以确保压力模具在钢轨焊接过程中的稳定性和可靠性。
在该实施方式的一种可选例子中,如图6所示,压力模具上设置有溢流槽,顶锻时溢出的液态金属分流至溢流槽中。在钢轨焊接过程中,为了确保焊接质量和效率,控制金属材料的流动和溢出现象,需在压力模具上设置有溢流槽。当顶锻时液态金属可溢流进入溢流槽,当溢流槽满时液态金属可流入模具结合处。流入模具后,待保压完成后打开推瘤即可。通过引导溢出的液态金属进入溢流槽,可以避免液态金属直接接触压力模具的关键部位,从而减少模具的磨损、腐蚀或热损伤。还可以防止溢出的液态金属在焊缝以外的地方凝固,可以避免潜在的焊接缺陷,如夹杂、气孔等,从而提高焊接接头的质量和可靠性。
现结合实施例详细说明本发明的具体实施过程:
步骤一,闪光加热
对待焊钢轨通电开始闪光加热过程,该过程钢轨待焊面被加热。焊接端面被加热至合适温度,此时钢轨的端面金属被液化,闪光烧化进入加速过程。
步骤二,施加振动
在闪光加速过程中,对钢轨施加线性振动,振动发生的矢量始终与钢轨断面在同一平面,施加振动的方向为垂直方向。此过程中待焊面中多余的金属液体被振动而出。
步骤三,加装压力模具
如图4和图5所示,在顶锻之前在焊缝处加装压力模具30,在顶锻过程中,溢出的金属液体受到模具施加的压力,从而使液态金属在压应力下凝固。因此,轨底微裂纹失去了形成条件。
步骤四,顶锻
加装压力模具20后,两钢轨10、20对向移动,待焊钢轨接触在一起。在压力模具30内完成顶锻过程,该过程接头受到压力模具的压应力。
所述步骤一中,闪光加热过程为预热式直流闪光加热。
所述步骤二中,施加振动的频率为60Hz。在闪光加热的末期施加一段时间的机械振动。施加振动的方向矢量与焊接端面平行,且方向为垂直方向。振动方式往复振动。振动过程不影响待焊钢轨的持续闪光加热。施加振动的时间阶段在烧化末期持续的时间为10S。
所述步骤三中,在顶锻时施加压力模具的方式为弹性施加,施加压力模具的力为恒定力,其力值为50kN。该压力模具材料为模具钢。该压力模具具有溢流槽,当顶锻时液态金属可溢流进入溢流槽,当溢流槽满时液态金属可流入模具结合处。如表1所示,针对不同轨型钢轨的焊接施加不同的振动幅度。如图7所示,为施加振动和压力模具的时间阶段。
表1:
钢轨轨型 振动幅度
50kg/m 10mm
60kg/m 1—15mm
75kg/m 1—20mm
本发明提供的用于钢轨焊接的振动强制闪光焊接的方法,实现了钢轨的无伤损焊接,相对既有钢轨焊接工艺消除了固有的灰斑、微裂纹、过烧缺陷,大大提升了焊接接头的力学性能。如图8中(a)组所示,为现有闪光焊钢轨接头焊缝处金相,可见焊缝处具有明显的铁素体,这是由于热态金属凝固产生的。如图8中(b)组所示,为振动强制闪光焊接头组织,焊接过程中消除了绝大部分的热态金属因此能够有效的消除焊接缺陷,减少铁素体析出,因此能够提升接头的力学性能。如表2所示,对现有闪光焊钢轨接头和振动强制闪光焊接头进行冲击功和抗拉强度测试,可见振动强制闪光焊接头的冲击韧性和拉伸强度明显较高。
表2使用振动强制闪光焊的力学性能
针对上述各实施方式的详细解释,其目的仅在于对本发明进行解释,以便于能够更好地理解本发明,但是,这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制,特别是,在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合,从而组成其他实施方式,除了有明确相反的描述,这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中,而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (12)

1.一种钢轨闪光焊接方法,其特征在于,所述钢轨闪光焊接方法包括:
对待焊的两根钢轨通电压并加热所述钢轨的待焊面,所述待焊面的金属被液化;
在通电加热过程中对所述钢轨施加振动,所述待焊接面处的液化金属随所述钢轨振动;
在顶锻之前,于两个所述钢轨预计的焊缝处加装压力模具;
进行顶锻,所述压力模具覆盖焊缝并对所述焊缝施加压力,在所述压力下完成顶锻过程。
2.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,对所述钢轨施加线性振动,并使振动发生的矢量始终与所述待焊面位于同一平面。
3.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,所述线性振动的频率为10HZ~1KHZ。
4.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,对所述钢轨施加正弦波振动,并使振动发生的矢量始终与所述待焊面位于同一平面。
5.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,对所述钢轨通电的电流为脉冲式或直流式。
6.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,在通电加热的全部时间均对所述钢轨施加振动。
7.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,在所述待焊面的金属被液化后对所述钢轨施加振动。
8.如权利要求7所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,对所述钢轨施加振动的时间为1~100秒。
9.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,所述压力模具对所述焊缝施加的压力具有弹性。
10.如权利要求9所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,所述压力模具对所述焊缝施加的压力范围为10~500KN。
11.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,所述压力模具的材料为金属材料或陶瓷材料。
12.如权利要求1所述的钢轨闪光焊接方法,其特征在于,所述压力模具上设置有溢流槽,顶锻时溢出的液态金属分流至所述溢流槽中。
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