CN207498751U - 一种磁浮导轨 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁浮导轨。磁浮导轨包括导轨主体，导轨主体包括刹车面和滑撬面，在导轨主体刹车面和/或滑撬面的表面设有覆层，所述覆层由多个覆层单元组成，每个覆层单元的长度为50 mm‑400 mm。本实用新型的覆层在保证轨道尺寸精度的情况下，提高其耐磨、防腐性能；特别是在弯曲的轨道表面，覆层单元可以减少覆层所受应力，并且不容易大面积脱落，便于施工和维护。

Description

一种磁浮导轨

技术领域

本实用新型涉及一种磁浮导轨，特别涉及一种耐磨防腐的磁浮导轨，属于磁悬浮导轨技术领域。

背景技术

中低速磁悬浮轨道交通具有环保性高、安全性好、爬坡能力强、转弯半径小、建设成本低和运营效益好等特点，可以适用于城市市区、近距离城市间和旅游景区的交通连接。中低速磁悬浮列车的轨道与普通轮轨不同，它采用F型钢导轨，其导轨加工、安装精度和轨道线型直接影响列车运行平稳性。以国内首条拥有完全自主知识产权的中低速磁浮线路-长沙磁浮快线为例，所用F型钢导轨材质为Q235D，布氏硬度为156，这是基于其良好的磁学性能(饱和磁密约为1.4T)，但为此所牺牲的是F型钢导轨的硬度，以及由此所造成的耐磨性差。

中国专利(公开号：CN106436500A)公开了一种磁悬浮用导轨及其制备方法，该专利在钢导轨上设置覆层，可以很好地提高耐磨性能，甚至可以适用于对已经铺设好的导轨进行耐磨层的制备。但是由于导轨的长度一般长达12m，若使用长度达数米的覆层，当某一处焊接不牢，容易出现覆层整体脱落的情形，同时维护也不方便。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，为降低导轨主体表面的覆层所受的张力，且为便于施工和维护，进一步对导轨表面的覆层进行改进。

本实用新型的技术方案是，一种磁浮导轨，包括导轨主体，导轨主体包括刹车面和滑撬面，在导轨主体刹车面和/或滑撬面的表面设有覆层，所述覆层由多个覆层单元组成，每个覆层单元的长度为50mm-400mm。

中低速磁悬浮列车的制动方式常选择机械制动，以F型导轨为例，列车制动时，刹车闸片在F型导轨的刹车面上摩擦制动；由于制动后，列车下部的滑撬与导轨接触并在导轨上滑行，所以刹车面、滑撬面表面需要具有耐磨作用的覆层来避免轨道主体的磨损和破坏。所以导轨上与滑撬接触的面为滑撬面；与刹车闸片接触的面为刹车面。

本实用新型将大尺寸的覆层进行分割，得到小尺寸的覆层单元，将每个覆层单元分别固定在刹车面和/或滑撬面的表面。

进一步地，每个覆层单元的长度为60mm-300mm；优选地，每个覆层单元的长度为80mm-200mm。其中覆层单元的长度是沿轨道长度方向的长度。

优选地，所述覆层的宽度为20mm-80mm，优选为40-60mm。

优选地，所述覆层的厚度为0.2-4mm；优选覆层的厚度为2-4mm。

进一步地，所述导轨主体的刹车面和/或滑撬面上设有凹槽，在所述凹槽内设所述覆层。这样整个导轨的表面不会出现凹凸不平的情形，整体上更加平整、美观，在运输时也不容易破损。另外，覆层位于凹槽内，可以达到“镶嵌”的效果，非常有利于固定所述覆层。

进一步地，所述导轨主体的表面喷涂有防腐涂层。主要是防止导轨主体其他部位(未设有覆层的部位)的腐蚀。

进一步地，所述覆层为金属覆层。

进一步地，所述金属覆层为不锈钢覆层。不锈钢作为常用的钢材，就材料的性能而言，可以达到本实用新型的应用需求，也可以降低该导轨的制备成本。

下面介绍磁悬浮钢轨的制备方法，以对F型钢轨、Fe(Ni)基合金或金属陶瓷基合金覆层为例，包括如下步骤：

(1)对F型钢轨和Fe(Ni)基片状或块状覆层材料的焊接表面用丙酮清洗残留的油污，并进行喷砂粗化处理，磨料可选用SiC，清除其表面的附着物以及锈蚀和氧化层。

(2)清理完成后，对F型钢轨的刹车面和滑撬面焊接或涂覆Fe(Ni)基合金覆层或金属陶瓷基合金覆层。由于覆层的主要目的是耐磨，同时兼有防腐的作用，所以也可以称为耐磨防腐覆层。耐磨防腐覆层选择Fe(Ni)基合金带材，或Fe(Ni)基合金粉末及丝材，或者金属陶瓷基合金粉末。用于阻焊试验的刹车面覆层的带材尺寸为150mm×40mm×3mm，滑撬面覆层的带材尺寸为150mm×60mm×3mm。用于带极堆焊试验的刹车面覆层的带材尺寸为40mm×3mm，滑撬面覆层的带材尺寸为60mm×3mm。用于涂覆的Fe(Ni)基或金属陶瓷基合金粉末粒度为+16～-45μm，丝材直径为1-3mm。

(3)焊接或涂覆完覆层材料后，对整个导轨主体进行后处理加工。

优选地，所述刹车面和/或滑撬面处的导轨主体与金属覆层的焊接属于异种金属材料的特殊焊接。

优选地，所述的步骤(1)中对F型钢导轨和Fe(Ni)基片状或块状覆层材料焊接面的表面采用喷砂清洁预处理，喷砂选用12目石英砂，喷砂空气压力0.7MPa，喷砂距离150mm，使得清理后的F型钢导轨表面和Fe(Ni)基片状或块状覆层材料的焊接面干燥、无灰尘、无油脂、无污垢和无锈斑附着物。喷砂处理后的基体表面要求粗糙、均匀，清洁等级达到Sa3.0，表面粗糙度Rz为70-100μm。

优选地，所述的步骤(2)中对F型钢导轨的刹车面和滑撬面焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆层采用非等厚材料和异种金属材料焊接的特殊工艺方法。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面阻焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层的焊接选用适于非等厚材料阻焊的球形电极，以获得大厚度比非等厚材料的阻焊工艺参数。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面进行阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆层时，为纠正非等厚材料焊接时易出现的熔核偏移现象，采用硬规范，即大焊接电流，短焊接时间。本工艺的焊接电流为3.2-3.9kA，焊接时间为21-28ms，焊接压力为1.2-1.6kN。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨刹车面和滑撬面阻焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层时，覆层材料以片状或块状形式，组合拼装焊接于导轨主体，降低覆层表面因曲率变化而产生的张力，以增强覆层与F型钢导轨的结合性能。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面进行阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，覆层的制备方式灵活，操作简便，极大的方便了覆层的施工和维护。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨刹车面和滑撬面阻焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层时，对覆层与导轨主体间四周的缝隙，采用CO₂气体保护焊技术堆焊Fe(Ni)基合金覆层来填充孔隙，改善焊点的耐蚀性，提高覆层与F型钢导轨的结合性能，并对相邻覆层间的堆焊层进行磨削抛光处理，以实现平滑过渡。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面带极堆焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，属于异种金属材料的焊接。堆焊时，对待焊表面、过渡层和复层进行100％磁粉或渗透检测，达到I级合格。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面带极堆焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，为方便起弧，将Fe(Ni)基焊带前端按一定角度裁剪成斜角。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面带极堆焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，选用堆焊效率高、省时省料、焊道熔深低及母材稀释率小的带极电渣堆焊。焊接工艺参数：焊接电压为23-35V，焊接电流为780-840A，焊接速度为140-200mm/min，干伸长为32-39mm，焊剂厚度为28-38mm，焊道搭接值为5-15mm，层间温度≥75℃。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面采用冷金属过渡(CMT)双丝焊工艺制备Fe(Ni)基合金堆焊层。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面CMT堆焊Fe(Ni)基合金覆层，堆焊时所采用的焊丝为对应的送丝速度为2-12m/min，焊接速度为3-5mm/s。焊接速度太快，则出现焊缝窄、余高过小，太慢则又出现展不开的现象。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面CMT堆焊Fe(Ni)基合金覆层，由于Ni基合金的流动性较差，焊接时需要摆动焊枪有助于堆焊层铺展。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面CMT堆焊Fe(Ni)基合金覆层，所采用的保护气体为焊丝干伸长为15mm。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面火焰钎焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，钎焊时需对待焊处进行加热，随后加入银铜焊料，以免焊料过早熔化而造成焊缝成形不均匀。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面火焰钎焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，焊接前，将焊剂调制成糊状，分别刷在焊料的待焊处，进行火焰钎焊，加热时可根据需要对局部区域添加相应的条状焊丝，以保证焊缝均匀和焊接强度。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面火焰钎焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆层，钎焊时采用火焰的外焰加热，即中性火焰或轻微过乙炔焰，以免母材被局部加热而造成晶粒粗大。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面喷涂Ni基耐磨防腐覆层，粉末是将WC-12Co粉末和Ni60AA粉末混合后，经球磨获得的WC增强Ni基复合喷涂粉末。球磨工艺条件为：球料比为2:1-12:1，球磨时间为6-18h，球磨转速为150-300r/min。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面喷涂Ni基耐磨防腐覆层，复合粉末中WC-12Co粉末的重量比大于0，且小于等于50％，余量为Ni60AA粉末。

优选地，步骤(2)中，对F型钢导轨的刹车面和滑撬面喷涂Ni基耐磨防腐覆层，采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺，工艺参数：煤油流量为6.5-6.8GPH，氧气流量为1950-2100SCFH，送粉速度为75-80g/min，喷涂距离为350-380mm。

完成步骤(2)所述的F型钢导轨表面耐磨防腐覆层的制备后，对导轨主体覆层表面进行磨削处理，清除表面毛刺以确保表面光洁，按现有技术即可。采用振动时效工艺，消除焊接应力，提高焊接的疲劳强度、刚度和耐蚀性等综合性能。

本实用新型的有益效果是：覆层在保证轨道尺寸精度的情况下，提高其耐磨、防腐性能；特别是在弯曲的轨道表面，覆层单元可以减少覆层所受应力，并且不容易大面积脱落，便于施工和维护。

附图说明

图1表示本实用新型的导轨横截面示意图。

图2表示本实用新型的导轨滑撬面的平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

导轨结构的实施例：

本实施例提供一种磁悬浮导轨，其横截面如图1所示，整体呈F型，图1中，黑色实线部分围成的、未填充的结构为导轨主体，导轨主体的表面有滑撬面1，刹车面2，其中内外两侧都属于刹车面，在滑撬面1，刹车面2上设有覆层3。覆层3以片状或者说块状形式拼装组合焊接于导轨刹车面和滑撬面，图2表示导轨滑撬面的平面示意图，其中覆层3分割成多个覆层单元4，每个覆层单元的尺寸(长×宽×高)为150mm×40mm×3mm。若覆层3以涂覆工艺制备于导轨刹车面1和滑撬面2，在滑撬面1的螺栓孔位置，对覆层3进行相应磨削后处理。

导轨制备方法的实施例：

实施例一

(1)对F型钢导轨和不锈钢防护材料的焊接表面用丙酮清洗残留的油污，并进行喷砂粗化处理，磨料选用SiC，清除其表面的附着物以及锈蚀和氧化层。

采用射吸式喷砂设备对基体表面进行喷砂预处理，喷砂选用12目石英砂，喷砂空气压力0.7MPa，喷砂距离150mm，喷枪喷出的压缩空气清洁、干燥，相对湿度小于20％。使得清理后的F型钢导轨表面和不锈钢防护层的焊接面干燥、无灰尘、无油脂、无污垢和无锈斑附着物。喷砂处理后的基体表面要求粗糙、均匀，清洁等级达到Sa 3.0，表面粗糙度Rz为70-100μm。

(2)清理完成后，对F型钢导轨的滑撬面1和刹车面2点焊焊接不锈钢防护层。

采用DTB-100型点焊机对F型钢导轨的刹车面2和滑撬面1进行非等厚材料点焊焊接，焊接厚度比为13:1，所采用的不锈钢防护材料为304不锈钢片状带材，尺寸为150mm×40mm×3mm，并在带材长边一侧开单面坡口。焊接时选用适于非等厚点焊的球形电极，以获得大厚度比的非等厚材料的点焊工艺参数。

点焊时，将片状覆层材料拼装组合焊接于导轨主体表面，为纠正非等厚材料焊接时易出现的熔核偏移现象，需采用硬规范工艺，即大焊接电流，短焊接时间。焊接工艺参数如下：

鉴于考虑焊点压痕不允许过深和熔核易偏移等因素，不锈钢薄件采用小直径球形电极以增大电流密度而减少热量损失，电极端面呈现球形以保证形成平滑浅薄的压痕不致影响外观尺寸，进而对刹车面两侧同时进行焊接。

(3)完成导轨主体表面片状覆层的制备，采用CO₂气体保护焊技术分别在覆层3与刹车面2和滑撬面1接触的四周缝隙处堆焊Fe基合金覆层，以提高覆层与基体的结合强度和耐蚀性能。为保证基体表面的清洁性，用压缩空气吹扫覆层3与刹车面2和滑撬面1接触间隙，以防残渣遗留表面。在刹车面2和滑撬面1上，对相邻两块覆层结合处的Fe基堆焊合金进行一定的磨削处理，以实现平稳过渡。

选用干燥、无油的不锈钢药芯焊丝，牌号为GL-Y316L，直径焊机为KR500型CO₂气体保护焊机，采用单面焊双面成型工艺。焊接时接线法为直流正接，起到对焊件有加热作用。采用直流反接焊接时，熔深大，飞溅小，焊缝成形好，电弧稳定，且焊缝金属含氢量低；焊接电流及电压过大或太小都会影响焊缝的成型，使焊缝形状不规则，同时还会产生严重的飞溅；焊接速度太慢，容易造成焊缝金属组织粗大，影响焊缝的力学性能，还可能导致烧穿；焊接速度太快，焊缝的冷却速度也会相应提高，焊缝的塑性和韧性会降低，同时造成焊缝成型不规则，还容易产生未焊透、未熔合等缺陷；焊丝伸出太长，电弧不稳定，飞溅增大；焊丝伸出太短，容易堵塞喷嘴，影响气体流动，从而产生气孔；气体流量不足和过大都易导致焊缝氧化和产生气孔；而合适的焊丝位置则可以减小焊接变形。因此，在焊接过程中必须根据焊缝成型情况，适当调整各工艺参数，使其形成良好的配合。焊接工艺参数如下：

由于异种钢焊接，覆层和母材线膨胀系数差异很大，在焊接过程中，加热和冷却存在不均匀性，在焊接工作结束后，会形成较大残余应力。因此，焊接层需进行振动时效消应力处理，按振动时效JB/T5926-91标准执行。具体过程如下：在焊接后的覆层表面任取两点，坐上标记，连接应力检测仪，并在应力测试片上钻一小孔，测试残余应力情况，读出数据，经振动时效处理后，在原标记测试点附近再次贴上应力试片，连接检测仪，钻孔测试残余应力情况，然后记录数据。

实施例二

与实施例一所不同的是，直接采用带极电渣堆焊工艺在刹车面2和滑撬面1处分别堆焊Ni基合金覆层，堆焊材料选择自主设计的Ni基合金带材，刹车面覆层的带材尺寸为150mm×40mm×3mm，滑撬面覆层的带材尺寸为150mm×60mm×3mm。焊接前需将焊带前端剪成斜角，以方便起弧。在过渡层堆焊结束后，对其表面进行100％渗透检测，I级合格后再进行复层的堆焊；复层堆焊结束后，对覆层表面进行100％渗透检测，达到I级合格。堆焊工艺参数为：

实施例三

与实施例一所不同的是，直接采用CMT工艺在刹车面2和滑撬面1处分别堆焊Ni基合金覆层，堆焊材料选择ERNiCrMo-3，对应为Inconel625镍基合金焊丝，直径Inconel625镍基合金是以Nb和Mo为主的强化型固溶体合金，拥有良好的力学性能、焊接加工性能和抗腐蚀性能等优点。

ERNiCrMo-3化学成分(wt％)

采用从奥地利Fronius引进的TPS5000 CMT焊接系统，在覆层3与刹车面1和滑撬面2接触的四周缝隙处堆焊Ni基合金覆层。焊接速度、送丝速度以及摆宽均对焊接性能有重要影响，焊接速度太快则出现焊缝窄、余高过小，太慢则又出现铺展不开的现象；过小的送丝速度会影响堆焊效率，过大的送丝速度又会造成焊接过程的不稳定和氧化；镍基合金的流动性比较差，堆焊时焊枪需要摆动才有助于堆焊层铺展。此外，为了防止基体材料和堆焊材料的烧损以及氧化夹渣带来的缺陷，尤其是Inconel625合金在高温时极易被氧化。采用Ar惰性气体不仅可以防止空气中的O₂、CO₂、H₂O等氧化性气体进入，保护焊接时液态金属所形成的熔池，以防Ni基合金中的有利合金元素被氧化，避免形成难熔金属氧化物夹渣和减少合金元素的损失，还能够避免气孔和由H引起的冷裂纹等缺陷。下表给出了CMT制备覆层的主要工艺参数。

CMT制备覆层工艺参数

实施例四

制备不锈钢防护层时，与实施例一所不同的是，在刹车面2和滑撬面1处，采用火焰钎焊工艺制备合金覆层。所采用的覆层材料为304不锈钢片状带材，尺寸为150mm×40mm×3mm，所采用的钎焊料为银铜。借助钎焊工艺，将覆层材料以块状形式拼装组合焊接于轨道基体的刹车面2和滑撬面1上。覆层材料为304不锈钢，属于奥氏体钢，基体为Q235D，属于碳钢，二者之间的焊接属于异种钢材料的特殊焊接，有别于普通焊接工艺。

由于304不锈钢和Q235D碳钢化学成分差异较大，两者在焊接过程中存在一些问题，这些问题主要表现在熔点差异、热导率和比热容的差异、线膨胀系数的差异以及形成脆性化合物等方面，会对焊接质量产生一定的影响。304奥氏体不锈钢本身具有热导率低，线膨胀系数大的特点，因此在钎焊过程中具有应力开裂倾向。工件材料在钎焊前的加工过程中也可能会产生内应力。因此，钎焊前有必要对工件进行消除应力退火，钎焊过程中应尽量使工件均匀受热，以避免应力开裂。

采用表面清理、夹具装配、火焰钎焊的三步法复合工艺：Q235D碳钢、304钢板以及银铜钎焊料，1)先用10％NaOH水溶液浸泡；2)再用1000目的砂纸去除表面氧化膜，用丙酮擦洗去除表面污质、氧化膜，然后放到盛有丙酮的烧杯中，把烧杯放到SK3300H超声波清洗设备中清洗15min，清洗完后用吹风机吹干；3)焊接前，将焊剂调制成糊状，分别刷在焊料的待焊处，采用特制的夹具将其固定，使待复合表面紧密接触；4)使用氧乙炔火焰进行钎焊，钎焊时需对待焊处进行加热，随后加入银铜焊料，以免焊料过早熔化而造成焊缝成形不均匀。加热时可根据需要对局部区域添加相应的条状焊丝，以保证焊缝均匀和焊接强度。钎焊时采用火焰的外焰加热，即中性火焰或轻微过乙炔焰，以免母材被局部加热而造成晶粒粗大。

实施例五

与实施例一所不同的是，在刹车面2和滑撬面1处，采用电阻钎焊工艺制备合金覆层，提高导轨主体的耐磨防腐性能。

试验用焊接设备为DN25型数控交流电阻焊机，所用钎料为CuNi薄带，钎剂为现有钎剂((wt％)AgCl25-KF25-LiCl50)的改进型。焊前，母材及钎料先用丙酮进行清洗除油，然后将母材及钎料用酒精清洗干净，自然晾干备用。在钎料薄带与母材之间的接触面上涂以一定量钎剂(预先将钎剂搅拌成膏状)。采用加氩气保护，经过预压阶段、通电焊接阶段及维持加压阶段完成一个焊接过程，随后让焊件自然冷却即可。电阻钎焊工艺参数：焊接热量调节为1，焊接时间为8cycles，焊接压力为0.18MPa。

实施例六

与实施例一所不同的是，在刹车面2和滑撬面1处，采用超音速喷涂工艺制备合金覆层，提高导轨主体的耐磨防腐性能。

将40％的WC-12Co粉末和60％Ni60AA粉末，粉末粒度为+16～-45μm，分别倒入球磨机内进行均匀混合，球料比为5:1，球磨时间为12h，球磨转速为160r/min，制备WC增强Ni基复合喷涂粉末。借助普莱克斯JP-8000超音速喷涂系统和ABB智能机器人系统，在F型钢导轨的刹车面和滑撬面喷涂WC增强Ni基复合覆层，工艺参数：煤油流量为6.5GPH，氧气流量为1950SCFH，送粉速度为75g/min，喷涂距离为380mm，喷涂角度为90°。

Claims (10)

1. 一种磁浮导轨，包括导轨主体，导轨主体包括刹车面和滑撬面，在导轨主体刹车面和/或滑撬面的表面设有覆层，所述覆层由多个覆层单元组成，每个覆层单元的长度为50mm-400 mm。

2.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，每个覆层单元的长度为60 mm-300mm。

3. 如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，每个覆层单元的长度为80 mm-200mm。

4.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，所述覆层的宽度为20mm-80mm。

5.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，所述覆层的厚度为0.2-4mm。

6.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，所述覆层的厚度为2-4mm。

7.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，所述导轨主体的刹车面和/或滑撬面上设有凹槽，在所述凹槽内设所述覆层。

8.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，所述导轨主体的表面喷涂有防腐涂层。

9.如权利要求1所述的磁浮导轨，其特征在于，所述覆层为金属覆层。

10.如权利要求9所述的磁浮导轨，其特征在于，所述金属覆层为不锈钢覆层。