專利名稱：用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路合龍鎖定焊接的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路無縫線路鋼軌焊接領(lǐng)域，特別是用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鐵路無縫線路鋼軌的焊接方法有閃光對焊、氣壓焊、鋁熱焊和強(qiáng)迫成形電弧焊，其中閃光對焊以其優(yōu)良的接頭質(zhì)量和較高的焊接生產(chǎn)率被廣泛采用，成為鐵路無縫線路鋼軌焊接的主要方法。鋼軌閃光對焊機(jī)可以分為固定式閃光對焊機(jī)和移動閃光對焊機(jī)。固定式閃光對焊機(jī)是固定安裝在焊軌廠或臨時焊軌基地，用于完成將25m長的鋼軌焊接成300m或500m的長鋼軌的作業(yè)；移動閃光對焊機(jī)是配置在鐵路或公路的車輛上，主要用于完成在軌道施工現(xiàn)場將300m或500m長的鋼軌焊連形成鐵路無縫線路的鋼軌聯(lián)合接頭的焊接作業(yè)。以上所說的長鋼軌焊接和鐵路無縫線路的鋼軌聯(lián)合接頭的焊接的特點(diǎn)是在接頭閃光對焊、焊后推凸及熱處理過程中，接頭兩側(cè)被焊鋼軌不發(fā)生彈性變形。
鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接作業(yè)不同于以上所說的長鋼軌焊接和鐵路無縫線路的鋼軌聯(lián)合接頭的焊接，其特點(diǎn)是鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接作業(yè)完成后被焊鋼軌的應(yīng)力狀態(tài)要滿足設(shè)計鎖定溫度所要求的應(yīng)力狀態(tài)。
目前，公知的鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接主要是采用鋁熱焊方法完成的。鋁熱焊是在鋼軌固定情況下進(jìn)行焊接的，但由于其接頭是韌性較差的鑄造組織，焊接接頭的質(zhì)量不易保證。本申請人認(rèn)為，用移動閃光對焊機(jī)可以進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接，并且是今后發(fā)展的方向，但目前為止，尚未見到有關(guān)這方面的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路合龍鎖定焊接的方法，采用該方法進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接可以使其焊接接頭具有閃光對焊接頭所具有的優(yōu)點(diǎn)，即具有較高的韌性，并且焊接接頭質(zhì)量具有較高的可靠性和一致性。
用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，其作業(yè)工況不同于進(jìn)行鋼軌聯(lián)合接頭焊接時的工況。鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接完成后，鋼軌的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)滿足設(shè)計鎖定溫度要求的應(yīng)力狀態(tài)，即在鋼軌溫度低于設(shè)計鎖定溫度的情況下鋼軌應(yīng)處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)，在鋼軌溫度等于設(shè)計鎖定溫度的情況下鋼軌應(yīng)處于零應(yīng)力狀態(tài)，在鋼軌溫度高于設(shè)計鎖定溫度的情況下鋼軌應(yīng)處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)，所以用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，只能在鋼軌溫度等于或低于設(shè)計鎖定溫度情況下進(jìn)行合龍鎖定焊接作業(yè)。
在鋼軌的施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度的情況下，采用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，如果鋼軌處于動態(tài)拉伸過程，則由于被拉伸的鋼軌是一根長細(xì)比非常大的桿件，其拉伸應(yīng)變、拉伸應(yīng)力以及應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系具有兩個主要特點(diǎn)一個是在拉伸過程中，拉伸產(chǎn)生的應(yīng)變沿鋼軌長度方向分布不均勻，拉伸應(yīng)變均勻需要拉伸后的時效過程(即應(yīng)力放散)才能完成，時效過程所需時間的長短與所采取的應(yīng)力放散工藝有關(guān)，實(shí)際閃光對焊過程從開始到結(jié)束的時間一般不超過200秒，在這樣短的時間內(nèi)是不可能實(shí)現(xiàn)應(yīng)變均勻的，這是一個被實(shí)踐普遍證明了的現(xiàn)象；另一個是在拉伸過程中拉伸應(yīng)力在數(shù)值是不確定的，在拉伸應(yīng)變沿鋼軌拉伸方向分布不均勻的情況下，不能應(yīng)用虎克定律來定量確定拉伸過程中實(shí)際拉伸力(變形抗力)的數(shù)值，虎克定律是在勻速、慢速和均勻拉伸(或壓縮)條件下獲得的，拉伸過程中變形抗力的數(shù)值與拉伸應(yīng)變的均勻程度、截面形狀復(fù)雜性和拉伸速率之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，不是能用靜力學(xué)理論可以確定的。由于以上原因，在鋼軌的施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度的情況下，采用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，如果鋼軌處于動態(tài)拉伸過程，則會帶來以下問題1.拉伸力的不確定性將導(dǎo)致難以從焊接工藝參數(shù)上定量地確定閃光對焊過程中頂鍛階段變形抗力中頂鍛力和拉伸力在數(shù)值上的分配關(guān)系，會對根據(jù)工藝參數(shù)判斷焊接接頭質(zhì)量帶來困難；2.在不采用定位保距措施進(jìn)行焊接接頭推凸和接頭熱處理工序的情況下，處于高溫狀態(tài)的接頭區(qū)，因其強(qiáng)度低，在鋼軌的拉伸力作用下可能會產(chǎn)生高溫塑性變形甚至被拉斷。為了抵消鋼軌的拉伸力對焊接接頭推凸和接頭焊后熱處理工序產(chǎn)生的不利影響，在焊接接頭冷卻至400℃～300℃以前要采取定位保距措施(即在焊接過程頂鍛完成后或接頭熱處理冷卻時，采取在焊接接頭冷卻至400℃～300℃以前，使焊機(jī)或鋼軌拉伸器的夾軌鉗仍然保持對鋼軌的夾緊狀態(tài)，使前后夾軌鉗之間距離保持不變)，這就使得前后夾軌鉗之間的鋼軌成為一段三次超靜定梁，這是一種拘束度很大的結(jié)構(gòu)，使得焊接接頭在冷卻過程中受到很大的約束，不能夠自由收縮，必然會在焊接接頭內(nèi)產(chǎn)生拘束應(yīng)力(溫度應(yīng)力)，再加上由鋼軌化學(xué)成分因素和閃光對焊中不可避免的“灰斑”因素所引起的鋼軌閃光對焊接頭的熱裂紋和再熱裂紋傾向，在這兩種原因共同作用下將有可能在焊接接頭內(nèi)出現(xiàn)熱裂紋或再熱裂紋，成為質(zhì)量隱患。
因此，用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接的核心問題，就是要解決鋼軌因彈性拉伸變形所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力對閃光對焊過程和焊接接頭質(zhì)量的影響。
本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是所提供的用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路合龍鎖定焊的方法是在鋼軌施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度情況下，進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，鋼軌焊接接頭的閃光對焊、焊接接頭的焊后推凸及焊后熱處理均在無拉伸力影響狀態(tài)下完成。
本發(fā)明的進(jìn)一步解決方案是在鋼軌施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度情況下，進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，鋼軌焊接接頭的閃光對焊、焊接接頭的焊后推凸及焊后熱處理均在無拉伸力影響狀態(tài)下完成的主要步驟如下1.為了達(dá)到鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接完成后，鋼軌的應(yīng)力狀態(tài)要滿足設(shè)計鎖定溫度要求的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)設(shè)計鎖定溫度要求和現(xiàn)場的實(shí)際工況，用虎克定律計算確定待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌旋松扣件的長度，按計算確定的長度旋松扣件后，在鋼軌接頭閃光對焊前用鋼軌拉伸器對待焊鋼軌做拉伸作業(yè)，其拉伸量要滿足拉伸完成后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分的長度大于或等于二倍的鋼軌在閃光對焊過程中的燒化量與頂鍛量之和；2.拉伸完成后，鋼軌拉伸器不泄壓，維持待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分長度不變，與此同時，將待焊接頭焊縫兩側(cè)的部分長度范圍的被拉伸鋼軌放入承軌槽并旋緊扣件，使其處于臨時工藝鎖定狀態(tài)，待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌臨時工藝鎖定段的長度要滿足拆除鋼軌拉伸器后未臨時工藝鎖定的被拉伸的鋼軌回彈收縮后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分的長度大于或等于鋼軌在閃光對焊過程中的燒化量與頂鍛量之和；3.完成臨時鎖定作業(yè)后，拆除鋼軌拉伸器，焊接接頭焊縫兩側(cè)或一側(cè)未臨時工藝鎖定的被拉伸的鋼軌回彈收縮，回彈收縮完成后對待焊接頭焊縫兩側(cè)或一側(cè)未臨時工藝鎖定的鋼軌做挑曲線作業(yè)，使待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分的長度等于零，且待焊接頭焊縫兩側(cè)的鋼軌端面對正；4.進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接接頭的閃光對焊、焊接接頭的焊后推凸及焊后熱處理；5.將臨時工藝鎖定的扣件全部旋松，對焊接接頭焊縫兩側(cè)未旋緊扣件的鋼軌做應(yīng)力均勻放散，應(yīng)力均勻放散完成后旋緊扣件。至此鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接作業(yè)完成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是焊接接頭的化學(xué)成分及金相組織與鋼軌母材基本一致，焊接接頭的韌性較高，焊接接頭的質(zhì)量具有較高的可靠性和一致性；可以避免在較大的拘束狀態(tài)下冷卻和熱處理可能產(chǎn)生的熱裂紋和再熱裂紋；鋼軌合龍鎖定接頭閃光對焊和鋼軌拉伸工序各自獨(dú)立進(jìn)行，互不干涉。另外，我國鋼軌基地閃光對焊已具有幾十年的歷史，在線路上采用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行非鎖定焊工況的鋼軌閃光對焊也已有多年的歷史，在這些方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，焊接接頭的質(zhì)量也具有較高的可靠性。一些鐵路局和工程局已經(jīng)具有一定數(shù)量的移動閃光對焊機(jī)和大量的各種型號鋼軌拉伸器。本發(fā)明可以利用我國現(xiàn)有的各型號的移動閃光對焊機(jī)并配備無特殊要求的鋼軌拉伸器，就可以進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接和修復(fù)焊接。


圖1是本發(fā)明在鋼軌合龍鎖定焊接前焊接接頭兩側(cè)鋼軌經(jīng)拆除扣件和應(yīng)力放散后線路鋼軌所處的狀態(tài)示意圖。
圖2是本發(fā)明用鋼軌拉伸器對焊接接頭兩側(cè)鋼軌進(jìn)行拉伸作業(yè)完成后線路鋼軌所處的狀態(tài)示意圖。
圖3是本發(fā)明完成臨時工藝鎖定后，沒有拆除鋼軌拉伸器時線路鋼軌所處的狀態(tài)示意圖。
圖4是本發(fā)明完成臨時工藝鎖定并拆除鋼軌拉伸器后，未臨時工藝鎖定的被拉伸鋼軌回彈收縮后的狀態(tài)示意圖。
圖5是本發(fā)明完成拉伸和臨時鎖定作業(yè)后對未被臨時工藝鎖定并處于無應(yīng)力狀態(tài)的鋼軌完成挑曲線作業(yè)完成后的狀態(tài)示意圖。
圖6是無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接完成后的狀態(tài)示意圖。
以上圖中的編號是1——鋼軌，2——固定旋緊的鋼軌扣件，3——臨時工藝鎖定旋緊的鋼軌扣件。
具體實(shí)施例方式
以60kg/m鋼軌為例，假定在鋼軌施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度ΔT℃(一般ΔT≤30℃)時，進(jìn)行無縫線路鋼軌合龍鎖定焊作業(yè)，鋼軌在閃光對焊過程的燒化量與頂鍛量之和為S毫米。待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌松開扣件長度之和為L米，(L長度的確定方法是假定經(jīng)應(yīng)力放散后，L米長度范圍的鋼軌處于均勻的零應(yīng)力狀態(tài)，待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分長度為零，在閃光對焊完成鋼軌消耗S毫米后，L米長度范圍的鋼軌的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)滿足設(shè)計鎖定溫度要求應(yīng)力狀態(tài))。根據(jù)無縫線路鎖定要求，合龍鎖定焊完成后L米長度范圍的鋼軌應(yīng)具有19.2×ΔT(KN)的拉伸應(yīng)力，即鋼軌要發(fā)生11.8×10-6×ΔT×L×1000＝S毫米拉伸變形，用移動閃光對焊機(jī)完成合龍鎖定焊接作業(yè)的主要工序如下1.將待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌(長度之和為L米)扣件拆除——→將鋼軌打起，在軌底放置滾筒——→鋼軌應(yīng)力放散均勻。應(yīng)力放散均勻后鋼軌的狀態(tài)如圖1所示，此時待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分長度為零，AB段鋼軌處于無應(yīng)力狀態(tài)。
2.用鋼軌拉伸器對待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌做拉伸作業(yè)。拉伸量要滿足鎖定溫差≥2×ΔT℃的要求，即拉伸量l1≥2S毫米，拉伸完成后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌內(nèi)具有的彈性拉伸力等于2×ΔT×19.2KN。拉伸過程要采取應(yīng)力均勻措施，做到均勻拉伸。拉伸完成后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分長度為l1毫米，如圖2所示。
3.將待焊接頭焊縫兩側(cè)AD段鋼軌和BC段鋼軌(AD段的長度為L2，BC段的長度為L1，且要滿足 )的鋼軌打起，抽出軌底滾筒，使鋼軌放入承軌槽，并旋緊扣件。這樣就把待焊接頭焊縫兩側(cè)AD段鋼軌和BC段鋼軌臨時鎖定，如圖3所示。
4.松開鋼軌拉伸器，此時待焊接頭焊縫兩側(cè)未做臨時鎖定的DE段鋼軌和CF段鋼軌(這兩段鋼軌的長度之和≤12×L+l1]]>)將產(chǎn)生回彈收縮，其收縮量δ≤S毫米。收縮完成后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分長度為l2＝(l1-δ)≥S毫米，此時待焊接頭焊縫兩側(cè)未做臨時鎖定的DE段鋼軌和CF段鋼軌處于無應(yīng)力，如圖4所示。
5.將待焊接頭焊縫兩側(cè)未做臨時鎖定的DE段鋼軌和CF段鋼軌的端面E和端面F加工處理，使其達(dá)到閃光對焊的相應(yīng)要求。然后用挑曲線方法，使待焊接頭焊縫兩側(cè)未做臨時鎖定的DE和CF段鋼軌的端面E和端面F重合，且端面對正，為后續(xù)進(jìn)行的閃光對焊工序做好準(zhǔn)備，如圖5所示。
6.進(jìn)行鋼軌閃光焊接、推凸、正火、打磨、探傷等作業(yè)。在焊接開始時焊接頭焊縫兩側(cè)未做臨時鎖定鋼軌長度為曲線CED的長度(直線段CD+l2)，焊接完成后焊接頭焊縫兩側(cè)未做臨時鎖定鋼軌曲線CED的長度變成[(直線段CD+l2)米-40毫米]≥直線段CD的長度。在焊接過程中CED段鋼軌處于曲線取直的過程，鋼軌沒有發(fā)生彈性拉伸變形，所以也沒有拉伸應(yīng)力。焊接完成后，CED段鋼軌仍處于無應(yīng)力狀態(tài)，從而使后續(xù)的推凸、正火等工序都在鋼軌無拉伸應(yīng)力的情況下進(jìn)行。
7.確認(rèn)焊縫合格后，將AD段鋼軌和BC段鋼軌范圍內(nèi)的臨時鎖定扣件松開，將該段鋼軌打起，軌底放置滾筒，采取措施使ADECB段鋼軌(長度為L米)應(yīng)力放散均勻。在確定鋼軌應(yīng)力放散均勻，其他檢驗(yàn)合格后，將ADECB段鋼軌打起，抽出軌底下面的滾筒，將該段鋼軌放入承軌槽，旋緊全部彈條扣件，合龍鎖定焊完成，如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路合龍鎖定焊接的方法，其特征是在鋼軌施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度情況下，進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，鋼軌焊接接頭的閃光對焊、焊接接頭的焊后推凸及焊后熱處理均在無拉伸力影響狀態(tài)下完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合龍鎖定焊接的方法，其特征是所說的鋼軌焊接接頭的閃光對焊、焊接接頭的焊后推凸及焊后熱處理均在無拉伸力影響狀態(tài)下完成是這樣進(jìn)行的1)用虎克定律計算確定待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌旋松扣件的長度，按計算確定的長度旋松扣件后，在鋼軌接頭閃光對焊前用鋼軌拉伸器對待焊鋼軌做拉伸作業(yè)，其拉伸量要滿足拉伸完成后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分的長度大于或等于二倍的鋼軌在閃光對焊過程中的燒化量與頂鍛量之和；2)拉伸完成后，鋼軌拉伸器不泄壓，維持待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分長度不變，與此同時，將待焊接頭焊縫兩側(cè)的部分長度范圍的被拉伸鋼軌放入承軌槽并旋緊扣件，使其處于臨時工藝鎖定狀態(tài)，待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌臨時工藝鎖定段的長度要滿足拆除鋼軌拉伸器后未臨時工藝鎖定的被拉伸的鋼軌回彈收縮后待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分的長度大于或等于鋼軌在閃光對焊過程中的燒化量與頂鍛量之和；3)完成臨時鎖定作業(yè)后，拆除鋼軌拉伸器，焊接接頭焊縫兩側(cè)或一側(cè)未臨時工藝鎖定的被拉伸的鋼軌回彈收縮，回彈收縮完成后對待焊接頭焊縫兩側(cè)或一側(cè)未臨時工藝鎖定的鋼軌做挑曲線作業(yè)，使待焊接頭焊縫兩側(cè)鋼軌相互重疊部分的長度等于零，且待焊接頭焊縫兩側(cè)的鋼軌端面對正；4)進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接接頭的閃光對焊、焊接接頭的焊后推凸及焊后熱處理；5)將臨時工藝鎖定的扣件全部旋松，對焊接接頭焊縫兩側(cè)未旋緊扣件的鋼軌做應(yīng)力均勻放散，應(yīng)力均勻放散完成后旋緊扣件。
全文摘要
本發(fā)明是一種用移動閃光對焊機(jī)進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接的方法。該方法在鋼軌施工作業(yè)溫度低于設(shè)計鎖定溫度情況下進(jìn)行鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接時，鋼軌合龍鎖定接頭閃光對焊和鋼軌拉伸工序各自獨(dú)立進(jìn)行，互不干涉。它通過超量拉伸、臨時工藝鎖定措施，并采用撥曲線的方法，避開拉伸力的影響，使鐵路無縫線路鋼軌合龍鎖定焊接的鋼軌接頭閃光對焊、焊接接頭焊后推凸及焊后熱處理工序均在無拉伸力影響狀態(tài)下完成。用本方法進(jìn)行合龍鎖定焊接的接頭具有較高的韌性，且焊接接頭質(zhì)量具有較高的可靠性和一致性。
文檔編號B23K11/04GK1695868SQ20051004266
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者馬丁乙 申請人:馬丁乙