專利名稱：軌道焊接部的冷卻裝置及冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將軌道焊接后的軌道焊接部的冷卻裝置及冷卻方法。本申請基于2009年3月27日在日本提出申請的特愿2009-079938號并主張優(yōu)先權(quán)，這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
軌道的接縫是在軌道之中最容易發(fā)生損傷、花費維護(hù)成本的部位。此外，軌道的接縫是在列車通過時發(fā)生的噪聲及振動的主要的發(fā)生源。另一方面，客運(yùn)鐵路的高速化及貨運(yùn)鐵路的重載化在國內(nèi)外被推進(jìn)。因為這樣的狀況，通過將軌道的接縫焊接接合而連續(xù)化， 從而制造全長200m以上的長軌道的技術(shù)已普遍化。作為軌道接縫的主要的焊接方法，有閃光對焊(flash pad)焊接(例如參照專利文獻(xiàn)1)、氣體壓焊(例如參照專利文獻(xiàn)2)、強(qiáng)制成形電弧(enclose arc)焊接(例如參照專利文獻(xiàn)3)、及鋁熱劑焊接(例如參照專利文獻(xiàn)4)。在將軌道的接縫焊接的情況下，由于應(yīng)力集中在軌道焊接部的中立軸附近，所以為了將疲勞龜裂防止于未然而需要頻繁地更換軌道。圖7A表示在軌道焊接部50的中立軸附近發(fā)生沿水平方向行進(jìn)的疲勞龜裂51，并且脆性龜裂52朝向軌道頭部及軌道腳部發(fā)展的狀況。由表示龜裂斷面的圖7B可知，以軌道焊接部50的中立軸附近為起點發(fā)生疲勞龜裂51，然后脆性龜裂52將柱部沿板厚方向貫通的狀況。另外，在本說明書中，將與車輪接觸的軌道上部稱作“頭部”，將在枕木上接地的軌道下部稱作“腳部”，將頭部與腳部之間的部位稱作“柱部”。此外，將頭部的上表面稱作“頭頂部”，將頭部側(cè)面稱作“頭側(cè)部”，將腳部的背面稱作“腳背部”。對于上述疲勞龜裂的發(fā)生，不僅是外在的負(fù)荷條件，軌道焊接部的殘留應(yīng)力也有影響。圖8A、圖8B、及圖9表示對軌道的接縫進(jìn)行閃光對焊焊接時發(fā)生的殘留應(yīng)力分布的一例。在圖8A、圖8B及圖9的曲線圖中，縱軸的正方向表示拉伸殘留應(yīng)力，縱軸的負(fù)方向表示壓縮殘留應(yīng)力。圖8A表示軌道焊接部的周部上的周向的殘留應(yīng)力分布。根據(jù)該圖8A 可知，柱部的拉伸殘留應(yīng)力較大。此外，圖8B是取從焊接中心面向軌道軸向的離開距離為橫軸、表示柱部中央部的周向(上下方向)的拉伸殘留應(yīng)力的圖。根據(jù)該圖8B可知，在從焊接中心面離開25mm左右的位置以內(nèi)的范圍中分布著周向(上下方向)的拉伸殘留應(yīng)力。 在軌道焊接部位于枕木上的情況下，當(dāng)列車通過時，在柱部上作用上下方向的壓縮應(yīng)力。但是，由于在柱部上殘留著上下方向的較大的拉伸應(yīng)力，所以柱部實質(zhì)上總是在作用有拉伸應(yīng)力的狀態(tài)下受到反復(fù)應(yīng)力。因此，在柱部容易發(fā)生疲勞龜裂。另一方面，圖9表示軌道的焊接部的周部上的軌道軸向的殘留應(yīng)力分布。根據(jù)該圖9可知，較大的壓縮應(yīng)力殘留在軌道腳背部中。在軌道焊接部位于枕木與枕木之間的情況下，當(dāng)列車通過時，在軌道腳背部上作用軌道軸向的拉伸應(yīng)力。但是，由于軌道軸向的拉伸應(yīng)力與上述軌道軸向的壓縮殘留應(yīng)力抵消，所以軌道腳部實質(zhì)上在總是在作用有壓縮應(yīng)力的狀態(tài)下受到反復(fù)應(yīng)力。因此，在軌道腳部發(fā)生疲勞龜裂的情況較少。
為了防止上述軌道柱部的損壞，在專利文獻(xiàn)5及專利文獻(xiàn)6中，提出了將處于因焊接熱或來自外部的加熱帶來的高溫狀態(tài)的軌道焊接部整體或軌道焊接部的頭部和柱部急速冷卻的方法。根據(jù)該方法，能夠減輕在軌道焊接部的柱部中發(fā)生的上下方向的拉伸殘留應(yīng)力或改變?yōu)閴嚎s應(yīng)力而改善軌道焊接部的耐疲勞性。此外，作為提高軌道焊接部的疲勞強(qiáng)度的技術(shù)，有使用噴丸硬化(shot peening) 處理的方法(例如參照專利文獻(xiàn)7)等。在噴丸硬化處理中，將直徑幾毫米的鋼球投射到材料上，使材料表層塑性變形而加工硬化。即，通過將殘留應(yīng)力改變?yōu)閴嚎s應(yīng)力而提高疲勞強(qiáng)度。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)8中，公開了如下的軌道焊接部的冷卻裝置的發(fā)明，該冷卻裝置具有冷卻軌道焊接部的頭頂面的空氣室；冷卻軌道焊接部的頭側(cè)面的空氣室；以及冷卻軌道焊接部的腹部(柱部)及底部(腳部)的空氣室；在各空氣室中分別設(shè)置壓縮空氣吐出用的多個噴嘴，進(jìn)而在冷卻頭頂部的空氣室的噴嘴群的中央設(shè)有溫度檢測用的噴嘴。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開昭56_136四2號公報專利文獻(xiàn)2 特開平11-270810號公報專利文獻(xiàn)3 特開平06-292968號公報專利文獻(xiàn)4 特開昭48-095337號公報專利文獻(xiàn)5 特開昭59-093837號公報專利文獻(xiàn)6 特開昭59-093838號公報專利文獻(xiàn)7 特開平03-249127號公報專利文獻(xiàn)8 特開昭60-033313號公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1 Proceedings of the Second Ihternational Conferenceon Residual Stresses, ICR2, Nancy, France，23-25，Nov. 1988，p.912-918發(fā)明的概要發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在通過專利文獻(xiàn)5及專利文獻(xiàn)6中記載的冷卻方法來冷卻軌道焊接部的頭部及柱部的情況下，軌道柱部的上下方向的殘留應(yīng)力減小，由此抑制了柱部的疲勞龜裂的發(fā)生。但是，在使用該方法的情況下，如非專利文獻(xiàn)1所示，腳背部的軌道軸向的殘留應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力。近年來，在貨運(yùn)鐵路中，貨車重量有增加的趨勢。伴隨與此，作用在軌道上的彎曲力矩也增大，所以在腳背部中的軌道軸向的殘留應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力的情況下，彎曲疲勞性能下降。此外，在噴丸硬化處理的情況下，需要將鋼球投射、回收并用于粉塵防止的大規(guī)模的設(shè)備，向大型的焊接部的應(yīng)用受到限制。除此以外，由于鋼球磨損、損壞，所以需要定期地補(bǔ)給鋼球，運(yùn)行成本變大。進(jìn)而，根據(jù)專利文獻(xiàn)8所示的冷卻裝置，雖然能夠強(qiáng)化軌道焊接部的硬度，但不能控制軌道焊接部的殘留應(yīng)力。在使用該專利文獻(xiàn)8的冷卻裝置將軌道焊接部加速冷卻的情況下，如后所述，通過本發(fā)明者們實施的試驗判明了軌道柱部的殘留應(yīng)力不下降、疲勞壽命也不怎么延長。即，已知如果不對軌道焊接部的適當(dāng)?shù)姆秶赃m當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行冷卻，則不能減小軌道焊接部的殘留應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，目的是提供一種軌道焊接部的冷卻裝置及冷卻方法， 用來制造與以往相比提高了軌道焊接部的疲勞強(qiáng)度的軌道。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)手段。(1)本發(fā)明的第一技術(shù)方案是一種軌道焊接部的冷卻裝置，具備第一冷卻器，對軌道焊接部的頭部進(jìn)行冷卻；第二冷卻器，對上述軌道焊接部的柱部進(jìn)行冷卻；和控制部， 控制上述第一冷卻器和上述第二冷卻器的。上述第一冷卻器具有第一溫度檢測部，檢測上述頭部的溫度；第一噴出部，朝向上述頭部噴出第一冷卻用流體；上述第二冷卻器具有第二溫度檢測部，檢測上述柱部的溫度；第二噴出部，朝向上述柱部噴出第二冷卻用流體；在上述頭部及上述柱部的冷卻時，上述控制部獨立地變更上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類、流量和流速。(2)在上述(1)所述的軌道焊接部的冷卻裝置中，也可以是，上述第二噴出部具備調(diào)整將上述第二冷卻用流體噴出、以使上述軌道焊接部的冷卻寬度成為上述軌道焊接部的軌道軸向?qū)挾鹊?5% 75%的區(qū)域的冷卻寬度調(diào)整部。(3)在上述(1)或( 所述的軌道焊接部的冷卻裝置中，也可以是，上述第二噴出部具備冷卻寬度調(diào)整部，該冷卻寬度調(diào)整部進(jìn)行調(diào)整，以上述軌道焊接部的冷卻寬度成為上述軌道焊接部的軌道軸向?qū)挾鹊?5% 75%的區(qū)域的方式噴出上述第二冷卻用流體。(4)本發(fā)明的第二技術(shù)方案是將軌道焊接部的頭部和柱部獨立冷卻的冷卻方法， 具備第一溫度檢測工序，檢測上述頭部的溫度；第二溫度檢測工序，檢測上述柱部的溫度；第一噴出工序，朝向上述頭部噴出第一冷卻用流體；第二噴出工序，朝向上述柱部噴出第二冷卻用流體；控制工序，在上述頭部及上述柱部的冷卻時，獨立地變更上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類、流量和流速。(5)在上述(4)所述的軌道焊接部的冷卻方法中，也可以是，在上述第二噴出工序中，對上述軌道焊接部的軌道軸向?qū)挾鹊?5% 75%的寬度區(qū)域噴出上述第二冷卻用流體。(6)在上述(4)或(5)所述的軌道焊接部的冷卻方法中，也可以是，在上述控制工序中獨立變更的上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類是空氣、氣水混合物、 以及水。(7)在上述(4)所述的軌道焊接部的冷卻方法中，也可以是，上述第二噴出工序在上述柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后進(jìn)行。(8)在上述(4)所述的軌道焊接部的冷卻方法中，也可以是，上述第二噴出工序在上述柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中進(jìn)行。(9)在上述(4)所述的軌道焊接部的冷卻方法中，也可以是，上述第二噴出工序在上述柱部中從處于奧氏體溫度域的狀態(tài)起到珠光體變形完成后、在上述柱部成為200°C左右之前進(jìn)行。(10)在上述(4)所述的軌道焊接部的冷卻方法中，也可以是，上述第一噴出工序在上述頭部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中進(jìn)行；上述第二噴出工序在上述柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中、以及在從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后進(jìn)行。發(fā)明的效果根據(jù)上述(1)中記載的冷卻裝置，僅對軌道焊接部的頭部和柱部進(jìn)行加速冷卻， 不對腳部進(jìn)行加速冷卻。進(jìn)而，由于獨立地控制頭部的加速冷卻和柱部的加速冷卻，所以能夠?qū)壍篮附硬康倪m當(dāng)?shù)姆秶赃m當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行冷卻。由此，能夠減小軌道焊接部的殘留應(yīng)力。因而，與以往相比，軌道焊接部的疲勞強(qiáng)度提高。根據(jù)在上述O)中記載的冷卻裝置，能夠?qū)④壍赖睦鋮s寬度設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶?。因此，能夠使焊接中心附近的溫度分布變得平坦而進(jìn)一步減小殘留應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度提
尚ο根據(jù)在上述(3)中記載的冷卻裝置，能夠迅速地調(diào)整軌道焊接部的冷卻速度。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)精密的溫度控制。根據(jù)上述(4) (10)中記載的冷卻方法，由于對軌道焊接部的適當(dāng)?shù)姆秶赃m當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行冷卻，所以將軌道焊接部的殘留應(yīng)力減小，與以往相比，軌道焊接部的疲勞強(qiáng)度提高。


圖1是本發(fā)明的一實施方式的軌道焊接部的冷卻裝置的正視圖。圖2是該冷卻裝置的側(cè)視圖。圖3A是該冷卻裝置的第一噴出部的正視圖。圖;3B是該冷卻裝置的第二噴出部的正視圖。圖4A是表示在軌道焊接部的柱部和頭部發(fā)生的殘留應(yīng)力與軌道焊接部的冷卻方法的關(guān)系的曲線圖。圖4B是表示軌道焊接部的柱部和頭部的疲勞壽命與軌道焊接部的冷卻方法的關(guān)系的曲線圖。圖5A是表示在軌道焊接部的柱部和頭部發(fā)生的殘留應(yīng)力與冷卻寬度比的關(guān)系的曲線圖。圖5B是表示軌道焊接部的柱部和頭部的疲勞壽命與冷卻寬度比的關(guān)系的曲線圖。圖6A是用來說明閃光對焊焊接中的閃光工序的示意圖。圖6B是用來說明閃光對焊焊接中的鐓鍛工序的示意圖。圖6C是用來說明閃光對焊焊接中的修整工序的示意圖。圖7A是表示起因于軌道焊接部的疲勞龜裂的損傷例的示意圖。圖7B是表示上述疲勞龜裂的斷面的示意圖。圖8A是表示通過閃光對焊焊接形成的軌道焊接部的周部上的、周向的殘留應(yīng)力分布的圖。圖8B是取從焊接中心面向軌道軸向的離開距離為橫軸、表示柱部中央部的周向 (上下方向)的拉伸殘留應(yīng)力的圖。
圖9是表示軌道焊接部的周部上的、軌道軸向的殘留應(yīng)力分布的圖。圖10是表示剛焊接后的軌道焊接部的柱部的溫度分布的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明者們對軌道焊接部的冷卻方法與軌道焊接部的疲勞強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下的㈧ (C)。(A)在通過將軌道焊接部的腳部加速冷卻而使腳部的溫度比柱部低的情況下，在柱部發(fā)生的軌道軸向的收縮應(yīng)變受到更低溫度的腳部的影響。因而，在柱部發(fā)生軌道軸向的拉伸應(yīng)力，在上下方向上也發(fā)生泊松比的量的拉伸應(yīng)力。結(jié)果，使柱部的上下方向的拉伸殘留應(yīng)力增大。因而，通過加速冷卻使軌道焊接部的腳部的溫度比柱部的溫度降低并不優(yōu)選。(B)在柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后將柱部加速冷卻的情況下， 能夠減小柱部的上下方向的殘留應(yīng)力。另一方面，在柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中將柱部加速冷卻的情況下，能夠提高疲勞強(qiáng)度。此外，從奧氏體溫度域開始柱部的加速冷卻、在珠光體變形完成后也加速冷卻的情況下，能夠進(jìn)一步提高疲勞強(qiáng)度。(C)軌道頭部由于與車輪的接觸發(fā)生磨損。特別是，在曲線軌道中，由于在車輪與軌道之間發(fā)生的相對滑動促進(jìn)了摩耗。因此，在曲線區(qū)間中采用使軌道頭部硬化的熱處理軌道的情況較多。在熱處理軌道的焊接中，優(yōu)選的是在焊接后將軌道頭部在從奧氏體溫度域向珠光體變形完成的溫度范圍中加速冷卻，得到與母材同樣的硬度。本發(fā)明者們基于上述㈧ (C)想出了本發(fā)明的軌道焊接部的冷卻裝置。以下，對本發(fā)明的一實施方式的冷卻裝置進(jìn)行說明。本發(fā)明的一實施方式的冷卻裝置僅對軌道焊接部的頭部及柱部進(jìn)行加速冷卻，不對腳部進(jìn)行加速冷卻。此外，在該冷卻裝置中，獨立控制各冷卻單元，以便能夠?qū)︻^部和柱部分別以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行加速冷卻。此外，構(gòu)成為， 冷卻用流體的種類、流量及流速能夠在冷卻中改變。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠迅速地調(diào)節(jié)軌道焊接部的冷卻速度。作為冷卻用流體的種類，只要能夠根據(jù)冷卻速度選擇空氣、氣水混合物(空氣與水的混合流體)、以及水的任一種就可以。此外，在上述軌道焊接部的冷卻裝置中，優(yōu)選的是能夠調(diào)節(jié)冷卻寬度，以使由(對于軌道焊接部的柱部的軌道軸向的冷卻寬度)/ (軌道焊接部的軌道軸向的寬度)表示的值為0.35以上0.75以下的范圍內(nèi)。這里，對(對于上述軌道焊接部的柱部的軌道軸向的冷卻寬度)/(上述軌道焊接部的軌道軸向的寬度)進(jìn)行補(bǔ)充。圖10是表示剛焊接后的軌道焊接部的柱部的溫度分布的示意圖，實線XX表示該時刻的溫度分布。圖中的Ts是固相線溫度，IY是液相線溫度。軌道焊接部的軌道軸向的寬度是剛焊接后的軌道焊接部的溫度成為奧氏體變形開始溫度Acl以上的溫度區(qū)域W。此外，對于軌道焊接部的柱部的軌道軸向的冷卻寬度為從冷卻裝置對軌道焊接部的柱部噴出的冷卻用流體的軌道軸向的噴出范圍。以下，將(對于軌道焊接部的柱部的軌道軸向的冷卻寬度)/(軌道焊接部的軌道軸向的寬度)稱作“冷卻寬度比”。通過使柱部的焊接部附近的溫度分布變得平坦，能夠減小柱部的上下方向的殘留應(yīng)力。為此，將進(jìn)行加速冷卻的冷卻寬度限定在焊接中心附近的高溫域是有效的。通過使冷卻寬度比為0. 75以下，能夠使焊接中心附近的溫度分布變得平坦而減小殘留應(yīng)力。另一方面，在冷卻寬度比不到0. 35的情況下，冷卻效率下降，殘留應(yīng)力減小效果下降。接著，參照附圖，對將本發(fā)明具體化的實施方式更詳細(xì)地說明。[閃光對焊焊接]軌道焊接部的柱部中的上下方向的殘留應(yīng)力在溫度梯度最陡峭的閃光對焊焊接中較顯著。因此，在本說明書中，作為軌道接縫的焊接方法的一例，對閃光對焊焊接進(jìn)行說明。當(dāng)然，有關(guān)本發(fā)明的軌道焊接部的冷卻裝置在鋁熱劑焊接等的其他焊接方法中也能夠采用。在圖6A、圖6B、圖6C中表示用來說明閃光對焊焊接的示意圖。在稱作閃光工序的第一工序中，通過經(jīng)由與電源17連接的電極16施加的電壓，在連接設(shè)置的軌道11的端面間連續(xù)地發(fā)生電弧(參照圖6A)。發(fā)生了電弧的部分局部熔融，熔融的金屬的一部分作為飛濺物被釋放到外部，而其余殘留在軌道11的端面上。在通過電弧熔融的部分中發(fā)生被稱作弧坑(crater)的凹陷。使軌道11逐漸靠近，在新的接觸部分上逐次發(fā)生電弧，通過局部的熔融的反復(fù)，軌道11逐漸變短。通過將閃光工序持續(xù)幾十秒到幾分鐘，軌道11的端面的整面成為熔融的狀態(tài)。此外，軌道11的端面附近因溫度上升而軟化。在達(dá)到該狀態(tài)的時刻， 如圖6B所示，向軌道軸向進(jìn)行加壓。通過這種被稱作鐓鍛(upset)的加壓，將形成在軌道 11的端面上的弧坑壓扁，將存在于端面間的熔融金屬向焊接面之外擠出。軟化的端面附近塑性變形而截面增大，在焊接面的周圍形成焊道(bead) 18。該焊道18如圖6C所示，在剛焊接后的高溫期通過修整器(trimmer) 19熱剪切除去。將該工序稱作修整(trimming)。在修整后，在焊接部的周圍殘留有較薄的焊道18。將殘留在軌道頭部的較薄的焊道18用砂輪機(jī)研磨平滑化。另一方面，將殘留在軌道柱部及腳部上的較薄的焊道18用砂輪機(jī)研磨。但是，根據(jù)鐵路公司不同，也有不進(jìn)行修整的情況。[軌道鋼]軌道鋼如在JIS EllOl “普通軌道及轉(zhuǎn)轍器類用特殊軌道”、JIS E1120 “熱處理軌道”中規(guī)定那樣，一般使用含碳0. 5 0. 8質(zhì)量％的亞共析或共析碳素鋼。此外，最近以海外的礦山鐵路中的重載重貨運(yùn)線為對象，進(jìn)一步提高了磨損性的、含碳超過0.8質(zhì)量％的過共析組成的軌道鋼也正在普及。[殘留應(yīng)力的發(fā)生機(jī)構(gòu)]在存在起因于軌道內(nèi)的不均勻的溫度的不均勻的收縮應(yīng)變的情況下，通過軌道內(nèi)的各部位相互約束收縮應(yīng)變而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力作為內(nèi)部應(yīng)力殘留的是殘留應(yīng)力。在將軌道的接縫焊接時，在軌道焊接部與周圍之間發(fā)生較大的溫度差。由此，在軌道焊接部中發(fā)生收縮應(yīng)力，成為殘留應(yīng)力。因而，只要對焊接中心附近進(jìn)行加速冷卻，焊接中心附近的溫度分布就變得平坦，所以減少了焊接中心處的殘留應(yīng)力的發(fā)生。但是，即使在軌道焊接部的中心溫度低于200°C的狀態(tài)下得到了平坦的溫度分布，也已經(jīng)發(fā)生較大的殘留應(yīng)力，殘留應(yīng)力的減小效果較小。另外，所謂“加速冷卻”，是指通過將冷卻用流體向被冷卻物噴出而以比自然冷卻快的冷卻速度對該被冷卻物進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。[軌道焊接部的冷卻裝置]圖1、圖2表示本發(fā)明的一實施方式的軌道焊接部的冷卻裝置10(以下單稱作冷卻裝置10)的示意圖。冷卻裝置10具備第一冷卻單元20，對焊接了軌道11后的軌道焊接部15的頭部12進(jìn)行加速冷卻；以及第二冷卻單元21，對軌道焊接部15的柱部13進(jìn)行加速冷卻。不具備對軌道焊接部15的腳部14進(jìn)行加速冷卻的冷卻單元。第一冷卻單元20具備一對噴出部對，配置在軌道焊接部15的頭頂部12a的正上方，朝向頭頂部1 噴出冷卻用流體；兩對噴出部25，夾著頭部12對置配置，朝向頭側(cè)部 12b噴出冷卻用流體；以及非接觸式的溫度傳感器22，配置在一對噴出部M間，測量頭部 12的溫度。另一方面，第二冷卻單元21具備一對噴出部沈，夾著軌道焊接部15的柱部 13對置配置，朝向柱部13噴出冷卻用流體；以及非接觸式的溫度傳感器23，配置在一個噴出部沈上，測量柱部13的溫度。此外，在冷卻裝置10中，設(shè)有控制單元50，獨立控制第一冷卻單元20和第二冷卻單元21。該控制裝置50也可以分別設(shè)在第一冷卻單元20和第二冷卻單元中。配設(shè)位置沒有特別限定，但如圖1所示，可以配置在例如架臺四的下方。對軌道焊接部15的頭部12進(jìn)行加速冷卻的第一冷卻單元20支撐在集管 (header) 30上，從供給管27經(jīng)由集管30對各噴出部M、25供給冷卻用流體。另一方面，在對軌道焊接部15的柱部13進(jìn)行加速冷卻的第二冷卻單元21的噴出部沈上，連接著用來供給冷卻用流體的供給管觀。供給管27J8保持在由跨越軌道焊接部15而架設(shè)的門型架構(gòu)成的架臺四上。在圖3A中表示噴出部噴出部25也同樣)的正視圖，在圖:3B中表示噴出部沈的正視圖。在噴出部MJ6上，規(guī)則地設(shè)有多個噴出孔243、對13、沈3、沈13，從噴出孔對3、沈3 噴出壓縮空氣，從噴出孔24b、26b噴出氣水混合物。噴出孔Ma、26a和噴出孔24b、26b根據(jù)冷卻速度而切換使用。此外，當(dāng)從噴出孔^a、26b噴出冷卻用流體時，優(yōu)選的是將(對于軌道焊接部15的柱部13的軌道軸向的冷卻寬度)/(軌道焊接部15的軌道軸向的寬度) 設(shè)為0. 35 0. 75。S卩，在軌道焊接部15的軌道軸向的寬度是40mm的情況下，優(yōu)選的是將對于軌道焊接部15的柱部13的軌道軸向的冷卻寬度設(shè)定在14mm到30mm的范圍中。通過在該范圍中設(shè)定冷卻寬度，能夠抑制柱部中的殘留應(yīng)力的增加，能夠使疲勞壽命變長。作為用來調(diào)整冷卻寬度的結(jié)構(gòu)，可以舉出例如設(shè)在圖:3B的噴出孔中的、能夠適當(dāng)變更噴出方向的噴嘴等?；蛘?，也可以對縱列的噴出孔的每一個控制噴出。[軌道焊接部的冷卻方法]接著，對使用冷卻裝置10對軌道焊接部15進(jìn)行冷卻的方法進(jìn)行說明。另外，在以下的方法中，軌道焊接部15的頭部12及柱部13中的從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成的判斷通過由溫度傳感器22、23測量(檢測)的各部位的溫度來推測。此外，在對各部位進(jìn)行加速冷卻時，在控制部中，基于由溫度傳感器22、23的測量結(jié)果計算出的冷卻速度來進(jìn)行。(1)第一冷卻方法在軌道焊接部15的柱部13中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后，從第二冷卻單元21的噴出部沈噴出冷卻用流體，對柱部13進(jìn)行加速冷卻。另一方面，使軌道焊接部15的頭部12及腳部14自然冷卻。(2)第二冷卻方法在軌道焊接部15的柱部13中在從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中，從第二冷卻單元21的噴出部沈噴出冷卻用流體，對柱部13進(jìn)行加速冷卻。另一方面， 使軌道焊接部15的頭部12及腳部14自然冷卻。
(3)第三冷卻方法在軌道焊接部15的柱部13從處于奧氏體溫度域的狀態(tài)到珠光體變形完成后，從第二冷卻單元21的噴出部沈噴出冷卻用流體，對柱部13進(jìn)行加速冷卻，直到柱部13成為 200°C左右。另一方面，使軌道焊接部15的頭部12及腳部14自然冷卻。(4)第四冷卻方法在軌道焊接部15的頭部12及柱部13中，在從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中，從第一及第二冷卻單元20、21的噴出部M、25J6噴出冷卻用流體，對頭部 12及柱部13進(jìn)行加速冷卻。在從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后，從第二冷卻單元 21的噴出部沈噴出冷卻用流體，僅對柱部13進(jìn)行加速冷卻。另一方面，使軌道焊接部15 的腳部14自然冷卻。實施例[軌道焊接部的冷卻試驗]接著，對使用冷卻裝置10實施的軌道焊接部的冷卻試驗進(jìn)行說明。在表1中表示本發(fā)明的實施例，在表2中表示比較例的各冷卻條件。表中的數(shù)值是冷卻速度，除了比較例 2以外，以作為珠光體變形點的500°C為邊界而設(shè)為不同的冷卻速度。此外，在對象部位的中心溫度不到200°C的情況下，即使對該對象部位進(jìn)行加速冷卻，殘留應(yīng)力的減小效果也較小，所以加速冷卻進(jìn)行到200°C為止。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種軌道焊接部的冷卻裝置，其特征在于，具備 第一冷卻器，對軌道焊接部的頭部進(jìn)行冷卻； 第二冷卻器，對上述軌道焊接部的柱部進(jìn)行冷卻；以及控制部，控制上述第一冷卻器和上述第二冷卻器； 上述第一冷卻器具有第一溫度檢測部，檢測上述頭部的溫度；以及第一噴出部，朝向上述頭部噴出第一冷卻用流體； 上述第二冷卻器具有第二溫度檢測部，檢測上述柱部的溫度；以及第二噴出部，朝向上述柱部噴出第二冷卻用流體；在上述頭部及上述柱部的冷卻時，上述控制部獨立地變更上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類、流量和流速。
2.如權(quán)利要求1所述的軌道焊接部的冷卻裝置，其特征在于，上述第二噴出部具備冷卻寬度調(diào)整部，該冷卻寬度調(diào)整部進(jìn)行調(diào)整，以上述軌道焊接部的冷卻寬度成為上述軌道焊接部的軌道軸向?qū)挾鹊?5% 75%的區(qū)域的方式噴出上述第二冷卻用流體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的軌道焊接部的冷卻裝置，其特征在于，上述第一噴出部和上述第二噴出部分別具有空氣噴出孔、氣水混合物噴出孔、和水噴出孔中的至少兩個以上，由上述控制部獨立變更的上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類是空氣、 氣水混合物、以及水。
4.一種軌道焊接部的冷卻方法，是將軌道焊接部的頭部和柱部獨立冷卻的冷卻方法， 其特征在于，具備第一溫度檢測工序，檢測上述頭部的溫度； 第二溫度檢測工序，檢測上述柱部的溫度； 第一噴出工序，朝向上述頭部噴出第一冷卻用流體； 第二噴出工序，朝向上述柱部噴出第二冷卻用流體；以及控制工序，在上述頭部及上述柱部的冷卻時，獨立地變更上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類、流量和流速。
5.如權(quán)利要求4所述的軌道焊接部的冷卻方法，其特征在于，在上述第二噴出工序中，對上述軌道焊接部的軌道軸向?qū)挾鹊?5% 75%的寬度區(qū)域噴出上述第二冷卻用流體。
6.如權(quán)利要求4或5所述的軌道焊接部的冷卻方法，其特征在于，在上述控制工序中獨立變更的上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類是空氣、氣水混合物、以及水。
7.如權(quán)利要求4所述的軌道焊接部的冷卻方法，其特征在于，上述第二噴出工序在上述柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求4所述的軌道焊接部的冷卻方法，其特征在于，上述第二噴出工序在上述柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求4所述的軌道焊接部的冷卻方法，其特征在于，上述第二噴出工序在上述柱部中從處于奧氏體溫度域的狀態(tài)起到珠光體變形完成后、 在上述柱部成為200°C左右之前進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求4所述的軌道焊接部的冷卻方法，其特征在于，上述第一噴出工序在上述頭部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中進(jìn)行；上述第二噴出工序在上述柱部中從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成之前的期間中、 以及在從奧氏體溫度域向珠光體的變形完成后進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明的軌道焊接部的冷卻裝置具備第一冷卻器，對軌道焊接部的頭部進(jìn)行冷卻；第二冷卻器，對上述軌道焊接部的柱部進(jìn)行冷卻；控制部，控制上述第一冷卻器和上述第二冷卻器；上述第一冷卻器具有第一溫度檢測部，檢測上述頭部的溫度；第一噴出部，朝向上述頭部噴出第一冷卻用流體；上述第二冷卻器具有第二溫度檢測部，檢測上述柱部的溫度；第二噴出部，朝向上述柱部噴出第二冷卻用流體；在上述頭部及上述柱部的冷卻時，上述控制部獨立地變更上述第一冷卻用流體及上述第二冷卻用流體的種類、流量和流速。
文檔編號B23K11/04GK102361725SQ20108001278
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者杉山誠司, 梶原貢, 狩峰健一 申請人:新日本制鐵株式會社