軌道線路閃光對焊的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種閃光對焊工藝，用于使用振動裝置連接軌道線路段，該工藝包括在軌道線路上配置和連接振動裝置，以便振動工具可連接到軌道線路，和以合適的低振動頻率和振幅控制的振動，和然后使用閃光對焊裝置將軌道線路段焊接在一起，和施加振動至軌道線路段，直到閃光對焊完成，和施加受控振動到焊接的軌道線路段并持續(xù)足夠的一段時間，使熱量從焊接區(qū)域散發(fā)，并使焊接區(qū)域應(yīng)力消除以改善焊接接頭。
【專利說明】軌道線路閃光對焊的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用與閃光對焊工藝相關(guān)的受控振動焊接軌道線路。更特別地，但又不盡然，本發(fā)明涉及一種改進的閃光對焊振動方法和系統(tǒng)，應(yīng)用于軸向連接軌道線路各段的末端。
【背景技術(shù)】
[0002]軌道線路通常由標準碳鋼或高碳鋼制成，因為其為耐用和耐磨材料。近年來，增加軌道線路的碳含量在其它原因中是為了增加耐用性，且通常為大約0.8%和1%的碳含量。然而，增加的碳含量導(dǎo)致更難順利地焊接本應(yīng)用中軌道線路各段之間的接口或接頭，本應(yīng)用中剛剛焊接的接頭必須承受來自列車和載貨車廂重的軸負載。進一步，在一些制造的鐵軌線路中加入少量的鉻，由于出現(xiàn)不均勻的焊接接頭，也使軌道線路的焊接更加困難。
[0003]近年來，由于持續(xù)的鐵軌失效，連接和重新連接軌道線路段的技術(shù)面臨巨大的壓力，鐵軌失效部分是由重的軸負載造成的，并且，軌道維修方面的可靠性由于施加至軌道線路上這種較重的負載而進一步惡化。
[0004]因為一些軌道線路承受極端的天氣環(huán)境，這會和重的軸負載一起快速膨脹或收縮線路，甚至高碳鋼線路有時也有開裂、屈曲和接頭失效的風(fēng)險。軌道失效可能導(dǎo)致災(zāi)難性的出軌，造成生命和財產(chǎn)損失。因此，軌道線路的完整性對整個國家的人員和財產(chǎn)的安全運輸至關(guān)重要，所以，本發(fā)明尤其致力于解決這些問題。
[0005]本發(fā)明非限制性的目的是提供一種改進的閃光對焊工藝，用于連接軌道線路的末端，其至少克服上述的一些問題，或者至少向公眾提供一種有用的選擇。
[0006]本發(fā)明非限制性的目的還有提供振動裝置，實施改進的閃光對焊工藝，用于連接軌道線路的末端，其至少克服上述的一些問題，或者至少向公眾提供一種有用的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種閃光對焊工藝，用于連接軸向?qū)R的軌道線路段，所述工藝包括以下步驟:
[0008]A.)使用對齊夾具軸向?qū)R軌道線路段，并將振動裝置連接到軌道線路上，以低振動頻率和低振幅振動線路，該輸入是預(yù)設(shè)的并且在工藝過程中可通過振動控制裝置調(diào)節(jié)，該振動控制裝置適于測量振動的頻率和振幅；
[0009]B.)將對齊的軌道線路段焊接在一起，利用閃光對焊裝置，并且向軌道線路段通入電流并升高線路的溫度至合適的溫度，并縱向分隔，然后通過力將軌道線路段的末端擠壓在一起進行閃光和鍛造，并施加振動至軌道線路段直到閃光對焊完成；釋放夾具后
[0010]C.)施加振動到已焊接的軌道線路段并持續(xù)足夠長的時間，使熱量從焊接區(qū)域消散，并使焊接區(qū)域的應(yīng)力消除。
[0011]優(yōu)選地，在步驟C中，焊接完成后，振動裝置施加受控振動到焊接區(qū)域附近并持續(xù)5至25分鐘之間的一段時間。[0012]期望地，在步驟C中，從已焊接的軌道線路段釋放夾具5分鐘的暫停時間后，振動裝置施加受控振動到焊接區(qū)域并持續(xù)5至25分鐘之間的一段時間。
[0013]優(yōu)選地,在步驟A中，振動裝置包括振動工具,該振動工具為在電機軸上施加偏心重量的電機，且其中所述電機可夾緊至焊接區(qū)域附近的軌道線路段。
[0014]期望地，振動頻率由可拆卸地安裝在軌道線路的轉(zhuǎn)速測量器裝置測量，并且振幅優(yōu)選地由可拆卸地安裝在軌道線路的速度測量器或加速度測量器裝置測量，所述轉(zhuǎn)速測量器裝置以及速度測量器或加速度測量器裝置適于向振動控制裝置提供反饋信號。
[0015]概括地，在步驟A中，振動裝置施加的振動的頻率在約50赫茲至800赫茲之間。更特別地和優(yōu)選地，振動頻率在約85至90赫茲之間，且振幅在每秒約0.5毫米至約2毫米之間。
[0016]優(yōu)選地，所施加的振幅為約0.5毫米每秒。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種閃光對焊振動裝置，實施用于連接軸向?qū)R的軌道線路段的閃光對焊工藝，振動裝置配置和設(shè)置有閃光對焊裝置，振動裝置包括:配置和設(shè)置有振動工具的控制裝置，所述振動工具在焊接前、焊接過程中和焊接后適合在軌道線路上施加振動，所述控制裝置控制與其相關(guān)聯(lián)的加速度測量器裝置的運作，和為控制裝置提供讀數(shù)的溫度裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]參照附圖，現(xiàn)在以非限定性示例的方式描述本發(fā)明較優(yōu)選和可選的實施例，其中:
[0019]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明較優(yōu)選的實施例的振動裝置的原理圖，所述振動裝置配置為用于通過閃光對焊連接的軌道線路段。
【具體實施方式】
[0020]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個非限制性的實施例，描述了振動裝置10的主要組件的布局，其用于在焊接在一起的軌道線路段1、2上形成改進的閃光對焊工藝。
[0021]鋼軌道線路通常包含碳含量，且在很多裝置中，軌道線路由具有約為總成分0.8%和1%的碳含量的高碳鋼構(gòu)成。在該工藝中看到，在焊接過程中，振動可用來控制鋼結(jié)構(gòu)中碳的運動，這是該獨特工藝令人滿意的特性。有利地，本發(fā)明的裝置和工藝能夠期望地改進焊接的機械強度并可增加焊接的使用壽命。該附加工藝的有益效果是能夠增大閃光對焊所作用的軌道線路的有效軸負載。
[0022]一些軌道線路的成分中包含鉻。在軌道線路例如公知的鉻鐵軌中，線路鋼段中包含質(zhì)量分數(shù)約為0.25%至0.55%的鉻。這些類型的鉻鐵軌由于焊接接頭而在承受超過40噸的較重軸負載時一直出現(xiàn)問題，并且已經(jīng)看出，本發(fā)明利用振動裝置的方法能夠增大在兩個鉻鐵軌段和/或高碳鋼線路段之間形成可靠焊接接頭的可能性，從而允許焊接接頭能夠承受更高的軸負載，而不會過度疲勞或失效。
[0023]本發(fā)明的焊接工藝涉及用于將振動施加至經(jīng)過閃光對焊工藝的軌道線路段I和/或線路段2的方法和相應(yīng)的裝置。
[0024]在圖1中，適當(dāng)?shù)販蕚浯附釉谝黄鸬膬啥诬壍谰€路段1、2并使其端對端軸向?qū)R。對齊鐵軌線路段1、2是重要的。所示焊接區(qū)域3在線路段1、2的末端之間至末端處。有益地，將末端切割成形，和/或根據(jù)需要使用氣割槍或其它方式進行掃刷或燃燒，形成用于焊接所需的端面或表面，且使得在待焊接在一起的端面處均勻加熱。在預(yù)熱階段，軌道線路段末端之間優(yōu)選地采用40至60毫米的間距或縫隙。
[0025]任何合適的已知形式的閃光對焊裝置或機器，稱為閃光箱7，設(shè)置在軌道線路段
1、2附近，所示的一個實例為設(shè)置在線路1、2上方。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，對于此目的，典型的閃光對焊設(shè)備和裝置是現(xiàn)成可用的。所有關(guān)于閃光對焊裝置和技術(shù)的公開信息都并入本文，且此處沒必要進一步公開進一步參考公知和公開技術(shù)的細節(jié)。
[0026]閃光箱7形式的閃光對焊裝置通常包括固定夾緊至線路1、2各自側(cè)的電極4、5，用于向待焊接軌道線路1、2供電?？蓪㈦姌O連接到合適的適當(dāng)控制的電源裝置6，在使用中，通常施加約100至300安培之間的電流通過軌道線路段1、2，并導(dǎo)通軌道線路段1、2末端之間的間隙。
[0027]在焊接接頭區(qū)域3中及其附近，鐵軌線路1、2的溫度上升至大約1100攝氏度，用于預(yù)熱、閃光以及在焊接工藝階段進行鐓/鍛或根據(jù)需要而定。閃光箱7可施加通常為約50至90噸之間的力或根據(jù)需要施加更大的合適的力，用于焊接軌道線路段的鋼或者高碳鋼和/或鉻鋼末端?？梢姡景l(fā)明可用于焊接鉻鋼軌和高碳鋼軌，該類別的鐵軌通常被認為難以成功地進行閃光對焊。
[0028]可實施一裝置，用于軸向地將一個軌道線路段從另一個軌道線路分隔，并以高壓或大力將線路段1、2擠壓在一起,通?？刹捎弥辽僖粋€移動焊機床面(moving platen),用于使一個軌道線路段I相對于另一個待焊接的固定軌道線路段2相互運動。
[0029]本發(fā)明優(yōu)選地包括合適的振動裝置或設(shè)備10形式的振動軌道線路1、2的受控裝置，設(shè)置在軌道線路1、2上與閃光箱7相關(guān)聯(lián)，在焊接前、焊接過程中和焊接后供應(yīng)恒定且合適的振動。振動裝置11可通過任意公知且合適的固定方式，例如通過夾緊、螺栓連接或者螺釘連接或其它合適的方式，安裝到軌道線路段I和/或2或閃光箱7的框架上的合適位置，且如圖1所示，可拆卸地夾緊到軌道線路段2頭部附近的區(qū)域。振動裝置11可螺栓連接至閃光箱7的框架上的合適位置，可見，需要在鐵軌線路上焊接多個焊接接頭的時候，其有利于減少重定位設(shè)備所需的時間。
[0030]振動裝置10優(yōu)選地包括由振動工具振動的受控振動源,振動工具優(yōu)選為偏心重量形式的振動器，配置為振動器工具11的形式并安裝在線路I和/或2上，并且優(yōu)選地在開始施加振動處理時在軌道線路上預(yù)設(shè)振動并且施加至少0.5毫米每秒的振幅。更優(yōu)選地，在一些應(yīng)用中，可施加或從較低振動水平增加約I毫米每秒的振幅或速度，且該振幅可選地根據(jù)需要增加到約2毫米/秒。設(shè)想到，振幅可根據(jù)一些因素改變，例如靠近振動工具和到達焊接區(qū)域，并且優(yōu)選地預(yù)設(shè)振幅以避免出現(xiàn)焊接接頭失效。
[0031 ] 在非限定性的應(yīng)用中，振動器或振動器裝置11，此處指的是振動器，可安裝到軌道線路任意合適的部分，優(yōu)選地以施加合適速度的距離安裝到鐵軌頭部，且考慮到被焊接鐵軌的重量，不論是52kg、60kg或68kg的鐵軌或其它。振動器11可根據(jù)需要適配不同類型的偏心重量，并且可在鐵軌上移動，以便根據(jù)應(yīng)用的需要設(shè)置和施加至少最小的速度，且考慮到，為了運作一些閃光箱7需要較大的焊接區(qū)域，且因此振動器11安裝到鐵軌的最小距離會比期望的更大，因此需要更大的偏心重量和所施加的速度實施本發(fā)明的工藝。[0032]有利地，振動裝置10包括控制裝置12，該控制裝置優(yōu)選地包括計算裝置，計算裝置包括微處理器，計算裝置適于進行編程來控制振動裝置主要組件的運作。與控制裝置12相連接的合適的顯示裝置13優(yōu)選地用于使操作人員能夠讀取測量值并根據(jù)需要在焊接工藝之前、期間和之后確認合適的振動頻率和持續(xù)時間施加至軌道線路段1、2?？梢?，根據(jù)應(yīng)用，該工藝會涉及控制用于施加振動到軌道線路段1、2的各種時間段。
[0033]控制裝置12配置和設(shè)置為進行閃光對焊工藝時控制振動工藝的每個步驟?？刂蒲b置12可優(yōu)選地通過任意電源裝置14供電，并且在遠距離使用時，可通過任意合適和耐用的電池裝置(沒有示出)或發(fā)電機裝置供電，用于從可用的干線供電電源或其它方式對軌道線路遠程測試，從而使振動裝置能夠用于便攜式的應(yīng)用。可選地，本發(fā)明的振動裝置可配置和設(shè)置可重復(fù)充電的電源供應(yīng)裝置，且可重復(fù)充電的電源供應(yīng)裝置可包括太陽能電池充電裝置(沒有示出)，這能夠被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。
[0034]優(yōu)選地，振動裝置包括與振動誘發(fā)裝置適配的電機15，該振動誘發(fā)裝置可選地以偏心重量11的形式安裝至電機15的電機軸，在使用中，如圖1所示在線路2上施加振動。這種力是可調(diào)的，以便改變或者通過控制裝置12控制振幅和振動頻率?？梢姡駝友b置優(yōu)選地通過用戶控制和調(diào)整電機15的速度來控制。因此，可通過操作來自控制裝置12的速度控制調(diào)節(jié)裝置控制電機15。
[0035]可使用任意已知形式的電機速度測量裝置檢測振動裝置的電機速度，且在該實施例中為安裝到電機15的軸上的轉(zhuǎn)速測量器16的形式。配置和設(shè)置轉(zhuǎn)速測量器16用于測量電機軸轉(zhuǎn)速，且測量的信號輸出反饋到控制裝置12。
[0036]可使用信號測量裝置或轉(zhuǎn)速測量器裝置對軌道線路段2上產(chǎn)生的振幅進行檢測和測量，優(yōu)選地使用加速度測量器、振動測量器或速度測量器17。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解,振動測量器也可測量頻率、位移和速度。
[0037]加速度測量器17響應(yīng)振動器11觸發(fā)的軌道線路的振動加速度產(chǎn)生電信號，并提供反饋到控制裝置12的信號。配置和設(shè)置控制裝置12將信號轉(zhuǎn)換為振動頻率的測量值，顯示在顯示裝置13上。通常，振幅優(yōu)選為至少約0.5毫米每秒，盡管設(shè)想到振動裝置10能夠適于提供高達約2毫米每秒的期望振幅。
[0038]如果應(yīng)用速度測量器17，有利地考慮適當(dāng)精確的用于測量加速度、速度和位移的測量器。進一步，將測量值反饋到控制裝置12，可使用任意常規(guī)的接口或通過任意公知的連接或接口裝置，包括RS-232接口線等等，或更優(yōu)選地通過USB接口線。應(yīng)理解，可采用任何公知形式的電纜和接頭連接在本發(fā)明的主要組件之間，且根據(jù)需要或期望，通訊設(shè)備可包含有線和無線的選擇。
[0039]溫度測量裝置18優(yōu)選地用于在運作過程中測量軌道線路2的溫度。溫度測量裝置18優(yōu)選地或可選地為高溫溫度計的形式，并向控制裝置12提供測量信號，允許在振動裝置10運作時對應(yīng)其它的記錄數(shù)據(jù)標記線路的溫度。
[0040]在閃光對焊操作過程中，并且特別地，在連接線路2到線路I的末端的閃光和鍛造階段之后的一段時間，顯示裝置13可適于提供對應(yīng)振動頻率(赫茲)的速度幅值(例如，毫米/秒)的繪制測量值，以及閃光對焊操作期間振動裝置10運作過程中獲得的任何其它期望的數(shù)據(jù)的特性。
[0041]配置和設(shè)置振動裝置10以允許用戶施加持續(xù)的振動到軌道線路2，且更特別地，以任何合適的振動頻率將振動施加到焊接區(qū)域3附近的熱影響區(qū)(HAZ)，較優(yōu)選的振動頻率可大體地在約50至800赫茲之間。更優(yōu)選地，振動頻率設(shè)置在約85至90赫茲之間。在焊接工藝過程中，優(yōu)選地通過調(diào)整振動頻率和振幅控制振動參數(shù)，在某種程度上優(yōu)化了所需的結(jié)果，形成了改善的閃光對焊接頭。
[0042]設(shè)想到，在本發(fā)明的一個應(yīng)用中，振動裝置10將在焊接操作開始時運行，并將在焊接完成后持續(xù)一段合適的時間，且優(yōu)選地，在閃光對焊工藝完成后持續(xù)5至25分鐘或更多的時間。還可選優(yōu)選地，夾具從軌道線路釋放后，停止對剛剛焊接的接頭的振動應(yīng)力消除約5分鐘，以便避免短時段內(nèi)的任何快速冷卻，在該時段之后重新施加振動用于應(yīng)力消除以及冷卻新的焊接接頭，其它優(yōu)點正如本發(fā)明的說明書中所述。
[0043]設(shè)想到其它時間段落在本發(fā)明的范圍內(nèi)，時間段部分決定于從剛剛閃光對焊焊接的熱影響區(qū)或HAZ散熱所消耗的時間。
[0044]焊接區(qū)域3中連接的碳鋼軌道線路持續(xù)地受到振動或脈動一段時間，直到接頭或焊接區(qū)域3發(fā)生應(yīng)力消除。這段時間可以是約25至30分鐘，或根據(jù)需要的其它時間。
[0045]預(yù)料到，由于本發(fā)明的裝置和工藝，閃光對焊得以改善和加強，且進一步，增加的焊接耐久性將降低由于疲勞裂紋焊接接頭開裂或失效的可能性，尤其是當(dāng)軌道線路處于持續(xù)的重軸負載時。
[0046]本發(fā)明可具有的有益效果為，減少焊接接頭中的殘余應(yīng)力，有助于在熔接過程中減少劣質(zhì)焊接工藝過程，以及控制焊接混熔的重新凝固。加強的焊接可具有的優(yōu)點為期望地增大軌道線路上的軸負載到大約37噸，甚至可能達到大約45至50噸，只要線路基底結(jié)構(gòu)允許并且考慮好軌枕和基底設(shè)計、鐵軌橋結(jié)構(gòu)等等。
[0047]考慮到振動可影響軌道線路段1、2的熱力學(xué)特性?？梢?，鐵軌的晶粒結(jié)構(gòu)變得更加精細，并且可利用焊接連接實現(xiàn)更好的機械強度。
[0048]應(yīng)理解，在要連接的線路段1、2為不同等級的鋼材的情況下，焊接過程和所使用的耗材為指定用于更高等級的待焊接軌道線路的哪些。
[0049]也應(yīng)理解，本發(fā)明的工藝可應(yīng)用到原地的軌道線路段，或者工程車間里面或其它任何位置的軌道線路段，且根據(jù)本發(fā)明的這種振動裝置和設(shè)備的優(yōu)點為其構(gòu)造為便攜式套件，且這種振動設(shè)備易于運輸?shù)叫枰W光焊接軌道線路的地方。
[0050]其中，以上引用了具有已知等同物的整體或組件，該等同物涵蓋在本文中，猶如本文已單獨闡述一樣。因此，應(yīng)理解，可對上述工藝和其它方面的實施例、變型和替代進行變化，而本發(fā)明不背離此處所述的原理。
[0051]應(yīng)當(dāng)理解，上述說明意在示例而非限制。在考慮了所討論和所述的特定形式的原理后，本發(fā)明另外的優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將會是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所述或所示的實施例，而是意在涵蓋所有權(quán)利要求范圍內(nèi)的變更或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種閃光對焊工藝，用于軸向連接對齊的軌道線路段，所述工藝包括以下步驟: a.使用對齊夾具軸向地對齊軌道線路段，將振動裝置連接至軌道線路上，以低振動頻率和低振幅振動線路，這種輸入是預(yù)設(shè)的并且在工藝過程中可通過振動控制裝置調(diào)節(jié)，所述振動控制裝置適于測量振動頻率和振幅； b.使用閃光對焊裝置將對齊的軌道線路段焊接在一起，通過向軌道線路段通入電流并升高線路的溫度至一合適的溫度，并縱向分隔，然后通過力將軌道線路的末端按壓在一起進行閃光和鍛造，施加振動到軌道線路段直到閃光對焊完成；釋放夾具后 c.施加振動到已焊接的軌道線路段并持續(xù)一段時間，足以使熱量從焊接區(qū)域散發(fā)，并使焊接區(qū)域的應(yīng)力得以消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中在步驟C中，焊接完成后，振動裝置施加受控振動到焊接區(qū)域附近并持續(xù)5至25分鐘之間的一段時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中在步驟C中，從已焊接的軌道線路段釋放夾具5分鐘的暫停后，振動裝置施加受控振動到焊接區(qū)域持續(xù)5至25分鐘之間的一段時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中在步驟A中，振動裝置包括振動工具，所述振動工具為電機，該電機在電機軸上設(shè)有偏心重量，且其中所述電機可夾緊至焊接區(qū)域附近的軌道線路段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中振動頻率是由可拆卸地安裝在軌道線路的轉(zhuǎn)速測量器裝置來測量的，且振幅優(yōu)選地由可拆卸地安裝在軌道線路的速度測量器或加速度測量器裝置來測量的，轉(zhuǎn)速測量器裝置以及速度測量器或加速度測量器裝置適配為提供反饋信號到振動控制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中在步驟A中，振動裝置施加的振動頻率在約50赫茲和800赫茲之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中振動頻率在約85至90赫茲之間，且振幅在每秒約0.5毫米到約2毫米之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閃光對焊工藝，其中所施加的振幅為約0.5毫米每秒。
9.一種閃光對焊振動裝置，實施用于連接軸向?qū)R的軌道線路段的閃光對焊工藝，所述振動裝置配置和設(shè)置閃光對焊裝置，振動裝置包括:配置和設(shè)置振動工具的控制裝置，所述振動工具適于在軌道線路上施加恒定的振動，所述控制裝置控制與其相關(guān)聯(lián)的加速度測量器裝置的運作，和為控制裝置提供讀數(shù)的溫度裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由焊接工藝制備和制成焊接接頭。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于連接軌道線路段的閃光對焊工藝基本如本文所述。
【文檔編號】B23K101/26GK103874559SQ201280049867
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】B·F·朱里 申請人:B·F·朱里