焊接轨道线路的改进或与焊接轨道线路有关的改进的制作方法

专利名称：焊接轨道线路的改进或与焊接轨道线路有关的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及连接轨道线路。更具体地，但非排它地，本发明涉及提高施加到轨道线 路的连接段的铝热剂焊接。
背景技术：
由于高碳钢被认为是合适耐用的材料，因此铁轨线路通常由高碳钢制造而成。由 于一些轨道线路经受能够迅速地膨胀或者压缩线路的极端气候环境和重轮轴载荷，因此即 使这些高碳钢线路也时时受到断裂、弯曲和连接失效的风险。轨道故障的后果可能导致灾 难性脱轨，从而造成生命丧失和财产损失。因此，轨道线路的完整性被认为是对跨区的人员 和财产的安全运输来说是必不可少的。对轨道线路的裂缝和缺陷或失效连接的修理为轨道公司提出了主要问题。修理故 障线路的一种方法是在缺陷区的任一侧切掉一段线路，因而当将轨道线路的替代段插入到 轨道时需要焊接两个接头。这类修理工作消耗时间，并且如果工作没有被适当地操作可能 引起潜在的薄弱和有缺陷的焊接接头。近年来，尤其是当线路经受由具有重轮轴载荷的火车施加的各种压力和应变时， 已经对保持轨道线路完整性提出挑战。由于铁轨和焊接失效，用于连接和再连接轨道线路 段的技术受到高度的重视和压力，并且由于更重荷载的火车运用在轨道线路上，涉及轨道 修理的可靠性被进一步混合。修理轨道线路的一个方法是施加铝热或铝热剂型焊接处理。然而，与其它方法相 比，这些铝热剂型焊接接头可能引起低强度焊接，并且利用这种类型处理具有认识到的焊 接失效的更高风险。这些失效可能由于低标准焊接引起，并且由于这种焊接可能难以检查 完整性的事实，并因此在一些情况下这种焊接有缺陷并不罕见。然而，焊接轨道线路的这种 形式具有其期望的特性，并且本发明试图改进这种焊接的完整性。本发明的非限制目的是提供一种用于连接轨道线路的端部的改进的铝热剂焊接 方法，所述铝热剂焊接方法克服至少一些上述问题，或者至少提供给公众有用的选择。

发明内容
根据本发明的广义方面，提供了一种用于连接轨道线路的对齐并邻接的段的铝热 剂焊接方法，所述方法包括预备步骤，所述预备步骤包括绕将被焊接在一起轨道线路的制 备好的并适当对齐的段安装适当的铝热剂焊接模具；和充分密封所述模具以防止流出，所 述方法包括以下步骤a)构造振动设备以及将所述振动设备连接在所述轨道线路上，使得在距离焊接区 的适当距离处将振动装置安装在轨道线路段上，并且以适当的振动频率和振动振幅振动轨 道线路，在焊接过程期间通过振动控制装置预设和/或能够调节轨道线路上产生的这种振 动，所述振动控制装置被构造成和适于测量正在施加到铁路线路的振动频率和振动振幅， 控制装置适于允许调节振动频率和振动振幅；
b)使用铝热剂焊接方法将轨道线路段焊接在一起，包括以下步骤将焊接区预先加热到适当的温度；点燃点火装置以在模具中产生反应；以及允许钢水在模具中填充轨道线路段周围和所述轨道线路段之间的焊接区；以及c)继续将振动施加到轨道线路段和焊接区持续一段时间直到所述焊接区已经发 生应力消除，所述一段时间足以允许焊接区凝固和稳定。任选地，在步骤a)中，振动频率设定在大约50赫兹到800赫兹之间。更优选地， 振动频率设定在大约70赫兹与80赫兹之间。理想地，在步骤a)中，振动设备包括为电动机的振动装置，所述电动机具有施加 到电动机的轴的偏心重件，电动机可夹紧到邻接焊接区的轨道线路段，并且所述电动机布 置成在使用中允许在轨道线路上产生振动。优选地，通过转速计装置测量振动频率，所述转速计装置可释放地连接到轨道线路。优选地，通过加速计装置测量振动振幅，所述加速计装置可释放地连接到轨道线 路，转速计装置和加速计装置适于将反馈信号提供给振动控制装置。理想地，振动设备包括 用于测量轨道线路的温度的温度测量装置。优选地，在大致为大约1毫米每秒的振动振幅下设定振动频率。有利地，在步骤c)中，在焊接材料凝固在焊接区之后，施加到焊接区的振动的时 间达到大约25分钟至30分钟。优选地，振动装置在距离焊接区大约1米与大约1. 2米之间的距离处安装到轨道 线路。任选地，在预备步骤中，通过使用气焊焊炬切出大致方形切口制备轨道线路段的 端部，并且适当地对齐所述轨道线路段的端部以在轨道线路段的端面之间形成在25毫米 与40毫米之间的间隙。理想地，用于连接轨道线路的对齐并邻接段的铝热剂焊接方法，所述方法包括预备步骤，所述预备步骤包括绕将被焊接在一起的轨道线路的对齐的段安装适当的铝热剂焊接模具；以及密封模具以防止流出，但是允许启动铝热剂焊接方法；在距离模具的适当位置处将振动装置安装在轨道线路上，并且在适当的频率下操 作所述振动装置；将轨道线路段的焊接区预先加热到适当的温度；点燃点火装置，并且允许所述点火装置落入模具内以与所述模具内的钢水反应， 并且在模具中填充轨道线路段周围和所述轨道线路段之间的焊接区；以及当凝固时，振动轨道线路持续一段时间，直到铸焊区已经发生应力消除。应理解振动振幅可以根据与焊接区的接近度而改变以避免破坏模具周围的密封， 并因此所述振动振幅被提供仅作为振动振幅的一个可能值的一个非限制性示例。


参照附图，本发明的优选和可选实施方式将仅通过非限制示例的方式被说明，其中图1显示根据本发明的优选实施方式的振动设备20或用于振动轨道线路段的部 件的布置的示意性视图。
具体实施例方式参照附图，图示并详细说明了在根据本发明的非限制性优选实施方式的铝热剂焊 接方法中期间在用于振动轨道线路1、2段的部件布置中的振动设备20。工业惯例并且在工业上被普遍接受的是在已经进行铝热剂焊接过程期间并且更 确定地在已经进行铝热剂焊接过程之后，轨道线路段应当不被干扰，并且这包括不移动或 者调节线路，直到在相当长的时间期间已经发生全部凝固。因此，由于本发明要求振动并因 此在已经发生焊接过程期间和焊接过程之后必然移动和干扰轨道线路段1、2，因此本发明 教导背离这些实践。钢轨道线路通常包括碳含量，并且在很多安装中，轨道线路由高碳钢形成。在此过 程可看到的是振动可以用于在焊接过程期间控制钢结构中碳的移动，这是对独特过程的期 望贡献。由于铸焊可能被穿孔，并且在一些情况下是粗孔和表面空腔，因此在轨道线路上 的标准热焊接可能是有问题的。由于其可能使焊接变弱，因此在热焊接中的这种多孔性可 能增加失效的可能性。有利地，已经发现本发明的焊接方法可以减少多孔性并且可以回复一些弹性到线 路1、2的金属结构。此外，当与没有经过本发明的方法的热焊接区比较时，该方法可以理想 地提高热焊接区的机械强度。则可以见到的是本发明的焊接方法可以增加热焊接的质量。本发明的焊接方法有利地涉及一种将受控制的振动应用到经过铝热或铝热剂型 焊接处理的轨道线路段1、2的方法。在图1中，轨道线路1、2的两段被准备并且端对端对齐。将被焊接线路1、2的邻 接段适当对齐可通过任意已知和适当的方法执行。线路1、2段的端部之间的焊接区示意地 显示在图框10中。优选地，端部使用气焊焊炬或其它方式被切割以形成期望安装形式，以 允许模具围绕并且邻接线路1、2的端部安装。将被连接的线路1、2段的端部的表面通常是 方形，并且在很多应用中线路1、2之间的间隙典型地约为25mm至30mm，但是可以在约25至 80mm之间，虽然本领域技术人员将认识到所述间隙可能达到约100mm等。应接受的是可以基于线路1、2段的端面之间的间隙或距离并且优选地基于铁轨 剖面或其它参数可采用不同的模具。模具可以是两块或者三块阶梯状的，并且可以是诸如 在包括错配铁轨剖面应用中的合成模具。铝热剂模具通常被预先制造一个注射模具，并且 本领域技术人员将能够选择适当的模具10用于在本发明的方法中使用。适当的振动装备或者设备安装在线路上以提供恒定并且适当的振动，并且轨道线 路1、2的端部任选地保持在所要求的安全并且对齐的位置。这种安装可以在现场在线路1、 2段处于轨道枕木上的夹紧和固定以及对齐位置的情况下进行，或者在远距离位置处进行。 在此方面中，将理解的是本发明的方法不受位置限制，但是如果需要，所述方法可以适于并 且被构造成在现场在轨道线路上完成。振动设备理想地包括受控制的振动源，所述受控制的振动源包括计算机装置形式的控制装置3，所述控制装置包括适于编程以控制振动装备的操作的微处理器。与控制装 置3相关联的适当的显示装置4理想地用于允许操作者读取测量值，并且显示装置4可以 有助于确保适当的频率，在焊接处理期间施加振动的振幅和振动持续期间以执行本发明的 操作。控制装置3可以用于控制振动处理的每个步骤。控制装置3可以期望地通过任何 电源装置8供电，并且当远程使用时，可以被任何适当的和耐久的便携式电池装置或者发 电装置(未显示)供电，用于远离可用电源对轨道线路进行远程测试，并且允许振动设备被 使用于便携应用。理想地，可充电电源装置可以与振动装置的部件一起构造和布置。振动设备理想地包括振动装置5，所述振动装置可以通过任何已知和适当的固定 装置(例如，可释放地连接的夹具)安装到轨道线路的适当位置，例如，在非限制的应用中， 安装到距离焊接点50厘米至1. 2米之间，并且更理想地安装到距离焊接点大约50厘米。振 动装置5的理想形式是具有振动诱导装置的电动机，所述振动诱导装置的任选形式为安装 到电动机轴并且被构造成将振动施加到线路的偏心重物。考虑的是可调节所施加的力，使 得振动振幅和振动频率可以如期望地增加或减少。如本领域技术人员所公知的，振动装置 5可以包括激励单元或振动单元，理想地，通过使用者控制和调节电动机的速度来控制所述 激励单元或振动单元。电动机可以通过与控制装置3相关联而被控制。振动装置的电动机速度可以使用任何已知形式的电动机速度测量装置被感测，并 且在此实施方式中，所述电动机速度测量装置的形式是可以安装到电动机5的轴的转速计 6。转速计6测量轴速度，并且被测量的信号输出被供给控制装置3。虽然可以采用或多或少的振幅测量值，但是轨道线路1、2段上产生的振动振幅典 型地大约为1mm/秒。使用传感器装置形式的信号测量装置(理想地为加速计7)可以感测 和测量振动的振幅。应理解的是可以应用任何适当的和已知的振动测量装置。响应于由振动装置5产生的轨道线路的振动加速度，加速计7产生电信号，并且提 供供给控制装置3的信号。控制装置3理想地被构造和布置成将信号转变成用于显示在显 示装置4上的振动频率的测量值。温度测量装置9任选地和理想地用于测量在操作期间线路1、2段的温度。温度测 量装置9的形式理想地为高温计，并且将测量信号提供给控制装置3，所述控制装置允许在 振动装置的操作时间上相对于其它已记录数据有利地标记线路的温度。显示装置4可以被提供以显示速度振幅(例如，以mm/秒表示)相对于振动频率 和在焊接操作期间和/或在所述焊接操作之后在振动设备的操作期间获得的数据的任意 其它期望的特征所画出的测量值。控制装置3可以期望地包括具有用于存储记录数据的存 储装置的适当的微处理器装置。本领域技术人员可见并且将理解的是振动设备的主要部件理想地由电缆12相互 连接。然而，一些电缆可以由无线通信装置或用于适于适当的发射器和/或接收器装置的 部件的装置代替，并且这种无线通信装置对于被构造和布置成如所需要地提供用于通过控 制装置3处理的测量数据的诸如加速计7和/或高温计9和/或转速计6的测量和感测装 置尤其有用。振动装备或设备被构造和布置成允许使用者以任意适当的振动频率施加恒定振 动到轨道线路1和/或2段，所述振动频率可以大致在约50赫兹(Hz)至800赫兹(Hz)之间。更优选地，将频率适当地设置在约70Hz至80Hz之间。在此方面中，考虑到将较低频率 应该理想地设置在至少约55Hz。受控制的振动的应用基于部件在轨道线路上的布置，在所述轨道线路上将发生使 用钢铸技术的铝热焊接方法。因此，本说明书结合与铝热焊接相关的所有已知和公开的技 术和方法以及说明以定日期，并且其中在铝热焊接领域的技术人员接受的是在铝热焊接过 程期间被应用的诸如以下所述的因素将被连接的线路之间的预先确定的间隙；包括气体 体积和预定时间的预定预热温度；和铸件中的预定焊接部，包括焊接材料的预定类型和量。本领域技术人员还将理解，用于实现高质量铝热焊接的标准可以根据铁轨条件而 变化，并且该方面中，预加热处理可以如需要而变化。此外，通过在模具中铸造具有与铁轨钢相似特性(尤其是具有相同强度和硬度特 性)的金属，焊接的质量可以被提高。然后在本发明方法在发明内容中可见，用于连接轨道线路的对齐和邻接段的铝热 剂焊接方法包括以下预备步骤绕对齐和准备的将被焊接在一起的轨道线路1、2段安装适 当的铝热剂焊接模具10，并且密封模具10以防止流出，所述方法的步骤包括步骤a)在 轨道线路上构造振动设备并将所述振动设备连接在所述轨道线路，使得振动装置5形式的 振动装置在距离焊接区适当的距离处安装在轨道线路段上，并且以适当的振动频率和振动 振幅振动轨道线路，使得可在焊接过程期间由被构造成并适于测量施加到轨道线路的振动 频率和振动振幅的振动控制装置3预设和/或调节轨道线路上产生的振动，控制装置3适 于允许调节振动频率和振动振幅；和在步骤b)中然后使用铝热剂焊接方法将轨道线路段 焊接在一起，该方法包括将焊接区预先加热到适当的温度，点燃点火装置以在模具内产生 反应，并允许钢水在模具内填充轨道线路段周围和在所述轨道线路段之间的焊接区；并且 然后在步骤c)中继续将受控振动施加到轨道线路段和焊接区持续一段时间，并且直到焊 接区的应力消除已经发生，所述一段时间足以允许焊接区凝固和稳定。示例 A利用本发明的振动设备20和方法的铝热或铝热剂型焊接方法的一个非限制示例 如下首先，采取预备步骤，将适当的焊接气焊焊炬或切割机或研磨机施加到焊接区以 在将被连接的轨道线路1、2段的端面处实现或形成方形切口或诸如浅V形或平行角度切口 的其它适当的结构。然后，轨道线路1、2被适当和合适地端与端对齐，并且在线路1、2段之 间留有大约通常25mm至40mm的间隙，根据期望和需要，间隙或多或少。然后，围绕将被焊接在一起的轨道线路1、2段的对齐端安装适当的铝热剂焊接模 具10，并且模具被密封以防止熔化金属在焊接过程期间逸出模具10。根据所述方法的步骤a)，如上参照图1所述的振动设备被构造和布置在轨道线路 1、2段上准备使用。振动装置5在距离模具10适当的距离(在此非限制性示例中，所述距 离为大约1米到1. 2米)处安装在轨道线路上，并且被设置以在50Hz和500Hz之间的适当 的频率下操作，并且更优选地被设置以在70Hz至80Hz之间的频率下振动。适当的是在大 致大约1mm/秒的振动振幅下操作。振动设备以预定频率操作并且在线路1、2上产生被控 制的振动。然后根据步骤b)，模具10装配有适用于于此目的公知的预先加热装备，并且预先加热到期望的温度，然后点火装置被点燃，从而允许所述点火装置落入模具内以与放置在 模具中的预定量的钢水起反应。当发生反应时，钢水将灌注并填充目标焊接区。这通常需 要大约30秒。然后，钢水凝固，并且根据步骤c)，轨道线路连续振动持续又一段时间，直到焊接 区应力消除已经发生。此时间可以持续约25分钟至30分钟，或者如所期望的持续更长时 间，以允许焊接凝固和稳定。在所述方法完成之后，模具可以被移除，并且清理焊接并使所述焊接接地以在焊 接区周围形成最终期望的外廓。还考虑的是在施加最终打磨以在轨道线路的头部轨道部内 或绕所述头部轨道部形成最终轮廓的同时，期望在轨道线路上产生适当的振动。预期的是通过由于本发明的方法而被增强来提高铸造热焊接，并且进一步，可以 看到的是可以有利地降低焊接的多孔性，从而减少了焊接和接头的断裂或者失效的可能 性。考虑的是振动可以很好地改变焊接区和线路1、2段的热动力特性。振动的施加还 可以增加线路1、2段的传导性并且提高在焊接过程期间的有效热损耗。要认识的是在正在被连接的线路1、2段是不同等级钢的情况下，使用的焊接程序 和耗材是指定用于正在被焊接的轨道线路的更硬级别的焊接程序和耗材。还要认识的是本发明的方法可以应用到现场的轨道线路1、2段或在工程车间或 任何位置处的铁轨线路段，并且根据本发明的振动设备和装备的优势在于所述振动设备和 装备可以被构造为便携式工具，并且这种振动装备可以被容易地运输到需要发生铝热焊接 的轨道线路的地方。其中上述参考已经作为具有公知等效形式的整体或部分，则这种等效形式在这里 如单独所述的在这里并入。因此，将理解的是在不背离这里所教导的原理的情况下可以修 改所述方法的上述实施方式、变形例和可选例以及本发明的其它方面。应该理解的是上述说明旨在图示，而不是限制性的。在考虑到在所讨论和说明的 形式中的原理之后，本发明另外的优势对于本领域技术人员将变得明显。因此，要理解的是 本发明不限于所讨论和说明的具体实施方式
，而是旨在涵盖在所附权利要求的保护范围内 的所有替换或修改。
权利要求
一种用于连接轨道线路的对齐并邻接的段的铝热剂焊接方法，所述方法包括预备步骤，所述预备步骤包括绕将被焊接在一起轨道线路的制备好的并适当对齐的段安装适当的铝热剂焊接模具；和充分密封所述模具以防止流出，所述方法包括以下步骤a)构造振动设备以及将所述振动设备连接在所述轨道线路上，使得在距离焊接区的适当距离处将振动装置安装在轨道线路段上，并且以适当的振动频率和振动振幅振动所述轨道线路，在焊接过程期间通过振动控制装置预设和/或能够调节所述轨道线路上产生的这种振动，所述振动控制装置被构造成和适于测量正在施加到所述铁路线路的所述振动频率和所述振动振幅，所述振动控制装置适于允许调节所述振动频率和所述振动振幅；b)使用铝热剂焊接方法将所述轨道线路段焊接在一起，所述铝热剂焊接方法包括以下步骤将所述焊接区预先加热到适当的温度；点燃点火装置以在所述模具中产生反应；以及允许钢水在模具中填充所述轨道线路段周围和所述轨道线路段之间的焊接区；以及c)继续将振动施加到所述轨道线路段和所述焊接区持续一段时间，并且直到所述焊接区已经发生应力消除，所述一段时间足以允许所述焊接区凝固和稳定。
2.根据权利要求1所述的铝热剂焊接方法，其中，在所述步骤a)中，所述振动频率设定 在大约50赫兹到800赫兹之间。
3.根据权利要求1所述的铝热剂焊接方法，其中，在所述步骤a)中，所述振动频率设定 在大约70赫兹与80赫兹之间。
4.根据权利要求1所述的铝热剂焊接方法，其中，在所述步骤a)中，所述振动设备包括 为电动机的振动装置，所述电动机具有施加到所述电动机的轴的偏心重件，所述电动机能 够夹紧到邻接所述焊接区的所述轨道线路段，并且所述电动机布置成在使用中允许在所述 轨道线路上产生振动。
5.根据权利要求4所述的铝热剂焊接方法，其中，通过转速计装置测量所述振动频率， 所述转速计装置能够释放地连接到所述轨道线路。
6.根据权利要求5所述的铝热剂焊接方法，其中，通过加速计装置测量所述振动振幅， 所述加速计装置能够释放地连接到所述轨道线路，所述转速计装置和所述加速计装置适于 将反馈信号提供给所述振动控制装置。
7.根据权利要求6所述的铝热剂焊接方法，其中，所述振动设备包括用于测量所述轨 道线路的温度的温度测量装置。
8.根据权利要求1或2所述的铝热剂焊接方法，其中，在大致为大约1毫米每秒的振动 振幅下设定所述振动频率。
9.根据权利要求1或3所述的铝热剂焊接方法，其中，在所述步骤c)中，在所述焊接材 料凝固在所述焊接区之后，施加到所述焊接区的振动的时间达到大约25分钟至30分钟。
10.根据权利要求1所述的铝热剂焊接方法，其中，所述振动装置在距离所述焊接区大 约1米与大约1. 2米之间的距离处安装到所述轨道线路。
11.根据权利要求1所述的铝热剂焊接方法，其中，在所述预备步骤中，通过使用气焊 焊炬切出大致方形切口制备所述轨道线路段的端部，并且适当地对齐所述轨道线路段的端 部以在所述轨道线路段的端面之间形成在25毫米与40毫米之间的间隙。
12.一种用于连接轨道线路的对齐并邻接的段的铝热剂焊接方法，所述方法包括 预备步骤，所述预备步骤包括绕将被焊接在一起的轨道线路的对齐段安装适当的铝热剂焊接模具；以及 密封所述模具以防止流出，但是允许启动所述铝热剂焊接方法； 在距离所述模具的适当位置处将振动装置安装在所述轨道线路上，并且在适当的频率 下操作所述振动装置；将所述轨道线路段的所述焊接区预先加热到适当的温度；点燃点火装置，并且允许所述点火装置落入所述模具内以与所述模具内的钢水反应， 并且在模具中填充所述轨道线路段周围和所述轨道线路段之间的焊接区；以及 当凝固时，振动所述轨道线路持续一段时间，直到铸焊区已经发生应力消除。
13.—种通过权利要求1或12所述的铝热剂焊接方法制备和制造的铝热剂焊接接头。
14.一种用于根据示例A的连接轨道线路段的铝热剂焊接方法。
15.一种根据大致如这里所述的权利要求1所述的用于连接轨道线路段的铝热剂焊接 方法。
全文摘要
本发明公开一种用于在现场连接轨道线路段的铝热剂焊接方法。所述方法包括以下步骤预备步骤，所述预备步骤包括绕将被焊接在一起的轨道线路的对齐段安装适当的铝热剂焊接模具；以及密封模具以防止流出；在距离模具的适当位置处将振动装置安装在轨道线路上，并且在适当的频率下操作所述振动装置；将轨道线路加热到适当的温度；点燃点火装置，并且允许所述点火装置落入模具内以与所述模具内的钢水反应，并且在模具中填充轨道线路段周围和所述轨道线路段之间的焊接区；以及当凝固时，振动轨道线路持续一段时间，直到铸焊区已经发生应力消除。
文档编号B23K23/00GK101861226SQ200880116529
公开日2010年10月13日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月22日
发明者勃兰特·费利克斯·朱里 申请人:勃兰特·费利克斯·朱里