专利名称：恒位移质量控制的钢轨火焰焊接加热及焊后正火装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轨道交通无缝线路钢轨气压焊焊接及焊后正火的质量控制
直O
背景技术：
钢轨气压焊是我国无缝铁路建设中一种用于现场钢轨焊接的主要方法，采用燃气 与氧气混合气燃烧的方式，对两对接的钢轨端面进行加热，加热以后进行顶锻、推凸、正火 冷却，完成钢轨焊接。在钢轨气压焊接的各个过程中，焊接温度与顶锻时的挤压变形是决定 气压焊接接头质量的关键因素。但在钢轨焊接和正火过程中，由于钢轨焊接接头旁有加热 装置及摆动等装置，空间狭小，充满摆动的火焰，且接头处温度很高，实时的直接测量与控 制钢轨接头的温度几乎不可能；因此，现有的钢轨气压焊装置均是通过气体流量和加热时 间的控制来实现对钢轨接头的温度的间接控制。这种主要用时间来间接控制温度的设备， 其控制过程复杂，精度低，故障率高1)焊接、正火过程中温度的控制靠加热时间来控制，在不同的地方进行焊接，均需 进行相应的焊前工艺试验来确定焊接、正火的加热时间。通过实验得到的控制方案，对加热 环境或者气体的变化，不能自动地进行调整，对温度的控制能力较低，控制误差大。2)在加热和正火过程中，如果气体流量发生变化，热输入率变化，同样不能自动的 及时对变化做出调整。3)控制中涉及加热时间，气体流量、钢轨的压力及位移等众多变量，控制过程复 杂，控制难度较大，人为因素影响较大。总之，现有焊接装置通过时间来控制钢轨焊接过程的加热温度，对环境、气体流量 变化的适应调节能力差，控制精度低，钢轨在焊接及正火的关键环节不能满足要求的温度，
焊接质量差，故障率高。
实用新型内容本实用新型的目的就是提供一种恒位移质量控制的钢轨火焰焊接加热及焊后正 火装置，该装置能对钢轨气压焊焊接和保压正火的温度进行自动闭环控制，控制输入参数 少，操作简单、方便；对温度的控制准确，抗干扰性强，误差小、精度高；工艺一致性、重现性 好，焊接质量更加稳定可靠，一次性焊接成功率高。本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为一种恒位移质量控制的钢轨 火焰焊接加热及焊后正火装置，包括顶锻油缸、可编程控制器、加热装置、数控泵站，其结构 特点是所述的顶锻油缸的有杆腔与数控泵站相连的油路上依次串接有液控单向阀、电磁 阀；在有杆腔与液控单向阀的油路上还连接有油压传感器；且电磁阀、油压传感器均与可 编程控制器电连接。本实用新型的工作过程是初始化[0011]通过热/力模拟试验，获得钢轨温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线；再根据 钢轨火焰加热焊接和焊后正火的要求，将焊接温度和焊后正火的结束温度预置在可编程控 制器中。焊前位移锁定可编程控制器控制电磁阀导通，并控制数控泵站以设定的油压向有杆腔进油；同 时由油压传感器检测顶锻油缸内的保压压力，送可编程控制器；当有杆腔油压达到设定的 保压压力时，可编程控制器控制电磁阀关闭，液控单向阀随即将顶锻油缸锁住；顶锻油缸向 钢轨施加初始保压压力，并使钢轨的纵向位移保持恒定不变；焊接中的加热控制可编程控制器控制加热装置对钢轨进行火焰加热，可编程控制器将油压传感器实 时检测到的顶锻油缸的保压压力减去初始保压压力得到钢轨的纵向形变抗力，再根据钢轨 焊接温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨的温度；同时，可编程控制器将获得的钢轨温度与预置的加热焊接的温度比较，当钢轨温 度达到预置的焊接温度时，可编程控制器控制加热装置停止加热、并控制电磁阀导通，液控 单向阀解除对顶锻油缸的锁定，顶锻油缸进油，进行顶锻；顶锻完成后，可编程控制器再控 制电磁阀关闭，液控单向阀又将顶锻油缸锁住，然后进行保压推凸、空冷降温；焊后正火空冷降温后，进行焊后正火。焊后正火的具体操作是可编程控制器控制加热装置 点火对钢轨进行加热，由油压传感器检测顶锻油缸内的保压压力经A/D转换器送可编程控 制器；可编程控制器得到的保压压力即为钢轨受热后的纵向形变抗力，再根据钢轨正火温 度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨温度，当可编程控制器获得的钢轨温 度与预置的正火加热的结束温度相等时，可编程控制器控制加热装置熄火，停止加热，即完 成焊后正火过程。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是一、除顶锻的短时过程外，在焊接加热、空冷降温及焊后正火等过程中，本实用新 型的装置均通过可编程控制器关闭有杆腔油路上的电磁阀，而由液控单向阀将顶锻油缸锁 定，使钢轨在这些过程中的纵向位移恒定、不发生变化，保证在焊接加热过程中钢轨的纵向 形变抗力仅与温度有关，而钢轨的纵向形变抗力与温度的关系可通过试验预先得出。因此， 在焊接过程中，只要检测出顶锻油缸的油压压力，即可计算获得钢轨因受热产生的纵向形 变压力，并进而获得钢轨的温度，方便地实现了对钢轨温度的检测。由于此种方式获得的钢 轨温度是仅与钢轨自身的物理性质及材料参数有关，而不受气温、风力等外界环境因素以 及气体流量变化等的影响。因此，其对温度的检测与控制准确，抗干扰性强，误差小、精度 高；其焊接及焊后正火的工艺一致性、重现性好，焊接及正火质量更加稳定可靠，一次性焊 接成功率高。二、本实用新型的装置在焊接控制过程中，仅需检测顶锻油缸的油压压力(保压 压力)，输入参数少，不用对气体流量进行大幅调整，只需控制火焰的开关即可，提高效率， 降低了成本；加之油压压力的检测十分方便，因此，其检测与控制的过程简单，操作方便，系 统的稳定性和可靠性得以提高。同时，对操作人员的技能要求低，培训时间短，劳动强度小， 也能够更好地保证焊接及正火质量，降低焊接成本。[0022]上述的可编程控制器还与工控机相连。从而，可编程控制器获得的钢轨温度能够使送工控机进行时实显示并存储。这样， 方便操作人员对焊接过程中的温度进行实时监测，若发现异常，可及时进行处理，进一步保 证焊接质量，避免“断轨”事故的发生。并且工控机还能将存储的钢轨温度进行统计计算， 给出报表，自动进行焊接质量评判。方便现场焊接施工质量监测，能够在线进行质量诊断， 及时对异常接头进行处理分析；施工工况、工艺过程的温度控制实况都可追溯，若发生“断 轨”事故，可提供重要的施工数据进行分析、评判，可靠保证现场的钢轨焊接优质、高效。
以下结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型实施例的油路原理及电气原理示意图(图中的“双向双箭头”表 示器件间的电气连接关系，而“单线”表示器件间的油路连接关系)。
具体实施方式
图1示出本实用新型的一种具体方式是一种恒位移质量控制的钢轨火焰焊接 加热及焊后正火装置，包括顶锻油缸9、可编程控制器5、加热装置、数控泵站10。其中，顶锻 油缸9的有杆腔与数控泵站10相连的油路上依次串接有液控单向阀2、电磁阀1 ；在有杆腔 与液控单向阀2的油路上还连接有油压传感器4 ；且电磁阀1、油压传感器4均与可编程控 制器5电连接。本例的可编程控制器5还与工控机6相连。
权利要求一种恒位移质量控制的钢轨火焰焊接加热及焊后正火装置，包括顶锻油缸(9)、可编程控制器(5)、加热装置、数控泵站(10)，其特征在于所述的顶锻油缸(9)的有杆腔与数控泵站(10)相连的油路上依次串接有液控单向阀(2)、电磁阀(1)；在有杆腔与液控单向阀(2)的油路上还连接有油压传感器(4)；且电磁阀(1)、油压传感器(4)均与可编程控制器(5)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种恒位移质量控制的钢轨火焰焊接加热及焊后正火装置， 其特征在于所述的可编程控制器(5)还与工控机(6)相连。
专利摘要一种恒位移质量控制的钢轨火焰焊接加热及焊后正火装置，其顶锻油缸(9)的有杆腔与数控泵站(10)相连的油路上依次串接有液控单向阀(2)、电磁阀(1)；在有杆腔与液控单向阀(2)的油路上还连接有油压传感器(4)；且电磁阀(1)、油压传感器(4)均与可编程控制器(5)电连接。该装置能对钢轨气压焊焊接和保压正火的温度进行自动闭环控制，控制输入参数少，操作简单、方便；对温度的控制准确，抗干扰性强，误差小、精度高；工艺一致性、重现性好，焊接质量更加稳定可靠，一次性焊接成功率高。
文档编号B23K101/26GK201644979SQ20102013916
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者刘拥军, 周世恒, 张民安, 戴虹, 罗玉林, 郭峰 申请人:西南交通大学