一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备的制作方法

本实用新型涉及钢轨焊接及电子束增材制造领域，具体涉及一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备。

背景技术：

钢轨焊接技术是将不同轨段连接起来，消除轨间缝隙的操作，现代铁路发展中无缝铁路运用越来越多，无缝铁路可减少列车的振动与冲击，也可延长列车轮轨部件的寿命，钢轨焊接技术是实现无缝铁路建设的关键因素。

电子束增材制造技术是指采用电子束为热源进行增材制造的技术，电子束能量高且稳定性强，可用于高强度材料的增材制造成型。

目前我国钢轨焊接主要采用闪光焊、气压焊和铝热焊，这三种焊接方式与基于电子束增材制造的焊接相比，效率及焊接质量都大大落后。电子束增材制造需要真空环境，钢轨焊接作为超长件，真空室成本高，如何实现在较小体积真空室的条件下对钢轨进行密封装夹成为研究的重点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构设计合理，能明显提高钢轨焊接质量和效率、满足钢轨真空室密封装夹的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备由基座、钢轨密封装夹装置、三轴运动装置、电子枪、送丝装置、真空室及工作台组成。

基座作为整个设备的结构主体，三轴运动装置固定于基座上方，钢轨密封装夹装置分为左、右两部分，钢轨密封装夹装置左、右两部分固定于基座两端，钢轨密封装夹装置左、右两部分之间通过工作台连接，基座、三轴运动装置、电子枪及送丝装置位于真空室内部。

钢轨密封装夹装置左、右两部分相对面位于真空室内部，钢轨密封装夹装置左、右两部分相反面位于真空室外部，钢轨密封装夹装置穿过真空室壳体，钢轨密封装夹装置壳体固定于真空室壳体上。

钢轨密封装夹装置由左密封块、右密封块、导轨装置、手轮及丝杆组成。钢轨密封装夹装置左密封块与右密封块截面形状与待焊接钢轨截面形状相吻合，钢轨密封装夹装置左密封块与右密封块截面形状与待焊接钢轨截面形状相吻合的表面上开有密封槽，密封槽内放置橡胶密封圈。

三轴运动装置由垂向直线模组、纵向直线模组和横向直线模组组成，直线模组均由电机、滑块和导轨组成，电子枪与送丝装置固定在垂向直线模组的滑块连接座上，通过电机驱动滑块沿导轨运动，实现电子枪与送丝装置在垂向、纵向和横向的运动。

送丝装置由连接座、步进电机、送丝盘组成，连接座安装在垂向直线模组滑块连接座上，步进电机驱动送丝盘转动输送丝材。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1.将以电子束作为热源的增材制造技术应用于钢轨焊接，提高了焊缝质量，提升了焊接效率。

2.将密封装夹装置应用于钢轨装夹，可以满足较小真空室体积条件下的钢轨焊接作业。

3.通过基座将三轴运动装置与装夹装置相结合，实现了钢轨焊接设备的一体化。

附图说明

图1为设备正视图。

图2为设备外观图。

图3为设备左视图。

图4为钢轨密封装夹装置图。

图5为电子枪与送丝装置图。

图中标号：1、基座；2、钢轨密封装夹装置；3、三轴运动装置；4、电子枪；5、送丝装置；6、真空室；7、待焊接钢轨；8、工作台；21、左密封块；22、右密封块；23、导轨装置；24、手轮；25、丝杆；31垂向直线模组；32、纵向直线模组；33、横向直线模组；51、连接座；52、步进电机；53、送丝盘；54、丝材。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，包括基座1、钢轨密封装夹装置2、三轴运动装置3、电子枪4、送丝装置5、真空室6及工作台8组成。

基座1作为整个装置的主体结构，三轴运动装置3固定于基座1上方，钢轨密封装夹装置2分为左、右两部分，钢轨密封装夹装置2左、右两部分分别固定于基座1两端，钢轨密封装夹装置2左、右两部分通过工作台8连接。

待焊接钢轨7穿过左密封块21与右密封块22之间的空间，待焊接钢轨7置于工作台8上，转动手轮24通过丝杆25驱动导轨装置23推动右密封块22向左移动直到左密封块21、待焊接钢轨7与右密封块22三者紧密结合，通过左密封块21与右密封块22表面密封槽内的橡胶密封圈实现待焊接钢轨7的密封装夹，待焊接钢轨7密封装夹后，真空室6开始抽真空，真空室6内部真空度达到焊接要求后，电子枪4开始抽真空，电子枪4真空度达到要求后，电子枪4发射电子束流，送丝装置5的步进电机52工作，驱动送丝盘53转动输送丝材54，电子枪4与送丝装置5通过三轴运动装置3实现电子枪4与送丝装置5在三轴方向上的运动，焊接工作开始。

焊接工作结束后，电子枪4停止发射电子束流，送丝装置5的步进电机52停止工作，丝材54输送停止，电子枪4与送丝装置5通过三轴运动装置3回到初始位置，待工件冷却后，转动手轮24，通过丝杆25驱动导轨装置23使右密封块22回到初始位置，解除对待焊接钢轨7的装夹，打开真空室6，完成对待焊接钢轨7的焊接作业。

技术特征：

1.一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征在于：由基座(1)、钢轨密封装夹装置(2)、三轴运动装置(3)、电子枪(4)、送丝装置(5)、真空室(6)及工作台(8)组成；基座(1)主要作为整个设备结构主体，三轴运动装置固定于基座(1)上方，基座(1)、三轴运动装置(3)、电子枪(4)及送丝装置(5)位于真空室(6)内。

2.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：钢轨密封装夹装置(2)分为左、右两部分，钢轨密封装夹装置(2)左部分固定于基座(1)左侧端面，钢轨密封装夹装置(2)右部分固定于基座(1)右侧端面，钢轨密封装夹装置(2)左、右两部分通过工作台(8)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：钢轨密封装夹装置(2)左、右两部分相对面位于真空室内部，钢轨密封装夹装置(2)左、右两部分相反面位于真空室外部，钢轨密封装夹装置(2)穿过真空室(6)壳体，钢轨密封装夹装置(2)壳体固定于真空室(6)壳体上。

4.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：三轴运动装置(3)固定于基座(1)上表面，三轴运动装置(3)由垂向直线模组(31)、纵向直线模组(32)和横向直线模组(33)组成，直线模组均由电机驱动滑块沿导轨运动，电子枪(4)与送丝装置(5)固定于垂向直线模组(31)的滑块连接座上，从而实现电子枪(4)和送丝装置(5)的垂向、纵向及横向运动。

5.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：钢轨密封装夹装置(2)由左密封块(21)、右密封块(22)、导轨装置(23)、手轮(24)及丝杆(25)组成。

6.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：钢轨密封装夹装置(2)左密封块(21)与右密封块(22)截面形状与待焊接钢轨(7)截面形状相吻合。

7.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：钢轨密封装夹装置(2)左密封块(21)与右密封块(22)截面形状与待焊接钢轨(7)截面形状相吻合的表面上开有密封槽，密封槽内放置橡胶密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，其特征是：送丝装置(5)由连接座(51)、步进电机(52)、送丝盘(53)组成，连接座(51)安装在垂向直线模组(31)滑块连接座上，步进电机(52)驱动送丝盘(53)转动输送丝材(54)。

技术总结
本实用新型公开了一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备，本实用新型焊接设备由基座、钢轨密封装夹装置、三轴运动装置、电子枪、送丝装置、真空室及工作台组成，钢轨焊接设备处于真空室内，基座两端固定钢轨密封装夹装置，三轴运动装置固定于基座上方，三轴运动装置由垂向直线模组、纵向直线模组及横向直线模组组成，电子枪与送丝装置固定于纵向直线模组导轨连接座上，电子枪与送丝装置通过三轴运动装置实现三轴方向运动，送丝装置输送金属丝材；本实用新型的一种基于电子束增材制造的钢轨焊接设备可通过电子束增材制造的方法焊接钢轨，结构简单，焊接质量高。

技术研发人员：车军;刘潇潇;唐辰杰;鲁玉磊;邱泽浩
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2019.12.24
技术公布日：2020.09.22