专利名称:不封锁线路条件下修复伤损钢轨的方法及其专用的喷焊炬和轨铁粉的制作方法
本发明涉及一种改进的用喷焊法修复伤损钢轨的方法、及其专用的喷焊炬和轨铁粉，特别适用于在不封锁线路条件下进行作业。
本发明是从权项1前序部分中所描述的，且在美国专利348205，日本特许出愿公开昭52-99951、55-68563、56-73569日本特许出愿公告昭54-15015和日本杂志《铁道线路》1980年第10期，《Japanese Railwag Engineering》1984年第2期，英国杂志《Railwag Calette》1970年第5期，苏联杂志《ПУТЬИ ПУТЕВОЕ ХОЭЯЙСТВО》1981年第1期中所公开的喷焊修补钢轨方法、喷焊炬和合金粉末发展而来的。
在公知的用喷焊法修复钢轨的方法、喷焊炬和合金粉末中，现场喷焊修补钢轨需封锁线路。其中，有的喷焊炬是单孔形式，不能一焊道布满一个钢轨面宽度，工作效率低;有的虽能进行大面积喷焊，但使用的乙炔气体必须是高压瓶装乙炔，功率增大后还需有水冷却系统才能及时散热，以保证正常工作。合金粉末大多采用价格较贵的镍基合金粉末;或虽为铁基合金粉末，但其中镍成份的含量还较高，且其某些机械力学性能数据偏低。另外，喷焊后钢轨校正时间长，纠正焊接变形的方法也不完善。因此，存在着需封锁线路作业及成本高、设备庞大的缺点。
本发明的任务是研究一种方法，可保证喷焊修补钢轨工作能在不中断列车运行条件下进行，且成本低、设备轻便。为此，需设计一种大功率的，能一焊道布满一个轨面宽度的，无需水冷却系统，在高压瓶装在乙炔或1M3/小时乙炔发生器供气条件下均能正常工作的喷焊炬;研制一种含镍量少，而喷焊层金属的机械力学性能指标、能满足在25T/5T脉冲荷载作用200万次试验条件下不断裂的要求;研究一种能缩短焊接部位冷却时间，尽快稳定变形的钢轨校正工艺;并研制一种校正器，以确保焊接残余变形被纠正。
权项1特征部分给出的特征解决了上述的任务。
1、只要正确合理地设计喷焊炬各主要部件的尺寸，就可设计出一种功率大、在高压瓶装乙炔或1M3/小时的中压乙炔发生器供气条件下均能正常工作的喷焊炬。该喷焊炬采用了下述的设计公式D1＝0.9～1.5D2D2＝3.1～3.8D3L＝0.7～1.3D2其中，D1是喷焊嘴孔径，D2是混合室孔径，D3是氧气喷嘴孔径，L是氧气喷嘴至混合室的距离。
图1是本发明的喷焊炬的外形结构图，它由喷焊嘴〔1〕，喷焊嘴螺母〔2〕，混合气管〔3〕，混合室〔4〕，挡热板〔5〕，主体〔6〕，氧气阀〔7〕，手柄〔8〕，双联启闭阀〔9〕，乙炔阀〔10〕，混合室螺母〔11〕，粉斗〔12〕，粉阀〔13〕，喷焊嘴分配器〔14〕组成。
采用上述公式设计的喷焊炬，喷粉、气体燃烧均正常，其粉末的抽吸力、出粉量见表1。该喷焊炬工作效率较高，如在线路上修补长为200毫米，深为4毫米，宽为70毫米的低塌区一般10分钟就可完成。
2、喷焊炬的喷焊嘴〔1〕采用了成排多管形喷焊嘴(9管)，宽达60毫米，能以一焊道布满一钢轨表面宽度。在喷焊嘴〔1〕的上端装置了喷焊嘴分配器〔14〕，见图2。分配器〔14〕与焊嘴管之间采用了园周式分布，使用银纤焊焊成一整体，以保证混合气体及粉末均匀稳定地分配给各个焊嘴管，然后均匀地喷射，布满钢轨表面。
由于焊嘴管之间采用定位板定位，使焊嘴管分离，气体燃烧时的幅射热能散发掉，且可在无水冷却装置时正常工作。
3、喷焊炬送粉机构采用了不锈钢滑阀的粉阀结构，见图3。滑阀〔15〕上的一个孔(φ3mm)套在焊炬主体〔17〕露出的园柱锁〔18〕上，再用下粉盖板〔16〕将滑阀〔15〕盖住，使滑阀〔15〕与主体〔17〕及下粉盖板〔16〕成铰状连接，拨动滑阀〔15〕可使滑阀上的另一孔与下粉道对齐或错开，正好行使送粉及停粉，以及部分送粉的功能。拨动滑阀〔15〕的极限位置可由下粉盖板〔16〕所留缺槽来控制。滑阀送粉机构控制灵敏、寿命长，改变了一般氧-乙炔喷焊炬送粉采用压簧控制胶管的送粉机构，免除了胶管老化、弹簧松弛而造成送粉机构失灵的现象。
4、喷焊炬双联启闭阀〔9〕采用了橡胶隔气膜片结构，见图4。氧气气源的开启通过氧气自身压力推开膜片〔19〕，接通气源;乙炔气源的开启通过乙炔气体的自身压力及附加弹簧〔20〕的弹力推开膜片〔19〕接通气源。氧气和乙炔气体的关闭则是拨动双联阀拨杆〔21〕压紧膜片〔19〕，则两个气源同时被切断。双联启闭阀增加了操作过程中的安全性。
5、为进一步增加喷焊炬使用过程中的安全性，对混合室〔4〕的乙炔进气孔采用了微型多孔(6×φ2mm)的形式，使回火时火焰到达混合室〔4〕后，火焰的回流被控制住，以确保安全操作。
6、本发明的铁基自熔性合金粉末，它的成份组成见表2。
表2
铁基合金粉末中，固溶体的主要组成是铁。铁含量增大后易氧化，且氧化铁和SiO2，B2O3组成的熔渣熔点较高，使合金的自熔性变差，粉末喷焊熔化时的镜面反光现象不易出现。本发明中合理设计各种化学元素及其含量，使粉末的工艺性能，如流动性，镜面反光、浸润性均达到良好状态，使喷焊层金属的机械力学性能也表现出较好的试验指标，冲击韧性达到1.8kgf-M/cm2，与母材的结合强度达到72.73kgf/mm2，其耐磨性能在铁路直线地段较API50kg/M钢轨好，超过3倍。喷焊钢轨的疲劳试验指标为在25T/5T脉冲荷载作用下，经受200万次仍保持良好状态，喷焊钢轨的压弯试验指标为在跨距为1米时，在跨中加荷至140T破坏，喷焊层金属的硬度为HB280，喷焊钢轨的金相组织为喷焊层金属为奥氏体组织，热影响区为细珠光体加铁素体，钢轨母材为细珠光体加铁素体。
7、为防止钢轨喷焊冷却后变形下凹，喷焊前根据喷焊部位的大小，须在焊补部位的轨底用起道机或千斤顶起高钢轨15～30毫米，喷焊结束后，要过30～40分钟才能取走起道机或千斤顶，达到纠正焊接变形的目的，为此上述使用喷焊技术修补钢轨的国家是封锁线路作业的。本发明为达到在不封锁线路条件下进行修补钢轨作业的目的，力求缩短作业时间，对喷焊钢轨校正工艺进行了大胆改革，采用了喷焊结束后7～8分钟、轨面喷焊部位冷却至300～350℃时，即在轨面遍洒冷水，加速喷焊部位冷却，以尽快稳定变形，随即便可下落起道机，上紧扣件，并可继续进行其他钢轨病害部位的喷焊修补作业。经检验金相组织未产生任何不利的影响，这样既提高了工作效率，又保证了喷焊的质量。
8、为完善喷焊修补钢轨工艺，还制作了TJ-1型热校正器，见图5。能否有效地纠正焊接变形是氧-乙炔焰粉末喷焊技术应用于现场钢轨修补的关键问题之一。目前普遍采用的是用机械方法纠正焊接变形，但有时往往由于未能掌握变形规律，很难达到理想的效果。本发明的热校正器是通过其火嘴〔22〕上的2×9共18个火孔对钢轨进行加热，火嘴的曲面形状与钢轨〔23〕轨腰下部及轨底交界处形状一致，对需校正的钢轨变形部位，应往复加热6～7分钟，加热温度应控制在550～650℃，即可纠正钢轨的残余变形。
权利要求
1.用喷焊法修复伤损钢轨的方法。将一种铁基合金粉末，通过专用的氧-乙炔喷焊炬，喷射到欲修补的钢轨表面，形成一种与钢轨母材的机械力学性质相接近的喷焊层。对焊后的钢轨需进行校正，方法是采用千斤顶或起道机等机械对欲焊修钢轨预先在轨底顶起，设置一定的反变形量，等钢轨冷却后拆除顶起机械。本发明的特征是采用具有阔幅排式多孔喷焊嘴的喷焊炬、及含镍量为28.0～32.0%的铁基合金粉末进行喷焊操作，对修补后的钢轨进行校正时采用对喷焊部位遍洒冷水的工艺，对需消除焊接残余变形的钢轨采用热校正器进行纠正。
2.根据权项1所规定的喷焊炬，其特征是各主要部件有如下的相互关系D1＝0.9～1.5D2D2＝3.1～3.8D3L＝0.7～1.3D2其中，D1是喷焊嘴孔径，D2是混合室孔径，D3是氧气喷嘴孔径，L是氧气喷嘴至混合室的距离。
3.根据权项2所规定的喷焊炬，其特征是喷焊嘴各管之间用定位板隔离，总宽度以一焊道能焊补一钢轨面为准。
4.根据权项2所规定的喷焊炬，其特征是具有不锈钢滑阀的送粉机构，送粉滑阀上的一个孔套在焊炬主体露出的园柱销上，再用下粉盖板将滑阀盖住，使滑阀与主体及下粉盖板成铰状联接，拨动滑阀可使滑阀上的另一孔与下粉道对齐或错开。
5.根据权项2所规定的喷焊炬，其特征是具有双联启闭阀，双联启闭阀采用橡胶隔气膜片结构，通过气体自身压力和弹簧的弹力推开膜片。
6.根据权项2所规定的喷焊炬，其特征是混合室的乙炔进气孔采用多个微孔形式。
7.根据权项1所规定的铁基合金粉末，其特征是其他成份组成为碳0.4～0.8%，铬4.0～6.0%，硼1.1～1.5%，硅2.5～3.5%，铁余量。
8.根据权项1所规定的钢轨校正工艺，其特征是轨面遍洒冷水控制在喷焊结束后7～8分钟、轨面喷焊部位冷却至300～310℃时。
9.根据权项1所规定的纠正钢轨残余变形的热校正器，其特征是热校正器的火嘴由2×9共18个火孔组成，火嘴的曲面形状与钢轨轨腰下部及轨底交界处形状一致。
10.根据权项1所规定的钢轨残余的变形纠正方法，其特征是对钢轨变形部位应往复加热6～7分钟，加热温度控制在550～650℃。
专利摘要
本发明公开了一种能在不封锁线路条件下修复伤损钢轨的方法，及其专用的喷焊炬和轨铁粉。与现有采用喷焊法修补伤损钢轨的技术相比，具有工作效率高、成本低、设备轻便的优点。所应用的喷焊炬具有阔幅排式多孔喷焊嘴，能在高压瓶装乙炔或1m
文档编号E01B31/18GK85106256SQ85106256
公开日1987年4月15日 申请日期1985年8月14日
发明者顾登寿, 邓健, 张金芳, 曾步俊 申请人:上海铁路局科学技术研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan