专利名称：用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路合龙锁定焊接的方法
技术领域：
本发明涉及铁路无缝线路钢轨焊接领域，特别是用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接的方法。
背景技术：
现有的铁路无缝线路钢轨的焊接方法有闪光对焊、气压焊、铝热焊和强迫成形电弧焊，其中闪光对焊以其优良的接头质量和较高的焊接生产率被广泛采用，成为铁路无缝线路钢轨焊接的主要方法。钢轨闪光对焊机可以分为固定式闪光对焊机和移动闪光对焊机。固定式闪光对焊机是固定安装在焊轨厂或临时焊轨基地，用于完成将25m长的钢轨焊接成300m或500m的长钢轨的作业；移动闪光对焊机是配置在铁路或公路的车辆上，主要用于完成在轨道施工现场将300m或500m长的钢轨焊连形成铁路无缝线路的钢轨联合接头的焊接作业。以上所说的长钢轨焊接和铁路无缝线路的钢轨联合接头的焊接的特点是在接头闪光对焊、焊后推凸及热处理过程中，接头两侧被焊钢轨不发生弹性变形。
铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接作业不同于以上所说的长钢轨焊接和铁路无缝线路的钢轨联合接头的焊接，其特点是铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接作业完成后被焊钢轨的应力状态要满足设计锁定温度所要求的应力状态。
目前，公知的铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接主要是采用铝热焊方法完成的。铝热焊是在钢轨固定情况下进行焊接的，但由于其接头是韧性较差的铸造组织，焊接接头的质量不易保证。本申请人认为，用移动闪光对焊机可以进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接，并且是今后发展的方向，但目前为止，尚未见到有关这方面的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路合龙锁定焊接的方法，采用该方法进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接可以使其焊接接头具有闪光对焊接头所具有的优点，即具有较高的韧性，并且焊接接头质量具有较高的可靠性和一致性。
用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，其作业工况不同于进行钢轨联合接头焊接时的工况。铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接完成后，钢轨的应力状态应满足设计锁定温度要求的应力状态，即在钢轨温度低于设计锁定温度的情况下钢轨应处于拉伸应力状态，在钢轨温度等于设计锁定温度的情况下钢轨应处于零应力状态，在钢轨温度高于设计锁定温度的情况下钢轨应处于压缩应力状态，所以用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，只能在钢轨温度等于或低于设计锁定温度情况下进行合龙锁定焊接作业。
在钢轨的施工作业温度低于设计锁定温度的情况下，采用移动闪光对焊机进行无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，如果钢轨处于动态拉伸过程，则由于被拉伸的钢轨是一根长细比非常大的杆件，其拉伸应变、拉伸应力以及应力和应变之间的关系具有两个主要特点一个是在拉伸过程中，拉伸产生的应变沿钢轨长度方向分布不均匀，拉伸应变均匀需要拉伸后的时效过程(即应力放散)才能完成，时效过程所需时间的长短与所采取的应力放散工艺有关，实际闪光对焊过程从开始到结束的时间一般不超过200秒，在这样短的时间内是不可能实现应变均匀的，这是一个被实践普遍证明了的现象；另一个是在拉伸过程中拉伸应力在数值是不确定的，在拉伸应变沿钢轨拉伸方向分布不均匀的情况下，不能应用虎克定律来定量确定拉伸过程中实际拉伸力(变形抗力)的数值，虎克定律是在匀速、慢速和均匀拉伸(或压缩)条件下获得的，拉伸过程中变形抗力的数值与拉伸应变的均匀程度、截面形状复杂性和拉伸速率之间存在着复杂的关系，不是能用静力学理论可以确定的。由于以上原因，在钢轨的施工作业温度低于设计锁定温度的情况下，采用移动闪光对焊机进行无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，如果钢轨处于动态拉伸过程，则会带来以下问题1.拉伸力的不确定性将导致难以从焊接工艺参数上定量地确定闪光对焊过程中顶锻阶段变形抗力中顶锻力和拉伸力在数值上的分配关系，会对根据工艺参数判断焊接接头质量带来困难；2.在不采用定位保距措施进行焊接接头推凸和接头热处理工序的情况下，处于高温状态的接头区，因其强度低，在钢轨的拉伸力作用下可能会产生高温塑性变形甚至被拉断。为了抵消钢轨的拉伸力对焊接接头推凸和接头焊后热处理工序产生的不利影响，在焊接接头冷却至400℃～300℃以前要采取定位保距措施(即在焊接过程顶锻完成后或接头热处理冷却时，采取在焊接接头冷却至400℃～300℃以前，使焊机或钢轨拉伸器的夹轨钳仍然保持对钢轨的夹紧状态，使前后夹轨钳之间距离保持不变)，这就使得前后夹轨钳之间的钢轨成为一段三次超静定梁，这是一种拘束度很大的结构，使得焊接接头在冷却过程中受到很大的约束，不能够自由收缩，必然会在焊接接头内产生拘束应力(温度应力)，再加上由钢轨化学成分因素和闪光对焊中不可避免的“灰斑”因素所引起的钢轨闪光对焊接头的热裂纹和再热裂纹倾向，在这两种原因共同作用下将有可能在焊接接头内出现热裂纹或再热裂纹，成为质量隐患。
因此，用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接的核心问题，就是要解决钢轨因弹性拉伸变形所产生的拉伸应力对闪光对焊过程和焊接接头质量的影响。
本发明解决上述问题的技术方案是所提供的用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路合龙锁定焊的方法是在钢轨施工作业温度低于设计锁定温度情况下，进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，钢轨焊接接头的闪光对焊、焊接接头的焊后推凸及焊后热处理均在无拉伸力影响状态下完成。
本发明的进一步解决方案是在钢轨施工作业温度低于设计锁定温度情况下，进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，钢轨焊接接头的闪光对焊、焊接接头的焊后推凸及焊后热处理均在无拉伸力影响状态下完成的主要步骤如下1.为了达到铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接完成后，钢轨的应力状态要满足设计锁定温度要求的应力状态，根据设计锁定温度要求和现场的实际工况，用虎克定律计算确定待焊接头焊缝两侧钢轨旋松扣件的长度，按计算确定的长度旋松扣件后，在钢轨接头闪光对焊前用钢轨拉伸器对待焊钢轨做拉伸作业，其拉伸量要满足拉伸完成后待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分的长度大于或等于二倍的钢轨在闪光对焊过程中的烧化量与顶锻量之和；2.拉伸完成后，钢轨拉伸器不泄压，维持待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分长度不变，与此同时，将待焊接头焊缝两侧的部分长度范围的被拉伸钢轨放入承轨槽并旋紧扣件，使其处于临时工艺锁定状态，待焊接头焊缝两侧钢轨临时工艺锁定段的长度要满足拆除钢轨拉伸器后未临时工艺锁定的被拉伸的钢轨回弹收缩后待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分的长度大于或等于钢轨在闪光对焊过程中的烧化量与顶锻量之和；3.完成临时锁定作业后，拆除钢轨拉伸器，焊接接头焊缝两侧或一侧未临时工艺锁定的被拉伸的钢轨回弹收缩，回弹收缩完成后对待焊接头焊缝两侧或一侧未临时工艺锁定的钢轨做挑曲线作业，使待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分的长度等于零，且待焊接头焊缝两侧的钢轨端面对正；4.进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接接头的闪光对焊、焊接接头的焊后推凸及焊后热处理；5.将临时工艺锁定的扣件全部旋松，对焊接接头焊缝两侧未旋紧扣件的钢轨做应力均匀放散，应力均匀放散完成后旋紧扣件。至此铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接作业完成。
与现有技术相比，本发明的优点是焊接接头的化学成分及金相组织与钢轨母材基本一致，焊接接头的韧性较高，焊接接头的质量具有较高的可靠性和一致性；可以避免在较大的拘束状态下冷却和热处理可能产生的热裂纹和再热裂纹；钢轨合龙锁定接头闪光对焊和钢轨拉伸工序各自独立进行，互不干涉。另外，我国钢轨基地闪光对焊已具有几十年的历史，在线路上采用移动闪光对焊机进行非锁定焊工况的钢轨闪光对焊也已有多年的历史，在这些方面积累了丰富的经验，焊接接头的质量也具有较高的可靠性。一些铁路局和工程局已经具有一定数量的移动闪光对焊机和大量的各种型号钢轨拉伸器。本发明可以利用我国现有的各型号的移动闪光对焊机并配备无特殊要求的钢轨拉伸器，就可以进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接和修复焊接。
图1是本发明在钢轨合龙锁定焊接前焊接接头两侧钢轨经拆除扣件和应力放散后线路钢轨所处的状态示意图。
图2是本发明用钢轨拉伸器对焊接接头两侧钢轨进行拉伸作业完成后线路钢轨所处的状态示意图。
图3是本发明完成临时工艺锁定后，没有拆除钢轨拉伸器时线路钢轨所处的状态示意图。
图4是本发明完成临时工艺锁定并拆除钢轨拉伸器后，未临时工艺锁定的被拉伸钢轨回弹收缩后的状态示意图。
图5是本发明完成拉伸和临时锁定作业后对未被临时工艺锁定并处于无应力状态的钢轨完成挑曲线作业完成后的状态示意图。
图6是无缝线路钢轨合龙锁定焊接完成后的状态示意图。
以上图中的编号是1——钢轨，2——固定旋紧的钢轨扣件，3——临时工艺锁定旋紧的钢轨扣件。
具体实施例方式
以60kg/m钢轨为例，假定在钢轨施工作业温度低于设计锁定温度ΔT℃(一般ΔT≤30℃)时，进行无缝线路钢轨合龙锁定焊作业，钢轨在闪光对焊过程的烧化量与顶锻量之和为S毫米。待焊接头焊缝两侧钢轨松开扣件长度之和为L米，(L长度的确定方法是假定经应力放散后，L米长度范围的钢轨处于均匀的零应力状态，待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分长度为零，在闪光对焊完成钢轨消耗S毫米后，L米长度范围的钢轨的应力状态应满足设计锁定温度要求应力状态)。根据无缝线路锁定要求，合龙锁定焊完成后L米长度范围的钢轨应具有19.2×ΔT(KN)的拉伸应力，即钢轨要发生11.8×10-6×ΔT×L×1000＝S毫米拉伸变形，用移动闪光对焊机完成合龙锁定焊接作业的主要工序如下1.将待焊接头焊缝两侧钢轨(长度之和为L米)扣件拆除——→将钢轨打起，在轨底放置滚筒——→钢轨应力放散均匀。应力放散均匀后钢轨的状态如图1所示，此时待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分长度为零，AB段钢轨处于无应力状态。
2.用钢轨拉伸器对待焊接头焊缝两侧钢轨做拉伸作业。拉伸量要满足锁定温差≥2×ΔT℃的要求，即拉伸量l1≥2S毫米，拉伸完成后待焊接头焊缝两侧钢轨内具有的弹性拉伸力等于2×ΔT×19.2KN。拉伸过程要采取应力均匀措施，做到均匀拉伸。拉伸完成后待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分长度为l1毫米，如图2所示。
3.将待焊接头焊缝两侧AD段钢轨和BC段钢轨(AD段的长度为L2，BC段的长度为L1，且要满足 )的钢轨打起，抽出轨底滚筒，使钢轨放入承轨槽，并旋紧扣件。这样就把待焊接头焊缝两侧AD段钢轨和BC段钢轨临时锁定，如图3所示。
4.松开钢轨拉伸器，此时待焊接头焊缝两侧未做临时锁定的DE段钢轨和CF段钢轨(这两段钢轨的长度之和≤12×L+l1]]>)将产生回弹收缩，其收缩量δ≤S毫米。收缩完成后待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分长度为l2＝(l1-δ)≥S毫米，此时待焊接头焊缝两侧未做临时锁定的DE段钢轨和CF段钢轨处于无应力，如图4所示。
5.将待焊接头焊缝两侧未做临时锁定的DE段钢轨和CF段钢轨的端面E和端面F加工处理，使其达到闪光对焊的相应要求。然后用挑曲线方法，使待焊接头焊缝两侧未做临时锁定的DE和CF段钢轨的端面E和端面F重合，且端面对正，为后续进行的闪光对焊工序做好准备，如图5所示。
6.进行钢轨闪光焊接、推凸、正火、打磨、探伤等作业。在焊接开始时焊接头焊缝两侧未做临时锁定钢轨长度为曲线CED的长度(直线段CD+l2)，焊接完成后焊接头焊缝两侧未做临时锁定钢轨曲线CED的长度变成[(直线段CD+l2)米-40毫米]≥直线段CD的长度。在焊接过程中CED段钢轨处于曲线取直的过程，钢轨没有发生弹性拉伸变形，所以也没有拉伸应力。焊接完成后，CED段钢轨仍处于无应力状态，从而使后续的推凸、正火等工序都在钢轨无拉伸应力的情况下进行。
7.确认焊缝合格后，将AD段钢轨和BC段钢轨范围内的临时锁定扣件松开，将该段钢轨打起，轨底放置滚筒，采取措施使ADECB段钢轨(长度为L米)应力放散均匀。在确定钢轨应力放散均匀，其他检验合格后，将ADECB段钢轨打起，抽出轨底下面的滚筒，将该段钢轨放入承轨槽，旋紧全部弹条扣件，合龙锁定焊完成，如图6所示。
权利要求
1.一种用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路合龙锁定焊接的方法，其特征是在钢轨施工作业温度低于设计锁定温度情况下，进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，钢轨焊接接头的闪光对焊、焊接接头的焊后推凸及焊后热处理均在无拉伸力影响状态下完成。
2.根据权利要求1所述的合龙锁定焊接的方法，其特征是所说的钢轨焊接接头的闪光对焊、焊接接头的焊后推凸及焊后热处理均在无拉伸力影响状态下完成是这样进行的1)用虎克定律计算确定待焊接头焊缝两侧钢轨旋松扣件的长度，按计算确定的长度旋松扣件后，在钢轨接头闪光对焊前用钢轨拉伸器对待焊钢轨做拉伸作业，其拉伸量要满足拉伸完成后待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分的长度大于或等于二倍的钢轨在闪光对焊过程中的烧化量与顶锻量之和；2)拉伸完成后，钢轨拉伸器不泄压，维持待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分长度不变，与此同时，将待焊接头焊缝两侧的部分长度范围的被拉伸钢轨放入承轨槽并旋紧扣件，使其处于临时工艺锁定状态，待焊接头焊缝两侧钢轨临时工艺锁定段的长度要满足拆除钢轨拉伸器后未临时工艺锁定的被拉伸的钢轨回弹收缩后待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分的长度大于或等于钢轨在闪光对焊过程中的烧化量与顶锻量之和；3)完成临时锁定作业后，拆除钢轨拉伸器，焊接接头焊缝两侧或一侧未临时工艺锁定的被拉伸的钢轨回弹收缩，回弹收缩完成后对待焊接头焊缝两侧或一侧未临时工艺锁定的钢轨做挑曲线作业，使待焊接头焊缝两侧钢轨相互重叠部分的长度等于零，且待焊接头焊缝两侧的钢轨端面对正；4)进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接接头的闪光对焊、焊接接头的焊后推凸及焊后热处理；5)将临时工艺锁定的扣件全部旋松，对焊接接头焊缝两侧未旋紧扣件的钢轨做应力均匀放散，应力均匀放散完成后旋紧扣件。
全文摘要
本发明是一种用移动闪光对焊机进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接的方法。该方法在钢轨施工作业温度低于设计锁定温度情况下进行铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接时，钢轨合龙锁定接头闪光对焊和钢轨拉伸工序各自独立进行，互不干涉。它通过超量拉伸、临时工艺锁定措施，并采用拨曲线的方法，避开拉伸力的影响，使铁路无缝线路钢轨合龙锁定焊接的钢轨接头闪光对焊、焊接接头焊后推凸及焊后热处理工序均在无拉伸力影响状态下完成。用本方法进行合龙锁定焊接的接头具有较高的韧性，且焊接接头质量具有较高的可靠性和一致性。
文档编号B23K11/04GK1695868SQ20051004266
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月16日 优先权日2005年5月16日
发明者马丁乙 申请人:马丁乙