用于铝热焊接轨道的模制组件以及用于铝热焊接轨道的方法与流程

本发明涉及一种用于铝热焊接的模制组件以及一种用于实施这种模制组件来铝热焊接金属部段(特别是轨道)的方法。

现有技术

两个金属部段的铝热焊接由以下构成：对准两个金属部段，以便它们的端部面向彼此；然后将熔融金属浇铸到分隔开端部的空间中以焊接所述部段。

为了执行焊接，使用了一种包括封闭该金属部段的多个部件的模具，从而形成了容纳待焊接的金属部段的端部并且旨在接收熔融金属的模具腔体。

这种类型的焊接通常针对金属轨道(特别是铁路轨道)的焊接来实施。

由于模具的多个部件的结构，以及在待焊接的金属轨道与模具之间存在的尺寸差异，一方面模具的部件之间的联结以及另一方面模具的部件与金属轨道之间的联结并不完美，并且因此在浇铸金属之前必须使模具密闭。

在围绕待焊接的金属轨道将模具放置就位之前或之后，这项操作(被称为“密封”)通常通过将糊剂或密封剂、沙子或者代替地通过挤压枪施加的粘结剂施加到待填充的空隙中来执行。这些密封产品具有耐火特性，也就是说，当所述熔融金属浇铸到模具腔体中时，它们能够承受与熔融金属的接触，并且通常产生良好的密闭结果。

然而，施加这些密封产品是漫长且费力的，因为它们需要以较大精度沉积以确保模具的最佳密闭性。由于密封产品的购买和运输(有时表现为高达每次焊接几千克)，这也产生了用于执行焊接的额外财务成本。

此外，密封产品产生一定量的必须撤除并处理的废物，这对环境具有负面影响。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是通过提出一种模制组件来克服现有技术的缺点，所述模制组件包括用于金属轨道的铝热焊接的模具，该模具的密封执行起来容易且迅速。

本发明的目的还在于提出这样的模制组件，与现有技术的模具相比，该模制组件的模具的密封执行起来具有减小的财务成本并且导致减小的废物量。

本发明的另一个目的在于提出一种实施这种模制组件的用于金属轨道的铝热焊接的方法。

为此，本发明涉及一种用于金属轨道的铝热焊接的模制组件，其包括至少一个模具部件，所述至少一个模具部件被构造成与至少一个其它模具部件以及待焊接的轨道接触，以便形成模具腔体，待焊接的金属轨道的端部布置在该模具腔体中，并且熔融金属被浇铸到该模具腔体中以便焊接金属轨道，模制组件主要表征为，每个模具部件包括座部，其构造为被放置成与所述轨道中的至少一个接触，所述座部包括凹槽，由膨胀材料制成的密封产品被施加到该凹槽中。

可选地，根据本发明的模制组件可以包括以下特征：

凹槽包括：

内边缘，其被构造成使模具腔体闭合，

外边缘，其被构造成将凹槽与模具的外部分隔开，

底部，其面向待焊接的轨道延伸，并且其连接内边缘与外边缘。

密封产品相对于轨道关于座部凹陷；

座部设置有可压缩耐火衬里，其能够在模具的安装期间与轨道接触，密封产品施加在所述可压缩耐火衬里上；

模具部件包括底部部件；

密封产品为条带的形式；

条带为热成形条带或通过模制获得的条带；

条带可顺应于模具部件；

膨胀材料选自以下化学品中的一种或更多种：硅酸钠、硅酸钙、磷酸铵和共挤出的石墨(co-exturdedgraphite)。

本发明还涉及一种用于金属轨道的铝热焊接的方法，其中将待焊接的金属轨道的端部布置在铝热焊接模具的模具腔体中，所述模具包括至少两个模具部件，所述至少两个模具部件被构造成彼此接触以及与待焊接的轨道接触以便形成所述模具腔体，每个模具部件包括构造为被放置成与所述轨道中的至少一个接触的座部，所述座部包括凹槽，该方法包括将熔融金属浇铸到模具腔体中的步骤，该方法主要表征为，其包括在将金属浇铸到模具腔体中的步骤之前将由膨胀材料制成的密封产品施加到凹槽中的步骤。

可选地，根据本发明的方法可以包括以下特征：

该方法包括在将金属浇铸到模具腔体中之前预热模具的步骤，密封产品在所述预热步骤之前被施加；

在组装模具的部件与轨道以形成模具腔体之前施加密封产品；

密封产品被施加成相对于轨道关于座部凹陷；

座部设置有可压缩耐火衬里，其能够在模具的安装期间与轨道接触，密封产品施加在所述可压缩耐火衬里上；

密封产品为条带的形式，该方法包括在条带施加在模具部件上之前使条带成形的步骤。

条带为热成形条带或通过模制获得的条带；

条带在其施加期间顺应于模具部件；

密封产品为液体的形式，其优选地选自胶黏剂或密封剂；

该方法进一步包括，在将所述熔融金属浇铸到所述模具腔体中之前，在模具部件的面向轨道的所述至少一个表面上施加液体的步骤；

施加液体是借助于刷子、刀具、挤压枪或高压活塞来执行的；

膨胀材料包括硅酸钠。

附图说明

参考附图，本发明的其它优点和特征将从以下作为说明性且非限制性示例而给出的描述中变得清楚：

图1是根据本发明的实施例的用于金属轨道的铝热焊接的模具的部件的透视图；

图2是图1中示出的模具部件的透视图，其配备有由膨胀材料制成的密封产品，该密封产品为可热成形条带的形式；

图3是由膨胀材料制成的可热成形条带的简图；

图4是根据本发明的实施例的通过将与图2的两个部件相同的两个部件组装在待焊接的两个轨道的端部的各侧上以便封闭所述轨道端部而形成的模具的侧视截面图；

图5a至5c是将配备有毛毡类型的可压缩耐火衬里的模具部件放置就位在轨道上的连续步骤的示意图；

图6a至6d是将没有可压缩耐火衬里的模具部件放置就位在轨道上的连续步骤的示意图；

图7a至7d是将没有可压缩耐火衬里的模具部件放置就位的连续步骤的示意图，该模具部件的座部包括凹槽；

图8a至8d是具有不同形状的凹槽的图示；

图9是模具部件的透视图，该模具部件的座部包括诸如图7a至7d所示的凹槽。

具体实施方式

本发明首先涉及一种模制组件，其包括用于铝热焊接金属部段(并且特别是金属轨道)的模具。

这样的模具100由两个模具部件1和底部部件50组成，所述两个模具部件具有基本上相同的结构，根据一个实施例，在图1表示出了两个模具部件中的一个部件。两个部件1适于彼此组装，以及与底部部件50组装，以便形成容纳待焊接的轨道30的端部31的模具100。

参考图1，每个模具部件1包括上部面2、下部面3和联结上部面2和下部面3的侧向面4、5。模具部件1由上部部件6和下部部件7组成，上部部件6被构造成组装到对应于第二模具部件的上部部件，下部部件7被构造成与轨道端部31接触以便封闭它们。

模具部件1和50由刚性耐火材料制成，也就是说，具有良好机械强度并能够承受非常高的温度(并且特别地，该材料所接触的处于液态的待焊接金属的温度)的材料。

模具部件1在其整个长度上从其上部面2至其下部面3是挖空的，以便界定相对于纵向平面p1面向彼此并且通过底部10连接的两个内侧向表面9。内侧向面9本身是被挖空的以便与底部10一起形成用于液态的焊接金属的浇铸室101(在图4中表示)的一个半部，液态的焊接金属通常来自布置在浇铸通道上方的由耐火材料制成的坩埚。

根据模具的常规使用，方向和定位术语比如尤其是“上方”和“下方”、“高”、“低”、“上部”或“下部”指的是模具部件的不同构成元件或者与模具部件配合的元件的布局，其中，模具部件安装在轨道上，轨道的脚部横向于模具部件的纵向平面p1搁置在支撑(通常是地面)上。

模具部件1的前面4设置有两个接触表面8，其用于在模具100的安装期间与第二模具部件1的两个对应的接触表面接触。

模具部件1的下部部件7包括两个边缘11，称为内边缘，其从接触表面8的下部端部(在该处它们形成倾斜断口12)延伸到模具部件1的下部端部。内边缘11由模具部件的内侧向表面9和外侧向表面5侧向地界定。

每个内边缘11包括沿所述边缘延伸的座部13，其被构造成在模具100的安装期间与轨道端部31接触。一旦所述模具被组装成如图4所表示的那样，则座部13就通过模具的内侧向表面9和底部10界定模具腔体102或模具室，所述模具腔体或模具室容纳待焊接的轨道的端部31和轨道30之间的空间，并且旨在接收来自浇铸室101的液体金属。

座部可以被毛毡覆盖。毛毡本身是公知的材料，其由可压缩耐火纤维构成并由耐火粘结剂粘结，借助于合适的粘合剂施加在模具部件的座部上，以便闭合模具腔体。可以参考文献wo2007/031528，以用于描述设置有毛毡的这种模具。

在描述的其余部分中，p2指定了纵向对称平面，其在轨道的长度上在位于该平面的任一侧上的轨道的两侧上将轨道30分隔开，平面p2垂直于平面p1并且横向于轨道30的支撑件的平面。

两个座部13中的每一个都是挖空的，以便限定了高座部14、中座部15以及低座部16，高座部的形状对应于轨道30的头部33的一侧的形状，中座部的形状对应于轨道的腹板34的一侧的形状，低座部的形状对应于轨道的脚部35的一侧的形状。

上部座部14为凹陷的形式。它包括高部分14a、中部分14b和下部部分14c，高部分的形状对应于轨道30的头部33的顶部，中部分的形状对应于头部33的侧向边缘，下部部分的形状对应于头部33的基部。

中座部15是突出部的形式，其形状对应于轨道30的腹板34的形状。

低座部16是凹陷的形式。它包括上部部分16a和下部部分16b，上部部分的形状对应于轨道30的脚部35的顶部，下部部分的形状对应于脚部35的侧向边缘。

内边缘11界定了外凹陷20，其在所述边缘11的高度处在模具部件1的对应的外侧向面5中。外凹陷20沿着边缘11延伸，也就是说，从接触表面8的下部端部延伸到模具部件1的下部面3。

外凹陷20本身由第一外表面21和第二表面22形成，第一外表面从座部13垂直于所述座部延伸，第二表面从第一表面21垂直于所述第一表面延伸并因此基本上平行于座部13延伸。

倒角23形成为联结部件的上部部件6的表面和上部座部14的角度。倒角23的形状对应于轨道端部的头部33的顶部。

模具部件1进一步包括冷却管24，该冷却管的端部中的一个朝向模具100的外部显现在模具部件的上部面3上，并且另一端部显现在模具腔体102中在上部座部14的高度处。切口有利地形成在接触表面8和内侧向面9中，并且构成用于处于液态的焊接金属在金属浇铸室101与冷却管道24之间的循环的通路。

为了安装在图4中表示的模具100并且执行轨道的两个端部的焊接，比如先前描述的两个模具部件1被组装在底部部件50上。

两个模具部件1的接触表面8在平面p2的各侧上彼此接触，从而形成金属浇铸室101。

对于模具的每个部件，下部部件7的座部13被放置成与待焊接的轨道30的两个端部31的一侧接触。

在该构造中，模具部件的底部10被定位成面向两个轨道端部之间的空间。

详细地，第一座部13覆盖第一轨道端部的第一侧，第二座部13以与第一座部类似的方式覆盖第二轨道端部的第一侧。

对于安装在两个轨道端部的第二侧上的第二模具部件，相应地保持相同。

当两个模具部件1安装在待焊接的轨道端部31上时，抵靠两个轨道端部中的每一个安装在所述轨道的第一侧上的第一模具部件的两个座部13和抵靠两个轨道端部中的每一个安装在所述轨道的第二侧上的第二模具部件的两个座部，形成围绕轨道端部31和分隔开所述轨道端部的空间延伸的模具腔体102。模具腔体102优选地被能够连接到每个模具部件1的内表面3的底部部件50闭合，以使得所述底部部件50的座部连接到第一模具部件和第二模具部件1的相应的座部13。

在将液体形式的金属浇铸到模具100中期间，金属沿着浇铸室101流动至模具腔体102，在其中，所述金属填充端部31之间的空间以便通过铝热反应焊接轨道30。金属蒸气和铝热反应产物经由冷却管24从模具排出。

由膨胀材料制成的密封产品40被施加在一个或两个模具部件1上。其可以在其组装在待焊接的轨道上之前施加在模具部件上，或直接施加在已组装的模具100上。

该材料被称为“膨胀的”，其中它能够在由模具的温度增加而带来的热量的作用下膨大，特别是在模具腔体内膨大，以便形成膨胀系统，其例如是泡沫的形式或者相反地是实心壳体的形式。在实践中，膨胀材料被构造为在将金属浇铸到模具中之前执行的实施所谓的预热步骤期间膨胀，所述预热步骤允许模具和轨道的温度的逐步升高，以便助于金属的熔化以及从模具中移除水分。膨胀材料的膨胀在所述材料经受所谓的“阈值温度”时被触发，该阈值温度取决于其物理和化学特性。因此要注意的是，使得阈值温度接近模具的预热温度，优选地低于所述预热温度。

优选地，膨胀材料选自以下化学品中的一种或更多种：硅酸钠、硅酸钙、磷酸铵和共挤出石墨(co-exturdedgraphite)。

根据第一实施例，密封产品40是图3中表示的条带41的形式。条带41被定形以便其形状对应于随后该条带必须施加在其上的模具部件的表面的形状。

条带41可以是可热成型的，其中该条带在其安装在模具部件1或50上之前在高温下定形，条带的定形温度是膨胀材料的物理和化学特性的函数，并且在实践中远低于其阈值温度。

替代地，条带41可以被模制以便具有期望形状，然后被施加在模具部件上。

条带41可以是柔性的或刚性的，这取决于其构成材料的性质和其尺寸。然而，柔性条带将是优选的，以便使条带顺应于模具部件。

该第一实施例提供了设置“备好即用(readytouse)”密封产品的优点，其中，其足以尤其是通过例如粘结(其执行起来简单且迅速)来施加已经形成在所涉及表面上的条带41。

根据第二实施例，密封产品40是用于施加在模具部件上的液体产品的形式。术语“液体”指的是低粘度(例如，接近水的粘度的粘度，即大约1*10^-3pa.s)的液体，或高粘度(例如，接近机油的粘度的粘度，即，大约0.2pa.s)的液体。然而，足够高的粘度将是优选的，从而能够容易地将产品施加到所涉及的(多个)表面上，同时避免产品流到未被设置成在其上施加产品的其它表面上。还要注意，选取需要与模制操作的干燥时间相比减小的干燥时间的液体产品。

液体产品优选为胶黏剂或密封剂。

该第二实施例提供了设置密封产品40的优点，该密封产品可以施加在复杂形状的区域上，然而没有使待保护区域不覆盖有产品。

密封产品可以使模具腔体102与外部环境隔离，同时防止液体金属在模制操作期间从模具腔体中出来。

密封产品定位在模具部件1或50的至少一个表面上，该表面被构造为放置成面向待焊接的轨道30。

当密封产品暴露于过高的热量，特别是在长时间段内暴露于过高的热量时，密封产品具有劣化的倾向。因此，密封产品优选地定位在距轨道端部的一定距离处，以便其在预热步骤期间膨胀，同时避免其太过暴露于热量并退化。构成密封产品的膨胀材料的物理-化学结构的太快退化实际上将导致密封产品的确保模具的密封性直至金属固化的能力丧失。

密封产品被施加在模具部件上以便放置成在模具腔体102附近，并且优选地在所述模具腔体的外部。因此确保了模具腔体102的密封性，同时避免在将金属浇铸到模具100中的期间金属与密封产品之间的直接接触，所述直接接触可能在轨道与模具抵靠轨道的支承表面之间的接合部的高度处造成毛刺。

然而，可以设置成将密封产品定位在轨道与模具抵靠轨道的支承表面之间的接合部的高度处(特别是在座部13上，可以覆盖有毛毡)。在这种情况下，密封产品能够进入到熔融金属中并与之接触。因此选取了能够在结构上承受与熔融金属接触的密封产品。

密封产品在预热步骤期间在接合部中膨胀，然后填充所述接合部，然后金属在模制步骤期间进入到与膨胀的密封产品的接触中。

当座部被毛毡覆盖时，密封产品的膨胀甚至更多地压缩毛毡。这提供了以下的优点：当所述密封产品接近其寿命的终点时，允许毛毡补偿密封产品的收缩。

根据该实施例，模具部件的结构和机械特性(并且当其存在有毛毡时)适于避免能够引起模具的不良密封性的座部相对于轨道的任何脱开。

根据本发明的优选实施例，参考图2和3，密封产品40被施加在由模具部件的内边缘11界定的外凹陷20中。其被施加在凹陷的第二表面22上以便覆盖所述第二表面。此外，根据所施加的产品的厚度，其还至少部分地覆盖凹陷的第一表面21。在密封产品是诸如图3所表示的可热成形条带41的情况下，条带的高部分42具有对应于高座部14的形状的形状，并施加在其上。类似地，条带41的中部分43和低部分44相应地具有对应于中座部15和低座部16的形状的形状，并施加在其上。

显然，在必要的情况下可以将密封产品40施加在外凹陷20中，以便只覆盖第二表面22的仅一部分，也就是说，从倾斜断口12延伸至部件的下部面3的其长度的一部分和/或从第一表面21延伸至模具部件的外侧向表面5的其宽度的一部分。如果密封产品仅旨在隔离模具腔体102的仅一部分并且因此减小了施加所述密封产品所需的时间以及所需的产品的量，这可以被证明是合适的。

在预热模具100的步骤期间，模具内的温度增加直至接近随后浇铸的熔融金属的温度的预热温度。预热温度可以特别地等于液体金属的温度。预热期间的模具的温度的升高造成模具腔体102的内部和外部、尤其是在模具腔体附近处的温度的增加。当到达阈值温度时，密封产品40膨胀并且然后占据外凹陷20的整个体积，从而防止金属经由模具部件的座部13与轨道30之间的接合部从模具腔体102中出来。

先前关于密封产品在模具部件1的表面上的施加所描述的内容也适用于底部部件50。根据已经描述的内容，密封产品因此可以施加在特别是底部部件50的座部18上，该座部18可以包括毛毡。

图5a-c和6a-d示出了根据前述实施例的密封产品施加在模具部件上期间以及在随后模制操作期间密封产品的行为。密封产品40被施加在由模具部件的内边缘11界定的外凹陷20中。

参考图5a、5b和5c，模具100是具有毛毡的模具。毛毡17的存在可以省掉有时费力的步骤，即在部件是由凝聚的沙子制成时，特别是通过刮擦过量的沙子来减小内边缘11的厚度以便调节模具部件1与轨道30之间的距离。

根据图5a，在安装模具之前，一定量的密封产品40被施加在外凹陷20中。毛毡17构成了模具部件的边缘，其座部13旨在与待焊接的轨道30接触。毛毡17处于自由状态(未压缩)并且具有标注为ef0预定厚度。毛毡17的座部11和密封产品的面向轨道的表面45相对于彼此偏移一凹陷(标注为r0)。

根据图5b，模具部件在轨道上的安装会造成毛毡17的压缩，该毛毡的厚度被减小，从ef0变成ef1。凹陷r0根据毛毡的压缩而降低直至值r1。在浇铸金属之前，模具的预热造成密封产品40的膨胀，该密封产品然后填充凹陷20的体积并且稍微溢出到凹陷的外部，如图5c所示。

除了保留其结构完整性之外，将密封产品40定位在模具腔体102的外部以及配备有分隔开密封产品与模具腔体的毛毡的内边缘11的存在可以避免密封产品40膨胀到座部13与轨道30之间的接合部中，密封产品膨胀到座部与轨道之间的接合部中可能导致与预期相反的效果，即，座部13相对于轨道30的轻微脱开以及模具的不良密封性。

毛毡17的座部13与密封产品的表面45之间的凹陷r0被有利地选取，以便能够实现毛毡的良好压缩。换句话说，毛毡17必须能够被压缩到期望的压缩状态，而没有在膨胀之前使密封产品40与轨道30接触。当毛毡17被压缩时，密封产品40由此保持与轨道30分隔开一凹陷r1。

在压缩毛毡之后继续存在的凹陷r1允许密封产品适当地膨胀到凹陷20的整个体积中，而不过多地溢出到所述凹陷的外部。

参考图6a、6b、6c和6d，模具是没有毛毡的模具。内边缘11因此由与模具部件1的其余部分相同的材料构成。

根据图6a，在安装模具之前，一定量的密封产品40被施加在凹陷20中。

根据图6b，内边缘11接下来被缩短(例如在部件1是由凝聚的沙子制成时通过刮擦过量的沙子)，以便以期望方式调节模具部件1与轨道30之间的接触。这样做的话，边缘11的厚度从eb0变为eb1，并且边缘的座部与凹陷20的面向轨道的表面之间的凹陷r0降低至值r1。

以与具有毛毡模具的前述实施例类似的方式，内边缘11分隔开密封产品40与模具腔体102，从而在随后的将金属浇铸到模具中的步骤期间避免金属与密封产品之间的任何直接接触。

此外，座部13与密封产品的表面45之间的凹陷r0有利地被选取，以便允许内边缘11的预定缩短，从而在距轨道30的期望距离处定位模具部件1。换句话说，边缘11必须能够按需要被这样缩短，而不使密封产品40在膨胀前与轨道接触。当边缘11缩短时，密封产品40由此保持与轨道30分隔开一凹陷r1。

不言而喻，本发明不限于所说明的模具结构，而是其适用于任何铝热焊接模具，无论构成该模具的模具部件的数目和形状如何。此外，膨胀密封产品可以施加在所有模具部件上，或仅施加在其一部分上。

图7a、7b、7c、和7d示出了诸如前文所述的密封产品在其施加在模具部件上期间以及在随后模制操作期间密封产品的行为。与通过图6a至6d的支撑所描述的前述实施例不同，座部13包括与模具的外部分隔开的凹槽60。根据所表示的实施例，凹槽60由内边缘11而且还由外边缘61两者界定，外边缘相对于轨道的长度以相邻方式并且以距内边缘一定距离来布置，并且其将所述凹槽60与模具的外部分隔开。

根据图7a，在安装模具之前，一定量的密封产品40被施加在凹槽60中。密封产品可以被施加在凹槽60的表面中的一个或更多个上，所述表面是第一表面21、形成凹槽的底部的第二表面22以及外边缘61的第三表面63。

根据图7b，内边缘11和外边缘61接下来被缩短(例如在部件1是由凝聚的沙子制成时通过刮擦过量的沙子)，以便以期望方式调节模具部件1与轨道30之间的接触。这样做的话，内边缘11和外边缘61的厚度从eb0变成eb1，并且座部13与密封产品40的面向轨道的表面45之间的凹陷r0降低至值r1。为了模具与轨道的良好调节，内边缘11和外边缘61被缩短至相同厚度eb1。

参考图7c和7d，模具部件1接下来被安装在轨道30上，并且在浇铸金属之前预热模具会造成密封产品40的膨胀，该密封产品然后填充凹槽60的体积。

外边缘61将密封产品40与模具的外部分隔开，从而在密封产品的膨胀期间避免密封产品到凹槽60的外部、到模具的外部的任何溢出。

内边缘11将密封产品40与模具腔体102分隔开，从而在随后的将金属浇铸到模具中的步骤期间避免金属与密封产品之间的任何直接接触。

座部13与密封产品的表面45之间的凹陷r0有利地被选取，以便允许内边缘11和外边缘61的预定缩短，从而将模具部件1定位在距轨道30的期望距离处。换句话说，内边缘11和外边缘61必须能够按需要来缩短，而不使密封产品40在膨胀之前与轨道接触。当内边缘11和外边缘61缩短时，密封产品40由此保持与轨道30分隔开凹陷r1。

参考图8a、8b、8c和8d，只要存在界定凹槽的内边缘11和外边缘61的连续性，凹槽60可以为不同的形状，应理解的是，所述内边缘和外边缘的高度可以根据要移除的沙子的厚度沿着凹槽变化以调节模具。

凹槽60可以是例如圆形的、多边形的或替代的带角度的。

图9示出了模具部件，该模具部件的座部13包括两个凹槽60，每个凹槽通过内边缘11与模具腔体分隔开并且通过外边缘61与模具的外部分隔开。

在安装模具之前，密封产品40被施加在凹槽60中。密封产品40覆盖凹槽的底部22，并且部分地覆盖内边缘11的第一表面21和外边缘61的第三表面63。