一种钢轨感应对接焊及热处理方法
【专利摘要】一种钢轨感应对接焊及热处理方法，包括以下步骤：将两根钢轨通过感应焊接装置的中心轴下部装连的定位件实现定位；两组夹钳体的钳口分别将两根钢轨夹紧并对中；开合式的感应加热线圈借助辅助油缸移动至两根钢轨的对接处并包拢钢轨，两个子线圈与电极结构接触；PLC控制系统控制感应加热线圈对钢轨的对接处进行加热；到预定的焊接温度1200℃～1430℃时，顶锻油缸施加设定的顶锻力，将两根钢轨的端面紧密焊接在一起；推凸装置对钢轨对接处的焊瘤进行切削；重新使感应加热线圈对钢轨的焊缝进行加热；至预定的正火温度830℃～950℃后，启动喷风系统，对钢轨的焊缝进行冷却；定位油缸使两个子线圈分开，两组夹钳体的钳口张开，松开钢轨。本发明自动化操作、效率高。
【专利说明】一种钢轨感应对接焊及热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢轨的焊接及热处理，特别是有关钢轨的感应对接焊及热处理方法。【背景技术】
[0002]感应焊是利用交变磁场-电场感应中工件上的涡流效应加热工件，使工件熔化，从而实现焊接的一种方法，属于压力焊一种。感应加热根据所用电流的频率不同可分为:高频感应加热(100 kHz?IOOOkHz )，中频感应加热(IkHz?IOkHz )和工频感应加热(50Hz )。中频(flOKHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中锻造工件加热。
[0003]以钢轨感应对接焊为例，感应对接焊结束以后，接头组织尤其是奥氏体晶粒粗化，韧塑性大幅度下降。试验表明，焊缝及附近区域奥氏体晶粒度达到2-3级，冲击功一般只有母材的30%-40%，塑性为母材的50%-60%。生产过程中常采用焊后热处理实现细化晶粒，消除焊缝应力作用，提高焊缝塑性及晶粒度。
[0004]特别是目前轨道现场的钢轨焊接和焊后热处理均为各自采用不同的装置或设备分别进行，一是自动化程度低，劳动作业强度大，导致钢轨施工的组织效率低，施工周期长；二是焊接和热处理容易受各种人为因素影响，导致焊接和热处理后的钢轨焊接接头的质量不稳定；三是成本较高，且增加了对施工场地的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种自动化、效率高的钢轨的感应对接焊及热处理方法。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案是:一种钢轨感应对接焊及热处理方法，包括以下步骤:
a、将两根钢轨通过感应焊接装置的中心轴下部装连的定位件实现定位；由PLC控制系统控制感应焊接装置、液压系统、冷却系统、感应加热电源和喷风系统执行后续的动作；
b、感应焊接装置上的两个夹紧油缸驱动两组夹钳体分别绕中心轴转动，使两组夹钳体下部的钳口分别将两根钢轨夹紧并对中；
C、感应焊接装置上的顶锻油缸施加初始顶锻力使两根钢轨对接处的端面贴紧，感应焊接装置上安装的开合式的感应加热线圈借助辅助油缸移动至两根钢轨的对接处，定位油缸将感应加热线圈的两个子线圈推向钢轨，并将两根钢轨的对接处包拢，两个子线圈的上部分别与左、右安装板之一上装连的电极结构的第一、第二电极接触，且两个子线圈的下部互相接触，形成导电回路；
d、PLC控制系统启动感应加热电源对感应加热线圈通电，感应加热线圈得电后对两根钢轨的对接处进行加热；PLC控制系统控制冷却系统对感应加热线圈进行冷却；
e、等到感应加热线圈将两根钢轨的对接处温度加热到预定的焊接温度1200°C?1430°C时，PLC控制系统关闭感应加热电源，定位油缸让感应加热线圈的两个子线圈分开，PLC控制系统控制顶锻油缸在两根钢轨的对接处施加设定的顶锻力，从而将两根钢轨的端面紧密焊接在一起； f、辅助油缸将感应加热线圈退回初始位，即第二组夹钳体的一侧，推凸装置推动推瘤刀对两根钢轨对接处形成的焊瘤进行切削；当完成对焊瘤的推凸后，推凸装置退回初始位，即退回第一组夹钳体的一侧；
g、感应焊接装置上安装的开合式的感应加热线圈借助辅助油缸再次移动至两根钢轨的焊缝处，定位油缸将感应加热线圈的两个子线圈再次推向钢轨，并将两根钢轨的对接处形成的焊缝包拢；待焊缝冷却至500°C以下时，PLC控制系统重新启动感应加热电源对感应加热线圈通电，使感应加热线圈对两根钢轨的焊缝进行加热；
h、至预定的正火温度830°C?950°C后，PLC控制系统关闭感应加热电源，启动喷风系统，对两根钢轨的焊缝进行冷却，待焊缝冷却至设定温度500°C以下后，PLC控制系统关闭喷风系统，停止喷风；
1、定位油缸使感应加热线圈的两个子线圈分开，辅助油缸将感应加热线圈退回初始位，即退回第二组夹钳体的一侧，夹紧油缸驱动两组夹钳体使钳口张开，松开钢轨，从而完成对钢轨的感应对接焊及正火。
[0007]所采用的感应焊接装置包括第一组夹钳体、第二组夹钳体、中心轴、夹紧油缸、顶锻油缸、推凸装置和钳口，其中第一组夹钳体和第二组夹钳体均铰接在共同的中心轴上构成两对钳形夹紧装置，每对钳形夹紧装置的夹钳体之间均装有夹紧油缸以驱动第一组夹钳体、第二组夹钳体分别绕中心轴转动，第一组夹钳体和第二组夹钳体均通过与顶锻油缸连接而实现沿中心轴轴线方向的相对运动，所述推凸装置装在第一组夹钳体下部，所述第一组夹钳体和第二组夹钳体下部均设有钳口，所述第一组夹钳体和第二组夹钳体之间还设有左、右安装板，所述左、右安装板分别通过第一通孔铰接在中心轴上，且左、右安装板分别通过第二通孔滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆上；所述左、右安装板上均装有相应的定位油缸；所述感应焊接装置还包括开合式的感应加热线圈，所述开合式的感应加热线圈包括两个子线圈，两个子线圈分别与相应的定位油缸装连，两个子线圈在合拢后具有与待焊钢轨截面相适应的空腔；所述左、右安装板之一上固定的电极结构的第一、第二电极分别与两个子线圈的上部接触，且两个子线圈的下部互相接触，形成导电回路；所述第二组夹钳体的每个夹钳体上均装有一个辅助油缸，两个辅助油缸的活塞杆分别与相应的左、右安装板装连；所述喷风系统具有喷风管，喷风管分别与左、右安装板装连，且喷风管分别布置于感应加热线圈的两个子线圈旁；所述中心轴的下部装连有定位件；所述中心轴上设有位移传感器，所述左安装板或右安装板上设有温度传感器；还包括有主油路分配块，主油路分配块上装有压力传感器，位移传感器、温度传感器和压力传感器均与PLC控制系统电连接。
[0008]优选，所述两个子线圈的两侧各布置有喷风管的一个第一喷嘴和一个第三喷嘴。
[0009]也可以是所述两个子线圈均由两匝空心铜线圈构成，两匝空心铜线圈的中间空隙处布置有喷风管的一个第二喷嘴。
[0010]也可以是所述两个子线圈均由两匝空心铜线圈构成，两匝空心铜线圈的中间空隙处布置有喷风管的一个第二喷嘴，所述两个子线圈的两侧各布置有喷风管的一个第一喷嘴和一个第三喷嘴。
[0011]所述中心轴上的还套装有两个吊装轴套，所述两个吊装轴套分别位于每对钳形夹紧装置的夹钳体之间，所述中心轴的两端还分别装有一个卡箍；所述吊装轴套和卡箍上均装连有定位件。[0012]所述电极结构的第一电极和第二电极分别接感应加热电源的输出端，导电铜排通过耐高温绝缘板交叉固定在第一电极与第二电极之间；感应加热线圈的两个子线圈中的一个子线圈的上端部有第一、第五线圈触点，下端部有第二、第六线圈触点，另一个子线圈的上端部有第四、第八线圈触点，下端部有第三、第七线圈触点。
[0013]所述电极结构的第一电极和第二电极分别接感应加热电源的输出端，第一电极与第二电极之间装有耐高温绝缘板；感应加热线圈的两个子线圈中的一个子线圈的上、下端部分别有第一、第二线圈触点，另一个子线圈的上、下端部分别有第四、第三线圈触点。
[0014]在c步骤中:感应加热线圈的两个子线圈通过相应的定位油缸分别装连在铰接在一起的左、右安装板上，辅助油缸带动左、右安装板沿中心轴轴线方向移动，两组夹钳体绕中心轴转动时，能够带动左、右安装板绕中心轴转动。
[0015]在e、g、h步骤中:采用感应焊接装置上安装的温度传感器对两根钢轨对接处的温度进行测量，测量数据送到PLC控制系统。
[0016]所述预定的焊接温度为1260°C?1300°C ;预定的正火温度890°C?910°C
在g步骤中:待焊缝冷却至450°C以下时，PLC控制系统重新启动感应加热电源对感应加热线圈通电。
[0017]采用上述方法后，本发明具有以下有益效果:
本发明采用PLC控制，实现了钢轨焊接过程的夹紧、顶锻、感应焊、推凸及正火处理等多项工作任务，自动化程度高，明显减少了人为因素影响，提高了焊接质量，降低了劳动作业强度；同时本发明采用了带有感应正火功能的感应焊接装置，设备集成度高，降低了对设备和场地的要求，节约了设备购置费用。此外，钢轨现场施工的组织效率也得到明显的提高，缩短了施工周期。本发明尤其适用于轨道现场的钢轨焊接及热处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0019]图1是本发明的原理框图；
图2是本发明所采用的感应焊接装置的侧视示意图；
图3是本发明所采用的感应焊接装置主视结构示意图，即图2的左视图；
图4是图2的沿A-A线的剖视图(逆时针旋转90°后)；
图5是本发明所采用的感应焊接装置的左、右安装板、感应加热线圈、定位油缸的连接结构示意图；
图6是图5的俯视图；
图7、8是本发明所采用的感应焊接装置的感应加热线圈的开合移动结构立体示意图； 图9是两个子线圈在包拢待焊钢轨时的俯视图；
图10是双匝回路时两个子线圈在分开时钢轨头部方向的俯视图；
图11是双阻回路时两个子线圈在分开时钢轨底部方向的仰视图；
图12是单匝回路时两个子线圈在分开时钢轨头部方向的俯视图；
图13是单匝回路时两个子线圈在分开时钢轨底部方向的仰视图。
【具体实施方式】[0020]如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13所示，本发明的一种钢轨感应对接焊及热
处理方法，包括以下步骤:
a、将两根钢轨20通过感应焊接装置I的中心轴12下部装连的定位件21实现定位；由PLC控制系统控制感应焊接装置1、液压系统、冷却系统、感应加热电源和喷风系统执行后续的动作；
b、感应焊接装置I上的两个夹紧油缸3驱动两组夹钳体10、6分别绕中心轴12转动，使两组夹钳体10、6下部的钳口 11分别将两根钢轨20夹紧并对中；
C、感应焊接装置I上的顶锻油缸7施加初始顶锻力使两根钢轨20对接处的端面贴紧，感应焊接装置I上安装的开合式的感应加热线圈8借助辅助油缸9移动至两根钢轨20的对接处，定位油缸15将感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b推向钢轨20，并将两根钢轨20的对接处包拢，两个子线圈8-a、8-b的上部分别与左、右安装板13、14之一上装连的电极结构19的第一、第二电极19-1、19-2接触，且两个子线圈8-a、8-b的下部互相接触，形成导电回路；
d、PLC控制系统启动感应加热电源对感应加热线圈8通电，感应加热线圈8得电后对两根钢轨20的对接处进行加热；PLC控制系统控制冷却系统对感应加热线圈8进行冷却；
e、等到感应加热线圈8将两根钢轨20的对接处温度加热到预定的焊接温度1200°C?1430°C时，PLC控制系统关闭感应加热电源，定位油缸15让感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b分开，PLC控制系统控制顶锻油缸7在两根钢轨20的对接处施加设定的顶锻力，从而将两根钢轨20的端面紧密焊接在一起；
f、辅助油缸9将感应加热线圈8退回初始位，即退回第二组夹钳体6的一侧，推凸装置2推动推瘤刀对两根钢轨20对接处形成的焊瘤进行切削；当完成对焊瘤的推凸后，推凸装置2退回初始位，即退回第一组夹钳体10的一侧；
g、感应焊接装置(I)上安装的开合式的感应加热线圈(8)借助辅助油缸(9)再次移动至两根钢轨(20 )的焊缝处，定位油缸(15 )将感应加热线圈(8 )的两个子线圈(8-a、8-b )再次推向钢轨(20)，并将两根钢轨(20)的对接处形成的焊缝包拢；待焊缝冷却至500°C以下时，PLC控制系统重新启动感应加热电源对感应加热线圈8通电，使感应加热线圈8对两根钢轨20的焊缝进行加热；
h、至预定的正火温度830°C?950°C后，PLC控制系统关闭感应加热电源，启动喷风系统，对两根钢轨20的焊缝进行冷却，待焊缝冷却至设定温度500°C以下后，PLC控制系统关闭喷风系统，停止喷风；
1、定位油缸15使感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b分开，辅助油缸(9)将感应加热线圈(8)退回初始位，即退回第二组夹钳体(6)的一侧，夹紧油缸3驱动两组夹钳体10、6使钳口 11张开，松开钢轨20，从而完成对钢轨的感应对接焊及正火。
[0021]如果两根钢轨对接处的待焊端面不干净或不太平整，有时还需要对两根钢轨对接处的待焊端面进行清洁，打磨或铣平等，以获得干净、平整的待焊端面。
[0022]如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13所示，本发明所采用的感应焊接装置I包括第一组夹钳体10、第二组夹钳体6、中心轴12、夹紧油缸3、顶锻油缸7、推凸装置2和钳口 11，其中第一组夹钳体10和第二组夹钳体6均铰接在共同的中心轴12上构成两对钳形夹紧装置，每对钳形夹紧装置的夹钳体之间均装有夹紧油缸3以驱动第一组夹钳体10、第二组夹钳体6分别绕中心轴12转动，第一组夹钳体10和第二组夹钳体6均通过与顶锻油缸7连接而实现沿中心轴12轴线方向的相对运动，所述推凸装置2装在第一组夹钳体10下部，所述第一组夹钳体10和第二组夹钳体6下部均设有钳口 11，所述第一组夹钳体10和第二组夹钳体6之间还设有左、右安装板13、14，所述左、右安装板13、14分别通过第一通孔13-1、14-1铰接在中心轴12上，且左、右安装板13、14分别通过第二通孔13_2、14_2滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆7-1上；所述左、右安装板13、14上均装有相应的定位油缸15 ;所述感应焊接装置I还包括开合式的感应加热线圈8,所述开合式的感应加热线圈8包括两个子线圈8_a、8_b,两个子线圈8_a、8_b分别与相应的定位油缸15装连,两个子线圈8-a、8-b在合拢后具有与待焊钢轨20截面相适应的空腔；所述左、右安装板13、14之一上固定的电极结构19的第一、第二电极19-1、19-2分别与两个子线圈8-a、8-b的上部接触，且两个子线圈8-a、8-b的下部互相接触，形成导电回路；所述第二组夹钳体6的每个夹钳体上均装有一个辅助油缸9，两个辅助油缸9的活塞杆分别与相应的左、右安装板13、14装连；所述喷风系统具有喷风管16，喷风管16分别与左、右安装板13、14装连，且喷风管16分别布置于感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b旁；所述中心轴12的下部装连有定位件21 ；所述中心轴12上设有位移传感器12-1，所述左安装板13或右安装板14上设有温度传感器
(4);还包括有主油路分配块5，主油路分配块5上装有压力传感器25，位移传感器12-1、温度传感器4和压力传感器25均与PLC控制系统电连接。
[0023]由于左、右安装板13、14铰接在中心轴12上，且滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆7-1上；并装有相应的定位油缸15和辅助油缸9 ;感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b分别与相应的定位油缸15装连，因此，感应加热线圈8可以快速地、准确地移动到两根钢轨的对接处，对钢轨进行加热，从而可以进一步提高钢轨的焊接速度和效率。
[0024]如图10、11所示，双匝回路时，电极结构19为:所述第一电极19-1和第二电极19-2分别接感应加热电源的输出端，导电铜排22通过耐高温绝缘板27交叉固定在第一电极19-1与第二电极19-2之间；感应加热线圈8的结构为:两个子线圈8-a、8-b中的一个子线圈8-a的上端部有第一、第五线圈触点8-1、8-5，下端部有第二、第六线圈触点8_2、8-6，另一个子线圈8-b的上端部有第四、第八线圈触点8-4、8-8，下端部有第三、第七线圈触点8-3、8-7。当然，导电铜排22最好为Z字形，也可以为台阶形等其它形状。
[0025]所述耐高温绝缘板的耐热温度至少要高于钢轨的焊接温度，实际运用时，耐高温绝缘板可视焊接温度的不同而采用相应的具有不同耐高温等级的绝缘材料制造。
[0026]当两个子线圈8_a、8_b合拢时,感应加热线圈8的上部第一、第四、第五、第八线圈触点8-1、8-4、8-5、8-8分别与第一电极19_1、导电铜排22的第一触点22_1、第二触点22_2及第二电极19-2接触；感应加热线圈8的下部第二、第六线圈触点8-2、8-6分别与第三、第七线圈触点8-3、8-7接触，由此形成双匝回路。
[0027]以第一电极19-1接感应电流输出为正方向为例，感应电流流向为:感应电流从电极19-1流入，经第一线圈触点8-1、第二线圈触点8-2、第三线圈触点8-3、第四电极触点8-4、导电铜排22的第一触点22-1和第二触点22-2、第五线圈触点8_5、第六线圈触点8_6、第七线圈触点8-7、第八线圈触点8-8，最后电流从第二电极19-2流出，由此形成双匝回路。
[0028]另一种方案，如图12、13所示，单匝回路时，电极结构19为:所述第一电极19_1和第二电极19-2分别接感应加热电源的输出端，第一电极19-1与第二电极19-2之间装有耐高温绝缘板27;感应加热线圈8的结构为:两个子线圈8-a、8-b中的一个子线圈8-a的上、下端部分别有第一、第二线圈触点8-1、8-2，在另一个子线圈8-b的上、下端部分别有第四、第三线圈触点8-4、8-3。
[0029]当两个子线圈8-a、8_b合拢时,感应加热线圈8的上部第一、第四线圈触点8_1、8-4分别与第一、第二电极19-1、19-2接触；感应加热线圈8的下部第二线圈触点8_2与第三线圈触点8-3接触，由此形成单匝回路。
[0030]以第一电极19-1接感应电流输出为正方向为例，感应电流流向为:感应电流从第一电极19-1流入，经第一线圈触点8-1、第二线圈触点8-2、第三线圈触点8-3、第四线圈触点8_4、最后电流从第二电极19_2流出，由此形成单阻回路。
[0031]感应焊接装置I可以采用中频感应焊接装置，也可以采用高频感应焊接装置，但配套的感应加热电源也要用相应的中频或高频感应加热电源即可。可根据钢轨的断面尺寸不同(如43kg/nT75kg/m;46El?60El)而选用适当的中频、高频感应加热电源。
[0032]液压系统可由液压泵、液压控制阀、液压管路等组成。
[0033]冷却系统可由水泵、阀、冷却管路等组成。冷却系统也可以采用除水以外的其它的冷却介质。
[0034]喷风系统还包括空气压缩机、阀、喷风管路等。
[0035]如图2、图3所示，定位件21 —般是用于压在钢轨顶部的块状零件；
所述中心轴12上还套装有吊装轴套23，且所述中心轴12的两端还装有卡箍24 ;定位件21通过吊装轴套23与中心轴12装连。
[0036]最好是:所述中心轴12上的还套装有两个吊装轴套23，所述两个吊装轴套23分别位于每对钳形夹紧装置的夹钳体之间，所述中心轴12的两端还分别装有一个卡箍24 ;所述吊装轴套23和卡箍24上均装连有定位件21。
[0037]这是因为在进行钢轨20焊接时，不仅需要固定两根钢轨20，而且还要保证两根钢轨20对齐，那就需要对两根钢轨20进行准确定位并对中，因此4个定位件21的作用是在和钳口 11的配合下确保两根钢轨20更准确、更精确和更快速地定位并对中。其中4个定位件21两两为一组，每组定位件21定位一根钢轨20，采用了两点确定一条直线的原理，因而，在钳口 11的夹持配合下，可以实现对两根钢轨20进行快速和精确的定位对中；同时由于4个定位件21可以保证钢轨20更快速精确的对中定位，感应焊接装置I直接落置在钢轨20上，即可保证两根钢轨20对齐，不需要再做其他的调整。
[0038]优选，所述两个子线圈的两侧各布置有喷风管的一个第一喷嘴和一个第三喷嘴。
[0039]也可以是所述两个子线圈均由两匝空心铜线圈构成，两匝空心铜线圈的中间空隙处布置有喷风管的一个第二喷嘴。
[0040]进一步优选，所述两个子线圈8_a、8_b均由两阻空心铜线圈构成,两阻空心铜线圈的中间空隙处布置有喷风管16的一个第二喷嘴16-2，所述两个子线圈8-a、8-b的两侧各布置有喷风管16的一个第一喷嘴16-1和一个第三喷嘴16-3。
[0041]在本发明的c步骤中:感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8_b通过相应的定位油缸15分别装连在铰接在一起的左、右安装板13、14上，辅助油缸9带动左、右安装板13、14沿中心轴12轴线方向移动，两组夹钳体10、6绕中心轴12转动时，能够带动左、右安装板
13、14绕中心轴12转动。[0042]在e、g、h步骤中:采用感应焊接装置I上安装的温度传感器4对两根钢轨20对接处的温度进行测量，测量数据送到PLC控制系统。
[0043]优选，所述预定的焊接温度为1260°C?1300°C ;预定的正火温度890°C?910°C 进一步优选，在g步骤中:待焊缝冷却至450°C以下时，感应焊接装置(I)上安装的开
合式的感应加热线圈(8)借助辅助油缸(9)再次移动至两根钢轨(20)的焊缝处，定位油缸
(15)将感应加热线圈(8)的两个子线圈(8-a、8-b)再次推向钢轨(20)，并将两根钢轨(20)的对接处形成的焊缝包拢；PLC控制系统重新启动感应加热电源对感应加热线圈8通电，使感应加热线圈对两根钢轨的焊缝进行加热。
[0044]进一步优选，在h步骤中:至预定的正火温度830°C?950°C后，PLC控制系统关闭感应加热电源，启动喷风系统，对两根钢轨20的焊缝进行冷却，待焊缝冷却至设定温度450°C以下后，PLC控制系统关闭喷风系统，停止喷风。
【权利要求】
1.一种钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：包括以下步骤： a、将两根钢轨（20)通过感应焊接装置（I)的中心轴（12)下部装连的定位件（21)实现定位；由PLC控制系统控制感应焊接装直（I )、液压系统、冷却系统、感应加热电源和嗔风系统执行后续的动作； b、感应焊接装置（I)上的两个夹紧油缸（3)驱动两组夹钳体（10、6)分别绕中心轴（12)转动，使两组夹钳体（10、6)下部的钳口（11)分别将两根钢轨（20)夹紧并对中； C、感应焊接装置（I)上的顶锻油缸（7)施加初始顶锻力使两根钢轨（20)对接处的端面贴紧，感应焊接装置（I)上安装的开合式的感应加热线圈（8)借助辅助油缸（9)移动至两根钢轨（20)的对接处，定位油缸（15)将感应加热线圈（8)的两个子线圈（8-a、8-b)推向钢轨（20)，并将两根钢轨（20)的对接处包拢，两个子线圈（8-a、8-b)的上部分别与左、右安装板（13、14)之一上装连的电极结构（19)的第一、第二电极（19-1、19-2)接触，且两个子线圈(8-a,8-b)的下部互相接触，形成导电回路； d、PLC控制系统 启动感应加热电源对感应加热线圈（8)通电，感应加热线圈（8)得电后对两根钢轨（20)的对接处进行加热；PLC控制系统控制冷却系统对感应加热线圈（8)进行冷却； e、等到感应加热线圈（8)将两根钢轨（20)的对接处温度加热到预定的焊接温度1200°C~1430°C时，PLC控制系统关闭感应加热电源，定位油缸（15)让感应加热线圈（8)的两个子线圈（8-a、8-b)分开，PLC控制系统控制顶锻油缸（7)在两根钢轨（20)的对接处施加设定的顶锻力，从而将两根钢轨（20)的端面紧密焊接在一起； f、辅助油缸（9)将感应加热线圈（8)退回初始位，即退回第二组夹钳体（6)的一侧，推凸装置（2)推动推瘤刀对两根钢轨（20)对接处形成的焊瘤进行切削；当完成对焊瘤的推凸后，推凸装置（2)退回初始位，即退回第一组夹钳体（10)的一侧； g、感应焊接装置（I)上安装的开合式的感应加热线圈（8)借助辅助油缸（9)再次移动至两根钢轨（20 )的焊缝处，定位油缸（15 )将感应加热线圈（8 )的两个子线圈（8-a、8-b )再次推向钢轨（20)，并将两根钢轨（20)的对接处形成的焊缝包拢；待焊缝冷却至500°C以下时，PLC控制系统重新启动感应加热电源对感应加热线圈（8)通电，使感应加热线圈（8)对两根钢轨（20)的焊缝进行加热； h、至预定的正火温度830V~950 V后，PLC控制系统关闭感应加热电源，启动喷风系统，对两根钢轨（20)的焊缝进行冷却；待焊缝冷却至设定温度500°C以下后，PLC控制系统关闭喷风系统，停止喷风； .i、定位油缸（15)使感应加热线圈（8)的两个子线圈（8-a、8-b)分开，辅助油缸（9)将感应加热线圈（8)退回初始位，即退回第二组夹钳体（6)的一侧，夹紧油缸（3)驱动两组夹钳体（10、6)使钳口（11)张开，松开钢轨（20)，从而完成对钢轨的感应对接焊及正火。
2.根据权利要求1所述钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所采用的感应焊接装置（I)包括第一组夹钳体（10)、第二组夹钳体（6)、中心轴（12)、夹紧油缸（3)、顶锻油缸（7 )、推凸装置（2 )和钳口（ 11)，其中第一组夹钳体（10 )和第二组夹钳体（6 )均铰接在共同的中心轴（12)上构成两对钳形夹紧装置，每对钳形夹紧装置的夹钳体之间均装有夹紧油缸（3 )以驱动第一组夹钳体（10 )、第二组夹钳体（6 )分别绕中心轴（12 )转动，第一组夹钳体（10)和第二组夹钳体（6)均通过与顶锻油缸（7)连接而实现沿中心轴（12)轴线方向的相对运动，所述推凸装置（2)装在第一组夹钳体（10)下部，所述第一组夹钳体（10)和第二组夹钳体（6)下部均设有钳口（11)，所述第一组夹钳体（10)和第二组夹钳体（6)之间还设有左、右安装板（13、14)，所述左、右安装板（13、14)分别通过第一通孔（13-1、14-1)铰接在中心轴（12)上，且左、右安装板（13、14)分别通过第二通孔（13-2、14-2)滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆（7-1)上；所述左、右安装板（13、14)上均装有相应的定位油缸(15);所述感应焊接装置（I)还包括开合式的感应加热线圈（8)，所述开合式的感应加热线圈（8)包括两个子线圈（8_a、8_b),两个子线圈（8_a、8_b)分别与相应的定位油缸（15)装连，两个子线圈（8-a、8-b)在合拢后具有与待焊钢轨（20)截面相适应的空腔；所述左、右安装板（13、14)之一上固定的电极结构（19)的第一、第二电极（19-1、19-2)分别与两个子线圈（8-a、8-b)的上部接触，且两个子线圈（8-a、8-b)的下部互相接触，形成导电回路；所述第二组夹钳体（6)的每个夹钳体上均装有一个辅助油缸（9)，两个辅助油缸（9)的活塞杆分别与相应的左、右安装板（13、14)装连；所述喷风系统具有喷风管（16)，喷风管（16)分别与左、右安装板（13、14)装连，且喷风管（16)分别布置于感应加热线圈（8)的两个子线圈(8-a,8-b)旁；所述中心轴（12)的下部装连有定位件（21);所述中心轴（12)上设有位移传感器（12-1 )，所述左安装板（13)或右安装板（14)上设有温度传感器（4);还包括有主油路分配块（5)，主油路分配块（5)上装有压力传感器（25)，位移传感器（12-1)、温度传感器（4)和压力传感器（25)均与PLC控制系统电连接。
3.根据权利要求1所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：在c步骤中：感应加热线圈（8)的两个子线圈（8-a、8-b)通过相应的定位油缸（15)分别装连在铰接在一起的左、右安装板（13、14)上，辅助油缸（9)带动左、右安装板（13、14)沿中心轴（12)轴线方向移动，两组夹钳体（10、6 )绕中心轴（12 )转动时，能够带动左、右安装板（13、14 )绕中心轴(12)转动。
4.根据权利要求1所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：在e、g、h步骤中：采用感应焊接装置（I)上安`装的温度传感器（4)对两根钢轨（20)对接处的温度进行测量，测量数据送到PLC控制系统。
5.根据权利要求1所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述预定的焊接温度为1260°C~1300°C ;预定的正火温度890°C~910°C。
6.根据权利要求1所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：在g步骤中：待焊缝冷却至450°C以下时，PLC控制系统重新启动感应加热电源对感应加热线圈（8)通电。
7.根据权利要求2所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述两个子线圈（8-a、8-b)的两侧各布置有喷风管（16)的一个第一喷嘴（16-1)和一个第三喷嘴（16_3)。
8.根据权利要求2所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述两个子线圈（8-a、8-b)由均两匝空心铜线圈构成，两匝空心铜线圈的中间空隙处布置有喷风管（16)的一个第二喷嘴（16-2)。
9.根据权利要求2所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述两个子线圈（8-a、8-b)由均两匝空心铜线圈构成，两匝空心铜线圈的中间空隙处布置有喷风管（16)的一个第二喷嘴（16-2)，所述两个子线圈（8-a、8-b)的两侧各布置有喷风管（16)的一个第一喷嘴（16-1)和一个第三喷嘴（16-3)。
10.根据权利要求2所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述中心轴(12)上的还套装有两个吊装轴套（23)，所述两个吊装轴套（23)分别位于每对钳形夹紧装置的夹钳体之间，所述中心轴（12)的两端还分别装有一个卡箍（24);所述吊装轴套（23)和卡箍（24)上均装连有定位件（21)。
11.I根据权利要求1或2所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述电极结构（19)的第一电极（19-1)和第二电极（19-2)分别接感应加热电源的输出端，导电铜排（22)通过耐高温绝缘板（27)交叉固定在第一电极（19-1)与第二电极（19-2)之间；感应加热线圈（8)的两个子线圈（8-a、8_b)中的一个子线圈（8-a)的上端部有第一、第五线圈触点（8-1、8-5 )，下端部有第二、第六线圈触点（8-2、8-6 )，另一个子线圈（8_b )的上端部有第四、第八线圈触点（8-4、8-8)，下端部有第三、第七线圈触点（8-3、8-7)。
12.根据权利要求1或2所述的钢轨感应对接焊及热处理方法，其特征在于：所述电极结构（19)的第一电极（19-1)和第二电极（19-2)分别接感应加热电源的输出端，第一电极(19-1)与第二电极（19-2)之间装有耐高温绝缘板（27);感应加热线圈（8)的两个子线圈(8-a、8-b)中的一个子线圈（8-a)的上、下端部分别有第一、第二线圈触点（8_1、8_2)，另一个子线圈（8-b)的上、下端部分别有第四、第三线圈触点（8-4、8-3)。
【文档编号】C21D9/50GK103521935SQ201310451761
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】王有虹, 倪嘉楠, 李贤元, 曹志国, 巩家祥, 宋自帅, 刘晓磊, 黄腾飞, 郦雪云, 黄思姬 申请人:常州市瑞泰工程机械有限公司, 南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司