用于轨焊接部的处理的方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种轨焊接部处理装置，改善轨焊接部的、以及包围轨焊接部的轨的受影响区域中和受影响区域周围的作为结果的微结构。该装置包括但不限于用来接合轨的轨头的固定装置夹紧和定心组件，和要布置在轨头上的、与固定装置夹紧和定心组件连接的加热和冷却装置。固定装置夹紧和定心组件包括接合构件，该接合构件以可移除的方式接合轨头。所述加热和冷却装置包括加热构件和冷却构件，所述加热构件用来加热所述轨焊接部的受影响区域，所述冷却构件用来冷却所述受影响区域。
【专利说明】用于轨焊接部的处理的方法和设备
【背景技术】
[0001]目前，随着轨磨损和滚动接触疲劳(RCF)性能的改善，电弧对接和铝热类型的轨焊接部已经变成现代铁道使用的连续地焊接的轨的所需维护的源。轨焊接部是当将两个母轨焊接在一起时形成的接头。轨焊接部的生产导致熔合线，该熔合线是相对的轨熔合或连结在一起的部位。轨焊接部的生产也导致焊接热影响区域(HAZ)，该焊接热影响区域形成在熔合线的任一侧上，并且该焊接热影响区域的微结构不同于母轨中见到的珠光体微结构。焊接部HAZ的非珠光体微结构由退化珠光体或球化微结构组成,该退化珠光体或球化微结构具有与母轨的机械性质固有地不同的机械性质。从North Platte, NE附近的联合太平洋铁路上的轨道中获取的轨的指示的焊接缺陷的最初评估证实，如图1中所示的焊接部HAZ和由焊接部HAZ的存在引起的微结构和机械性质的不同质性是在轨焊接部中和轨焊接部周围形成缺陷的因素。
[0002]参考图1，描绘出形成在两个轨之间的焊接部金属或轨焊接部的轮廓的单道焊接的横截面与包围轨焊接部的焊接部HAZ—起被示出。因为根据离开轨焊接部的距离出现的变化的热条件，焊接部HAZ可以由多达四个不同区域组成:1)粗粒化HAZ ;2)细粒化HAZ;3)临界区HAZ;和4)亚临界HAZ。焊接部HAZ内的这些区域的每一个具有使得每一个区域独一无二的微结构和相关的机械和物理性质。
[0003]在粗粒化HAZ区域中，其形成期间达到的峰值温度从近似2000变动到2700° F(1090-1480°C )。以冶金术语描述这个温度范围的另一方式是它从远远高于上临界相变温度延伸到低于轨的固相线温度。存在出现在粗粒化HAZ区域中的两个主要冶金条件:1)对于大部分，微结构是奥氏体；和2)由于产生的奥氏体远远高于上临界相变温度，因此晶粒生长可能且经常将发生。晶粒生长的量将取决于峰值温度和处于那个温度的时间，即，峰值温度越高且处于那个温度的时间越长，奥氏体晶粒将生长越大。
[0004]两个重要的冶金学结果导致粗粒化HAZ区域:1)由于产生奥氏体，在冷却时相变到马氏体的可能性存在，其中马氏体由于其缺乏延展性、韧性、并且容易冷裂而不是希望的相变产物；和2)在奥氏体晶粒尺寸生长时，作为结果的室温微结构将类似地受影响，低温缺口(Charpy)韧性显著地改变，即，晶粒尺寸越大，缺口韧性越低。
[0005]焊接部HAZ中形成的球化微结构由铁素体的基体中的渗碳体的球组成，该铁素体的基体的硬度达到比母轨中并且尤其是已经热处理的优质轨中小150布氏点。形成的球化微结构在焊接部HAZ中产生弱化的机械性质，这由当形成轨焊接部时使用的加热和冷却方式引起。将希望发现一种轨焊接部处理，该轨焊接部处理可以减小或消除轨焊接部中和轨焊接部周围的焊接部HAZ中形成的不希望的微结构。
【发明内容】
[0006]在一个方面中，提供一种轨焊接部处理装置，该轨焊接部处理装置用来改善轨焊接部的、以及包围轨焊接部的轨的受影响区域中和受影响区域周围的作为结果的微结构。该装置包括但不限于用来接合轨的轨头的固定装置夹紧和定心组件，和要布置在轨头上的、与固定装置夹紧和定心组件连接的加热和冷却装置。所述固定装置夹紧和定心组件包括接合构件，所述接合构件以可移除的方式接合所述轨头。所述加热和冷却装置包括加热构件和冷却构件，所述加热构件用来加热所述轨焊接部的受影响区域，所述冷却构件用来冷却所述受影响区域。
[0007]在一个方面中，提供一种用来处理形成在第一轨和第二轨之间的轨焊接部的方法。该方法包括但不限于，在形成所述轨焊接部之后将所述轨焊接部的一部分从最初温度加热到高于所述最初温度的中间温度，和将所述轨焊接部从所述中间温度冷却到最终温度以便在所述轨焊接部内形成作为结果的珠光体结构。所述中间温度足够高以使所述轨焊接部内的材料的一些相变到奥氏体。
[0008]在一个方面中，提供一种用来处理轨焊接部的、以及包围该轨焊接部的第一轨和第二轨的受影响区域的方法。该方法包括但不限于，将轨焊接部处理装置施加在所述轨焊接部的外表面周围，使用所述焊接部处理装置将所述轨焊接部的一部分从最初温度加热到高于所述最初温度的中间温度，使用所述焊接部处理装置将所述轨焊接部从所述中间温度冷却到最终温度，和在所述轨焊接部内形成作为结果的珠光体结构。所述中间温度足够高以使所述受影响区域内的钢的一些相变到奥氏体。
[0009]本发明的范围由所附权利要求单独地限定并且不受这个总结内的陈述影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]可以参考以下附图和描述更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，替代地着重示出本发明的原理。
[0011]图1描绘单道焊接的剖视图，该剖视图描绘焊接部金属和焊接部HAZ的轮廓。
[0012]图2描绘根据本发明的一个实施例的具有轨头的第一轨和以可移除的方式与轨头接合的轨焊接部处理装置的侧视图。
[0013]图3描绘根据本发明的一个实施例的具有轨头的第一轨和第二轨以及以可移除的方式与轨头接合的轨焊接部处理装置的顶视图。
[0014]图4描绘粗珠光体微结构的放大剖视图，其中该微结构的白色部分是铁素体，并且该微结构的暗色部分是渗碳体。
[0015]图5描绘根据本发明的一个实施例的具有轨头的第一轨和第二轨以及以可移除的方式与轨头接合的轨焊接部处理装置的透视图。
[0016]图6描绘细珠光体微结构的放大剖视图，其中该微结构的白色部分是铁素体，并且该微结构的暗色部分是渗碳体。
[0017]图7描绘轨焊接部的焊接部HAZ的球化的或退化的珠光体微结构的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0018]根据本发明的方法和系统通过使用轨焊接部处理装置克服常规轨焊接部的缺点，该轨焊接部处理装置被设计用来改善作为结果的微结构并且改善轨焊接部中和轨焊接部周围的机械性质。优选地，轨焊接部处理装置正好在焊接之后减小焊接部HAZ的尺寸或在焊接之后再加热受影响区域，以便在作为结果的微结构中获得改善的同质性，以便改善轨焊接部中和轨焊接部周围的机械性质。正好在焊接之后焊接部HAZ的处理可以通过局部加热和冷却而进行，该冷却可以包括或不包括当形成轨焊接部时产生的潜热。
[0019]参考图2-3和5，图中示出轨焊接部处理设备100，该轨焊接部处理设备用来改善作为结果的微结构且改善轨焊接部160中和轨焊接部周围的机械性质，该轨焊接部形成在第一轨170和第二轨180之间。第一轨和第二轨170和180与紧固件、枕木和道碴一起，力口上位于下面的路基形成铁路或铁道(也称为永久性道路)上的轨道的一部分。优选地，轨170、180由轨材料形成，诸如具有从0.70到1.10重量百分比的碳含量和从99.3到98.9重量百分比的铁含量的钢。优选地，当形成轨170、180时，它们从从0°C变动到700°C的第一温度被加热到从800°C变动到1350°C的第二温度，以便随后迅速冷却该区域以形成奥氏体微结构。在加热轨170、180到第二温度范围时，它们随后被冷却到从700°C变动到20°C的第三温度以便形成细珠光体微结构。
[0020]在形成轨时，该轨被安装在一地点以便形成铁路或铁道上的轨道的一部分。在安装时，轨170、180被支撑在垫板(枕木)上，即由垫板(枕木)支撑，该垫板诸如木料或预应力混凝土。垫板(枕木)被铺设在诸如碎石的道碴上，并且紧固件将轨170、180紧固到垫板(枕木)。轨170、180提供轨道以便火车或其它铁路车辆在上面行进。轨170，180受到很高的应力并且优选地由钢制成，并且优选地由很高质量的钢合金制成，该很高质量的钢合金使用包括真空除气的现代制钢作业被生产。
[0021]第一轨170包括:轨头172，该轨头具有外表面13，铁路车辆的轮骑在该外表面上；轨底176，该轨底搁置在垫板上并且通过紧固件连接到垫板(枕木)；和轨腰174，该轨腰将轨头172连接到轨底176。第二轨180包括:轨头182，该轨头具有外表面183，铁路车辆的轮骑在该外表面上；轨底186，该轨底搁置在垫板上并且通过紧固件连接到垫板(枕木)；和轨腰14，该轨腰将轨头182连接到轨底186。
[0022]第一轨170通过轨焊接部160连接到第二轨180。轨焊接部160形成第一和第二轨170，180之间的接头。通过最初将第一轨170与第二轨180连接处周围的区域加热到从1350°C变动到1550°C的最初温度以便熔化第一和第二轨170、180并且将第一和第二轨熔合在一起，形成轨焊接部160。
[0023]在形成轨焊接部160时，焊接部HAZ162可以形成在轨焊接部160中和周围，该轨焊接部在焊接部HAZ162中包括不希望的微结构。不希望的微结构是当与焊接部HAZ162外部的轨170、180中的区域的机械性质相比时弱化焊接部HAZ162中的机械性质的任何微结构。焊接部HAZ162和轨焊接部160中的不希望的微结构包括:如图4中描绘的粗珠光体微结构；和诸如球化微结构的退化珠光体微结构，如图7中所描绘的。不希望的微结构弱化轨170、180的若干部分中的轨焊接部160和焊接部HAZ162的机械性质。粗珠光体微结构具有与细珠光体微结构相同的层状结构，仅有的差异是层的尺寸(层的长度和宽度)。
[0024]退化珠光体微结构包含层中的变化，在该点它们不再连续，诸如图7中描绘的非层状球化微结构。非层状球化微结构，或简单地球化微结构，由铁素体的基体中的渗碳体的球组成，该铁素体的基体的硬度达到比第一或第二轨170、180的周围区域小150布氏点，特别是在轨170、180的强化区域中，该强化区域从轨170、180的外表面173、183延伸到轨170,180的外表面173、183下方的深度屯。可能形成的不希望的微结构弱化轨焊接部160和焊接部HAZ162的机械性质多达比轨170、180的周围区域小150布氏点，并且可能由当形成轨焊接部160时使用的加热和冷却方式引起。
[0025]希望的微结构是强化焊接部HAZ162中的机械性质使得它们等于或大于焊接部HAZ162外部的轨170、180中的区域的机械性质的任何微结构。焊接部HAZ162和轨焊接部160的希望的微结构包括如图6中描绘的细珠光体微结构，该细珠光体微结构优选地与轨170、180的周围区域的微结构一致，尤其是在轨170、180的强化区域中，该强化区域从轨170、180的外表面173、183延伸到轨170、180的外表面173、183下方的深度屯。
[0026]随着奥氏体到珠光体的相变温度减小到相变曲线突出部，层间间隔看起来从粗珠光体连续地改变到细珠光体。优选地，细珠光体的层间间隔(它是层之间的间隔)小于I微米，并且优选地小于0.5微米。在这个量的层间间隔，铁素体/渗碳体层不再在光学显微镜中可分辨，并且细珠光体在光学显微镜中看起来均匀地黑，没有平行的交替层的迹象，如图6中描绘的。希望的微结构的硬度大于、等于或小于第一轨或第二轨170、180的周围区域的硬度不小于150布氏点，尤其是在轨170、180的加强区域中。
[0027]参考图2、3和5，轨焊接部处理设备100包括固定装置夹紧和定心组件110以及加热和冷却装置130，该加热和冷却装置与固定装置夹紧和定心组件110连接。固定装置夹紧和定心组件110接合第一轨170的轨头172和/或第二轨180的轨头182。优选地，固定装置夹紧和定心组件110以可移除的方式并且可靠地接合轨头172和/或轨头182并且通过使用调节螺钉或类似装置提供将加热和冷却装置130定心在轨焊接部160上的能力，以提供跨越整个轨头处理区域172和/或182的均匀的加热和冷却处理。
[0028]优选地，固定装置夹紧和定心组件110包括第一接合构件112，该第一接合构件以可移除的方式接合轨头172，并且优选地包括第二接合构件118，该第二接合构件与第一接合构件112间隔开，以可移除的方式接合轨头182。接合构件112、118是可以以可移除的方式附接且固定地保持第一构件(诸如加热和冷却装置130)到第二构件(诸如轨170、180)的任何装置，并且包括:诸如磁性紧固件的装置；诸如螺钉、夹具、弹簧和销的机械联接器；液压联接器；和诸如胶的化学紧固件。在一个实施例中，每一个接合构件112、118各自包括一对接合臂114、120和调节装置116、122。该对接合臂114、120内的每一个接合臂114、120被布置在轨头172、182的相对侧上并且被设计用来优选地夹紧到每一个相应的轨头172、182上以便可靠地紧固固定装置夹紧和定心组件110和加热和冷却装置130到轨170、180。优选地，调节装置116、122提供在该对接合臂114、120内向着或离开相应的接合臂114、120移动每一个接合臂114、120的能力。调节装置116、122可以包括螺钉，杆，齿轮，或销。接合臂114、120可以或可以不由一种材料生产和/或包括冷却通道150以便加速轨头172、182的冷却，以帮助产生类似于母轨的细珠光体微结构。
[0029]加热和冷却装置130与固定装置夹紧和定心组件110连接并且布置在轨头172、182上，并且具体地布置在轨头172、182的外表面173、183上。优选地，加热和冷却装置130布置在形成在第一和第二轨170、180之间的轨焊接部160上，优选地在轨焊接部160的外表面161上，并且优选地在受影响区域200上。优选地，加热和冷却装置130位于该对接合构件112、118之间。优选地，加热和冷却装置130具有从50mm到400mm，并且更优选地从75mm到375mm，并且最优选地从10mm到300mm的长度LI。优选地，包括加热和冷却装置130以及固定装置夹紧和定心组件110的轨焊接部处理装置100具有从70mm到500mm，并且更优选地从10mm到450mm,并且最优选地从150mm到400mm的总长度L2。
[0030]参考图2，优选地，加热构件140将热引向第一轨和第二轨170、180以及轨焊接部160的受影响区域200，并且冷却构件150将冷却流体154引向第一轨和第二轨170、180以及轨焊接部160的受影响区域200。优选地，受影响区域200以轨焊接部160为中心并且沿轨方向4沿轨170、180向上和向下延伸离开轨焊接部160，如图3和5中所示。参考图2，受影响区域200也延伸到轨170、180中第一深度屯。优选地，第一深度Cl1是到轨170、180中从2mm到30mm,并且更优选地从4mm到25mm,并且最优选地从5mm到20mm。受影响区域200是轨170、180和轨焊接部160的那部分，该部分正好在形成轨焊接部160之后包括如图7中描绘的不希望的微结构，由该不希望的微结构组成，或基本上由该不希望的微结构组成，该不希望的微结构形成并且弱化轨焊接部160、HAZ162以及第一轨和第二轨170、180的机械性质。
[0031]加热和冷却装置130包括加热构件140，该加热构件用来将受影响区域200的若干部分、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分从最初温度加热到中间温度。优选地，加热构件140能够将受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分从最初温度加热到中间温度，其中HAZ162的那些部分可以包括外表面173、183以及第一轨和第二轨170、180的若干部分。优选地，加热构件140能够以10°C /s到500°C /s的速率加热受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分。
[0032]最初温度是正好在形成轨焊接部160之后或在形成轨焊接部160之后受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分的温度。在最初温度下，受影响区域200包括不希望的微结构，由不希望的微结构组成，或基本上由不希望的微结构组成，该不希望的微结构形成并且弱化轨焊接部160、HAZ162以及第一轨和第二轨170、180的机械性质。最初温度优选地从0°C变动到700°C，并且更优选地从20°C到500°C，并且最优选地从20°C到200°C。
[0033]中间温度是从加热构件140施加热到受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分之后受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分的温度。在中间温度下，受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分包括奥氏体微结构，由奥氏体微结构组成，或基本上由奥氏体微结构组成，该奥氏体微结构使用加热构件140而形成，并且该奥氏体微结构在快速冷却时可以加强轨焊接部160、焊接部HAZ162以及第一轨和第二轨170、180的机械性质。中间温度优选地从840°C变动到1300°C，并且更优选地从1000°C到1250°C，并且最优选地从1100°C到1250°C。正好在形成轨焊接部160之后的时间优选地从5秒变动到600秒，并且更优选地从20秒到500秒，并且最优选地从30秒到300秒。在形成轨焊接部160之后的时间可能花费从3600或更多秒。
[0034]加热构件140可以包括能够产生热的任何装置,诸如:包括感应线圈的任何电磁加热装置；任何基于化石燃料的加热装置，包括火焰产生装置、燃烧器和焊接机的焊枪，或任何基于天然气或气体的加热装置；基于微波的加热装置；任何电加热装置，诸如电加热器或电弧焊接机；或能够加热流体和/或将那些流体引向另一装置的任何装置。在一个实施例中，加热构件140包括感应线圈542，并且优选地包括多个感应线圈142，该多个感应线圈可能地沿着轨方向4和/或垂直轨方向4被布置。通过使用感应线圈142，被引向受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分的热量可以被精确地控制且改变。另外，与火焰产生加热方法相比，所需的处理时间将减小。
[0035]加热和冷却装置130还包括冷却构件150，该冷却构件用来将受影响区域200的若干部分、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分从中间温度冷却到最终温度，以便在受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分内形成作为结果的珠光体结构。优选地，冷却构件150能够将受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分从中间温度冷却到最终温度，其中HAZ162的那些部分可以包括外表面173、183和第一和第二轨170、180的若干部分。
[0036]参考图4，在冷却到最终温度时受影响区域200 (包括轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分)中的珠光体微结构(诸如由本发明产生的珠光体微结构)的样品显微照片被示出。图4中示出的白色部分代表铁素体，就碳含量而言，该铁素体几乎为纯铁，而图4中示出的黑色部分代表渗碳体,该渗碳体具有近似6.67wt%的碳。
[0037]最后温度是在用冷却构件150冷却受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分之后受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分的作为结果的温度。在最终温度下，受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分包括珠光体微结构，由珠光体微结构组成，或基本上由珠光体微结构组成，该珠光体微结构在使用冷却构件150时形成,并且该珠光体微结构强化轨焊接部160、焊接部HAZ162以及第一轨和第二轨170、180的机械性质。最终温度优选地从500°C变动到700°C，并且更优选地从400°C到600°C，并且最优选地从300°C到500。。。
[0038]冷却构件150可以包括能够冷却另一装置的任何装置，诸如:任何电磁冷却装置；任何基于制冷剂的冷却装置；能够将已冷却的流体引向另一装置的任何装置，诸如阀、通道或风扇。在一个实施例中，冷却构件150包括通道152，并且优选地包括多个通道152，该多个通道优选地沿轨方向4被布置，并且优选地布置在感应线圈142之间，并且该多个通道指向受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分。冷却流体154被迫通过通道152并且指向受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分。优选地，冷却流体154通过入口 156进入加热和冷却装置130，该入口可以连接到流体供应装置，例如，用于压缩空气供应装置的歧管。冷却流体154可以是任何流体，该任何流体的温度小于中间温度，并且优选地小于最终温度。优选地，冷却流体154的温度从(TC变动到200°C，并且更优选地从10°C到100°C，并且最优选地从20°C到50°C。优选地，冷却流体154包括气体和/或液体，诸如，空气、水或空气和水喷雾混合物。通过与冷却流体154 —起使用通道152，受影响的区域200的冷却速率可以被精确地控制和改变。
[0039]参考图2、3和5，在操作中，轨焊接部处理装置100可以用于局部地加热并且随后冷却受影响区域200的若干部分、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分。优选地，轨焊接部处理装置100可以用于处理形成在第一轨170和第二轨180之间的轨焊接部160，以及受影响区域200的其它部分。优选地，轨焊接部处理装置100用在轨170、180安装在其上的位置或部位并且优选地在形成轨焊接部160之后。基于轨170、180的外表面173、183下方的最佳处理深度dt，用来处理轨焊接部160以及受影响区域200的其它部分的方法可能需要30秒到5分钟，并且优选地需要30秒到120秒来执行。优选地，最佳处理深度dt大于第一深度Cl1以便完全包围并且处理轨170、180的外表面173、183下面的整个受影响区域200，然而，最佳处理深度dt可以等于或小于第一深度屯，由此受影响区域200的全部或仅仅一部分被处理。
[0040]用来处理轨焊接部160以及受影响区域200的其它部分的方法从以下开始:优选地通过由加热构件140 (并且优选地由感应线圈142)产生的热将轨170、180，并且具体地，将受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分从最初温度快速加热到中间温度。优选地，将受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170,180的若干部分从最初温度加热到中间温度所需的时间量是从5秒到60秒，并且更优选地从5秒到30秒，并且最优选地从5秒到20秒。
[0041]优选地，受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分从最初温度被加热到中间温度，该中间温度在组成轨170、180的轨材料的奥氏体范围中，以便在轨170、180中，并且具体地，在受影响区域200，轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分中形成奥氏体或奥氏体材料。优选地，中间温度近似地为从800°C到1350°C，以便避免热传递到轨表面173、183并且紧邻加热构件140的轨170、180可以通过形成另外的退化的或球化的微结构而消极地影响相邻轨钢的微结构。
[0042]在轨170、180中，并且具体地在受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分中形成的奥氏体材料然后将优选地使用空气或空气/水雾从中间温度被冷却到最终温度，以便在受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分中形成如图4中所不的细珠光体微结构，该细珠光体微结构优选地与受影响区域200外部的轨170、180的不受影响的部分一致。从中间温度到最终温度的冷却速率可以被调节以便避免任何不希望的微结构，诸如马氏体或贝氏体(这可能由过度冷却形成)，或粗珠光体(这可能由缓慢冷却形成)。粗珠光体的形成由从中间温度的缓慢冷却(退火或正火)引起，而细珠光体典型地由加速冷却引起。从最初温度到中间温度的受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分的快速加热有助于最小化或消除在受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分中形成不希望的退化珠光体或球化微结构，该不希望的退化珠光体或球化微结构可能由轨材料的临界和/或亚临界加热引起。
[0043]从最初温度到中间温度的受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170,180的若干部分的加热可以通过加热构件140被实现。从中间温度到最终温度的受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分的冷却可以通过冷却构件150被实现。加热和冷却构件140、150可以被组合成单个加热和冷却装置130，或者它们可以是分离的装置。
[0044]在一个实施例中，轨焊接部处理装置100被放置在轨170、180的外表面173、183上或上面，在轨焊接部160上方，并且优选地在轨焊接部160和焊接部HAZ162上方居中，以便加热和冷却轨170、180。在将轨焊接部处理装置100放置在轨170、180的外表面173、183上或上面，并且优选地放置在受影响区域200、轨焊接部160、焊接部HAZ162和/或轨170、180的若干部分上或上面时，轨焊接部处理装置100在轨焊接部160上面居中，热被施加到轨170、180以将轨170、180的若干部分从最初温度加热到中间温度，并且然后冷却被施加到轨170、180以将轨170、180的若干部分从中间温度冷却到最终温度。
[0045]在完成轨焊接部处理之后，将从轨170、180移除轨焊接部处理装置100，而不需要另外干预，由于将不需要轨170、180的研磨。轨焊接部160和焊接部HAZ162之间的受影响区域200中的处理后同质性将更好地仿效受影响区域200外部的轨170、180的轨材料中见到的同质性，与受影响区域200外部的轨170、180的不受影响部分相比没有或仅有极小量的微结构和机械性质的偏差。
[0046]将加热(优选地感应加热)局部地用于轨170、180的外表面173、183结合那些表面173、183的受控制的冷却导致受影响区域200，该受影响区域与在受影响区域200外部的轨170、180的不受影响的部分更同质。用来处理轨焊接部160、焊接部HAZ162以及受影响区域200的其它部分的本方法被设计用来产生与可以由电弧对接或铝热轨焊接引起的奥氏体微结构相比显著更同质的奥氏体微结构。受影响区域200内的通过本发明产生的同质奥氏体微结构被控制冷却以便仿效轨170、180的最初形成中使用的生产冷却速率。优选地，冷却速率被计算机控制以考虑周围条件以便优选地以处理深度dt近似地影响仅仅受影响区域200。受影响区域200的最终的作为结果的微结构将被显著地改善并且与受影响区域200外部的轨170、180的不受影响的部分更加同质，以便提供在轨焊接部160处和附近(包括焊接部HAZ162)的轨170、180的改善的机械性质并且因此改善的性能。
[0047]本公开的摘要被提供用来允许读者快速地弄清技术公开的性质。应当理解，它将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在前述【具体实施方式】中，可以看到，为了简化本公开，各种特征在各种实施例中被集合在一起。公开的这个方法不被解释为反映以下意图:要求保护的实施例需要的特征多于每一个权利要求中明确列举的特征。更确切地，如下面的权利要求表明的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求由此并入【具体实施方式】,每一个权利要求独立地作为分离地要求保护的主题。
[0048]虽然已经描述本发明的各种实施例，但对本领域技术人员来说将显然的是，在本发明的范围内，其它实施例和实施方式是可能的。因此，除了按照所附权利要求和它们的等同物，本发明将不被限制。
【权利要求】
1.一种轨焊接部处理装置，所述轨焊接部处理装置用来改善轨焊接部的、以及包围所述轨焊接部的轨的受影响区域中和受影响区域周围的作为结果的微结构，所述轨焊接部处理装置包括: 用来接合轨的轨头的固定装置夹紧和定心组件，其中所述固定装置夹紧和定心组件包括接合构件，所述接合构件以可移除的方式接合所述轨头；和 布置在所述轨头上的、与所述固定装置夹紧和定心组件连接的加热和冷却装置，其中所述加热和冷却装置包括加热构件和冷却构件，所述加热构件用来加热所述轨焊接部的受影响区域，所述冷却构件用来冷却所述受影响区域。
2.根据权利要求1所述的轨焊接部处理装置，其中，所述加热构件包括用来产生热的多个感应线圈，并且所述冷却构件形成多个通道，冷却流体流过所述多个通道并且指向所述轨焊接部的外表面。
3.根据权利要求1所述的轨焊接部处理装置，其中，所述固定装置夹紧和定心组件包括彼此间隔开的一对接合构件。
4.根据权利要求1所述的轨焊接部处理装置，其中，所述接合构件包括彼此间隔开的一对接合臂和用来改变所述一对接合臂之间的距离的调节装置。
5.根据权利要求1所述的轨焊接部处理装置，其中，所述加热和冷却装置位于所述一对接合构件之间。
6.根据权利要求1所述的轨焊接部处理装置，其中，当所述轨焊接部处理装置被布置在形成在第一轨和第二轨之间的轨焊接部周围时，感应线圈沿着轨方向和/或垂直于轨方向被对齐。
7.根据权利要求1所述的轨焊接部处理装置，其中，通道形成在感应线圈之间。
8.一种用来处理形成在第一轨和第二轨之间的轨焊接部的方法，所述方法包括: 在形成所述轨焊接部之后将所述轨焊接部的一部分从最初温度加热到高于所述最初温度的中间温度，其中所述中间温度足够高以使所述轨焊接部内的材料中的一些材料相变到奥氏体；和 将所述轨焊接部从所述中间温度冷却到最终温度，以便在所述轨焊接部和焊接部HAZ内形成作为结果的珠光体结构。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述珠光体结构与在所述第一轨或第二轨中见到的珠光体结构一致。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述轨焊接部的冷却包括使流体在所述轨焊接部的外表面上流动。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体是空气或者所述流体是空气和水喷雾。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，采用受调节的冷却速率执行所述轨焊接部的冷却。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，以10°C/s到500°C /s的速率执行所述轨焊接部的加热。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述轨焊接部的所述部分从所述轨焊接部的外表面延伸到5mm到20mm的深度。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述作为结果的珠光体结构与所述第一轨或第二轨基本上同质。
16.根据权利要求8所述的方法，其中，采用感应加热执行所述轨焊接部的加热。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，在形成所述轨焊接部之后立即执行所述轨焊接部的加热。
18.一种用来处理轨焊接部的、以及包围所述轨焊接部的第一轨和第二轨的受影响区域的方法，所述方法包括: 将轨焊接部处理装置施加在所述轨焊接部的外表面周围； 使用所述焊接部处理装置将所述轨焊接部的一部分从最初温度加热到高于所述最初温度的中间温度，其中所述中间温度足够高以使所述受影响区域内的钢中的一些钢相变到奥氏体； 使用所述焊接部处理装置将所述轨焊接部从所述中间温度冷却到最终温度；和 在所述轨焊接部内形成作为结果的珠光体结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述轨焊接部处理装置包括:用来接合轨的轨头的固定装置夹紧和定心组件；以及加热和冷却装置，所述加热和冷却装置与所述固定装置夹紧和定心组件连接并且布置在所述轨头上，其中所述固定装置夹紧和定心组件包括接合构件，所述接合构件以可移除的方式接合所述轨头，并且其中所述加热和冷却装置包括加热构件和冷却构件，所述加热构件用来加热所述轨焊接部的外表面，所述冷却构件用来冷却所述轨焊接部的外表面。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述作为结果的珠光体结构与所述第一轨或第二轨基本上同质。
【文档编号】E01B11/44GK104145061SQ201280066949
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】J·V·克里斯滕, K·H·里德 申请人:Cf&I钢铁有限合伙公司贸易用名耶弗拉兹洛基山钢铁