专利名称：一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通无缝线路钢轨气压焊焊接及焊后正火的质量控制方法。
背景技术：
钢轨气压焊是我国无缝铁路建设中一种用于现场钢轨焊接的主要方法，采用燃气 与氧气混合燃烧的方式，对两对接的钢轨端面进行加热，加热以后进行顶锻、推凸、正火冷 却，完成钢轨焊接。在钢轨气压焊接的各个过程中，焊接温度与顶锻时的挤压变形是决定气 压焊接接头质量的关键因素。但在钢轨焊接和正火过程中，由于钢轨焊接接头旁有加热装 置及摆动等装置，空间狭小，充满摆动的火焰，且接头处温度很高，实时的直接测量与控制 钢轨接头的温度几乎不可能；因此，通常是通过气体流量和加热时间的控制来实现对钢轨 接头的温度的间接控制。这种主要用时间来间接控制温度的方式，其控制过程复杂，精度 低，故障率高1)焊接、正火过程中温度的控制靠加热时间来控制，在不同的地方进行焊接，均需 进行相应的焊前工艺试验来确定焊接、正火的加热时间。通过实验得到的控制方案，对加热 环境或者气体的变化，不能自动地进行调整，对温度的控制能力较低，控制误差大。2)在加热和正火过程中，如果气体流量发生变化，热输入率变化，同样不能自动的 及时对变化做出调整。3)控制中涉及加热时间，气体流量、钢轨的压力及位移等众多变量，控制过程复 杂，控制难度较大，人为因素影响较大。总之，通过时间来控制钢轨焊接过程的加热温度，对环境、气体流量变化的适应调 节能力差，控制精度低，钢轨在焊接及正火的关键环节不能满足要求的温度，焊接质量差，
故障率高。
发明内容
本发明的目的就是提供一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方 法，该方法能对钢轨气压焊焊接和保压正火的温度进行自动闭环控制，控制输入参数少，操 作简单、方便；对温度的控制准确，抗干扰性强，误差小、精度高；工艺一致性、重现性好，焊 接质量更加稳定可靠，一次性焊接成功率高。本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为一种钢轨火焰焊接加热及焊后正 火的恒位移质量控制方法，其步骤为a、设置参数通过热/力模拟试验，获得钢轨温度与钢轨纵向形变抗力间的关系 曲线；再根据钢轨火焰加热焊接的要求，将焊接温度预置在可编程控制器(5)中；b、位移锁定可编程控制器控制顶锻油缸的有杆腔油路上的电磁阀导通，并控制 数控泵站，以设定的油压向有杆腔进油；同时由连于顶锻油缸有杆腔油路上的压力传感器， 检测顶锻油缸内的保压压力，送可编程控制器；当有杆腔油压达到设定的保压压力时，可编 程控制器控制电磁阀关闭，串联在有杆腔与电磁阀之间的液控单向阀将顶锻油缸锁住；顶锻油缸向钢轨施加初始保压压力，并使钢轨的纵向位移保持恒定不变；C、焊接中的加热控制可编程控制器控制加热装置对钢轨进行火焰加热，可编程控制器将压力传感器实 时检测到的顶锻油缸的保压压力减去初始保压压力得到钢轨的纵向形变抗力，再根据a步 的钢轨焊接温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨的温度；同时，可编程控制器将获得的钢轨温度与a步预置的加热焊接的温度比较，当钢 轨温度达到预置的焊接温度时，可编程控制器控制加热装置停止加热、并控制电磁阀导通， 液控单向阀解除对顶锻油缸的锁定，顶锻油缸进油，进行顶锻；顶锻完成后，可编程控制器 再控制电磁阀关闭，液控单向阀又将顶锻油缸锁住，然后进行保压推凸、空冷降温；d、焊后正火空冷降温后，进行焊后正火。与现有技术相比，本发明的有益效果是一、除顶锻的短时过程外，在焊接加热、空冷降温等过程中，均关闭有杆腔油路上 的电磁阀，而由液控单向阀将顶锻油缸锁定，使钢轨在这些过程中位移恒定、不发生变化， 保证在焊接加热过程中钢轨的纵向形变抗力仅与温度有关，而钢轨的纵向形变抗力与温度 的关系可通过试验预先得出。因此，在焊接过程中，只要检测出顶锻油缸的油压压力，即可 计算获得钢轨因受热产生的纵向形变压力，并进而获得钢轨的温度，方便地实现了对钢轨 温度的检测。由于此种方式获得的钢轨温度是仅与钢轨自身的物理性质及材料参数有关， 而不受气温、风力等外界环境因素以及气体流量变化等的影响。因此，其对温度的检测与控 制准确，抗干扰性强，误差小、精度高；其工艺一致性、重现性好，焊接质量更加稳定可靠，一 次性焊接成功率高。二、在焊接控制过程中，仅需检测顶锻油缸的油压压力(保压压力)，输入参数少， 不用对气体流量进行大幅调整，只需控制火焰的开关即可，提高效率，降低了成本；加之油 压压力的检测十分方便，因此，其检测与控制的过程简单，操作方便，系统的稳定性和可靠 性得以提高。同时，对操作人员的技能要求低，培训时间短，劳动强度小，也能够更好地保证 焊接质量，降低焊接成本。上述的a步的参数设置，还将焊后正火的结束温度预置在可编程控制器中；上述的d步的焊后正火的具体操作是可编程控制器控制加热装置点火对钢轨进 行加热，由压力传感器检测顶锻油缸内的保压压力经A/D转换器送可编程控制器；可编程 控制器得到的保压压力即为钢轨受热后的纵向形变抗力，再根据a步的钢轨正火温度与钢 轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨温度，当可编程控制器获得的钢轨温度与a 步预置的正火加热的结束温度相等时，可编程控制器控制加热装置熄火，停止加热，即完成 焊后正火过程。这样，先对顶锻油缸解锁，解锁时，初始压力已经释放，再由顶锻油缸通过油压压力使钢轨产生顶锻位移，进行顶锻；在完成顶锻后，顶锻油缸又被锁定。锁定时，顶锻油缸的 油压压力与钢轨在该温度条件下的形变抗力相等，由于锁定后，钢轨不会发生纵向位移，从 而，此后顶锻油缸的油压压力仅与钢轨在相应温度下的形变抗力相等，通过检测顶锻油缸 的压力即可计算获得钢轨的温度。这样，在焊后正火过程中也简单方便地实现了对温度的 精确检测与控制，保证了焊后正火工艺的一致性，进一步提高了焊接质量。上述的c、d两步中，可编程控制器获得的钢轨温度还送工控机进行时实显示并存储。这样，方便操作人员对焊接过程中的温度进行实时监测，若发现异常，可及时进行 处理，进一步保证焊接质量，避免“断轨”事故的发生。上述的工控机将存储的钢轨温度进行统计计算，给出报表，自动进行焊接质量评 判。这样，方便现场焊接施工质量监测，能够在线进行质量诊断，及时对异常接头进行 处理分析；施工工况、工艺过程的温度控制实况都可追溯，若发生“断轨”事故，可提供重要 的施工数据进行分析、评判，可靠保证现场的钢轨焊接优质、高效。下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例方法的油路原理及电气原理示意图(图中的“双向双箭头”表 示器件间的电气连接关系，而“单线”表示器件间的油路连接关系)。图2是本发明实施例方法的U75V钢轨的保压压力一温度关系图。
具体实施例方式图1示出，本发明的一种具体实施方式
为一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的 恒位移质量控制方法，其步骤为a、设置参数通过热/力模拟试验，获得钢轨温度与钢轨纵向形变抗力间的关系 曲线；再根据钢轨火焰加热焊接的要求，将焊接温度预置在可编程控制器5中。图2即为通过热/力模拟试验，获得的铁路上广泛使用的U75V钢轨的温度与纵向 形变抗力间的关系曲线。b、位移锁定可编程控制器5控制顶锻油缸9的有杆腔油路上的电磁阀1导通，并 控制数控泵站10，以设定的油压向有杆腔进油；同时由连于顶锻油缸9有杆腔油路上的压 力传感器4，检测顶锻油缸9内的保压压力，送可编程控制器(5)；当有杆腔油压达到设定的 保压压力时，可编程控制器5控制电磁阀1关闭，串联在顶锻油缸9的有杆腔与电磁阀1之 间的液控单向阀2将顶锻油缸9锁住；顶锻油缸9向钢轨施加初始保压压力，并使钢轨的纵 向位移保持恒定不变；C、焊接中的加热控制可编程控制器5控制加热装置对钢轨进行火焰加热，可编程控制器5将压力传感 器实时检测到的顶锻油缸的保压压力减去初始保压压力得到钢轨的纵向形变抗力，再根据 a步的钢轨焊接温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨的温度；同时，可编程控制器5将获得的钢轨温度与a步预置的加热焊接的温度比较，当钢轨温度达到预置的焊接温度时，可编程控制器5控制加热装置停止加热、并控制电磁阀1导 通，液控单向阀2解除对顶锻油缸9的锁定，顶锻油缸9进油，进行顶锻；顶锻完成后，可编 程控制器5再控制电磁阀1关闭，液控单向阀2又将顶锻油缸9锁住，然后进行保压推凸、 空冷降温；d、焊后正火空冷降温后，进行焊后正火。本例中
a步的参数设置，还将焊后正火的结束温度预置在可编程控制器5中。d步的焊后正火的具体操作是可编程控制器5控制加热装置点火对钢轨进行加 热，由压力传感器4检测顶锻油缸9内的保压压力经A/D转换器送可编程控制器5 ；可编程 控制器5得到的保压压力即为钢轨受热后的纵向形变抗力，再根据a步的钢轨正火温度与 钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨温度，当可编程控制器5获得的钢轨温度 与a步预置的正火加热的结束温度相等时，可编程控制器5控制加热装置熄火，停止加热， 即完成焊后正火过程。本例的c、d两步中，可编程控制器5获得的钢轨温度还送工控机6进行时实显示 并存储。本例的工控机6还将存储的钢轨温度进行统计计算，给出报表，自动进行焊接质 量评判。 显然，本发明的压力传感器4在顶锻油缸9有杆腔油路上的位置，应紧邻有杆腔也 即位于顶锻油缸9有杆腔和液控单向阀2之间。
权利要求
一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方法，其步骤为a、设置参数通过热/力模拟试验，获得钢轨温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线；再根据钢轨火焰加热焊接的要求，将焊接温度预置在可编程控制器(5)中；b、位移锁定可编程控制器(5)控制顶锻油缸(9)的有杆腔油路上的电磁阀(1)导通，并控制数控泵站(10)，以设定的油压向有杆腔进油；同时由连于顶锻油缸(9)有杆腔油路上的压力传感器(4)，检测顶锻油缸(9)内的保压压力，送可编程控制器(5)；当有杆腔油压达到设定的保压压力时，可编程控制器(5)控制电磁阀(1)关闭，串联在有杆腔与电磁阀(1)之间的液控单向阀(2)将顶锻油缸(9)锁住；顶锻油缸(9)向钢轨施加初始保压压力，并使钢轨的纵向位移保持恒定不变；c、焊接中的加热控制可编程控制器(5)控制加热装置对钢轨进行火焰加热，可编程控制器(5)将压力传感器实时检测到的顶锻油缸的保压压力减去初始保压压力得到钢轨的纵向形变抗力，再根据a步的钢轨焊接温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨的温度；同时，可编程控制器(5)将获得的钢轨温度与a步预置的焊接加热温度比较，当钢轨温度达到预置的焊接温度时，可编程控制器(5)控制加热装置停止加热、并控制电磁阀(1)导通，液控单向阀(2)解除对顶锻油缸(9)的锁定，顶锻油缸(9)进油，进行顶锻；顶锻完成后，可编程控制器(5)再控制电磁阀(1)关闭，液控单向阀(2)又将顶锻油缸(9)锁住，然后进行保压推凸、空冷降温；d、焊后正火空冷降温后，进行焊后正火。
2.根据权利要求1所述的一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方法， 其特征在于，所述的a步的参数设置，还将焊后正火的结束温度预置在可编程控制器(5)中；d步的焊后正火的具体操作是可编程控制器(5)控制加热装置点火对钢轨进行加热， 由压力传感器(4)检测顶锻油缸(9)内的保压压力，经A/D转换器送可编程控制器(5)；可 编程控制器(5)得到的保压压力即为钢轨受热后的纵向形变抗力，再根据a步的钢轨正火 温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨温度，当可编程控制器(5)获得的 钢轨温度与a步预置的正火加热的结束温度相等时可编程控制器(5)控制加热装置熄火， 停止加热，即完成焊后正火过程。
3.根据权利要求2所述的一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方法， 其特征在于所述的c、d两步中，可编程控制器(5)获得的钢轨温度还送工控机(6)进行时 实显示并存储。
4.根据权利要求3所述的一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方法， 其特征在于所述的工控机(6)将存储的钢轨温度进行统计计算，给出报表，自动进行焊接 质量评判。
全文摘要
一种钢轨火焰焊接加热及焊后正火的恒位移质量控制方法，它通过控制顶锻油缸的有杆腔油路上的电磁阀及液控单向阀将顶锻油缸锁住，使钢轨的纵向位移保持恒定不变；同时，通过压力传感器实时检测顶锻油缸的保压压力，再根据事先预置的钢轨焊接温度与钢轨纵向形变抗力间的关系曲线，计算获得钢轨的温度；当钢轨温度达到预置的焊接温度时，控制加热装置停止加热，然后进行顶锻保压推凸，空冷降温及焊后正火。该方法能对钢轨气压焊焊接和保压正火的温度进行自动闭环控制，控制输入参数少，操作简单、方便；对温度的控制准确，抗干扰性强，误差小、精度高；工艺一致性、重现性好，焊接质量更加稳定可靠，一次性焊接成功率高。
文档编号G05B19/418GK101813939SQ20101013048
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者任良彬, 周世恒, 戴虹, 黄正中 申请人:西南交通大学