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
专利汇可以提供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专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 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。，下面是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专利的具体信息内容。
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。
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
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
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。
附图说明
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。
具体实施方式
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。
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