[發明專利]一種鋼軌線性摩擦焊接方法

在審

• 申請號: 201810744896.2
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108788443A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 楊樊;譚克順;段利華;譚克勝;譚克利
• 申請（專利權）人: 四川西南交大工程技術有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種鋼軌線性摩擦焊接方法，包括以下步驟：第一步、焊前準備：將第一鋼軌的焊接端面和第二鋼軌的焊接端面預處理并對中，組成線性摩擦副；第二步、初始摩擦：第一鋼軌作線性振動，第二鋼軌向第一鋼軌靠攏，鋼軌接觸后，形成摩擦表面和焊合區，摩擦表面上產生塑性變形和機械挖掘現象，摩擦表面上的摩擦加熱功率增加；第三步、摩擦過渡：摩擦表面金屬的溫度上升，發生摩擦粘結與剪切現象；塑性金屬擴大對摩擦表面的封閉；第四步、穩定摩擦：摩擦表面擠出形成飛邊，第一鋼軌和第二鋼軌均在軸向上有會有明顯的縮短；第五步、頂鍛焊接：停止線性驅動器并使兩節鋼軌回位對中,并迅速施加頂鍛壓力，焊合區金屬形成鋼軌線性摩擦焊焊接接頭。

技術領域

本發明屬于鐵路鋼軌摩擦焊接技術領域，具體涉及一種鋼軌線性摩擦焊接方法。

背景技術

隨著我國高鐵技術在國內外的大量推廣和運用，以及在各種極端氣侯條件下的高鐵網絡建設，對承載高速列車運行的無縫線路鋼軌提出了更高的要求，實現無縫線路最關鍵、最重要的環節就是鋼軌焊接，其所使用的焊接方法對鋼軌焊接的安全可靠、節能環保(環境污染)、質量和效率等諸多方面起決定性的作用。

現有的鋼軌焊接方法有閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊以及電弧焊。鋼軌電弧焊方法具有勞動強度大、效率低、強弧光、環境污染嚴重、焊接工藝和技術要求非常嚴格等特點。鋼軌鋁熱焊接頭為鑄態組織具有強度低、質量欠穩定，斷軌率高，綜合性能差等特點。鋼軌氣壓焊方法則具有對接頭斷面的處理要求十分嚴格，受諸多人為和環境因素影響，接頭質量波動較大，不易控制。它屬于外部加熱方式，熱效率低，焊接時間約6分鐘，焊縫及熱影響區較寬約100mm。鋼軌閃光焊在焊接過程中伴隨焊縫金屬熔化再結晶，易產生熔化和凝固過程相關缺陷，在鋼軌燒化過程中產生火花飛濺，并且伴隨金屬蒸汽和有毒氣體的排放，焊接時間約3分鐘。鋼軌閃光焊和氣壓焊，每個接頭都會消耗鋼軌約40mm，接頭強度能達到母材的90％。

發明內容

本發明的目的是解決上述問題，提供一種操作簡單，焊接接頭質量穩定、焊接生產率高且節能減排的鋼軌線性摩擦焊接方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種鋼軌線性摩擦焊接方法，包括以下步驟：

S1、焊前準備：將第一鋼軌的焊接端面和第二鋼軌的焊接端面預處理好，使之滿足線性摩擦焊需要；將第一鋼軌裝夾到焊機的線性夾具上，將第二鋼軌裝夾到焊機的頂鍛夾具上，通過機構調整實現第一鋼軌和第二鋼軌對中，并組成線性摩擦副；

S2、初始摩擦：第一鋼軌在線性驅動器的作用下作直線往復的線性振動，當達到預定的振幅和頻率后，第二鋼軌在推力作用下向線性夾具靠攏，當第一鋼軌的焊接端面與第二鋼軌的焊接端面接觸后，第一鋼軌的焊接端面與第二鋼軌的焊接端面形成摩擦表面和焊合區，摩擦表面上產生塑性變形和機械挖掘現象，摩擦表面上的摩擦加熱功率緩緩增加；

S3、摩擦過渡：在步驟S2中線性振動和摩擦力的繼續作用下，摩擦加熱功率顯著增大，摩擦表面金屬的溫度上升，發生摩擦粘結與剪切現象；隨著摩擦過程的進行，接觸良好的塑性金屬逐漸擴大對摩擦表面的封閉，但是鋼軌在軸向上沒有明顯的縮短；

S4、穩定摩擦：當步驟S3中的高溫塑性金屬封閉了整個摩擦面，氧化物被全部擠出以后,在高頻、線性往復運動和摩擦力的持續作用下,摩擦表面的溫度繼續升高，粘結現象減少，分子作用現象增強；高溫塑性變形層的金屬在線性振動和摩擦力作用下，從摩擦表面擠出形成飛邊，同時被界面附近的高溫金屬不斷補充，處于動平衡狀態之中，第一鋼軌和第二鋼軌均在軸向上有會有明顯的縮短；

S5、頂鍛焊接：當步驟S4中的第一鋼軌和第二鋼軌的軸向縮短量均達到合適的量，焊合區的溫度分布和塑性變形達到合適的程度后,停止線性驅動器并使兩節鋼軌回位對中,并迅速施加頂鍛壓力且維持頂鍛壓力，焊合區金屬通過相互擴散與再結晶形成鋼軌線性摩擦焊焊接接頭。

優選地，所述步驟S1中的第一鋼軌和第二鋼軌的結構相同，第一鋼軌的端面垂直于第一鋼軌自身的延長線。