[發明專利]一種第三體鋼軌摩擦焊接方法

在審

• 申請號: 201910397796.1
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110052697A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 譚克利;譚克順;楊樊;段利華;譚克勝
• 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: 劉冬靜

1.一種第三體鋼軌摩擦焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、進行焊前準備，對待焊鋼軌的待焊端面進行處理，然后將待焊鋼軌和第三體分別裝入鋼軌夾具和第三體夾具中夾持；

S2、進行摩擦運動，包括以下子步驟：

S21、通過驅動器驅動待焊鋼軌A、第三體和待焊鋼軌B，使待焊鋼軌A和第三體之間、第三體和待焊鋼軌B之間均形成相對運動；

S22、推動待焊鋼軌A和待焊鋼軌B向第三體靠攏，待焊鋼軌A和第三體的接觸面之間、第三體和待焊鋼軌B的接觸面之間進行摩擦運動；

S3、進行焊接：持續進行摩擦運動和相對運動，當待焊鋼軌A、待焊鋼軌B和第三體的軸向縮短量均達到預設值，焊合區的溫度分布均勻和塑性變形達到預設值后，待焊鋼軌A、第三體和待焊鋼軌B停止運動；將第三體與兩個待焊鋼軌進行對位，待焊鋼軌A、待焊鋼軌B瞬間快速施加頂鍛壓力并保壓，直至待焊鋼軌A和第三體之間、第三體和待焊鋼軌B之間的摩擦界面及焊合區金屬通過相互擴散與再結晶形成兩條焊縫的鋼軌摩擦焊焊接接頭。

2.根據權利要求1所述的一種第三體鋼軌摩擦焊接方法，其特征在于，所述步驟S1包括以下子步驟：

S11、準備第三體；

S12、處理摩擦面：將待焊鋼軌A、待焊鋼軌B的待焊端面及第三體的兩個待焊端面進行清除端面異物和打磨端面垂直度處理，使之滿足摩擦焊接初始結合面的90％的貼合度；

S13、夾持鋼軌和第三體：將待焊鋼軌A、待焊鋼軌B、第三體分別裝入鋼軌夾具A、鋼軌夾具B和第三體夾具中夾持；

S14、對中定位：若第三體長度＜30mm或第三體截面尺寸大于鋼軌截面尺寸，則采用兩體對位法；若第三體長度≥30mm或第三體截面尺寸與鋼軌截面相同，則采用三體對位法。

3.根據權利要求2所述的一種第三體鋼軌摩擦焊接方法，其特征在于，所述兩體對位法具體實現方法為：將待焊鋼軌A和待焊鋼軌B進行對中，然后分別向后拉開一定距離，放入第三體至焊接區域。

4.根據權利要求2所述的一種第三體鋼軌摩擦焊接方法，其特征在于，所述三體對位法具體實現方法為：在待焊鋼軌A和待焊鋼軌B之間放入第三體，將第三體分別與待焊鋼軌A、待焊鋼軌B進行對中定位。

5.根據權利要求1所述的一種第三體鋼軌摩擦焊接方法，其特征在于，所述步驟S22中摩擦運動包括以下階段：

初始摩擦階段：待焊鋼軌A和第三體之間、第三體和待焊鋼軌B之間均間隔1～3mm，在驅動器的作用下，待焊鋼軌A和第三體之間、第三體和待焊鋼軌B之間均形成相對運動；當相對運動達到設定的振幅和頻率后，在推力作用下，待焊鋼軌B、待焊鋼軌A皆向第三體靠攏；待焊鋼軌A的焊接端面與第三體的焊接端面接觸形成第一摩擦副及焊合區、第三體的焊接端面與待焊鋼軌B的焊接端面接觸形成第二摩擦副及焊合區，第一摩擦副和第二摩擦副凹凸部分產生摩擦、剪切和機械挖掘現象，第一摩擦副和第二摩擦副的摩擦加熱功率均緩慢增加；

摩擦過渡階段：隨著摩擦運動的持續作用，摩擦加熱功率顯著增大，第一摩擦副和第二摩擦副界面金屬溫度均持續上升，發生塑性粘結與剪切現象；隨著摩擦過程的進行，接觸面的金屬變成塑性良好的熔融狀金屬，熔融狀金屬逐漸擴散到第一摩擦副和第二摩擦副界面，使第一摩擦副和第二摩擦副界面封閉，保護內部金屬不被氧化，但待焊鋼軌A、待焊鋼軌B和第三體在軸向上沒有明顯的縮短；

穩定摩擦階段：當高溫塑性金屬完全封閉第一摩擦副和第二摩擦副界面，部分粘塑性金屬及全部金屬氧化物被擠出第一摩擦副和第二摩擦副界面，形成飛邊；在摩擦運動和摩擦力的持續作用下，第一摩擦副界面和第二摩擦副界面的溫度達到熱平衡，粘結現象減少，原子作用現象增強；待焊鋼軌A、待焊鋼軌B和第三體在軸向上明顯縮短。

6.根據權利要求1所述的一種第三體鋼軌摩擦焊接方法，其特征在于，所述待焊鋼軌A和第三體之間、第三體和待焊鋼軌B之間的相對運動表現為：第三體在yz平面內做直線往復運動或軌跡平動，待焊鋼軌A、待焊鋼軌B在yz平面內無運動。