[發明專利]一種鋼軌表面連續等溫度梯度熔覆的熔覆設備及熔覆方法

有效

• 申請號: 202110779154.5
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113502472B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 戴挺;王惟釗;顧德宇;邱鈺雯
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;E01B31/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發明公開了一種鋼軌表面連續等溫度梯度熔覆的熔覆設備，包括加熱系統、熔覆系統，熔覆系統用于對鋼軌表面進行連續熔覆，加熱系統包括預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組，預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組均與鋼軌軌面及側面接觸用以為鋼軌表面加熱，熔覆系統的熔覆點位于預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組之間，且熔覆點更靠近預熱銅輪電極組。采用預熱銅輪電極組在對鋼軌進行熔覆前先預熱，采用保溫銅輪電極組對熔覆結束的鋼軌進行保溫，使得熔覆區域內在等溫度梯度下連續熔覆金屬，避免了常見熔覆過程中金屬的熔化和凝固因激冷而引起的熔覆層內應力大、易開裂等問題，從而獲得連續穩定的高質量熔覆層，解決了熔覆層與鋼軌間的結合性差的問題。

技術領域

本發明涉及鋼軌表面處理，具體是涉及一種鋼軌表面連續等溫度梯度熔覆的熔覆設備及熔覆方法。

背景技術

隨著社會的發展，交通的重要性愈發凸顯，而交通強國，鐵路先行，軌道運輸是重要的交通方式之一。高速化的軌道運行，給承載列車的鋼軌帶來了更嚴重的損傷。面對鋼軌損傷，當前主要的解決辦法有兩種，一是在鋼軌服役前利用合金化等手段提高其表面性能，二是對于已受損傷的鋼軌換下后運至工廠進行修復，或是在軌道現場修復。這兩種方法盡管有效，但仍存在弊端。對于服役前的表面強化，其性能提升效果有限，隨著運行時間增加，還是免不了發生損傷。由于鋼軌一般采用高錳鋼、U75V等中高碳含量的合金鋼，其可焊性差，鋼軌熔覆修復工藝復雜，修復困難，修復質量低，所以對于受損鋼軌的修復，時間、經濟成本都太高。

發明內容

發明目的：針對以上缺點，本發明提供一種對已受損的鋼軌進行熔覆修復的鋼軌表面連續等溫度梯度熔覆的熔覆設備。

本發明還提供一種上述熔覆設備的熔覆方法。

技術方案：為解決上述問題，本發明采用一種鋼軌表面連續等溫度梯度熔覆的熔覆設備，包括加熱系統、熔覆系統，所述熔覆系統用于對鋼軌表面進行連續熔覆，所述加熱系統包括預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組，預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組均與鋼軌軌面及側面接觸用以為鋼軌表面加熱，熔覆系統的熔覆點位于預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組之間，且熔覆點更靠近預熱銅輪電極組。

進一步的，所述預熱銅輪組與熔覆點之間的設置距離L＝T*V，其中T為鋼軌熔覆后的保溫時間，V為鋼軌進給速度。

進一步的，所述熔覆系統包括熔覆裝置、送料裝置和冷卻裝置，所述熔覆裝置包括熔覆頭和兩軸運動裝置，兩軸運動裝置帶動熔覆頭沿豎直以及水平且垂直于鋼軌進給方向的兩個方向運動，所述送料裝置用于向熔覆頭提供熔覆材料，所述冷卻裝置用于冷卻熔覆頭。

進一步的，所述熔覆頭沿水平方向運動的速度U滿足公式W_mVW/U，其中W_m為熔覆頭熔化熔覆材料在鋼軌表面形成的熔道寬度，W為鋼軌表面熔覆層寬度。

進一步的，還包括氣體保護系統，所述氣體保護系統包括氣源、氣泵、氛圍氣體送氣管、工作氣體送氣管和氛圍艙，所述熔覆裝置、預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組設置于氛圍艙中，所述氣源通過氛圍氣體送氣管向氛圍艙中輸送惰性氣體，氣源通過工作氣體送氣管向熔覆頭輸送惰性氣體，所述氣泵將氛圍艙中的氣體抽離。

進一步的，還包括觀察檢測系統，所述觀察檢測系統包括紅外熱成像儀、視頻傳感器、熔道質量檢測系統，所述紅外熱成像儀用于測量進行熔覆的鋼軌的溫度分布，所述視頻傳感器用于采集進行熔覆的鋼軌的加工形貌，所述熔道質量檢測系統用于檢測熔覆頭熔化熔覆材料在鋼軌表面形成的熔道的質量。

進一步的，還包括控制系統，所述控制系統控制預熱銅輪電極組和保溫銅輪電極組的工作從而控制鋼軌溫度，控制系統控制熔覆頭的運動，且處理和顯示觀察檢測系統的檢測數據。

本發明還采用一種上述熔覆設備的熔覆方法，包括以下步驟：

S1.進給鋼軌并定位熔覆部位，對熔覆工作環境提供保護氣體；