CN102275037A - 一种钢轨的电子束焊接装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种型材的焊接方法，具体涉及一种钢轨的电子束焊接装置及方法，属于材料加工技术中金属焊接技术领域。底板、导轨、左箱体、真空电子枪、电子枪移动装置、右箱体、泵组、移动支座和丝杠；左箱体移动到左端，安装钢轨，使焊接接头位于真空电子枪的正下方，移动左箱体到右端，将电子枪固定在电子枪移动装置上面；抽真空；编写焊接程序；按照预调的焊接程序进行钢轨的电子束焊接。本发明对焊接部位采用真空密封，焊缝成分稳定，焊接质量高，一次交验率高；建立的局部真空密封环境，可以实现大型构件的电子束焊接，拓展电子束的应用范围；装配操作简单，钢轨定位精确；采用高能电子束为焊接热源，钢轨变形小，焊接深宽比大，焊接效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种型材的焊接方法，具体涉及一种钢轨的电子束焊接装置及方法，属于材料加工技术中金属焊接技术领域。
背景技术
无缝线路的焊接技术是发展无缝铁路的关键技术之一，国内外传统采用的钢轨焊接方法有4种：闪光焊、气压焊、铝热焊和电弧焊。我国主要采用前3种焊法。目前虽然钢轨的焊接技术基本上已经趋于成熟和稳定，但焊接接头的质量仍存在较大的问题，概括起来讲，就是闪光焊焊接质量不均衡，气压焊、铝热焊断头率偏高，气压焊一次交验合格率低。电子束焊接是将高能电子束作为加工热源，用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属，使其快速熔融，然后迅速冷却来达到焊接的目的。电子束焊接是在真空中进行，焊缝的化学成分稳定且纯净，接头强度高，焊缝质量高；由于电子束焊接速度快，其热影响区小，焊接热变形小；同时，电子束焊接可获得深宽比大的焊缝(20∶1～50∶1)，焊接厚件时可以不开坡口一次成形。经过多年的发展，电子束加工技术现已成为成熟的技术，处于平稳发展、扩大应用阶段。
中国发明专利公开号CN1180771A公开了一种无焊接超长连接钢轨的方法及钢轨端部的结构，对轨头断面加工斜口面，并采用连接板从轨腰两侧利用螺栓连接。中国发明专利公开号CN1914377A公开了一种焊接轨道两根钢轨用的焊接设备与焊接方法，提供了一种压力焊接设备和方法，可以是实现焊瘤切除和焊接接头冷却。中国发明专利授权公告号CN1865594B，公开了一种焊接轨道钢轨用的焊机与焊接方法，通过拉轨装置和焊机共同作用完成钢轨的焊接。中国发明专利授权公告号CN101474713B，公开了一种高锰钢撤叉与钢轨闪光对接焊接方法，采用不锈钢作为连接介质，利用闪光对焊工艺将连接介质与钢轨对焊成一体。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中钢轨焊接容易产生质量不均衡、断头率高、一次交验合格率低等焊缝质量问题以及焊接装置复杂、需要填充材料、效率低下等问题，提出一种钢轨的电子束焊接装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种钢轨的电子束焊接装置，包括底板、导轨、左箱体、真空电子枪、电子枪移动装置、右箱体、泵组、移动支座和丝杠；左箱体的截面形状和右箱体的截面形状与待焊接钢轨的截面形状相吻合，左箱体和右箱体各加工出半个待焊接钢轨截面尺寸，左箱体和右箱体镶嵌有静密封圈，通过静密封圈将左箱体、待焊钢轨和右箱体进行密封；左箱体、右箱体与待焊接钢轨形成局部真空密封装置；右箱体与底板固定连接；底板的上表面有导轨；移动支座位于底板上面，丝杠通过移动支座的一端固定在左箱体上；左箱体的底面有加工槽，并放置于导轨上面；通过丝杠在移动支座上的旋转运动可以使左箱体沿导轨在底板上面移动；右箱体的顶部、右侧面和底部都留有电子枪移动装置的安装位置；电子枪移动装置与右箱体之间通过动密封圈进行动密封；右箱体的右侧面的底部安装有泵组，通过泵组对局部真空密封装置进行抽真空；泵组由机械泵、扩散泵和罗茨泵组成。
本发明的一种钢轨的电子束焊接方法，采用电子束焊接热源进行焊接，在待焊接钢轨焊接位置利用局部真空密封装置进行密封保护，按照预调的焊接工艺参数，实现待焊接钢轨的电子束焊接；具体步骤为：
1)通过旋转丝杠，使左箱体移动到左端，安装待焊接的两段钢轨，使待焊接的两段钢轨的焊接接头位于真空电子枪的正下方，然后再反向旋转丝杠，移动左箱体到右端，左箱体、右箱体与待焊接的两段钢轨构成局部真空密封装置；
2)根据待焊接钢轨的特征，确定待焊接钢轨的焊接次数，选择电子枪移动装置的安装位置，利用动密封圈使电子枪移动装置与右箱体构成动密封，并将电子枪固定在电子枪移动装置上面；
3)利用泵组对局部真空密封装置进行抽真空操作，对待焊接的两段钢轨的焊接接头进行真空保护；
4)利用电子束焊机的控制***编写焊接程序，即编写真空电子枪的焊接次数、行走路径程序和真空电子枪的焊接工艺参数程序；其中，焊接次数由待焊接钢轨特征决定，真空电子枪的行走路径程序由待焊接的两段钢轨的焊接接头形状决定，真空电子枪的焊接工艺参数程序包括如下焊接工艺参数的确定：电子束加速电压、电子束聚焦电流、电子束束流、电子束束流升降速度和焊接速度；
5)按照预调的焊接程序进行待焊接的两段钢轨的电子束焊接。
6)待焊接钢轨焊接次数为多次焊接时，依次重复步骤2)到5)的操作。
有益效果
本发明对焊接部位采用真空密封，焊缝成分稳定，焊接质量高，一次交验率高；建立的局部真空密封环境，可以实现大型构件的电子束焊接，拓展电子束的应用范围；装配操作简单，钢轨定位精确；采用高能电子束为焊接热源，钢轨变形小，焊接深宽比大，焊接效率高。
附图说明
图1是本发明的钢轨的电子束焊接装置结构示意图；
图2是钢轨的电子束焊接装置中局部真空密封装置的内部结构示意图；
其中，1-底板，2-导轨，3-左箱体，4-真空电子枪，5-电子枪移动装置，6-右箱体，7-待焊接钢轨，8-泵组，9-移动支座，10-丝杠，11-静密封圈，12-动密封圈。
具体实施方式
下面通过实例对本发明作进一步的说明，但是本发明不仅限于实施例。
实施例1
待焊接的两段钢轨为9Kg/m的轻轨，其待焊接的接头均为平面；焊缝形式为对接接头；
一种钢轨的电子束焊接装置，如图1和图2所示；包括底板1、导轨2、左箱体3、真空电子枪4、电子枪移动装置5、右箱体6、泵组8、移动支座9和丝杠10；左箱体3的截面形状和右箱体6的截面形状与待焊接钢轨7的截面形状相吻合，左箱体3和右箱体6各加工出半个待焊接钢轨7截面尺寸，左箱体3和右箱体6镶嵌有静密封圈11，通过静密封圈11将左箱体3、待焊钢轨7和右箱体6进行密封；左箱体3、右箱体6与待焊接钢轨7形成局部真空密封装置；右箱体6与底板1固定连接；底板1的上表面有导轨2；移动支座9位于底板1上面，丝杠10通过移动支座9的一端固定在左箱体3上；左箱体3的底面有加工槽，并放置于导轨2上面；通过丝杠10在移动支座9上的旋转运动可以使左箱体3沿导轨2在底板1上面移动；右箱体6的顶部、右侧面和底部都留有电子枪移动装置5的安装位置；电子枪移动装置5与右箱体6之间通过动密封圈12进行动密封；右箱体6的右侧面的底部安装有泵组8，通过泵组8对局部真空密封装置进行抽真空；泵组8由机械泵、扩散泵和罗茨泵组成。
本发明的一种钢轨的电子束焊接方法，采用电子束焊接热源进行焊接，在待焊接钢轨焊接位置利用局部真空密封装置进行密封保护，按照预调的焊接工艺参数，实现待焊接钢轨的电子束焊接；具体步骤为：
1)利用手动方式驱动丝杠10旋转，使左箱体3移动到左端，安装待焊接的两段钢轨，使待焊接的两段钢轨的焊接接头位于真空电子枪4的正下方，然后反向手动驱动丝杠10，移动左箱体3到右端，并与钢轨7和右箱体6构成局部真空密封装置；
2)由于焊接钢轨尺寸较小，可以通过一次焊接完成，因此，本实施例的焊接次数为1次。真空电子枪移动装置5安装在右箱体6的顶部，通过动密封圈12可以在右箱体上实现复杂运动。电子枪4安装在移动装置5上面。
3)利用泵组8对局部真空密封装置进行抽真空操作，使局部真空密封装置中的真空度为4×10-3mbar，对待焊接的两段钢轨的焊接接头进行真空保护；
4)利用电子束焊机的控制***编写焊接程序，即编写真空电子枪4的焊接次数、行走路径程序和真空电子枪4的焊接工艺参数程序；其中，焊接次数为1次，真空电子枪4的行走路径为往复直线运动，真空电子枪4的焊接工艺参数程序中电子束加速电压65kV、电子束聚焦电流3200mA，电子束束流250mA、电子束束流升降速度1000mA/s和焊接速度12mm/s；
5)按照预调的焊接程序进行待焊接的两端段钢轨的电子束焊接。
实施例2
待焊接的两段钢轨为60Kg/m的钢轨，其待焊接的接头均为平面；焊缝形式为对接接头；
一种钢轨的电子束焊接装置，如图1和图2所示；包括底板1、导轨2、左箱体3、真空电子枪4、电子枪移动装置5、右箱体6、泵组8、移动支座9和丝杠10；左箱体3的截面形状和右箱体6的截面形状与待焊接钢轨7的截面形状相吻合，左箱体3和右箱体6各加工出半个待焊接钢轨7截面尺寸，左箱体3和右箱体6镶嵌有静密封圈11，通过静密封圈11将左箱体3、待焊钢轨7和右箱体6进行密封；左箱体3、右箱体6与待焊接钢轨7形成局部真空密封装置；右箱体6与底板1固定连接；底板1的上表面有导轨2；移动支座9位于底板1上面，丝杠10通过移动支座9的一端固定在左箱体3上；左箱体3的底面有加工槽，并放置于导轨2上面；通过丝杠10在移动支座9上的旋转运动可以使左箱体3沿导轨2在底板1上面移动；右箱体6的顶部、右侧面和底部都留有电子枪移动装置5的安装位置；电子枪移动装置5与右箱体6之间通过动密封圈12进行动密封；右箱体6的右侧面的底部安装有泵组8，通过泵组8对局部真空密封装置进行抽真空；泵组8由机械泵、扩散泵和罗茨泵组成。
本发明的一种钢轨的电子束焊接方法，采用电子束焊接热源进行焊接，在待焊接钢轨焊接位置利用局部真空密封装置进行密封保护，按照预调的焊接工艺参数，实现待焊接钢轨的电子束焊接；具体步骤为：
1)利用电机驱动丝杠10旋转，使左箱体3移动到左端，安装待焊接的两段钢轨7，使待焊接的两段钢轨的焊接接头位于真空电子枪4的正下方，然后反向驱动电机，利用丝杠10的旋转移动左箱体3到右端，并与钢轨7和右箱体6构成局部真空密封装置；
2)由于焊接钢轨尺寸较小，需要在不同位置通过多次焊接完成，因此，本实施例的焊接次数为3次。第1次焊接时，真空电子枪移动装置5安装在右箱体6的顶部，电子枪4安装在移动装置5上面。
3)利用泵组8对局部真空密封装置进行抽真空操作，使局部真空密封装置中的真空度为4×10-3mbar，对待焊接的两段钢轨7的焊接接头进行真空保护；
4)利用电子束焊机的控制***编写焊接程序，即编写真空电子枪4的焊接次数、行走路径程序和真空电子枪4的焊接工艺参数程序；其中，焊接次数为3次，真空电子枪4的行走路径为往复直线运动，真空电子枪4的焊接工艺参数程序中电子束加速电压60kV、电子束聚焦电流4000mA，电子束束流200mA、电子束束流升降速度1000mA/s和焊接速度15mm/s；
5)按照上面预调的焊接程序进行待焊接的两段钢轨顶部的电子束焊接。
6)第2次焊接时，真空电子枪移动装置5安装在右箱体6的右侧面，电子枪4安装在移动装置5上面。
7)利用泵组8对局部真空密封装置进行抽真空操作，使局部真空密封装置中的真空度为4×10-3mbar，对待焊接的两段钢轨的焊接接头进行真空保护；
8)利用电子束焊机的控制***编写焊接程序，即编写真空电子枪4的焊接次数、行走路径程序和真空电子枪4的焊接工艺参数程序；其中，焊接次数为3次，真空电子枪4的行走路径为往复直线运动，真空电子枪4的焊接工艺参数程序中电子束加速电压50kV、电子束聚焦电流2800mA，电子束束流100mA、电子束束流升降速度1000mA/s和焊接速度15mm/s；
9)按照上面预调的焊接程序进行待焊接的两段钢轨腰部的电子束焊接。
10)第3次焊接时，真空电子枪移动装置5安装在右箱体6的底面，电子枪4安装在移动装置5上面。
11)利用泵组8对局部真空密封装置进行抽真空操作，使局部真空密封装置中的真空度为4×10-3mbar，对待焊接的两段钢轨的焊接接头进行真空保护；
12)利用电子束焊机的控制***编写焊接程序，即编写真空电子枪4的焊接次数、行走路径程序和真空电子枪4的焊接工艺参数程序；其中，焊接次数为3次，真空电子枪4的行走路径为往复直线运动，真空电子枪4的焊接工艺参数程序中电子束加速电压60kV、电子束聚焦电流3700mA，电子束束流80mA、电子束束流升降速度1000mA/s和焊接速度15mm/s；
13)按照上面预调的焊接程序进行待焊接的两段钢轨底部的电子束焊接。
Claims (4)
1.一种钢轨的电子束焊接装置，其特征在于：包括底板(1)、导轨(2)、左箱体(3)、真空电子枪(4)、电子枪移动装置(5)、右箱体(6)、泵组(8)、移动支座(9)和丝杠(10)；左箱体(3)的截面形状和右箱体(6)的截面形状与待焊接钢轨(7)的截面形状相吻合，左箱体(3)和右箱体(6)各加工出半个待焊接钢轨(7)截面尺寸，左箱体(3)和右箱体(6)镶嵌有静密封圈(11)，通过静密封圈(11)将左箱体(3)、待焊钢轨7和右箱体(6)进行密封；左箱体(3)、右箱体(6)与待焊接钢轨(7)形成局部真空密封装置；右箱体(6)与底板(1)固定连接；底板(1)的上表面有导轨(2)；移动支座(9)位于底板(1)上面，丝杠(10)通过移动支座(9)的一端固定在左箱体(3)上；左箱体(3)的底面有加工槽，并放置于导轨(2)上面；通过丝杠(10)在移动支座(9)上的旋转运动可以使左箱体(3)沿导轨(2)在底板(1)上面移动；右箱体(6)的顶部、右侧面和底部都留有电子枪移动装置(5)的安装位置；电子枪移动装置(5)与右箱体(6)之间通过动密封圈(12)进行动密封；右箱体(6)的右侧面的底部安装有泵组(8)，通过泵组(8)对局部真空密封装置进行抽真空；泵组(8)由机械泵、扩散泵和罗茨泵组成。
2.一种钢轨的电子束焊接方法，其特征在于具体步骤为：
1)通过旋转丝杠(10)，使左箱体(3)移动到左端，安装待焊接的两段钢轨，使待焊接的两段钢轨的焊接接头位于真空电子枪(4)的正下方，然后再反向旋转丝杠(10)，移动左箱体(3)到右端，左箱体(3)、右箱体(6)与待焊接的两段钢轨构成局部真空密封装置；
2)根据待焊接钢轨的特征，确定待焊接钢轨的焊接次数，选择电子枪移动装置(5)的安装位置，利用动密封圈(12)使电子枪移动装置(5)与右箱体(6)构成动密封，并将电子枪4固定在电子枪移动装置(5)上面；
3)利用泵组(8)对局部真空密封装置进行抽真空操作，对待焊接的两段钢轨的焊接接头进行真空保护；
4)利用电子束焊机的控制***编写焊接程序，即编写真空电子枪(4)的焊接次数、行走路径程序和真空电子枪(4)的焊接工艺参数程序；其中，焊接次数由待焊接钢轨特征决定，真空电子枪(4)的行走路径程序由待焊接的两段钢轨的焊接接头形状决定，真空电子枪(4)的焊接工艺参数程序包括如下焊接工艺参数的确定：电子束加速电压、电子束聚焦电流、电子束束流、电子束束流升降速度和焊接速度；
5)按照预调的焊接程序进行待焊接的两段钢轨的电子束焊接；
6)待焊接钢轨焊接次数为多次焊接时，依次重复步骤2)到5)的操作。
3.根据权利要求2所述的一种钢轨的电子束焊接方法，其特征在于：步骤1)中丝杠(10)的旋转为手动旋转。
4.根据权利要求2所述的一种钢轨的电子束焊接方法，其特征在于：步骤1)中丝杠(10)的旋转为电机带动旋转。
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