CN102896399B - 用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置 - Google Patents
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Abstract
用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置，钢轨（12）通过C形夹钳（2）固定在固定板（10）下面的定位块（11）上，夹具一端与钢轨踏面和导向面通过平面接触，另一端通过圆柱面接触，两定位块（11）可以保证钢轨（12）的对中；将驱动焊枪（13）移动的导轨安装在固定板（10）上面，焊枪（13）固定在水平滑块（3）上，焊接过程中焊枪（13）通过水平导轨（9）进行水平运动，每焊完一道后，根据焊道高度，通过调节垂直导轨上的调节手柄（6）调整焊枪的高度；放置于坡口的根部的焊剂片（15）与侧壁和坡口根部保持贴合。
Description
技术领域
本发明涉及超窄间隙焊接装置，适用于钢轨对接的现场焊接。
背景技术
随着高速铁路的建设，无缝钢轨的生产和现场焊接成为一项重要的工作。受到运输等条件的制约，一般情况下，钢轨焊接工厂将较短的钢轨焊接成180～500 m的长钢轨，然后运送至现场焊接成无缝线路。
目前，钢轨的现场焊接主要有以下几种焊接方法：移动闪光对焊、气压焊、电弧焊、铝热焊。闪光对焊是利用对焊机将被焊工件焊接面相接触，通过低电压的强电流，金属在电阻热的作用下***，然后快速施加轴向顶锻力，形成对接接头；气压焊是利用火焰加热，使被焊工件接头软化，然后施加轴向顶锻力获得对焊接头；电弧焊现阶段有手工电弧焊和自动电弧焊两种，是将钢轨开较大的坡口后进行焊接，坡口宽度15~20 mm；铝热焊是利用铝热反应形成的液态金属填充焊缝，接头组织为铸态，接头力学性能较差。
影响钢轨对接接头质量的一个重要因素是热影响区的宽度。以上介绍的几种钢轨对接方法普遍存在热输入量大、母材热影响区较宽的问题。热影响区会使接头弱化，在钢轨使用过程中导致钢轨接触面局部凹陷，造成强烈振动和噪音，降低钢轨寿命，影响机车的运行安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置。
用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置，垂直导轨7固定在固定板10上，水平导轨通过一个可拆卸部件连接在垂直滑块8上，焊枪13固定在水平滑块3上，钢轨12通过C形夹钳2固定在固定板10下面的定位块11上，夹具一端与钢轨踏面和导向面通过平面接触，另一端通过圆柱面接触，两定位块11能够保证钢轨12的对中；将驱动焊枪13移动的导轨安装在固定板10上面，焊枪13固定在水平滑块3上，焊接过程中焊枪13通过水平导轨9进行水平运动，每焊完一道后，根据焊道高度，通过调节垂直导轨上的水平导轨高度，使调节手柄6调整焊枪的高度；放置于坡口的根部的焊剂片15与侧壁和坡口根部保持贴合。
本发明与背景技术比较具有的有益效果是：所述的利用超窄间隙电弧焊技术，具有超窄间隙的I 形坡口，坡口宽度4~5 mm，焊接线能量小，焊接过程耗能少。由于热输入量低，且焊缝冷却速度快，母材热影响区仅为1~2 mm，有效地降低了接头弱化的问题，使接头的强度性能保持较高的水平，用常规的低碳钢焊丝即可获得等强匹配的接头。所述的在焊接过程中使用的焊剂片，可以保证焊接过程中电弧的稳定燃烧，保证在了超窄间隙的I形坡口下可进行低热输入焊接，获得良好的接头力学性能。由于坡口窄，焊缝填充金属少，节约成本。该焊接方法配合通用的熔化极气体保护焊设备使用，装置简单，可方便地进行钢轨对接的现场焊接。
附图说明
图1是本发明整体装配示意图，图2是图1中I部位的局部放大示意图，图3是焊***构示意图，图4是图3中的B-B向剖视图，图5是焊剂片未放入坡口的状态图，图6是焊剂片放入坡口以后的状态，附图标记及对应名称为：1. 步进电机，2. C形夹钳，3. 水平滑块，4. 送丝轮，5. 焊丝，6. 调节手柄，7. 垂直导轨，8. 垂直滑块，9. 水平导轨，10. 固定板，11. 定位块，12. 钢轨，13. 焊枪，14. 焊缝，15. 焊剂片，16. 枪柄，17. 板状导电板，18. 板状支承板，19.导电嘴，20.陶瓷压块，21. 夹块，22. 铆钉，23.焊剂，24. 金属支承件。
具体实施方式
如图1、图2所示，垂直导轨7固定在固定板10上，水平导轨通过一个可拆卸部件连接在垂直滑块8上，焊枪13固定在水平滑块3上，钢轨12通过C形夹钳2固定在固定板10下面的定位块11上，夹具一端与钢轨踏面和导向面通过平面接触，另一端通过圆柱面接触，两定位块11能够保证钢轨12的对中；将驱动焊枪13移动的导轨安装在固定板10上面，焊枪13固定在水平滑块3上，焊接过程中焊枪13通过水平导轨9进行水平运动，每焊完一道后，根据焊道高度，通过调节垂直导轨上的水平导轨高度，使调节手柄6调整焊枪的高度；放置于坡口的根部的焊剂片15与侧壁和坡口根部保持贴合。
如图3、图4所示，焊枪13可以连接在通用的熔化极气体保护焊设备的导丝管上，板状支承板18与枪柄16之间用绝缘材料进行绝缘，与焊丝5间用陶瓷压块20进行绝缘，用绝缘胶带将导电板17和卡在导电板17糟中的导丝导气钢管进行包裹固定；焊枪的板状支承板18和导电板17与枪柄16进行紧固连接，板状支承板18有一定的预变形，对焊丝5施加一定的夹紧力。板状支承板18与焊丝5之间通过夹块21和陶瓷压块20接触，夹块21用铆钉22固定在不锈钢保护罩上；导电嘴19的长度在安装后伸出导电板17一定长度。在焊枪头部加装保护罩，保护罩由内外两层构成，内层为耐高温绝缘材料，外层为不锈钢薄片；保护罩与焊枪通过支承板进行连接，并通过耐高温绝缘材料、陶瓷压块20与枪体之间保持绝缘。
如图5所示，焊剂片15由弹性金属支承件24和压制在上面的焊剂23组成。焊剂23压制在金属支承件24的内侧。压上焊剂后的焊剂片15用折弯模压制成图5所示的结构，成形后焊剂片上下宽度均超过坡口宽度，放入坡口以后如图6所示的结构。
具体实施过程为：焊接前，对钢轨12的头部30～40 mm范围内进行打磨除锈，用既有的拉轨装置将钢轨12拉至合适的位置，并调整坡口形状成I形坡口，然后在坡口底部焊上打底焊用的垫板，对钢轨接头部分80～100 mm范围内进行均匀预热，预热温度为380～500℃。通过C形夹钳2将钢轨12固定在定位块11上，水冷铜块通过固定装置固定在焊缝两侧的钢轨上，将焊剂片15放置于坡口根部，通过调节调节手柄6调节焊枪13的高度到合适的起焊位置，向水冷铜块中通入冷却水。将预先设定好的控制程序输入控制器，打开电源，控制器发出控制信号至电源、送丝机和步进电机1，控制焊枪移动速度、送丝速度以及终焊位置。一道焊缝完成后，将水平导轨9连焊枪13一起取下，调节调节手柄6将垂直滑块8调高一定量，取下水冷铜块，清理焊缝中的熔渣和残留的焊剂带，打磨以后更换合适的水冷铜块和新的焊剂片15，并调整焊接规范，进行下一道焊接。
本发明焊接电源为平特性的普通熔化极气体保护焊电源，焊材使用H08Mn2Si焊丝，焊丝直径为1.6 mm，当焊件钢种发生变化时，焊丝可根据实际需要进行调整。所采用的焊接工艺参数为：焊接电流190～270 A，电弧电压21～28 V，焊接速度7～12 mm/s，焊接中根据不同的层数对其加以调整，具体的焊接工艺参数如表1所示。
表 1钢轨焊接工艺参数
| 焊接电流（A） | 焊接电压（U） | 焊接速度（mm/s） | |
| 打底焊 | 200～220 | 21.6 ～26.4 | 7.47～9.13 |
| 填充焊 | 250～270 | 21.6 ～26.4 | 9.48～11.58 |
| 盖面焊 | 220～240 | 22.5～27.5 | 8.28～10.12 |
Claims (3)
1.用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置，垂直导轨（7）固定在固定板（10）上，水平导轨通过一个可拆卸部件连接在垂直滑块（8）上，焊枪（13）固定在水平滑块（3）上，其特征在于钢轨（12）通过C形夹钳（2）固定在固定板（10）下面的定位块（11）上，夹具一端与钢轨踏面和导向面通过平面接触，另一端通过圆柱面接触，两定位块（11）能够保证钢轨（12）的对中；将驱动焊枪（13）移动的导轨安装在固定板（10）上面，焊枪（13）固定在水平滑块（3）上，焊接过程中焊枪（13）通过水平导轨（9）进行水平运动，每焊完一道后，根据焊道高度，通过调节垂直导轨上的水平导轨高度，使调节手柄（6）调整焊枪的高度；放置于坡口的根部的焊剂片（15）与侧壁和坡口根部保持贴合。
2.根据权利要求1所述的用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置，其特征在于板式焊枪（13）主要由枪柄（16）、板状导电板（17）、板状支承板（18）、楔形导电块（19）、保护罩组成，焊丝（5）由板状导电板（17）和板状支承板（18）中间穿过，板状支承板（18）与枪柄（16）之间通过绝缘材料绝缘，与焊丝（5）间通过耐高温陶瓷（20）绝缘，在板状导电板（17）下部，安装楔形导电嘴（19）。
3.根据权利要求1所述的用于钢轨对接的超窄间隙电弧焊接装置，其特征在于焊剂片（15）放置在坡口中，焊剂片（15）由有弹性的金属支承件（24）和压制在上面的焊剂（23）构成，金属支承件（24）中间部分折成上凸的圆弧，两边沿圆弧凸起方向折成与中心线成一角度，焊剂（23）通过粘结剂压制在金属支承件两边的内侧，焊剂片（15）通过金属支承件（24）圆弧部分和两边的弹性变形能稳定地放置在坡口中。
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