本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，具體地說，涉及一種鋼軌焊接裝置以及鋼軌焊接方法。

背景技術(shù)：

天車鋼軌焊接常用電弧焊焊接方法，電弧焊每焊接一層需要清理焊接藥皮，電弧焊焊接時還要防止藥皮燙傷，鋼軌底焊接熔化過程中需要十分小心，防止根部單側(cè)未溶和夾渣，鋼軌腰焊接時要防止熔化液態(tài)鐵水局部下塌、焊瘤，鋼軌頭焊接熔化過程液態(tài)金屬時間長，要防止焊接層次厚淬硬現(xiàn)象和微觀裂紋。天車鋼軌長時間在重物碾壓過程中焊縫容易出現(xiàn)瞬間斷裂，給生產(chǎn)線造成停工，企業(yè)單位直接損失不可估量。采用常規(guī)電弧焊的方法焊接效率低，且焊縫外觀不夠美觀、強度低，容易有焊瘤、夾渣、未焊透、下塌等多種焊接缺陷，因此，需要開發(fā)一種能夠高效焊接鋼軌，并且提高鋼軌焊縫強度和外觀的裝置和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明采用耐火材料自制鋼軌焊接裝置，先進行鋼軌底焊接，然后鋼軌腰和鋼軌頭一次焊接成形，按照本發(fā)明的裝置和方法焊接的鋼軌焊縫，超聲波探傷檢驗合格率能夠達到99％。

一種鋼軌焊接裝置，所述鋼軌焊接裝置用于將多段鋼軌焊接在一起，每段鋼軌包括鋼軌頭、所述鋼軌頭下方的鋼軌腰以及所述鋼軌腰下方的鋼軌底，所述鋼軌頭寬度大于所述鋼軌腰的寬度并小于所述鋼軌底的寬度，所述鋼軌焊接裝置包括：隔熱u型底座，具有與鋼軌底的底面和側(cè)面貼合的u型槽，在所述u型槽內(nèi)設(shè)置有第一熔池槽；一對隔熱側(cè)板，分別具有與鋼軌腰及鋼軌頭的兩側(cè)貼合的曲面，在一對隔熱側(cè)板與鋼軌腰及鋼軌頭的兩側(cè)貼合的曲面上分別設(shè)置有第二熔池槽，其中，在焊接鋼軌時，所述第一熔池槽與第二熔池槽被布置為在同一垂直于鋼軌長度方向的斷面上延伸，或在同一豎直且與鋼軌長度方向具有夾角的斷面上延伸。

優(yōu)選地，所述第一熔池槽從隔熱u型底座的u型槽的一側(cè)的上表面沿u型槽的槽內(nèi)表面一直延伸到u型槽的另一側(cè)的上表面；每個第二熔池槽從所述第二熔池槽所在的隔熱側(cè)板的上表面一直延伸到所述第二熔池槽所在的隔熱側(cè)板的下表面。

優(yōu)選地，所述第一熔池槽和所述第二熔池槽的每一個的寬度在22mm到24mm的范圍內(nèi)，深度在0.5mm到1mm范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述鋼軌底、所述鋼軌腰以及所述鋼軌頭由耐火磚制成。

一種利用以上所述的鋼軌焊接裝置進行的鋼軌焊接方法，包括以下步驟：鋼軌底焊接，包括：將兩段鋼軌的待焊接段以預定間隙放置在隔熱u型底座上，所述預定間隙處于第一熔池槽和第二熔池槽所在的斷面上，使得隔熱u型底座的u型槽內(nèi)表面與兩段鋼軌的鋼軌底的底面和側(cè)面貼合，從鋼軌底任一側(cè)開始沿焊縫長度方向往復焊接，焊接過程中，焊槍在焊縫寬度方向來回擺動，直到焊接至鋼軌底任一側(cè)的斜坡底端，從兩側(cè)的斜坡底端向斜坡頂端分別逐漸退步焊接，焊接至鋼軌腰底端收弧，其中所述斜坡為所述鋼軌底向所述鋼軌腰過渡的斜坡；之后進行鋼軌腰和鋼軌頭焊接，包括：將兩塊隔熱側(cè)板分別布置在兩段鋼軌的兩側(cè)，使得一對隔熱側(cè)板的曲面分別貼合在鋼軌腰、鋼軌頭的兩側(cè)，從鋼軌腰任一側(cè)的底端開始沿焊縫長度方向往復焊接，焊接過程中，焊槍在焊縫寬度方向來回擺動，直到焊接至鋼軌頭的頂面，從鋼軌頭的頂面的兩端分別向鋼軌頭頂面的中點逐漸退步焊接，以將鋼軌腰和鋼軌頭一次成型焊接。

優(yōu)選地，在鋼軌腰與鋼軌頭焊接的過程中，從鋼軌腰任一側(cè)的底端開始沿焊縫長度方向往復焊接的過程中，焊接至鋼軌腰和鋼軌頭的結(jié)合點時，從鋼軌腰與鋼軌頭兩個結(jié)合點的中點開始分別向鋼軌兩側(cè)焊接，直至焊接到鋼軌頭頂面。

優(yōu)選地，在焊接過程中，焊槍在焊縫寬度方向的兩側(cè)停留第一預設(shè)時間。

優(yōu)選地，在焊接過程中，焊槍在焊縫長度方向的兩側(cè)停留第二預設(shè)時間。

優(yōu)選地，使用二氧化碳對鋼軌底、鋼軌腰和鋼軌頭焊接。

優(yōu)選地，鋼軌頭頂面采取畫圓方法焊接。

附圖說明

通過結(jié)合下面附圖對其實施例進行描述，本發(fā)明的上述特征和技術(shù)優(yōu)點將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是表示本發(fā)明實施例的鋼軌焊接裝置的組裝示意圖；

圖2是表示本發(fā)明實施例的隔熱u型底座的立體示意圖；

圖3是表示本發(fā)明實施例的一側(cè)的隔熱側(cè)板的立體示意圖；

圖4是表示本發(fā)明實施例的另一側(cè)的隔熱側(cè)板的立體示意圖；

圖5是表示本發(fā)明實施例的焊接關(guān)鍵點示意圖。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發(fā)明所述的鋼軌焊接裝置以及鋼軌焊接方法的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護范圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，并且相同的附圖標記表示相同的部分。

鋼軌為長條形軌道，從圖1中鋼軌的橫斷面可以看出，每段鋼軌包括鋼軌頭10、所述鋼軌頭10下方的鋼軌腰20以及所述鋼軌腰20下方的鋼軌底30，所述鋼軌頭10寬度大于所述鋼軌腰20的寬度并小于所述鋼軌底30的寬度。為焊接鋼軌，本發(fā)明提供一種鋼軌焊接裝置，包括：隔熱u型底座60和兩塊隔熱側(cè)板40、50。如圖2所示，隔熱u型底座60為長條形結(jié)構(gòu)，在所述隔熱u型底座60的長度方向具有與鋼軌底30的底面和側(cè)面貼合的u型槽601，簡單的說，隔熱u型底座60類似于槽鋼的形式，u型槽601的槽內(nèi)寬度與鋼軌底的寬度相同。在所述u型槽601內(nèi)沿垂直于隔熱u型底座長度方向的斷面上還設(shè)置有第一熔池槽602，第一熔池槽602從u型槽601的槽內(nèi)表面向下切入預設(shè)深度。如圖3-4所示，兩個隔熱側(cè)板40、50均為長條形結(jié)構(gòu)，且兩個隔熱側(cè)板40、50分別具有與鋼軌腰、鋼軌頭的側(cè)面貼合的曲面，即隔熱側(cè)板40具有曲面401，隔熱側(cè)板50具有曲面501。并且，在曲面401上，沿垂直于隔熱側(cè)板長度方向的斷面上具有第二熔池槽402，在曲面501上，沿垂直于隔熱側(cè)板長度方向的斷面上具有第二熔池槽502。

在使用時，將兩段鋼軌以預定間隙放置在隔熱u型底座60的u型槽內(nèi)，使得鋼軌底的底面和側(cè)面和u型槽的槽內(nèi)表面貼合，而隔熱側(cè)板40、50則設(shè)置在鋼軌的側(cè)面，曲面401和曲面501分別貼合在鋼軌頭及鋼軌腰的兩側(cè)，在隔熱側(cè)板的外側(cè)可以用其他隔熱材料擋住。或者，隔熱側(cè)板也可以向外側(cè)延伸出支腿，直接支撐在地面上。而第一熔池槽602與第二熔池槽402、502在同一垂直于鋼軌長度方向的斷面上延伸。將兩段鋼軌沿隔熱u型底座60的長度方向間隔預定間隙放置在u型槽內(nèi)，使得預定間隙處于第一熔池槽和第二熔池槽所在的斷面上，即可開始焊接作業(yè)，在兩段鋼軌之間的預定間隙處即形成焊縫，具體焊接方法在后面詳述。本發(fā)明中，焊縫長度方向等同于第一熔池槽和兩個第二熔池槽的長度方向，焊縫寬度方向等同于第一熔池槽和兩個第二熔池槽的寬度方向。

在本發(fā)明中，隔熱u型底座和一對隔熱側(cè)板可為彼此分離的部件?；蛘?，也可為結(jié)合成一體的部件，使用時進行拆分。

在焊接過程中，熔化的鐵水將進入第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502內(nèi)，第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的寬度將決定焊縫的寬度，熔池槽的深度和斷面形狀將決定焊縫的表面形狀。第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的斷面形狀可以為u型、三角形、矩形、梯形等常規(guī)平面形狀，優(yōu)選地，第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的斷面形狀為u型。由于第一熔池槽602以及第二熔池槽402、502的規(guī)整結(jié)構(gòu)，使得焊縫寬窄和余高一致，焊縫圓滑過渡。

本實施例的鋼軌焊接裝置通過簡單的拼接將待焊接的鋼軌固定，鋼軌焊接裝置包裹著鋼軌，施焊時可以起到防風、保溫的作用，焊接后能夠起到緩冷的作用。隔熱u型底座承托熔化的液態(tài)金屬，控制焊縫成型，防止焊接過程中熔池溫度升高引起熔化液體金屬下榻和液態(tài)金屬流失。隔熱側(cè)板同樣起到承托和控制熔化的液體金屬，控制鋼軌腰和鋼軌頭一次成型焊接。能夠有效控制焊縫背面成型，使焊縫寬窄和余高均勻一致圓滑過度，焊縫引弧和收弧處圓滑飽滿。

在一個可選實施例中，隔熱u型底座60和兩塊隔熱側(cè)板40、50采用耐火磚制成。可以使用無齒鋸或類似工具在耐火磚上加工出熔池槽。

在一個可選實施例中，焊縫寬度與熔池槽的寬度相同，鋼軌以預定間隙放置在隔熱u型底座60上，預定間隙即為焊縫寬度，其預定間隙和熔池槽同寬。優(yōu)選地，預定間隙在22㎜到24㎜范圍內(nèi)。

在一個可選實施例中，第一熔池槽602從隔熱u型底座60的u型槽601的一側(cè)的上表面603沿u型槽的槽內(nèi)表面一直延伸到u型槽601的另一側(cè)的上表面604。所述第二熔池槽沿曲面從隔熱側(cè)板的上表面一直延伸到隔熱側(cè)板的下表面。

在一個可選實施例中，鋼軌的焊接切面可以是垂直于水平面與鋼軌長度方向傾斜一定的角度，那第一熔池槽、第二熔池槽則在同一傾斜的焊接切面上。

在一個可選實施例中，熔池槽的寬度在22mm至24mm的范圍內(nèi)，熔池槽的深度在0.5mm至1mm范圍內(nèi)。

如圖1所示，在一個可選實施例中，隔熱側(cè)板的底面與隔熱u型底座60的u型槽的上表面之間可以設(shè)置有間隙，根據(jù)不同的鋼軌，該間隙可以調(diào)整隔熱側(cè)板的曲面與鋼軌腰和鋼軌頭的兩側(cè)的貼合程度。間隙處用鋼板墊平調(diào)整即可。

本發(fā)明還提供一種鋼軌焊接方法，包括但不限于采用co2實芯保護焊，包括以下步驟(為便于說明，在圖5中以圓點標示一些焊接關(guān)鍵點)：

鋼軌底焊接，將兩段鋼軌以預定間隙放置在隔熱u型底座60上，使得隔熱u型底座的u型槽內(nèi)表面與兩段鋼軌底部的底面和側(cè)面貼合，從鋼軌底部一側(cè)開始沿焊縫向鋼軌的另一側(cè)焊接。在焊接過程中，焊槍沿焊縫寬度方向來回擺動，當焊槍到達鋼軌的另一側(cè)后，若未焊接到鋼軌底的斜坡底端301處，則提高焊槍繼續(xù)沿反向焊接至鋼軌的一側(cè)。連續(xù)焊接至鋼軌底的斜坡底端301處，從斜坡底端301向斜坡頂端逐漸退步焊接，保持焊縫溫度均勻一致，防止鋼軌焊接變形，焊至鋼軌腰底端201處收弧。

鋼軌腰和鋼軌頭焊接，將兩塊隔熱側(cè)板分別布置在兩段鋼軌的兩側(cè)，使得隔熱側(cè)板貼合在鋼軌腰、鋼軌頭的兩側(cè)，焊槍從鋼軌腰底端201的焊縫一端開始焊接，在焊接過程中，焊槍沿焊縫寬度方向來回擺動，當焊槍到達鋼軌的另一側(cè)后，若未焊接到鋼軌腰和鋼軌頭的結(jié)合處，則提高焊槍繼續(xù)沿反向焊接至鋼軌的一側(cè)。直至連續(xù)焊接至鋼軌腰和鋼軌頭結(jié)合點101，從鋼軌腰和鋼軌頭兩個結(jié)合點101的中間位置分別向鋼軌兩側(cè)焊接，能夠保持焊縫溫度均勻一致，使得鋼軌腰與鋼軌頭結(jié)合處的圓弧及斜上坡段能夠得到良好熔合，防止鋼軌焊接變形。連續(xù)焊接，直至剩余鋼軌頭的最后一層焊縫，從鋼軌頭的頂面兩側(cè)的底端分別向鋼軌頭頂面的中點逐漸退步焊接，逐漸填滿熔池后將電弧拉向焊縫一側(cè)息弧。

在一個可選實施例中，在鋼軌底焊接過程中，焊槍在焊縫寬度方向的兩側(cè)可以停留第一預設(shè)時間，例如停留1秒，可以降低熔池溫度，讓液態(tài)金屬有充分的時間熔化，使焊縫背面成型圓滑過度。而在鋼軌腰和鋼軌頭焊接過程中，降低結(jié)合處熔池溫度可以防止熔化的液態(tài)金屬下榻形成焊瘤，焊縫外觀成型圓滑飽滿。

在一個可選實施例中，隔熱u型底座60和兩塊隔熱側(cè)板40、50與鋼軌貼合的間隙適宜控制在0.5㎜以內(nèi)，若間隙過大，則焊接過程中由于熔池溫度升高熔化液態(tài)金屬會從間隙處流失。

在一個可選實施例中，在焊接過程中，在焊縫長度方向的兩端停留第二預設(shè)時間，例如停留1秒，同樣可以降低熔池溫度，讓液態(tài)金屬有充分的時間熔化，使焊縫背面成型圓滑過度。

在一個可選實施例中，鋼軌腰和鋼軌頭焊接中，在焊接到鋼軌頭的頂面時(即鋼軌頭的最后一層焊縫)，采取畫圓方法焊接?？梢员ＷC焊接縫隙邊緣都得到良好的熔合，同時可以保證焊縫達到需要的厚度。

在一個可選實施例中，在焊接到鋼軌頭的頂面時，采用三點收弧法，即通過三次息弧和三次引弧來完成收弧，利用三點收弧來降低熔池溫度，能夠保證收弧處焊肉光滑飽滿。

在一個可選實施例中，可以采用實芯焊絲氣體保護焊進行鋼軌焊接作業(yè)。焊接后無渣殼覆蓋。

本發(fā)明的鋼軌焊接裝置，制作工藝簡單，可以重復利用。隔熱u型底座和兩塊隔熱側(cè)板起到防風、保溫作用，液態(tài)金屬恒溫時間長，冶金反應(yīng)時間充分，穩(wěn)定焊接質(zhì)量。焊縫的表面平整、寬窄一致，高低均勻、過渡圓滑，鋼軌的焊縫外觀成型良好。鋼軌腰和鋼軌頭一次焊接成型，焊縫強度提高，焊接效率提高設(shè)備費用低，焊接速度提升3倍。經(jīng)過實踐，采用本發(fā)明的焊接裝置和焊接方法，焊縫超聲波探傷檢驗合格率達到99％。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。