專利名稱：一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道交通無縫線路鋼軌氣壓焊焊接及焊后正火的質(zhì)量控制方法。
背景技術(shù)：
鋼軌氣壓焊是我國(guó)無縫鐵路建設(shè)中一種用于現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接的主要方法，采用燃?xì)?與氧氣混合燃燒的方式，對(duì)兩對(duì)接的鋼軌端面進(jìn)行加熱，加熱以后進(jìn)行頂鍛、推凸、正火冷 卻，完成鋼軌焊接。在鋼軌氣壓焊接的各個(gè)過程中，焊接溫度與頂鍛時(shí)的擠壓變形是決定氣 壓焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵因素。但在鋼軌焊接和正火過程中，由于鋼軌焊接接頭旁有加熱裝 置及擺動(dòng)等裝置，空間狹小，充滿擺動(dòng)的火焰，且接頭處溫度很高，實(shí)時(shí)的直接測(cè)量與控制 鋼軌接頭的溫度幾乎不可能；因此，通常是通過氣體流量和加熱時(shí)間的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌 接頭的溫度的間接控制。這種主要用時(shí)間來間接控制溫度的方式，其控制過程復(fù)雜，精度 低，故障率高1)焊接、正火過程中溫度的控制靠加熱時(shí)間來控制，在不同的地方進(jìn)行焊接，均需 進(jìn)行相應(yīng)的焊前工藝試驗(yàn)來確定焊接、正火的加熱時(shí)間。通過實(shí)驗(yàn)得到的控制方案，對(duì)加熱 環(huán)境或者氣體的變化，不能自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整，對(duì)溫度的控制能力較低，控制誤差大。2)在加熱和正火過程中，如果氣體流量發(fā)生變化，熱輸入率變化，同樣不能自動(dòng)的 及時(shí)對(duì)變化做出調(diào)整。3)控制中涉及加熱時(shí)間，氣體流量、鋼軌的壓力及位移等眾多變量，控制過程復(fù) 雜，控制難度較大，人為因素影響較大。總之，通過時(shí)間來控制鋼軌焊接過程的加熱溫度，對(duì)環(huán)境、氣體流量變化的適應(yīng)調(diào) 節(jié)能力差，控制精度低，鋼軌在焊接及正火的關(guān)鍵環(huán)節(jié)不能滿足要求的溫度，焊接質(zhì)量差，
故障率高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方 法，該方法能對(duì)鋼軌氣壓焊焊接和保壓正火的溫度進(jìn)行自動(dòng)閉環(huán)控制，控制輸入?yún)?shù)少，操 作簡(jiǎn)單、方便；對(duì)溫度的控制準(zhǔn)確，抗干擾性強(qiáng)，誤差小、精度高；工藝一致性、重現(xiàn)性好，焊 接質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，一次性焊接成功率高。本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正 火的恒位移質(zhì)量控制方法，其步驟為a、設(shè)置參數(shù)通過熱/力模擬試驗(yàn)，獲得鋼軌溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系 曲線；再根據(jù)鋼軌火焰加熱焊接的要求，將焊接溫度預(yù)置在可編程控制器(5)中；b、位移鎖定可編程控制器控制頂鍛油缸的有桿腔油路上的電磁閥導(dǎo)通，并控制 數(shù)控泵站，以設(shè)定的油壓向有桿腔進(jìn)油；同時(shí)由連于頂鍛油缸有桿腔油路上的壓力傳感器， 檢測(cè)頂鍛油缸內(nèi)的保壓壓力，送可編程控制器；當(dāng)有桿腔油壓達(dá)到設(shè)定的保壓壓力時(shí)，可編 程控制器控制電磁閥關(guān)閉，串聯(lián)在有桿腔與電磁閥之間的液控單向閥將頂鍛油缸鎖??；頂鍛油缸向鋼軌施加初始保壓壓力，并使鋼軌的縱向位移保持恒定不變；C、焊接中的加熱控制可編程控制器控制加熱裝置對(duì)鋼軌進(jìn)行火焰加熱，可編程控制器將壓力傳感器實(shí) 時(shí)檢測(cè)到的頂鍛油缸的保壓壓力減去初始保壓壓力得到鋼軌的縱向形變抗力，再根據(jù)a步 的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌的溫度；同時(shí)，可編程控制器將獲得的鋼軌溫度與a步預(yù)置的加熱焊接的溫度比較，當(dāng)鋼 軌溫度達(dá)到預(yù)置的焊接溫度時(shí)，可編程控制器控制加熱裝置停止加熱、并控制電磁閥導(dǎo)通， 液控單向閥解除對(duì)頂鍛油缸的鎖定，頂鍛油缸進(jìn)油，進(jìn)行頂鍛；頂鍛完成后，可編程控制器 再控制電磁閥關(guān)閉，液控單向閥又將頂鍛油缸鎖住，然后進(jìn)行保壓推凸、空冷降溫；d、焊后正火空冷降溫后，進(jìn)行焊后正火。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是一、除頂鍛的短時(shí)過程外，在焊接加熱、空冷降溫等過程中，均關(guān)閉有桿腔油路上 的電磁閥，而由液控單向閥將頂鍛油缸鎖定，使鋼軌在這些過程中位移恒定、不發(fā)生變化， 保證在焊接加熱過程中鋼軌的縱向形變抗力僅與溫度有關(guān)，而鋼軌的縱向形變抗力與溫度 的關(guān)系可通過試驗(yàn)預(yù)先得出。因此，在焊接過程中，只要檢測(cè)出頂鍛油缸的油壓壓力，即可 計(jì)算獲得鋼軌因受熱產(chǎn)生的縱向形變壓力，并進(jìn)而獲得鋼軌的溫度，方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼軌 溫度的檢測(cè)。由于此種方式獲得的鋼軌溫度是僅與鋼軌自身的物理性質(zhì)及材料參數(shù)有關(guān)， 而不受氣溫、風(fēng)力等外界環(huán)境因素以及氣體流量變化等的影響。因此，其對(duì)溫度的檢測(cè)與控 制準(zhǔn)確，抗干擾性強(qiáng)，誤差小、精度高；其工藝一致性、重現(xiàn)性好，焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，一 次性焊接成功率高。二、在焊接控制過程中，僅需檢測(cè)頂鍛油缸的油壓壓力(保壓壓力)，輸入?yún)?shù)少， 不用對(duì)氣體流量進(jìn)行大幅調(diào)整，只需控制火焰的開關(guān)即可，提高效率，降低了成本；加之油 壓壓力的檢測(cè)十分方便，因此，其檢測(cè)與控制的過程簡(jiǎn)單，操作方便，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠 性得以提高。同時(shí)，對(duì)操作人員的技能要求低，培訓(xùn)時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度小，也能夠更好地保證 焊接質(zhì)量，降低焊接成本。上述的a步的參數(shù)設(shè)置，還將焊后正火的結(jié)束溫度預(yù)置在可編程控制器中；上述的d步的焊后正火的具體操作是可編程控制器控制加熱裝置點(diǎn)火對(duì)鋼軌進(jìn) 行加熱，由壓力傳感器檢測(cè)頂鍛油缸內(nèi)的保壓壓力經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送可編程控制器；可編程 控制器得到的保壓壓力即為鋼軌受熱后的縱向形變抗力，再根據(jù)a步的鋼軌正火溫度與鋼 軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌溫度，當(dāng)可編程控制器獲得的鋼軌溫度與a 步預(yù)置的正火加熱的結(jié)束溫度相等時(shí)，可編程控制器控制加熱裝置熄火，停止加熱，即完成 焊后正火過程。這樣，先對(duì)頂鍛油缸解鎖，解鎖時(shí)，初始?jí)毫σ呀?jīng)釋放，再由頂鍛油缸通過油壓壓力使鋼軌產(chǎn)生頂鍛位移，進(jìn)行頂鍛；在完成頂鍛后，頂鍛油缸又被鎖定。鎖定時(shí)，頂鍛油缸的 油壓壓力與鋼軌在該溫度條件下的形變抗力相等，由于鎖定后，鋼軌不會(huì)發(fā)生縱向位移，從 而，此后頂鍛油缸的油壓壓力僅與鋼軌在相應(yīng)溫度下的形變抗力相等，通過檢測(cè)頂鍛油缸 的壓力即可計(jì)算獲得鋼軌的溫度。這樣，在焊后正火過程中也簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的 精確檢測(cè)與控制，保證了焊后正火工藝的一致性，進(jìn)一步提高了焊接質(zhì)量。上述的c、d兩步中，可編程控制器獲得的鋼軌溫度還送工控機(jī)進(jìn)行時(shí)實(shí)顯示并存儲(chǔ)。這樣，方便操作人員對(duì)焊接過程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異常，可及時(shí)進(jìn)行 處理，進(jìn)一步保證焊接質(zhì)量，避免“斷軌”事故的發(fā)生。上述的工控機(jī)將存儲(chǔ)的鋼軌溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，給出報(bào)表，自動(dòng)進(jìn)行焊接質(zhì)量評(píng) 判。這樣，方便現(xiàn)場(chǎng)焊接施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)，能夠在線進(jìn)行質(zhì)量診斷，及時(shí)對(duì)異常接頭進(jìn)行 處理分析；施工工況、工藝過程的溫度控制實(shí)況都可追溯，若發(fā)生“斷軌”事故，可提供重要 的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、評(píng)判，可靠保證現(xiàn)場(chǎng)的鋼軌焊接優(yōu)質(zhì)、高效。下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例方法的油路原理及電氣原理示意圖(圖中的“雙向雙箭頭”表 示器件間的電氣連接關(guān)系，而“單線”表示器件間的油路連接關(guān)系)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法的U75V鋼軌的保壓壓力一溫度關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出，本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的 恒位移質(zhì)量控制方法，其步驟為a、設(shè)置參數(shù)通過熱/力模擬試驗(yàn)，獲得鋼軌溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系 曲線；再根據(jù)鋼軌火焰加熱焊接的要求，將焊接溫度預(yù)置在可編程控制器5中。圖2即為通過熱/力模擬試驗(yàn)，獲得的鐵路上廣泛使用的U75V鋼軌的溫度與縱向 形變抗力間的關(guān)系曲線。b、位移鎖定可編程控制器5控制頂鍛油缸9的有桿腔油路上的電磁閥1導(dǎo)通，并 控制數(shù)控泵站10，以設(shè)定的油壓向有桿腔進(jìn)油；同時(shí)由連于頂鍛油缸9有桿腔油路上的壓 力傳感器4，檢測(cè)頂鍛油缸9內(nèi)的保壓壓力，送可編程控制器(5)；當(dāng)有桿腔油壓達(dá)到設(shè)定的 保壓壓力時(shí)，可編程控制器5控制電磁閥1關(guān)閉，串聯(lián)在頂鍛油缸9的有桿腔與電磁閥1之 間的液控單向閥2將頂鍛油缸9鎖住；頂鍛油缸9向鋼軌施加初始保壓壓力，并使鋼軌的縱 向位移保持恒定不變；C、焊接中的加熱控制可編程控制器5控制加熱裝置對(duì)鋼軌進(jìn)行火焰加熱，可編程控制器5將壓力傳感 器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的頂鍛油缸的保壓壓力減去初始保壓壓力得到鋼軌的縱向形變抗力，再根據(jù) a步的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌的溫度；同時(shí)，可編程控制器5將獲得的鋼軌溫度與a步預(yù)置的加熱焊接的溫度比較，當(dāng)鋼軌溫度達(dá)到預(yù)置的焊接溫度時(shí)，可編程控制器5控制加熱裝置停止加熱、并控制電磁閥1導(dǎo) 通，液控單向閥2解除對(duì)頂鍛油缸9的鎖定，頂鍛油缸9進(jìn)油，進(jìn)行頂鍛；頂鍛完成后，可編 程控制器5再控制電磁閥1關(guān)閉，液控單向閥2又將頂鍛油缸9鎖住，然后進(jìn)行保壓推凸、 空冷降溫；d、焊后正火空冷降溫后，進(jìn)行焊后正火。本例中
a步的參數(shù)設(shè)置，還將焊后正火的結(jié)束溫度預(yù)置在可編程控制器5中。d步的焊后正火的具體操作是可編程控制器5控制加熱裝置點(diǎn)火對(duì)鋼軌進(jìn)行加 熱，由壓力傳感器4檢測(cè)頂鍛油缸9內(nèi)的保壓壓力經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送可編程控制器5 ；可編程 控制器5得到的保壓壓力即為鋼軌受熱后的縱向形變抗力，再根據(jù)a步的鋼軌正火溫度與 鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌溫度，當(dāng)可編程控制器5獲得的鋼軌溫度 與a步預(yù)置的正火加熱的結(jié)束溫度相等時(shí)，可編程控制器5控制加熱裝置熄火，停止加熱， 即完成焊后正火過程。本例的c、d兩步中，可編程控制器5獲得的鋼軌溫度還送工控機(jī)6進(jìn)行時(shí)實(shí)顯示 并存儲(chǔ)。本例的工控機(jī)6還將存儲(chǔ)的鋼軌溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，給出報(bào)表，自動(dòng)進(jìn)行焊接質(zhì) 量評(píng)判。 顯然，本發(fā)明的壓力傳感器4在頂鍛油缸9有桿腔油路上的位置，應(yīng)緊鄰有桿腔也 即位于頂鍛油缸9有桿腔和液控單向閥2之間。
權(quán)利要求
一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方法，其步驟為a、設(shè)置參數(shù)通過熱/力模擬試驗(yàn)，獲得鋼軌溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線；再根據(jù)鋼軌火焰加熱焊接的要求，將焊接溫度預(yù)置在可編程控制器(5)中；b、位移鎖定可編程控制器(5)控制頂鍛油缸(9)的有桿腔油路上的電磁閥(1)導(dǎo)通，并控制數(shù)控泵站(10)，以設(shè)定的油壓向有桿腔進(jìn)油；同時(shí)由連于頂鍛油缸(9)有桿腔油路上的壓力傳感器(4)，檢測(cè)頂鍛油缸(9)內(nèi)的保壓壓力，送可編程控制器(5)；當(dāng)有桿腔油壓達(dá)到設(shè)定的保壓壓力時(shí)，可編程控制器(5)控制電磁閥(1)關(guān)閉，串聯(lián)在有桿腔與電磁閥(1)之間的液控單向閥(2)將頂鍛油缸(9)鎖??；頂鍛油缸(9)向鋼軌施加初始保壓壓力，并使鋼軌的縱向位移保持恒定不變；c、焊接中的加熱控制可編程控制器(5)控制加熱裝置對(duì)鋼軌進(jìn)行火焰加熱，可編程控制器(5)將壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的頂鍛油缸的保壓壓力減去初始保壓壓力得到鋼軌的縱向形變抗力，再根據(jù)a步的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌的溫度；同時(shí)，可編程控制器(5)將獲得的鋼軌溫度與a步預(yù)置的焊接加熱溫度比較，當(dāng)鋼軌溫度達(dá)到預(yù)置的焊接溫度時(shí)，可編程控制器(5)控制加熱裝置停止加熱、并控制電磁閥(1)導(dǎo)通，液控單向閥(2)解除對(duì)頂鍛油缸(9)的鎖定，頂鍛油缸(9)進(jìn)油，進(jìn)行頂鍛；頂鍛完成后，可編程控制器(5)再控制電磁閥(1)關(guān)閉，液控單向閥(2)又將頂鍛油缸(9)鎖住，然后進(jìn)行保壓推凸、空冷降溫；d、焊后正火空冷降溫后，進(jìn)行焊后正火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方法， 其特征在于，所述的a步的參數(shù)設(shè)置，還將焊后正火的結(jié)束溫度預(yù)置在可編程控制器(5)中；d步的焊后正火的具體操作是可編程控制器(5)控制加熱裝置點(diǎn)火對(duì)鋼軌進(jìn)行加熱， 由壓力傳感器(4)檢測(cè)頂鍛油缸(9)內(nèi)的保壓壓力，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送可編程控制器(5)；可 編程控制器(5)得到的保壓壓力即為鋼軌受熱后的縱向形變抗力，再根據(jù)a步的鋼軌正火 溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌溫度，當(dāng)可編程控制器(5)獲得的 鋼軌溫度與a步預(yù)置的正火加熱的結(jié)束溫度相等時(shí)可編程控制器(5)控制加熱裝置熄火， 停止加熱，即完成焊后正火過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方法， 其特征在于所述的c、d兩步中，可編程控制器(5)獲得的鋼軌溫度還送工控機(jī)(6)進(jìn)行時(shí) 實(shí)顯示并存儲(chǔ)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方法， 其特征在于所述的工控機(jī)(6)將存儲(chǔ)的鋼軌溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，給出報(bào)表，自動(dòng)進(jìn)行焊接 質(zhì)量評(píng)判。
全文摘要
一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質(zhì)量控制方法，它通過控制頂鍛油缸的有桿腔油路上的電磁閥及液控單向閥將頂鍛油缸鎖住，使鋼軌的縱向位移保持恒定不變；同時(shí)，通過壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)頂鍛油缸的保壓壓力，再根據(jù)事先預(yù)置的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關(guān)系曲線，計(jì)算獲得鋼軌的溫度；當(dāng)鋼軌溫度達(dá)到預(yù)置的焊接溫度時(shí)，控制加熱裝置停止加熱，然后進(jìn)行頂鍛保壓推凸，空冷降溫及焊后正火。該方法能對(duì)鋼軌氣壓焊焊接和保壓正火的溫度進(jìn)行自動(dòng)閉環(huán)控制，控制輸入?yún)?shù)少，操作簡(jiǎn)單、方便；對(duì)溫度的控制準(zhǔn)確，抗干擾性強(qiáng)，誤差小、精度高；工藝一致性、重現(xiàn)性好，焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，一次性焊接成功率高。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101813939SQ20101013048
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者任良彬, 周世恒, 戴虹, 黃正中 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)