鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵路鋼軌焊接方法及其專用裝置，更具體說(shuō)本專利涉及的一種鋼軌斜縫窄間隙自動(dòng)電弧焊接裝置是一種機(jī)電一體化的焊接機(jī)，特別適用于鐵路提速后的現(xiàn)場(chǎng)鋼軌接頭焊接。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼軌焊接是實(shí)現(xiàn)鐵路無(wú)縫化，提高列車運(yùn)行速度和平穏舒適性的關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)鋼軌焊接的方法有四種:閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊和電弧焊。其中尤以閃光焊是目前最主要的一種鋼軌焊接方法，使用最廣。但雖然這4種方法其原理和特點(diǎn)各不相同，在焊接接頭的焊縫形式上一樣，其焊縫則都是垂直于鋼軌軸線的，列車運(yùn)行時(shí)，焊縫全斷面處于全負(fù)荷地受力狀態(tài)，接頭質(zhì)量一旦存在任何形式的薄弱環(huán)節(jié)，就可能危及行車安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是改善鋼軌焊接接頭焊縫的受力狀態(tài)，提供一種適用于鐵路在現(xiàn)場(chǎng)條件下對(duì)鋼軌接頭焊接質(zhì)量要求更高的焊接方法。即一種適合于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用，具有自動(dòng)化功能，可以從而避免人為因素影響，提高和穩(wěn)定現(xiàn)場(chǎng)鋼軌焊接接頭質(zhì)量的一種機(jī)電一體化的焊接方法和焊接裝置。這一裝置可以克服在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接作業(yè)時(shí)存在的3個(gè)主要難點(diǎn):一是由于焊縫是斜的，與鋼軌軸線成一定角度，因此，焊縫在鋼軌倆側(cè)是不對(duì)稱的。二是鋼軌斷面形狀復(fù)雜，以60Kg/m鋼軌為例，斷面高度176_，軌底寬150_，軌腰寬16.5mm，軌底、軌腰寬度相差9倍多，而到軌頭時(shí)則又要擴(kuò)展至73mm.所以在焊接方法上，涉及単面焊雙面成形、氣電立焊等多種焊接方法的綜合轉(zhuǎn)換應(yīng)用。三是在鋼軌高度176mm的條件下，要完成不開坡口窄間隙條件下的自動(dòng)焊接。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0005]—種鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法，其特殊之處在于使用焊縫非垂直于鋼軌而是與鋼軌軸線成一定角度斜置的鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法，由于該方法焊后焊縫與鋼軌軸線成一定角度，因而可以明顯改善焊縫工作時(shí)的受力狀態(tài)，在每一個(gè)鋼軌垂直工作斷面上，焊縫只佔(zhàn)據(jù)該工作斷面的一部分，成為與其余部分的鋼軌母材一起共同承擔(dān)著全部載荷，從而有利于進(jìn)一步提高焊縫接頭運(yùn)行的安全性。
[0006]—種實(shí)現(xiàn)鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法而制作的鋼軌斜縫窄間隙自動(dòng)電弧焊接裝置，包括機(jī)架、走行輪、夾緊氣缸、焊接機(jī)頭、銅擋組合、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、地線壓頭、焊接電源、陶瓷墊板等部分組成；其特征在于除焊接電源和壓縮空氣源、陶瓷墊板外，都裝在一個(gè)機(jī)架上，便于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用。所述的焊接裝置，其中的焊接機(jī)頭是一種帶有由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使焊槍導(dǎo)桿自身能進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，且焊咀出孔具有一定偏角的特型機(jī)頭，通過(guò)導(dǎo)桿帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊咀，從而可以保證焊縫二側(cè)的鋼軌壁獲得充分的熔化；其中的電控系統(tǒng)中設(shè)有計(jì)算機(jī)和可編程序控制器，可實(shí)現(xiàn)以設(shè)定的程序，數(shù)字或模擬方式控制焊接裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)焊槍導(dǎo)桿進(jìn)行X、Y、Z三維運(yùn)動(dòng)和自身360度旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電弧沿鋼軌斷面全方位的運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)焊接過(guò)程。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0008]1.由于焊縫與鋼軌成一定角度，因此，在列車運(yùn)行時(shí)，任意垂直位置的鋼軌工作斷面上，焊縫只是佔(zhàn)據(jù)該工作斷面的一部分，是與其余部分的鋼軌母材一起共同承擔(dān)著全部載荷，從而有利于進(jìn)一步提高焊縫接頭運(yùn)行的安全性。
[0009]2.為便于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和適應(yīng)斜縫焊接的特點(diǎn)，斜縫窄間隙自動(dòng)電弧焊接機(jī)，除焊接電源和壓縮空氣源、陶瓷墊板外，其余包括機(jī)架、走行輪、夾緊氣缸、焊接機(jī)頭、銅擋組合、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、地線壓頭、等部分，都裝在一個(gè)機(jī)架上，方便現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明斜置焊縫形式和鋼軌工作斷面焊縫分佈示意圖
[0011]圖2為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖3為本發(fā)明主體部件側(cè)向示意圖
[0013]圖4為本發(fā)明導(dǎo)桿、焊嘴系統(tǒng)示意圖
[0014]圖5為本發(fā)明銅擋工作狀態(tài)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0016]如圖1所示，本發(fā)明所焊接的焊縫與鋼軌軸線成一定角度斜置，因此，其鋼軌工作斷面(垂直于鋼軌軸線)χ-χ上的焊縫佔(zhàn)比只是一部分(圖上陰影所示部分)，焊縫受力狀態(tài)獲得很大改善。圖中鋼軌二側(cè)為引弧板。
[0017]圖2所示為本發(fā)明鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接裝置:I為鋼軌，裝置包括機(jī)架2、走行輪組3、氣壓系統(tǒng)控制伐4、電源板5、儲(chǔ)氣罐6、工控計(jì)算機(jī)7、焊絲盤8、自保護(hù)藥芯焊絲9、電氣控制箱10、Z軸伺服電機(jī)11、Z軸導(dǎo)柱導(dǎo)套12、Z軸動(dòng)板13、滾珠絲杠14、機(jī)頭連接板15、焊絲校直機(jī)構(gòu)16、送絲機(jī)17、迴轉(zhuǎn)伺服電機(jī)18、傳動(dòng)齒輪付19、焊嘴導(dǎo)桿夾緊頭20、焊嘴導(dǎo)桿21、焊接地線壓緊氣缸22、焊接地線銅壓板23、焊嘴24、焊縫銅擋25、Y軸直線導(dǎo)軌26、X軸直線導(dǎo)軌27、X軸滾珠絲杠28、X軸伺服電機(jī)29、夾緊氣缸30、Y軸滾珠絲杠31、Y軸伺服電機(jī)32、聯(lián)接底板33。
[0018]圖3為焊接裝置主體部件的側(cè)向示意圖。
[0019]圖4為導(dǎo)桿、焊嘴系統(tǒng)示意圖，圖中17為送絲機(jī)、迴轉(zhuǎn)伺服電機(jī)18、傳動(dòng)齒輪付
19、焊嘴導(dǎo)桿夾緊頭20，由于鋼軌高度都超過(guò)150mm以上，焊接時(shí)焊咀和導(dǎo)桿必須插到焊縫底部，所以，焊縫間隙必然大于焊嘴和導(dǎo)桿的直徑，這種條件下，為保證軌底二側(cè)鋼軌的熔合，必需使電弧能直接緊貼作用在二側(cè)的鋼軌壁上，因此，本焊接裝置的焊咀24是一種其出孔具有一定偏角的特型專用焊咀，利用其偏角的特桌和焊槍導(dǎo)桿21進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)的功能，通過(guò)旋轉(zhuǎn)焊咀，使焊絲端部產(chǎn)生的電弧直接緊貼二側(cè)鋼軌壁底部，從而保證焊縫二側(cè)的鋼軌壁獲得充分的熔化。
[0020]圖5所示為銅擋工作狀態(tài)示意圖，圖中34，41為左右二側(cè)的驅(qū)動(dòng)氣缸，35、40為連接板，36、39為銅擋架，37、38為左右銅擋，9為自保護(hù)藥芯焊絲，24為焊嘴，21為焊嘴導(dǎo)桿。
[0021]本焊接裝置的作業(yè)全過(guò)程大致如下:1.開始焊接前，先將放好陶瓷墊和引弧板的銅墊用墊板托扣緊在鋼軌底部，方法是將墊板托的一側(cè)扣在鋼軌軌腳上，然后合上快速壓緊頭即可。2.將焊接裝置抬上鋼軌1，初步對(duì)好位置(導(dǎo)桿、焊嘴處于焊縫間隙中)后，按動(dòng)夾緊氣缸使焊接裝置固定在鋼軌上。3.操縱控制開關(guān)調(diào)整焊嘴、導(dǎo)桿位置，使之居于鋼軌側(cè)邊焊縫中心，同時(shí)降低導(dǎo)桿、焊嘴至起弧高度(由程序自動(dòng)定位)。4.啟動(dòng)焊接按鈕，焊接裝置即可按設(shè)定程序進(jìn)行自動(dòng)焊接。依次是焊嘴先由鋼軌邊向外移動(dòng)至引弧板上后自動(dòng)起弧，并向里擺進(jìn)，按單面焊雙面成型的工藝參數(shù)和鋼軌斷面不同位置時(shí)的焊道厚度自動(dòng)調(diào)整焊接規(guī)范(焊接速度、擺幅大小、焊接電流、電弧電壓等)。待焊嘴行至另一端(即一層焊完)后，即自行旋轉(zhuǎn)折返焊接第二層、第三層，依次提升并同時(shí)依照鋼軌斷面不同高度時(shí)的寬度，相應(yīng)變化焊道長(zhǎng)度。另外，當(dāng)焊至軌底三角區(qū)時(shí)，二側(cè)銅擋氣閥動(dòng)作，銅擋合攏緊貼鋼軌以防止軌腰立焊時(shí)，熔池鐵水流失；待焊至軌顎，焊嘴行程逐漸又展開至軌頭寬度，將軌頭逐層焊滿后，電弧自動(dòng)衰減至熄弧，焊接過(guò)程全部完成。此時(shí)銅擋氣閥關(guān)閉，銅擋退回原位。松開夾緊氣缸，稍抬起機(jī)架使走行輪落下，搬開焊接裝置及拆除墊板托后，焊接過(guò)程即全部結(jié)束。5.焊接過(guò)程的全部主要參數(shù)均自動(dòng)記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)，經(jīng)與設(shè)定參數(shù)比較，即可檢查整個(gè)焊接過(guò)程是否正常及供建立焊接接頭質(zhì)量管理數(shù)據(jù)庫(kù)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法，其特征在于使用焊縫非垂直于鋼軌而是與鋼軌軸線成一定角度斜置的鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法，由于該方法焊后焊縫與鋼軌軸線成一定角度，因而可以明顯改善焊縫工作時(shí)的受力狀態(tài)，在每一個(gè)鋼軌垂直工作斷面上，焊縫只估據(jù)該工作斷面的一部分，成為與其余部分的鋼軌母材一起共同承擔(dān)著全部載荷，從而有利于進(jìn)一步提高焊縫接頭運(yùn)行的安全性。2.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1所述焊接方法制作的鋼軌斜縫窄間隙自動(dòng)電弧焊接裝置，包括機(jī)架、走行輪、夾緊氣缸、焊接機(jī)頭、銅擋組合、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、地線壓頭、焊接電源、陶瓷墊板等部分組成；其特征在于除焊接電源和壓縮空氣源、陶瓷墊板外，都裝在一個(gè)機(jī)架上，便于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其特征在于所述的焊接機(jī)頭是一種帶有由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使焊槍導(dǎo)桿自身能進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，且焊咀出孔具有一定偏角的特型機(jī)頭，通過(guò)導(dǎo)桿帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊咀，從而可以保證焊縫二側(cè)的鋼軌壁獲得充分的熔化。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接裝置，其特征在于所述的電控系統(tǒng)中設(shè)有計(jì)算機(jī)和可編程序控制器，可實(shí)現(xiàn)以設(shè)定的程序，數(shù)字或模擬方式控制焊接裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)焊槍導(dǎo)桿進(jìn)行X、Y、Z三維運(yùn)動(dòng)和自身360度旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電弧沿鋼軌斷面全方位的運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)焊接過(guò)程。
【專利摘要】鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接方法是一種使鋼軌焊縫與鋼軌軸線成一定角度斜置進(jìn)行焊接的方法，采用這一方法，就可以實(shí)現(xiàn)在每一個(gè)工作斷面上，焊縫只是估據(jù)該工作斷面的一部分，是與其余部分的鋼軌母材一起共同承擔(dān)著全部載荷，從而有利于改善焊縫工作時(shí)的受力狀態(tài)和進(jìn)一步提高焊縫接頭運(yùn)行的安全性。鋼軌斜縫焊接方法通過(guò)鋼軌斜縫自動(dòng)電弧焊接裝置實(shí)現(xiàn)，焊接裝置由機(jī)架、走行輪、夾緊氣缸、焊接機(jī)頭、銅擋組合、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、地線壓頭、焊接電源、陶瓷墊板等部分組成。本發(fā)明有利于進(jìn)一步提高焊縫接頭運(yùn)行的安全性，便于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和適應(yīng)斜縫焊接的特點(diǎn)，可在現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用，具有完全自動(dòng)化功能從而避免人為因素的影響。
【IPC分類】B23K9/02, B23K9/28, B23K101/26, B23K9/035
【公開號(hào)】CN105436660
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410747561
【發(fā)明人】季關(guān)鈺
【申請(qǐng)人】北京京隆華科技開發(fā)有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日