專利名稱：便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置和方法
便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置和方法本發(fā)明涉及軌道鋼軌接觸焊正火加熱施工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置和方法。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，軌道交通做為低碳、環(huán)保、便捷、平穩(wěn)、運(yùn)量大、成本底的交通工具越來越受到大、中城市建設(shè)者的親睞和老百姓出行的歡迎，也是一個現(xiàn)代化城市發(fā)展、人們生活水平提高的一個標(biāo)志性的惠民設(shè)施和亮麗的風(fēng)景線。而軌道交通中軌道的質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用，為了人們乘坐的更加舒適，同時為了減少鋼軌與鋼軌之間的連接磨損和接頭病害，接頭焊接成為無縫鋼軌接頭的主體，在鋼軌接頭焊接施工工藝中，“正火” 做為接頭焊接后改善接頭性能、消除內(nèi)在應(yīng)力、增加接頭使用壽命等方面是非常關(guān)鍵的工序。目前國內(nèi)鐵路和城市軌道交通鋼軌焊接接頭正火主要為中頻正火、明火正火(氧氣-乙炔火焰正火)，其性能如圖4所示。固定場所用中頻正火廣泛應(yīng)用，設(shè)備處于固定狀態(tài)，正火線圈為硬線圈?，F(xiàn)場用中頻感應(yīng)開合式硬線圈正火也有應(yīng)用，但是開合式在頻繁的安裝、拆卸、電流傳導(dǎo)等方面存在一定安全風(fēng)險，且占用時間長、工效低。鋼軌焊接接頭現(xiàn)場(可移動式)正火一直采用氧氣、乙炔明火火焰加熱(明火正火)的方式。氧氣、乙炔兩種氣體無論運(yùn)輸還是現(xiàn)場使用，都存在許多安全、質(zhì)量和環(huán)境隱患。由于鋼軌斷面變化大且復(fù)雜、加熱溫度要求整個斷面均勻升溫，且加熱時間要求短，要想滿足以上要求就需要火焰發(fā)生器火控變化和供氣量滿足鋼軌斷面的要求，故對氣體質(zhì)量、氣體壓力要求非常高，并且用氣量也非常大。瓶內(nèi)剩余氣體低于一定壓力后就無法繼續(xù)使用，造成嚴(yán)重浪費(fèi)，加大了成本。在露天施工時受風(fēng)等影響加熱溫度難以控制，且不均勻， 影響正火質(zhì)量、接頭質(zhì)量；在地鐵隧道內(nèi)施工，由于隧道空間狹窄、空氣流通不足，施工不但不安全而且廢氣不能及時排除，很利于操作人員健康。受市場上利用中頻電對管件等材料加熱、焊接和冶金上小量冶煉金屬的方法的啟發(fā)，經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，采用中高頻振蕩電流配以特制的軟線圈對鋼軌焊接接頭進(jìn)行感應(yīng)加熱的方式就很好地解決了以上的問題，甚至對其他各種工件也可進(jìn)行加熱、校正等工作。本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種特制的低電感熱耗散軟線圈、采用中高頻振蕩電流，對鋼軌焊接接頭進(jìn)行感應(yīng)加熱的正火裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置，包括變壓器、冷水機(jī)8、加熱線圈4、石棉5、固定板2、固定桿3，其特征在于待加熱鋼軌6焊接接頭外部設(shè)有石棉5，石棉5外部設(shè)有加熱線圈4，所述變壓器7a逆變輸出端通過導(dǎo)線連接
4加熱線圈4，所述的變壓器7b逆變輸出端通過導(dǎo)線連接變壓器7a逆變輸入端，所述的變壓器7b連接電源裝置，所述的冷水機(jī)8冷凍水出口端通過水管連接變壓器7a和變壓器7b進(jìn)水口端，變壓器7a和變壓器7b出水口端通過水管連接冷水機(jī)8冷凍水進(jìn)口端，所述的冷水機(jī)8排水口端通過水管連接加熱線圈4進(jìn)水端，加熱線圈4排水端通過水管連接冷水機(jī)8 感應(yīng)線圈進(jìn)水專用端，如附圖1、2所示。所述的待加熱鋼軌6焊接接頭軌底11兩側(cè)、軌腰10兩側(cè)、軌頭9兩側(cè)及鋼軌6頂部分別設(shè)有固定桿3，固定桿3左右兩端設(shè)有固定板2的框架結(jié)構(gòu)。所述的正火加熱裝置還包括遙控式測溫儀1，所述的待加熱鋼軌6頂部、軌頭9 一側(cè)及軌底11 一側(cè)上部分別設(shè)有測溫點(diǎn)A、B、C。 所述的冷水機(jī)8上還設(shè)有補(bǔ)水口和溢水口。所述的變壓器7a和變壓器7b分別設(shè)有地線接口。一種便攜式鋼軌6焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火方法，其特征在于所述的方法如下a.將正火裝置置于鋼軌6焊接接頭處；b.運(yùn)行檢查檢查電源、變壓器、冷水機(jī)8、紅外線測溫儀運(yùn)行正常；c.鋼軌6接頭部位支、墊將接頭及附近的鋼軌6進(jìn)行支、墊，使其保持鋼軌6軌道的設(shè)計線型，以防正火時鋼軌6發(fā)生線型變型；d.安裝加熱線圈4 將隔熱材料緊貼鋼軌6安裝，加熱線圈4纏繞在接頭處隔熱材料上至少一圈，保證加熱線圈4覆蓋接頭的所有部位；鋼軌6與線圈的距離要均勻，距離小于30mm，用了固定板2與固定桿3將線圈固定；e.接電源和冷水機(jī)8 首先將變壓器、感應(yīng)加熱電源分別與冷水機(jī)8接通，再將正火軟線圈與變頻振蕩電源、冷水機(jī)8接通后，然后進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行使用前很短時間內(nèi)運(yùn)行檢查，以保證變頻電源穩(wěn)定、高壓達(dá)到使用要求，以免影響感應(yīng)頻率；冷卻水路通達(dá)，保證加熱線圈4快速降溫，以免水路堵塞或不暢通，造成線圈被燒斷；保證先將變壓器、電源設(shè)備及時降溫，以免燒壞設(shè)備；f.感應(yīng)加熱以上工作準(zhǔn)備好后，對鋼軌6焊妝接頭中高頻感應(yīng)加熱，頻率由低到高，當(dāng)加熱過程中頻率變低時再加大頻率，以保證鋼軌6溫度繼續(xù)上升，達(dá)到正火溫度 800 950 °C，感應(yīng)加熱 6 8min。g.溫度測量分別在軌頭9、軌底11、軌腰10三個點(diǎn)用紅外探頭測量鋼軌6表面的溫度，當(dāng)被加熱的鋼軌6溫度達(dá)到800°C 950°C時，通過自動控制開關(guān)斷掉感應(yīng)加熱電源；h.拆除線圈電源斷掉后，拆除感應(yīng)線圈，移到下一個作業(yè)點(diǎn)；i.冷卻通過風(fēng)冷冷卻正火完成后的鋼軌6焊接接點(diǎn)部位；j.打磨。所述的隔熱材料為石棉5。該工法與傳統(tǒng)的方法相比較有以下幾個優(yōu)點(diǎn)1、消除了人為因素，接頭由內(nèi)而外溫升均勻、溫升時間短，熱影響區(qū)域可控，質(zhì)量
可靠；2、電磁感應(yīng)熱效率高，溫升時間短，工效高；
3、設(shè)備小巧、操作靈活；4、結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便；5、不受工件的軌型、長度和施工環(huán)境的限制，非常適合城市軌道狹小空間使用，也適用于其它移動和固定場所的使用；6、成本低；7、消除了明火，保證了安全；8、無廢氣產(chǎn)生，不影響操作人員身體健康，對環(huán)境無污染。 [


]圖1是本發(fā)明的正火布置圖；圖2是本發(fā)明的正火斷面圖；圖3是本發(fā)明的工藝流程圖；圖4是各種正火裝置的對比效果圖；圖5是本發(fā)明的設(shè)備一覽；圖中1.遙控式測溫儀2.固定板3.固定桿4.加熱線圈 5.石棉6.鋼軌7a、7b 均為變壓器8.冷水機(jī)9.軌頭10.軌腰11.軌底；a.感應(yīng)線圈進(jìn)水專用口 b.補(bǔ)水口 C.溢水口 d.排水口 e.冷凍水進(jìn)口 f.冷凍水出口 g.三相380v電源h.地線 i.進(jìn)水 j.出水口 k.逆變輸出 1.出水 m.逆變輸入η.進(jìn)水ο.地線；Α、B、C為正火測溫點(diǎn)。結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，這種裝置的制造技術(shù)對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。實(shí)施例1 如圖3所示，現(xiàn)場鋼軌焊接完成后，將正火加熱設(shè)備置于鋼軌焊接接頭處，正火設(shè)備模擬運(yùn)行檢查正常后，將鋼軌接頭部位支、墊使鋼軌保持設(shè)計線型，然后把感應(yīng)軟線圈安裝在接頭位置，接通變頻振蕩電源，中高頻感應(yīng)加熱6 8min，用紅外探頭測量鋼軌表面的溫度，當(dāng)被加熱的鋼軌溫度達(dá)到800°C 950°C時，通過溫控設(shè)備控制開關(guān)自動斷開加熱電源，然后拆除感應(yīng)軟線圈，使用風(fēng)冷對正火后的鋼軌接頭降溫。將正火加熱設(shè)備置于鋼軌焊接接頭處設(shè)備放置在焊接接頭附近，其距離保證正火用設(shè)備、電纜等滿足施工需要。運(yùn)行檢查檢查電源、變壓器、冷水機(jī)8、紅外線測溫儀運(yùn)行正常。鋼軌接頭部位支、墊將接頭及附近的鋼軌進(jìn)行支、墊，使其保持鋼軌軌道的設(shè)計線型，以防正火時鋼軌發(fā)生線型變型，影響工程質(zhì)量。安裝感應(yīng)線圈將隔熱材料緊貼鋼軌安裝，感應(yīng)軟線圈纏繞在接頭處隔熱材料上至少一圈，保證線圈感應(yīng)覆蓋接頭的所有部位；鋼軌與線圈的距離要均勻，距離小于30mm; 用了隔熱板與固定桿3將線圈固定。
接電源和冷水機(jī)8 首先將變壓器、感應(yīng)加熱電源分別與冷水機(jī)8接通，再將正火軟線圈與變頻振蕩電源、冷水機(jī)8接通后，然后進(jìn)行設(shè)備使用前運(yùn)行檢查。以保證變頻電源穩(wěn)定、高壓達(dá)到使用要求，避免影響感應(yīng)頻率；冷卻水路通達(dá)，確保感應(yīng)線圈快速降溫，避免水路堵塞或不暢通，造成線圈被燒斷；使變壓器、電源設(shè)備及時降溫，以免燒壞設(shè)備。感應(yīng)加熱以上工作準(zhǔn)備好后，對鋼軌焊接接頭中高頻感應(yīng)加熱，頻率由低到高， 當(dāng)加熱過程中頻率變低時再加大頻率，以保證鋼軌溫度繼續(xù)上升，達(dá)到正火溫度800°C 950°C，一般感應(yīng)加熱6 Smin。頻率不能先高后低，以防電源設(shè)備損壞。溫度測量分別在軌頭9、軌底11、軌腰10三個點(diǎn)用紅外探頭測量鋼軌表面的溫度，當(dāng)被加熱的鋼軌溫度達(dá)到800°C 950°C時，通過自動控制開關(guān)斷掉感應(yīng)加熱電源。拆除線圈電源斷掉后，拆除感應(yīng)線圈，移到下一個作業(yè)點(diǎn)。冷卻通過風(fēng)冷冷卻正火完成后的鋼軌焊接接點(diǎn)部位。打磨、整理鋼軌接頭冷卻后，打磨、整理接頭部位。實(shí)施例2 焊接接頭正火(配備風(fēng)冷)。采用ZH-2/160KW型固定式感應(yīng)正火設(shè)備對接頭進(jìn)行正火。當(dāng)焊接接頭溫度低于500°C時，固定式感應(yīng)正火設(shè)備對接頭進(jìn)行正火對鋼軌焊縫加熱到9000C (士 10°C )。加熱到規(guī)定溫度后，用0. 13-0. 15Mpa無油壓力空氣冷卻2分鐘。 使焊縫機(jī)械性能提高。軌溫控制采用⑶光電測溫儀G00°C-90(rC)實(shí)測。通過正火，細(xì)化晶粒；通過快速冷卻，提高接頭的硬度等力學(xué)性能指標(biāo)。實(shí)施例3 焊接接頭正火(自然冷卻)。采用氧-乙炔火焰正火設(shè)備對接頭進(jìn)行正火。 當(dāng)焊接接頭溫度低于500°C時，采用氧-乙炔混合氣燃燒加熱裝置對鋼軌焊縫加熱到 9000C (士 10°C)。加熱到規(guī)定溫度后，自然冷卻，使焊縫機(jī)械性能提高。軌溫控制采用⑶ 光電測溫儀-900°C )實(shí)測。通過正火，細(xì)化晶粒；通過快速冷卻，提高接頭的硬度等力學(xué)性能指標(biāo)。。實(shí)施例4 焊接接頭正火(自然冷卻)。移動式感應(yīng)正火設(shè)備對接頭進(jìn)行正火。當(dāng)焊接接頭溫度低于50(TC時，安裝移動式感應(yīng)正火線圈對接頭進(jìn)行正火加熱，鋼軌焊縫加熱到 9000C (士 10°C)。加熱到規(guī)定溫度后，自然冷卻，使焊縫機(jī)械性能提高。軌溫控制采用紅外測溫儀-9000C )實(shí)測。通過正火，細(xì)化晶粒；通過快速冷卻，提高接頭的硬度等力學(xué)性能指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置，包括變壓器、冷水機(jī)(8)、加熱線圈、石棉(5)、固定板O)、固定桿(3)，其特征在于待加熱鋼軌(6)焊接接頭外部設(shè)有石棉(5)，石棉( 外部設(shè)有加熱線圈G)，所述變壓器(7a)逆變輸出端通過導(dǎo)線連接加熱線圈G)，所述的變壓器(7b)逆變輸出端通過導(dǎo)線連接變壓器(7a)逆變輸入端，所述的變壓器(7b)連接電源裝置，所述的冷水機(jī)(8)冷凍水出口端通過水管連接變壓器(7a)和變壓器(7b)進(jìn)水口端，變壓器(7a)和變壓器(7b)出水口端通過水管連接冷水機(jī)(8)冷凍水進(jìn)口端，所述的冷水機(jī)( 排水口端通過水管連接加熱線圈(4)進(jìn)水端，加熱線圈(4)排水端通過水管連接冷水機(jī)(8)感應(yīng)線圈進(jìn)水專用端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置，其特征在于所述的待加熱鋼軌(6)焊接接頭軌底(11)兩側(cè)、軌腰(10)兩側(cè)、軌頭(9)兩側(cè)及鋼軌 (6)頂部分別設(shè)有固定桿(3)，固定桿C3)左右兩端設(shè)有固定板O)的框架結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置，其特征在于所述的正火加熱裝置還包括遙控式測溫儀(1)，所述的待加熱鋼軌(6)頂部、軌頭(9) 一側(cè)及軌底(11) 一側(cè)上部分別設(shè)有測溫點(diǎn)A、B、C。
4.如權(quán)利要求1所述的便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置，其特征在于所述的冷水機(jī)(8)上還設(shè)有補(bǔ)水口和溢水口。
5.如權(quán)利要求1所述的便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置，其特征在于所述的變壓器(7a)和變壓器(7b)分別設(shè)有地線接口。
6.便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火方法，其特征在于所述的方法如下a.將正火加熱裝置置于鋼軌(6)焊接接頭處；b.運(yùn)行檢查檢查電源、變壓器、冷水機(jī)(8)、紅外線測溫儀運(yùn)行正常；c.鋼軌(6)接頭部位支、墊將接頭及附近的鋼軌(6)進(jìn)行支、墊，使其保持鋼軌(6)軌道的設(shè)計線型，以防正火時鋼軌(6)發(fā)生線型變型；d.安裝加熱線圈將隔熱材料緊貼鋼軌(6)安裝，加熱線圈(4)纏繞在接頭處隔熱材料上至少一圈，保證加熱線圈(4)覆蓋接頭的所有部位；鋼軌(6)與線圈的距離要均勻， 距離小于30mm，用了固定板O)與固定桿(3)將線圈固定；e.接電源和冷水機(jī)(8):首先將變壓器、感應(yīng)加熱電源分別與冷水機(jī)8接通，再將正火軟線圈與變頻振蕩電源、冷水機(jī)8接通后，然后進(jìn)行設(shè)備使用前運(yùn)行檢查，以保證變頻電源穩(wěn)定、高壓達(dá)到使用要求，避免影響感應(yīng)頻率；冷卻水路通達(dá)，確保感應(yīng)線圈快速降溫，避免水路堵塞或不暢通，造成線圈被燒斷；使變壓器、電源設(shè)備及時降溫，以免燒壞設(shè)備。f.感應(yīng)加熱以上工作準(zhǔn)備好后，對鋼軌(6)焊接接頭中高頻感應(yīng)加熱，頻率由低到高，當(dāng)加熱過程中頻率變低時再加大頻率，以保證鋼軌(6)溫度繼續(xù)上升，達(dá)到正火溫度 800 950 °C，感應(yīng)加熱 6 8min。g.溫度測量分別在軌頭(9)、軌底(11)、軌腰(10)三個點(diǎn)用紅外探頭測量鋼軌(6)表面的溫度，當(dāng)被加熱的鋼軌(6)溫度達(dá)到800°C 950°C時，通過自動控制開關(guān)斷掉感應(yīng)加熱電源；h.拆除線圈電源斷掉后，拆除感應(yīng)線圈，移到下一個作業(yè)點(diǎn)；i.冷卻通過風(fēng)冷冷卻正火完成后的鋼軌(6)焊接接點(diǎn)部位；j.打磨、整理鋼軌接頭冷卻后，打磨、整理接頭部位。
7.如權(quán)利要求6所述的一種便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火方法，其特征在于所述的隔熱材料為石棉(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及軌道點(diǎn)焊正火加熱施工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種便攜式鋼軌焊接接頭中高頻電感應(yīng)加熱正火裝置和方法，在軌道需處理的工件外圍布置線圈，在線圈內(nèi)通以中高頻電流，利用線圈的電磁感應(yīng)原理，使得線圈范圍內(nèi)工件的金屬原子紊流運(yùn)動，這種運(yùn)動使得原子之間相互摩擦而產(chǎn)生熱，從而使工件溫度升高，當(dāng)達(dá)到正火規(guī)定溫度要求后斷電，工件在該溫度下組織晶粒細(xì)化，達(dá)到改善內(nèi)部組織的效果，而達(dá)到提高組織內(nèi)部質(zhì)量的目的，本發(fā)明接頭由內(nèi)而外溫升均勻、時間短，熱影響區(qū)域可控；設(shè)備小巧、操作靈活；結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便；不受工件的軌型、長度和施工環(huán)境的限制；安全、健康、無污染。
文檔編號E01B31/18GK102505589SQ201110340830
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者劉國利, 張愛萍, 張瑞興, 畢云泉, 程向鋒, 范喜德, 趙文君 申請人:中鐵上海工程局有限公司