移动式焊轨机设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 引言 （ 1）论文 研究的 背景及 意义 移动式焊轨机是无缝线路建设施工中的重要设备，其性能直接影响钢轨焊接接头的质量。近年来，随着铁路高速重载高密度运输飞速发展，对钢轨的焊接质量及对上道使用的移动式焊轨设备使用的可靠性和安全性要求越来越高。随着国民经济和交通事业的发展，高速运行、重载运输已经成为铁路发展的必然趋势，高速铁路、地铁、轻轨等现代交通高速轨道结构越来越多的投入应用。铁路线路是铁路运输的主要技术设备，是行车的基础。线路的作用是引导和承受机车车辆运行，直接承受由车轮传来的压力，并传给路基和桥隧。移动式焊轨机 设备主要特点是自带发电机或行走机构 , 大致可以分为集装箱式、公路 /铁路自行式和铁路自行车式。集装箱式焊接设备的优点是成本较低 , 运输较为灵活和方便 ; 公路 /铁路自行车式焊接设备的转移较为方便 , 可不依赖牵引车自己在公路或铁路上行走 , 但成本较高 , 上、下铁路也需要一定的配合条件 ; 铁路自行车式钢轨移动闪光焊设备在铁路上应用比较方便 , 焊接效率较高。缺点是公路运输或车辆的转移比较麻烦。 移动式交流钢轨闪光焊机主要由供电设备（发电机组）、焊接主电路、液压系统、水冷系统、控制系统、吊装系统、机械系统和集装箱等 8 部分组成。本次设计主要研究移动式焊轨机的机械系统组成以及液压系统控制。 这次毕业设计运用了大量的理论及专业知识，对自己的知识是一个巩固。在设计过程中自己也不断的学习新知识，对自己的知识是一个累积过程。 是在校期间的昀后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学习、研究与实践成果的全面总结；是综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验；通过 它我 深入实践、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养 自己 综合分析和解决问题的能力和独立工作能力 ； 同时，对 自己 的思想品德，工作态度及作风等诸方面 都会有很大影响 。 对于增强事业心和责任感，提高 自己 全面素质具有重要意义。 （ 2）国内外研究现状 我国目前可以生产集装箱式移动闪光焊轨机，如 前已正式应用于高速铁路工程。相比普通焊接机增加保压推凸功能，焊接电压采用了双路控制方法，提高了焊接系统的功率因数。自主开发了焊机的软件系统。目前该焊机也已经应用于铁路和城市轻轨的钢轨焊接中。并且我国已经有两家公司研发出了铁路自行车式移动式闪光焊轨车，焊机采用进口的 我国的接触焊钢轨 从六十年代起采用的是五十年代水平的 00) 型焊轨机 , 功率大、生产率低 , 已不适应今后焊轨形势发展的需要。为此铁道部 1979年曾由瑞士引进了四台 次级整流钢轨接触焊轨机 ,分设在北京、沈阳、郑州、上海等铁路局的焊轨工厂。与此同时还由苏联引进了两台 以供在线路上直接进行钢轨焊接 , 分别安设在北京铁道部科学研究院和济南铁路局焊轨工厂。这两种焊需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 轨设备技术均较先进 , 代表着目前我国的水平。 对于国外的发展现状焊机主要采用乌克兰巴顿焊接研究所的 光焊机，后来逐步被 上闪光焊机取代，如 。美国 司的闪光焊机是在原乌克兰巴顿的 机的基础上发展的，焊机的机头和控制系统都经过了相应的改进，焊机的名称为 国 司研发了一种直流逆变移动闪光焊机。中频逆变方法为：将三相工频交流电整流成直流电，然后逆变成 1200交流电通向焊接变压器，次级电压经过整流后进行焊接。 例如， 苏联基辅的巴顿研究所研制的 K 35 5 型移动式接触焊轨机是其中性能较 好的一种 , 并由卡霍夫电 器工厂批量生产 , 在苏联国内有近 10 0 台在铁路现场使用中 , 同时还向西欧各国出口。日本为修建铁路新干线 ,1 9 7 4 年也从苏联进口了这种设备。奥地利的 Pl as T he u re r 公司与苏联国家科技委合作研制成 R 35 5 移动式接触焊轨机 ,1 9 74 年 8月开始在意大利铁路罗马 佛罗伦萨高速干线工程中应用 , 同年希腊铁路也向该公司定了货。苏联生产的 K 3 5 5 型接触焊轨机能焊接 38 75 公斤 / 延米的钢轨。它的特点是消耗功率低。例如 , 日本本国生产的这种固定 式焊轨机需 用 7 5 0 千伏安的电源 , 而从苏联进口的仅用 1 80 千伏安即可 , 其原理是变压器铁心和初级线圈将焊接工件包围起来 , 焊接工件形成次级线圈的一个部分 , 直接感生次级电流 , 因此 , 不需要大功率电源设备。 以美国为例： 美国霍兰公司制造能在公路和铁路上行驶的移动式钢轨接触焊车。在铁路上行驶时重 6 1 , 0 0 0 磅 , 在公路上行驶时不包括焊机和铁路车轮重 50 , 0 0 磅。进行焊轨作业时 , 每天八小时可焊接 1 5 磅重钢轨的轨缝 60 一 80 个。一个轨缝的焊接时间为 2 一 3 分钟。美国铁路 1 9 7 2 年开始采用这种焊机 , 1 9 7 5 年进行了改进 , 已经焊接了 10 万个轨缝。此机的电焊部分原来是由苏联研制的 , 目前全世界铁路共有 4 0 多台在运用中。最近该公司对焊机作了改进 , 采用“ 脉冲熔化” 法缩短了焊接时间和钢轨消耗。用车上的风铲去除金属屑。 在法国， 苏联鸟克兰科学院巴顿电焊研究所研制的 已由苏联卡尔霍夫厂成批生产 ) 是一种电功率小、焊接断面积大、体积小、重量轻、机械结构灵活紧凑 , 便于在线路上进行钢轨接触焊接的先进设备。焊轨的过程是 靠电气、液压随动系统和程序控制装置按给定的焊轨工艺自动进行的。因为在设计上采用了并联的两台十分靠近且对称于钢轨两侧的变压器供电 , 从而极大地降低了焊机的总阻抗 (电回路阻抗及短路阻抗 ) 其数值是 15 欧姆 , 约为一般接触焊轨机的 1/5 。设计的额定功率为一般焊轨机的 1/ 3弱。可对钢轨进行无预热连续闪光焊接 , 使钢轨接头加热均匀 , 同时还使加热区较预热闪光焊的加热区缩小了 1/3一 l/2 ,提高了钢轨接头的质量。 利用了杠杆放大的力学原理使夹紧力对称分布于钢轨两侧。用较小缸径 的油缸即能保证钢轨所需的夹紧力和焊接接头的精度 K 3 5 型焊轨机最适于在线路上进行各类型钢轨的焊接 , 是目前世界上最完善的在线路上进行钢轨闪光对焊的理想设需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 备 , 同时也可以做为固定场地钢轨焊接的设备。它可以接电网电源供电变压器容量为320一 560千伏安 , 也可以配以三相发电列车供电。 （ 3）研究目的 由于我国幅员辽阔 , 各地区的条件差异较大 , 因此 , 对于移动式焊轨机应扬长避短加以采用 , 不断对设备进行研究改进 , 以为四个现代化贡献力量。另一方面也应考虑到焊接设备技术上的先进性、实用性和稳定可靠性。 运用闪光焊工艺对钢轨进行无缝焊接，提高铁轨精度使铁轨运行更安全、快捷、迅速。 培养综合运用所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析问题和解决问题的能力。 毕业设计是 高等工科院校的毕业设计是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节。它通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力；同时，对学生的思想品德，工作态度及作风等诸方面都会有很大影响。对于增强事业心和责任感，提高毕业生全面素质具有重要意义。是学生在校期间的昀后学习 和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程；是学生学习、研究与实践成 果的全面总结。是学生综合素质与全面培养的综合检验，是学生实现从学校到社会的过度环节，是学生取得毕业证以及学士学位证的重要依据，是衡量高等教育质量与评估教育水平、教学质量的重要依据。 （ 4）课题研究的主要内容 本文的主要任务是对移动式焊轨机的零部件进行设计并校核；对加工工艺闪光焊进行探讨；运用机械手来实现钢轨的无缝焊接，并对机械手的工作原理以及具体参数进行分析。 本次设计的主要内容如下： 首先完成开题报告：介绍本次设计的背景 和意义，并对移动式焊轨机在国内外的发展现状进行分析。最后分析整体的进程安排。 接着是对轨道焊接工艺的分析，这里主要探讨闪光焊的加工工艺；以及对零件尺寸的介绍及分析；对机械手部分进行分析，对工作原理以及具体参数进行探讨。以确保实现无缝焊接。 最后对毕业设计做一个总结。 1 零件工艺方案设计 光焊 意义：闪光焊也称接触焊，是在电阻对焊的基础上发展起来的。焊接开始时，两个金属工件端面接触，通过端面的接触点导电，接触电阻产生的电阻热加热工件端部，当温度达到一定程度时，工件接触面的金属熔化形成液态金属层， 通过外加纵向力挤出液态金属，并使高温金属产生塑性变形，在结合面产生共同晶粒，获得致密的热锻组织形成对接接头。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 在金属工件相互靠近的过程中，端面间一些相互突出的凸点首先接触， 电流从这些接触点通过时，由于导电面积突然减小，造成电流线弯曲与收 缩从而形成了接触电阻，如图 1所示。 图 1 闪光面的接触点 这些小接触点的电阻很大，电流流过时被迅速加热、熔化，形成一个个液体金属过梁，这些金属过梁将热量传入焊件的内部。每个过梁都存在液态表面张力、径向压缩效应力、电磁引力和电磁斥力的作用，径向压缩力与流过 过梁的电流强度平方成正比，在这些力的作用下过梁直径减小，电流密度急剧增大，温度迅速上升，使过梁内部出现金属蒸气。金属蒸气使液体过梁体积急剧膨胀而爆破，熔化的金属微粒从对口间隙中飞溅出来，形成了飞溅的火花。爆破后的位置留下一定深度的火口，为邻近产生过梁创造了条件。闪光过程就是焊接端面不断产生液态金属过梁又连续不断的爆破过程，并伴随有工件金属的烧损。 闪光焊的作用： （ 1）加热焊件。闪光过程中金属液体过梁的电阻热和过梁爆破时一部分喷射熔滴飞溅到对口面上带来的热量对焊件加热。 （ 2）烧掉焊件端面上的赃物和 不平之处。因此也就可以降低焊接前对焊件端面的打磨要求，用手提砂轮粗打磨即可。 （ 3）金属的液体过梁爆破时产生的高压力、金属蒸气及 低了焊件端面间隙中气体介质的氧化能力。 轨闪光焊 钢轨闪光焊接按照闪光过程的特征分为连续闪光焊、预热闪光焊、脉动闪光焊三种类型。 1. 连续闪光焊 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 2 连续闪光焊曲线 图 2 是 K 型焊轨机连续闪光焊接过程记录曲线，记录有焊接电压、电流、力、位移四个主要焊接参数与时间关系，从图中可见，焊接过程中的焊接电流是连续的。焊接中 期闪光电流稳定在 100 200安培（焊接变压器初级电流），动架夹持钢轨送进稳定，焊接压力值恒定，位移是一条斜线。连续闪光焊分为预闪、低电压闪光、加速闪光烧化、顶鍛 、 锻压（保持）五个阶段。预闪的作用有二个：一是闪平钢轨倾斜的端面 、使随后开始的焊接过程保持全断面接触闪光；二是对钢轨端面预加热，减少焊接初期不稳定闪光时间。 连续闪光焊的主要焊接参数有：焊接时间、焊接电压变化程序、烧化速度、烧化末速、反馈电流、 顶鍛量。加速烧化是顶锻前的重要阶段，加速时间和加速 末速是 重要的参数。 2. 预热闪光焊 预热闪光焊的焊接阶 段有：闪平、预热、烧化、加速烧化、 顶锻和鍛压、后热。图 3 是第四代 机预热闪光焊记录曲线，记录有焊接压力 、焊接电流、位移。需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 3 预热闪光焊记录曲线 3. 脉动闪光焊 图 4是脉动闪光焊 记录曲线，记录有焊接压力 、焊接电流、位移和时间的关系。 脉动闪光焊与连续闪光焊相比较，其闪光过程中几乎没有过梁的自发爆破现象；在加热钢轨的主要阶段，闪光电流是不连续的。在焊接过程中它跟踪的是电阻、电流；闪光烧化过程中焊接电流与送进速度无关；烧化过程的送进油压是脉动的。 脉动闪光焊已逐 渐取代连续闪光焊，用于钢轨焊接全过程大约 2 分多钟。线路上移动焊轨主要采用脉动闪光焊方式。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 4 线路上拉伸钢轨焊接脉动闪光焊曲线 接参数调节功能 1. 电压的调节 焊接电压（焊接变压器次级电压）是决定钢轨加热状态的基本焊接参数，它可以显著地改变焊接时间和钢轨的温度梯度（不同断面温度之差）分布以及闪光过程的稳定性。稳定的闪光过程是具有很细小的过梁尺寸和火口深度。 结合焊接过程选择适合的电压是很重要的。焊接电压增高，则焊接电流增大，闪光过程也就更加激烈 ，大尺寸的过梁爆破，造成大量熔化金属的飞溅，使钢轨端面的加热深度减小，火口的深度加大，端面温度分布不均匀，不能形成良好的焊接接头；反之，当焊接电压较低时，焊接电流减小，将导致钢轨送进速度大于闪光烧化速度，易出现短路。 2. 反馈电流的调节 稳定的闪光烧化是通过焊接电流的反馈进行控制。闪光初期，可能出现一次或几次较大的短路电流，它与焊接电源功率、钢轨焊接回路阻抗、钢轨端面接触面积、及钢轨初始温度有关。在以后的低电压闪光阶段一般不应出现闪光中断；在加速烧化闪光阶段也不应出现闪光中断。顶锻前出现闪 光电流短路或断路都会影响焊接接头质量。 3. 加速烧化 加速闪光烧化过程是焊接循环必不可少的一个阶段，也是顶鍛前的重要阶段，加速时间和加速末速是重要的焊接参数。加速使钢轨端面接触的触点增多，形成过梁的爆破也逐渐激烈，可以看到激烈的火花飞溅。激烈的闪光能够形成良好的保护气氛，为顶锻需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 创造了良好条件。加速闪光烧化阶段通常是切断电流反馈控制，或加大反馈电流值。预热闪光焊加速程度应比连续闪光焊和脉动闪光焊的加速程度大一些。 4. 顶鍛和鍛压 顶锻量、顶锻时间、顶锻力是重要的焊接参数。顶 锻过程分为两个阶段：（ 1）有电流顶锻。该阶段是在通电状态下进行的，以保证钢轨端部的温度并有利于液态金属及氧化物夹杂的排出。带电顶锻时间通常设置在 ，时间长一点有利于液态金属及氧化物夹杂的排出。（ 2）无电流顶锻。该阶段是在切断电压（实际上是切断电流）后，继续保持顶锻压力，使液态金属及氧化物夹杂彻底被挤出，并排除过热金属，使焊缝继续产生塑性变形，形成致密的焊接接头。 顶锻压力的大小取决于钢轨材质的高温性能和钢轨的加热状态及加热区的分布。国外资料介绍， 900 高碳轨顶锻压力为 60 0kg/m 钢轨顶力约为 46 47 吨 )；1100 合金轨顶锻压力为 708060kg/m 钢轨顶力约为 54 62 吨）。顶锻力过小，夹杂物不容易排净，塑性变形不足；顶锻力过大，则塑性区被过分挤压，晶纹弯曲，接头冲击性能下降。 顶锻开始的合缝速度（顶锻速度）应越快越好，以防止端面氧 化。 顶锻速度应大于30mm/s。 轨焊接热循环 1. 焊接热源 钢轨焊接是焊接回路的电流通过钢轨内部电阻和端部电阻所产生的电阻热来实现的，遵循焦耳 热量可以近似用 如下公式表示 : Q=c+2Rg)t 式中： Q 总热量 (I 通过钢轨的电流（ A） 焊件端面的接触电阻（） 焊件内部电阻（） t 通电时间（ t） 焊接开始时，钢轨处于环境温度下的冷态，内部电阻 触电阻 着加热温度的升高，并在焊接压力作用下 ,接触端面产生塑性变形，促使接触表面氧化膜破坏和纯金属 接触面积不断扩大，导致接触电阻很快减少，焊接电流增大。随着加热温度的升高，又使得钢轨端部电阻增大，导致钢轨端部热量最大，温度也最高。 2. 焊接热循环 在焊接热源作用下，钢轨焊接端头 某一点 的温度随时间变化过程称为“焊接热循环”。钢轨纵向距离焊缝不同位置各点被快速加热、冷却的速度是不相同的，最高加热温度（峰值温度）也是不相同的。图 5是 80焊机焊接 60kg/ 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 通过焊缝热循环曲线可以观察到焊接峰值温度、冷却速度（ 800冷却到 500的平均冷却速度）。 图 5 60kg/m 轨预热闪光焊热循环记录曲线 (预热 14次 ) 试验表明，无论采用哪种闪光焊方式，焊缝的峰值温度均在 1300左右，而冷却速度与焊接工艺和环境温度有关。根据铁科院金化所以往的科研试验结果统计， 60kg/ s ,低于 轨钢出现马氏体组织的临界冷却速度。不同牌号钢轨的临界冷却速度是通过钢厂提供焊接 合金钢轨在低温环境焊接时，需要增加后热来降低焊缝冷却速度。 2. 焊缝和热影响区 焊接接头是由焊接区和毗邻的钢轨母材构成的，焊接区又划分为焊缝和热影响区，其力学性能差于钢轨母材。 （ 1）焊缝 : 焊缝很窄，宽度只有零点几毫米，宏观照片上焊缝是一条白线（见图6a） ,是一层氧化脱碳的贫碳层，金相组织是珠光体和少量的网状铁素体（见图 6b），硬度低落较大。 （ 2）热影响区（ 热影响区分为粗晶区、细晶区、不完全重结晶区。粗晶区是焊接高温形成的过热区，其晶粒粗大，该区金属硬度高、塑性和韧性差。细晶区是焊接温度小于 1000正火区，晶粒较细，该区金 属塑性和韧性较好。不完全重结晶区又称为部分相变区，其晶粒大小不一。 热影响区对称分布焊缝两侧，总宽度约 40右。图 6缝两侧白色影线之间区域是热影响区。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 6a 焊缝及热影响区宏观形貌 图 6b 焊缝金相组织 接接头热处理 钢轨分为热轧轨和热处理轨。热处理轨焊接后接头的硬化层消失，原有的强度和韧性降低。对焊后接头再次加热，然后喷风处理加速其冷却来恢复损失的强度、硬度和韧性。 在国外，热轧轨焊后不再进行正火或 热处理 ,我国铁路早期焊轨也不进行焊后正火，由于八十年代后新牌号钢轨出现，焊后接头较难通过落锤检验 ,正火后焊头韧性提高，相对提高了落锤通过几率。 1)焊后正火：正火目的是将焊接热循环过程形成的粗晶细化，提高韧性 ； 正火也会改善焊接残余应力的分布。正火过程是焊头重新经受一次加热升温和自然冷却的热循需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 环，峰值温度宜限制在 950。峰值温度低会降低接头强度和出现低硬度。图 7 是焊头正火前后硬度对比：正火前的焊头轨顶面硬度高于钢轨母材，低硬度区很窄，其宽度不到 1075V)焊头正火后的轨顶面纵向出现约 80度低硬度区，对高速列车运行是不利的。 图 7 焊接接头正火前后轨头纵向硬度分布曲线 正火应注意： 1焊缝温度低于 500时再重新加热 ； 2正火热影响区宽度应在 703正火最高温度不超过 950。 不同牌号钢轨具有不同最佳正火温度，最佳温度应是强度和硬度的优化组合。钢轨在闪光焊时经历了复杂的热、力学过程，它会对焊头造成不同于钢轨 母材的影响。 图 8 焊头正火温度与冲击韧度的热模拟试验结果 图 8 是在 模拟试验机进行热模拟试样的常温冲击试验结果。从图中可见 轨与焊头最佳温度是不相同的，其焊头正火温度应选择在 910 950。 2)焊后热处理 :正火后的焊头冲击韧性得到大幅提高，但是强度和硬度降低 ,焊头整需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 体性能未得到明显改善。正火热影响区硬度未达到钢轨母材的 90 或更低时，会形成运行线路上的低接头。列车经过低接头产生冲击和振动，加速焊头损毁。 热处理的目的是通过 加热焊接接头到最佳温度后，进行喷风冷却，从而得到具有细片状珠光体组织，获得较高硬度值。热处理主要工艺参数有峰值温度、喷风压力、喷风开始温度、喷风结束温度等。通过工艺参数调整使焊头的硬度、拉伸及冲击性能达到质量要求。开始喷风的轨头温度不宜低于 850，喷风结束的轨头温度不宜高于 500。喷风最高冷却速度与钢轨化学成分有关， 高冷速 则会出现马氏体组织。在相同冷速下，加热温度越高，转变后的硬度也越高。这是由于随着奥氏体 化温度的升高，奥氏体更为稳定，使得珠光体转变温度降低，得到较细珠光体组织。 光焊钢轨预热工艺 该焊机是直流焊机，第一个字母 二个字母 三个字母A 表示自动，第四个字母 S 表示铁路， 80 表示顶锻力是 80 吨。我国铁路从八十年初引进第一代焊机至今已经进口到第五代焊机。早期是 00 型，控制装置是 定功率 700在的 80 额定功率 580载率 50 ），焊接全过程计算机控制， 并安装有专用制图软件，记录焊接全过程主要焊接参数随时间变化过程。 焊机动架与主机架各有一组内、外对中臂组成的对中机构 ,自动将焊接轨进行对正，当轨端出现尺寸偏差时，仍需要焊工凭视觉感官再次调整轨头工作面对中精度。 焊机使用三相 380伏交流电源。两组焊接变压器与可控硅三相调压 、 大功率二级管整流器组组成焊接电源，分别通过导电母排与夹持钢轨轨头、轨底两组电极馈电，空载时的六相整流输出脉动直流电压较高，参见图 1。 图 1 焊接全过程电压变化曲线 (14 次预热、 2次后热 ) 从图中可见，空载电压 10伏 ,闪光电压设置 850时 ,实际闪光电压约 。前 3需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 次预热电压设置 400，后 11次设置 450。焊机制造厂专家要求预热相位控制应小于590 . 预热闪光焊的焊接回路电流很大，预热电流一般可达到 6万安培左右，顶锻电流瞬时最高可达到 10 万安培左右，要求焊接回路电器元件须有很好的冷却，带走其产生的大量电阻热。焊接变压器、可控硅和整流器的冷却是使用独立的第三级冷水机系统。对于大功率二极管我们曾用分流器和 磁电式电压表单独对其检测，当电流 100A 时的压降 U=电流 200A 时的压降 U=大于其说明书的 此设置的闪光电压相位控制不能太小，我们曾将闪平电压减小到 550左右，发现闪光火花很不稳定。 由于焊接电流大，就需要焊接轨与电极接触部位打磨良好，露出钢轨的金属光泽，减小与焊机电极之间接触电阻。 焊机全套设备安装完毕之后、在使用前必须进行自动调节。自动调节是对焊机的油压传感器、位移传感器和电流传感器进行调试，对传感信号进行标定。自动调节也是对机器的弹性所产生的位移偏差进行补偿。随机携带的标准工件（黄钢轨）是校准钢轨，用于标定焊接电流脉冲。 在下列情况下也 必须进行自动调节： (1)更换全套 2）更换位移传感器或移动过位移传感器又重新安装之后；（ 3）更换传感器电路板（ 后；（ 4）焊机大修之后、鉴定之前。 自动调节项目共有 8 项，分别是压力传感器前侧零位调节、压力传感器后侧零位调节、顶锻油缸活塞面积比、标称力、位移零位调节、位移校准、机器弹性和电流调节。开始自调之前 ,必须按规定的顺序进行准备，自动调节完成之后，在 制装置前面显示窗口显示自调过程中发现的误差。调节结果显示“ L” ,表示该项调节准确 ； 调节结果显示“ H” ,表示该项调 节未达到规定的精度。如果第 8 项结果显示“ H”表示电流调节未达到规定的精度，可能是校准钢轨与焊机电极的接触表面导电不良。 焊接控制系统主要由控制器 可编程控制器 成， 备有焊接指令、检测控制和显示装置，能对自身和外部系统进行检测和诊断，对焊接过程实施计算机程序控制。 可编程存储器进行逻辑运算、顺序控制、定时和计数等；通过数字量和模拟量的输入和输出，控制执行元件完成焊接过程。 焊接开始之前， 出指令， 持对中，对中完毕 行焊接准备的确认并执行焊接程序。焊接结束， 凸并检查动架后退条件是否具备。条件具备时 ,再发出后退指令给 架退回原始位置等待下一次焊接指令。图 2为 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 三相交流电源采用双向可控硅调压，经过焊接变压器组降压和次级六相整流，再通过汇流排和电极将电流输送到被夹持的钢轨。 动架的驱动由伺服控制系统执行。焊接主要工艺参数电压、电流、位移、速度 、压力分别通过可控硅相位控制、电流传感器、位移传感器、油压传感器的信号采集，再经过电子电路转换、输入到计算机系统进行数据处理。处 理结果由屏幕显示实际焊接参数。 图 2焊接过程示意图 0个步骤（ 01 10可选 6 种不同的步骤类型（ 01 06每个步骤设置的参数中，电压、电流、压力、速度是以千分数 ( )表示，不代表真实的数值量。输入和显示的时间量、位移量是真实的数值，时间单位是秒、位移单位是毫米。位移的零点就是基本步骤中所确定的 基准点。 基本步骤是第一步骤（ 01其步骤类型的代码是 01（ 01 闪光步骤类型的代码是 02（ 02它设置在预热之前称为“闪平”，设置在预热后称为“烧化”。它分为第一处理段和第二处理段，两段设置的焊接参数项相同，数值可以相同也可以不同。闪平是第二步骤（ 02它通常只在第一处理段设置焊接参数。在预热后的烧化阶段，通常在两个处理段均设置不同的参数。当第二处理段的闪光速度大于第一处理段闪光速度时，烧化速度是递增的，即加速烧化（渐进闪光）。 闪平不仅是闪平钢轨端面斜度，而且具 有较强的加热作用。电流设定值（反馈电流）和闪光速度的匹配会影响到加热效率。闪平之初出现大电流脉 冲，有可能是钢轨端面接触面大造成的，但是经常出现较长时间大电流脉冲，就应考虑上述两参数匹配是否合理。 预热步骤类型的代码是 04（ 04每次预热脉冲的电流加热时间包括快速闪光时间。快速闪光的移相值最大，它用于闪除钢轨端面氧化膜、闪平凸凹和均匀端面电流需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 密度。其时间通常选择 1 秒左右。如果预热后期热量过高，会导致钢轨向后过量移动，超过变形极限，就可能丢失预热脉冲。 顶锻步骤类型的代码是 06(06顶锻分为快速顶锻和后顶锻两个阶段。顶锻之初，伺服阀以最大的设置速度响应 ,随之顶锻阀提供足够的油量快速顶锻。当采用自由顶锻时，后顶锻阶段的 “走行极限”应设置较大数值。 接工位 对待焊轨的端面以及与焊机电极接触的部位除锈的目的是去其表面污垢和锈蚀、氧化皮，最大限度减少与焊机电极之间的接触电阻。钢丝刷轮式除锈机虽然对钢轨母材的磨削量小 ,但是不能磨除待焊轨表面的氧化层 ,导致接触电阻大而影响钢轨端面加热效果。因此，后续应使用角向抛光机磨除氧化皮，露出金属光泽。除锈 长度应大于焊机电极长度，轨底除锈宽度应大于电极宽度 ,并认真检查轨底的除锈质量。 焊接轨应以轨顶和侧工作边为基准对中，并检查钢轨端部扭曲；扭曲允 许偏差可参照铁标 接头错边量最大允许值。 电极灼伤只发生在焊机电极与钢轨接触的导电部位，是由于电极与钢轨接触不良或存在残渣，在焊接开始出现的“灼伤”或“打火”而产生马氏体、渗铜现象。“灼伤”或“打火”会在轨面和电极留有痕迹。打火的焊渣嵌入电 极后，其硬度比铜钳口硬度高，鼓出电极面，若不磨平还会“打 火”。 由于灼伤部位常出现在轨底且距离焊缝 100毫米之外，不易被发现。每个焊工焊后必须检查轨底、轨顶和电极表面，对导电不良电极面要及时修磨或更换。为了预防电极灼伤 ,焊工要在压紧钢轨前仔细清理上下电极钳口及定位螺栓孔；二次压紧钢轨前再次清理钢轨底面及钳口电极面，将吸附的焊渣清理干净。发现灼伤的焊头必须锯切处置。 焊工要注意观察焊接全过程，发现异常及时终止焊接。焊后要立即检查焊接记录曲线和参数，曲线异常和参数超出工艺规范时要查找原因。 钢轨焊接标准 沿钢轨纵向打磨，钢轨打磨表面不应出现打磨灼伤”。纵向打磨是指手持砂轮打磨时，火花沿着钢轨纵向飞出。细打磨时，仿形打磨机沿着钢轨纵向移动。长时间用力打磨同一位置时，局部钢轨表面会迅速升温、又快速冷却，易出现打磨灼伤。需要区分轨温在 300左右打磨时出现的发蓝与打磨灼伤是不同的。 轨底打磨要仔细，不仅要磨除推凸余量，还要磨除轨底角的圆弧，消除可能存在的“过烧”缺陷。 中频感应加热过程中存在透入式和传导式加热，透入式是使钢轨表面涡流强度大、需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 升温快 ,表层随着温度升高到居里 点而失去磁性，涡流不断向内层迁移，高温不断向深度移动，失磁的部分依靠传导式加热，升温慢，热损失大。当感应圈纵向偏离焊缝时，感应加热也随之偏离焊缝，造成焊缝两侧温升偏差大；喷风头对不正焊缝喷风，会造成焊缝两侧冷却效果偏差大，这些现象都将导致焊缝两侧硬度不对称、软化区宽度不同。峰值温度低、加热停止与开始喷风间隔时间长、感应圈与钢轨表面间隙不均匀也都会影响到焊头热处理效果。 正火温度低、未达到金属相变温度时（未正透），观察落锤断口的金属光泽会有明显不同。 我国铁路钢轨标 准中的平直度要求见表 1。 钢轨平直度允许偏差 表 1 线 路 部 位 项 目 允许偏差 常速铁路 距轨端 1向上弯曲 向下弯曲 水平方向 身 垂直方向 水平方向 m 运专线 (200km/h) 轨端 0 直方向向上 垂直方向向下 水平方向 身 垂直方向 水平方向 m 速铁路 (300km/h) 轨端 0 直方向向上 垂直方向向下 水平方向 0 2m： m 0 2m： m 0 2m： m 轨 身 垂直方向 水平方向 m 轨焊接接头的 . 焊头平直度允许偏差 表 2 线 路 轨顶面垂直方向最大偏差 工作边水平方向最大偏差 常速铁路 (120km/h) 向上（上拱）闪光焊： m 铝热焊、气压焊： m 向下：不低于钢轨母材轨顶基面 凸出钢轨基面： m 凹进钢轨基面： m 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 中速铁路 （ 120 200km/h） 向上（上拱）： m 向下：不低于钢轨母材轨顶基面 凸出钢轨基面： m 凹进钢轨基面 : m 高速铁路 （ 200km/h） 向上（上拱）： m 向下：不低于钢轨母材轨顶基面 凸出钢轨基面： 0 凹进钢轨基面 : m 从以上两表内容可见焊接接头平直度（直线度）要求是很高的。为了满足标准的要求，热处理以后又设置了细磨、时效、矫直、精磨和修磨工序。 平直度检验合格的焊头并不能保证线路运行的平直度，排除线路因素外，焊头正火、热处理效果差将导致硬度低、软化区宽，形成线路上低接头。这种内部质量差所引发的焊头外观缺陷是不可逆转的。 在铁标对钢轨的表面质量要求中，允许存在的“热态下形成的钢轨纵向导向板刮伤、磨痕、热刮伤、纵裂、氧化皮 压入”的最大深度 :1 轨头踏面 2钢轨其他部位 冷态下形成的钢轨划痕、碰伤的深度： 1 轨头踏面和轨底面 速铁路用轨 2钢轨其他部位 在 标准要求中，“焊接接头及其附近钢轨表面不应有裂纹、明显压痕、划伤、碰伤”，显然高于钢轨的表面质量要求。 在焊接标准中的不平度要求比 较低，其测量范围只限定在焊缝两侧各 100尺与轨头顶面间隙不大于 接缺陷 焊接接头的外观缺陷包括两类，一类是焊接加工造成的，另一类是钢轨外形尺寸偏差造成的。闪光焊的外观缺陷主要是接头错边（错口）和平直度偏差。 出现错边的工位通常是发生在焊接工位。出现错边与焊工操作、焊机工况有关。焊接标准中的允许错边量要求 要考虑 K 型钢轨移动焊机不能实现以工作边为基准的水平对中。基地使用固定式焊机，均能实现以工作边为基准水平对中，因 此错变量须严格要求小于 速铁路应限制在 减少焊头矫直、精磨量。 推凸缺陷：推凸到焊缝另一侧钢轨表面形成的舌状包边，相当于一个尖劈，出现应力集中，会造成在线路上焊头早期疲劳断裂，这种推凸缺陷与推刀、钢轨的外形尺寸偏差相关联。 推凸刀热刮伤轨顶面或轨底面，刮伤缺陷无法修复时，只能锯切焊头重焊。此类缺陷常发生在移动闪光焊。应注意重焊时的温度不要高于 50；温度高需要浇水冷却时，其浇水温度不能高于 400。 （ 1）过烧缺陷 过烧产生与下列因素有关：顶 锻前的钢轨端面液态金属层厚薄不均匀；焊接端头的需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 温度梯度陡，纵向没有足够的塑性变形区；顶锻时的钢轨端面过热熔渣未完全挤净形成过烧组织。过烧的破坏作用相当于多个碎裂纹存在轨底焊缝和近缝区。过烧常常出现在轨底和轨底上、下角位置，超声波探伤比较容易探查出这种缺陷。 （ 2）裂纹 焊接裂纹分为冷裂纹和热裂纹。焊接冷裂纹是在较低温度形成的，通常是指在温度低于 200时产生的，又称之为低温裂纹。马氏体的数量是产生冷裂纹（微裂纹）的重要原因；冷裂纹的产生还与应力或应变有关，凡是在拉伸应力作用下产生较大拉伸应变的部位或应变集 中部位，容易产生冷裂纹。 线路移动闪光焊的焊缝或热影响区出现的裂纹主要是热裂纹，其断裂面有明显的高温氧化特征（黑色 裂纹常起源于轨腰 ,向轨头或轨底发展。 起裂的原因是焊接接头在高温状态下（焊后或正火）受到纵向张拉力。 （ 3）微量马氏体 钢轨中马氏体是高碳马氏体，又称片状马氏体。它与钢轨母材中 C、 V 等元素偏析相关联。钢轨经过焊接热循环作用，这些元素偏析会加重，如果出现在近缝区，即使在正常的冷却速度也会出现不连续的马氏体组织。图 1是 左 到右的 5个维氏硬度测点分别为 32152460335845中第二、三点是马氏体硬度。进一步用扫描电镜分析马氏体成分，其中 量达 超过钢轨标准 土 )的含量达 )的含量达 均已大大超过钢轨标准要求 含量。 图 1 焊缝区马氏体组织（ 400） 马氏体如果存在轨头位置，这些微量马氏体伴随的微裂纹在运营线路上就会形成危险的核伤。 （ 4）灰斑 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 灰斑是允许存在的缺陷，但是其面积大小有限制。灰斑 只是出现在焊缝面，呈现平的和光滑的形貌。 灰斑可以出现在焊缝断面任何位置，当出现在轨头时，其成分中含有的 硅酸盐夹杂物在运营线路中会产生应力集中，并以此为核心发展成纵横向裂纹形成核伤。 3. 灰斑的形成机理及焊接工艺调整 在英国 钢轨焊接生产规范中（ 2003 年第 3 版）对灰斑的定义是：斑 )。 我国称这种“平斑”为灰斑。灰斑虽然对屈服强度没有明显的影响，但使得断裂强度 有所下降；延伸率明显减小。国内外同行对灰斑的起因还未取得一致的看法，最早来 为熔化凹坑（火口）中液态金属成分的改变是这种缺陷产生的原因。顶锻时，在较深的熔化的凹坑中，液态金属被封闭而不能排挤出，成为一薄层，并出现成分不同的区域。国内对灰斑形成的原因也有不同的看法。原西南反应堆工程研究设计院的周邦新曾对 12管闪光后的灰斑用电子探针对其中的夹杂物做过分析，主要成分是 于灰斑的金相， 报导在碳钢闪光焊灰斑周围，总是有马氏体，这可能就是因为 量增加而提高了淬透性的缘故。 在闪光焊顶锻时，熔化的金属与氧化物一起被挤压，并沿着垂直工件的边缘方向流动，未被排挤干净残留在焊缝中的氧化物就形成了断口上的灰斑。氧化物在顶锻时是否容易被挤出，主要决定于挤压量和它的流动性，流动性又取决于氧化物的温度及成分。氧化物的成分与钢中合金成分及含量有关。钢的化学成分对产生灰斑有一定的影响。 焊接温度高时，氧化物的流动性好，容易被挤出。因而用移相的办法降低闪光焊的电压时， 灰斑明显增加。因此，在钢轨焊接的加速烧化阶段通常是选择较高的焊接电压和较高的反馈电流。 大多数灰斑在接头加热温度较低时出现。焊接端面的加热温度、顶锻量、顶锻加速度及钢中合金成分等对形成灰斑有影响。提高顶锻时的加速度，即使氧化物排挤不干净，也可进一步使其呈弥散分布，因而提高顶锻加速度对 保证焊接质量也有帮助。 沈阳铁路局与中科院金属所在 1987 年 2 月的“金属学报”上发表文章，对灰斑的成分和焊接工艺的影响进行了分析：用扫描电镜观察，发现灰斑与基体的显微形貌截然不同，这两种不同的断口形貌说明灰斑与基体断 口是由不同断裂机制引起的。 5倍； 高 5 10 倍； 含量较基体低。在灰斑断口上 元素的分布仅在灰斑中某些部位富集；并以形成含 的形式而富集。对于碳钢来说，这种相一般应为含 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 的硅酸盐夹杂物，常见的有两种： 灰斑中的夹杂物分布是不均匀的。 在加速闪光烧化阶段，液态金属层上发生的大电流密度过梁爆破，其凹坑中的液体相当一个小熔池进行着冶金反应， 比 泼的元素还原 聚在灰斑区或其附近的基体部分，在组织上并无明显的差别，在灰斑周围也未发现有马氏体，这与 闪光焊接加速烧化过程中，