[发明专利]一种钢轨线性摩擦焊接方法

说明书

本发明公开了一种钢轨线性摩擦焊接方法，包括以下步骤：第一步、焊前准备：将第一钢轨的焊接端面和第二钢轨的焊接端面预处理并对中，组成线性摩擦副；第二步、初始摩擦：第一钢轨作线性振动，第二钢轨向第一钢轨靠拢，钢轨接触后，形成摩擦表面和焊合区，摩擦表面上产生塑性变形和机械挖掘现象，摩擦表面上的摩擦加热功率增加；第三步、摩擦过渡：摩擦表面金属的温度上升，发生摩擦粘结与剪切现象；塑性金属扩大对摩擦表面的封闭；第四步、稳定摩擦：摩擦表面挤出形成飞边，第一钢轨和第二钢轨均在轴向上有会有明显的缩短；第五步、顶锻焊接：停止线性驱动器并使两节钢轨回位对中,并迅速施加顶锻压力，焊合区金属形成钢轨线性摩擦焊焊接接头。

技术领域

本发明属于铁路钢轨摩擦焊接技术领域，具体涉及一种钢轨线性摩擦焊接方法。

背景技术

随着我国高铁技术在国内外的大量推广和运用，以及在各种极端气侯条件下的高铁网络建设，对承载高速列车运行的无缝线路钢轨提出了更高的要求，实现无缝线路最关键、最重要的环节就是钢轨焊接，其所使用的焊接方法对钢轨焊接的安全可靠、节能环保(环境污染)、质量和效率等诸多方面起决定性的作用。

现有的钢轨焊接方法有闪光焊、气压焊、铝热焊以及电弧焊。钢轨电弧焊方法具有劳动强度大、效率低、强弧光、环境污染严重、焊接工艺和技术要求非常严格等特点。钢轨铝热焊接头为铸态组织具有强度低、质量欠稳定，断轨率高，综合性能差等特点。钢轨气压焊方法则具有对接头断面的处理要求十分严格，受诸多人为和环境因素影响，接头质量波动较大，不易控制。它属于外部加热方式，热效率低，焊接时间约6分钟，焊缝及热影响区较宽约100mm。钢轨闪光焊在焊接过程中伴随焊缝金属熔化再结晶，易产生熔化和凝固过程相关缺陷，在钢轨烧化过程中产生火花飞溅，并且伴随金属蒸汽和有毒气体的排放，焊接时间约3分钟。钢轨闪光焊和气压焊，每个接头都会消耗钢轨约40mm，接头强度能达到母材的90％。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种操作简单，焊接接头质量稳定、焊接生产率高且节能减排的钢轨线性摩擦焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种钢轨线性摩擦焊接方法，包括以下步骤：

S1、焊前准备：将第一钢轨的焊接端面和第二钢轨的焊接端面预处理好，使之满足线性摩擦焊需要；将第一钢轨装夹到焊机的线性夹具上，将第二钢轨装夹到焊机的顶锻夹具上，通过机构调整实现第一钢轨和第二钢轨对中，并组成线性摩擦副；

S2、初始摩擦：第一钢轨在线性驱动器的作用下作直线往复的线性振动，当达到预定的振幅和频率后，第二钢轨在推力作用下向线性夹具靠拢，当第一钢轨的焊接端面与第二钢轨的焊接端面接触后，第一钢轨的焊接端面与第二钢轨的焊接端面形成摩擦表面和焊合区，摩擦表面上产生塑性变形和机械挖掘现象，摩擦表面上的摩擦加热功率缓缓增加；

S3、摩擦过渡：在步骤S2中线性振动和摩擦力的继续作用下，摩擦加热功率显著增大，摩擦表面金属的温度上升，发生摩擦粘结与剪切现象；随着摩擦过程的进行，接触良好的塑性金属逐渐扩大对摩擦表面的封闭，但是钢轨在轴向上没有明显的缩短；

S4、稳定摩擦：当步骤S3中的高温塑性金属封闭了整个摩擦面，氧化物被全部挤出以后,在高频、线性往复运动和摩擦力的持续作用下,摩擦表面的温度继续升高，粘结现象减少，分子作用现象增强；高温塑性变形层的金属在线性振动和摩擦力作用下，从摩擦表面挤出形成飞边，同时被界面附近的高温金属不断补充，处于动平衡状态之中，第一钢轨和第二钢轨均在轴向上有会有明显的缩短；

S5、顶锻焊接：当步骤S4中的第一钢轨和第二钢轨的轴向缩短量均达到合适的量，焊合区的温度分布和塑性变形达到合适的程度后,停止线性驱动器并使两节钢轨回位对中,并迅速施加顶锻压力且维持顶锻压力，焊合区金属通过相互扩散与再结晶形成钢轨线性摩擦焊焊接接头。

优选地，所述步骤S1中的第一钢轨和第二钢轨的结构相同，第一钢轨的端面垂直于第一钢轨自身的延长线。