[发明专利]一种钢轨焊接接头超声波金属表面处理装置

说明书

一种钢轨焊接接头超声波金属表面处理装置，包括：用于容纳所述钢轨焊接接头超声波金属表面处理装置的其他组成部分的机架；用于将所述钢轨焊接接头超声波金属表面处理装置装夹到待加工钢轨待加工面的装夹部分；用于控制所述超声波金属表面处理装置的刀头在所述待加工面上沿半n形曲线仿形轨迹动作的横向仿形部分；用于控制所述超声波金属表面处理装置刀头在待加工面纵向上的直线行进的纵向行进部分；和提供所述超声波金属表面处理装置刀头，提供加工所需的预压力，对钢轨待加工表面进行加工的超声波刀具部分。所述钢轨焊接接头超声波金属表面处理装置用于对机车钢轨焊接接头焊缝两侧的热影响区进行加工，提高其硬度和耐磨性。

技术领域

本发明属于超声波金属表面处理装置技术领域，具体涉及一种机车钢轨焊接接头超声波金属表面处理装置。

背景技术

轨道交通是现代交通的重要组成部分，其中钢轨是铁路轨道的主要组成部件，是轨道交通中的重要基础。钢轨的作用是承载和引导机车车辆的车轮前进。机车车辆行进过程中，钢轨承受着来自车轮的巨大压力，并将该压力传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面，它的表面状况直接关系到列车的运行安全。如图1所示，钢轨的断面形状采用具有最佳抗弯性能的工字形断面，由轨头(1)、轨腰(2)以及轨底(3)三部分组成。其中轨头(1)直接与车轮摩擦接触的受力部分是半n形曲面(4)，该半n形曲面(4)的横断面工作轮廓线是半n形曲线段(40)，半n形曲面(4)包括踏面(41)、R弧(42)和侧面(43)三个部分。

机车轨道上的钢轨都是由一定长度的短轨通过焊接方式连接起来的。钢轨焊接包括基地内焊接、铺轨现场焊接以及现场抢修焊接等三种方式。受焊接热的影响，焊接接头热影响区的抗拉强度、硬度、耐磨性、疲劳寿命等力学性能低于钢轨母材，经列车车轮的碾压，接头热影响区磨损快、低踏严重，列车驶过低踏区域时，对钢轨、道床都产生巨大的冲击力，若不及时处理，易产生断轨等事故，严重威胁行车安全。因此，钢轨需要不定期检修更换，工作量大，维护成本高；并且影响轨道交通的运行秩序。有必要在不影响机车正常运行的情况下，对钢轨焊接接头热影响区进行快速金属表面处理，提高其表面硬度等力学性能。

提高金属表面硬度的方法有很多，其中一种快速提高金属表面硬度的方法是超声波金属处理方法。例如，《超声冲击对高锰钢辙叉组织与性能的影响》(尚刚、赵晖：“超声冲击对高锰钢辙叉组织与性能的影响”，沈阳理工大学学报，2013年8月)一文研究结果表明，超声冲击可提高金属硬度。名称为“一种提高金属工件疲劳寿命的超声强化方法”、专利号为：201610128715.4的中国发明专利也提出，超声波加工可使金属工件表面晶粒细化，表面显微硬度提高。

现有技术中，超声波金属表面处理装置通常是将待加工工件装夹到超声波机床上进行加工。一般采用工件绕主轴旋转、超声波刀具头固定的方式进行超声波加工。例如，名称为“超声波金属表面加工装置”、专利号为：200410024057.1的中国发明专利，及名称为“一种提高金属工件疲劳寿命的超声强化方法”、专利号为：201610128715.4的中国发明专利均介绍了工件沿主轴旋转的超声波加工方式。

钢轨与机车车轮摩擦接触的受力部分是一种非回转的半n形曲面，现有的超声波加工方法和加工装置无法直接运用于该待加工部件。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钢轨焊接接头超声波金属表面处理方法及处理装置。

一种钢轨焊接接头超声波金属表面处理方法，包括如下步骤：

(1)确定待加工面，所述待加工面是机车车轮与钢轨接触的半n形曲面，所述待加工面的横断面是半n形曲线，所述待加工面的宽度比热影响区的宽度每侧宽出0-100mm；

(2)选择钢轨待加工面的加工起始位置，将超声波金属表面处理装置的超声波刀头设定在所述起始位置；