[实用新型]一种细化焊缝晶粒的焊轨机

说明书

本实用新型公开了一种细化焊缝晶粒的焊轨机，包括夹持机构、热源系统、推凸机构、顶锻机构、顶锻尾座和导向机构；各组件相互连接成整体，还包括细晶机构，在所述细晶机构的作用下，使两待焊钢轨的焊接端面之间产生相对运动，对黏塑性状态或熔融状态的焊缝晶粒进行揉搓细化；所述细晶机构的揉搓方式为左右揉搓、上下揉搓、斜向揉搓、摆动揉搓、圆形轨迹揉搓中的一种或多种；该焊轨机只需要通过更换推凸刀、电极、夹紧块等少量零部件，就可以适用于各种不同型号、不同种类的钢轨焊接，是钢轨焊接领域的一台通用性焊轨机，实现一机多用；减少了焊机种类和数量，大大节约铁路钢轨焊接领域的设备投入成本。

技术领域

本实用新型涉及钢轨焊接技术领域，尤其涉及一种细化焊缝晶粒的焊轨机。

背景技术

随着轨道交通技术的不断发展和进步，更高速度、更大运力、更节能环保、更快捷舒适的乘坐体验等新需求，对铁路钢轨焊接技术提出了更高更严的要求。钢轨作为列车运行的基础，引导机车、车辆运行，承受车轮冲击动载荷。这就要求线路上的钢轨必须具有足够的强度、韧性、平顺性、稳定性和耐磨性。而无缝线路上钢轨焊缝连接部位，一直是轨道线路的薄弱环节之一，其焊接质量的好坏直接关系到钢轨的使用寿命和高速列车运行的安全性。

目前，世界上最主要的钢轨焊接方法有闪光焊、气压焊和铝热焊三种，它们的共同特点是：焊后的焊缝晶粒比较粗大。对闪光焊和气压焊接头，我国铁标要求焊后必须进行正火处理，即用热处理工艺对焊缝晶粒进行细化，尽管这样，对焊缝晶粒进行细化的效果也是非常有限的。由于铝热焊接头焊缝形成的是铸造组织，晶粒更加粗大，加上其他原因，甚至无法用正火方法进行晶粒细化处理。

众所周知，晶粒细化是同时能提高强度和韧性的唯一方法，超细晶粒组织因其卓越的综合机械性能，更是成为各科研院所和高校材料科学领域急需突破的关键技术。目前，用在冶金、材料加工等领域细化晶粒的方法很多，比如超声(电磁)搅拌熔池、机械(超声波)微铸锻、改变材料成分和工艺参数、等径角道挤压、大比率挤压、热锻、快速冷却等；而用在焊缝金属领域细化晶粒的方法却极其稀少。

专利CN109986189A公开的一种细化钢轨闪光焊焊缝晶粒的工艺，其核心在于，通过对焊接的钢轨焊缝，在其再结晶过程中，施加并保持足够压力，以增加形核率；延长保压时间，直到再结晶过程充分完成，从而实现焊缝晶粒细化，平均晶粒尺寸达到63～75μm。虽然在一定程度上减小了焊缝平均晶粒尺寸(最大减小量15μM)。但由于没有采用，能更进一步细化焊缝晶粒的方法和手段，很难形成更细甚至超细晶粒组织的焊缝；更为重要的是，这种方法只适用于短轨试验性焊接，无法在现场工程施工的长轨焊接中得到推广和应用。

其原因在于：焊短轨时，钢轨不受外界阻力影响，闪光焊机保压时的顶锻力即等于细化晶粒的保压力，可监测也可控制；而现场焊长轨时，钢轨长度可能达几十米、几百米、几千米、甚至更长。而且还存在外界的摩擦阻力、长轨拉伸应力、坡道、弯道等各种复杂工况所造成的各种阻力。由于在保压阶段两钢轨已经成为一个整体，加上各种阻力的存在，用于细化晶粒的实际有效保压力变得既无法准确监测，更是无法进行精确控制。因此，该工艺缺乏现场工程施工推广应用的可行性问题。

另一方面，尽管我国在高韧性、高强度、高耐磨性钢轨研制方面早已取得突破性进展，但其可焊性问题一直未能得到解决，严重阻碍和限制了新材料优质钢轨的大面积推广和应用。比如U20Mn贝氏体新材料钢轨，是当前世界公认最难焊接的高韧性、高强度、高耐磨钢轨，闪光焊和气压焊在相关高校和科研院所均已做了很长时间的探索和研究，至今未取得任何突破性进展。

随着高速铁路运营速度的不断提高，以及川藏铁路等极端环境工况下钢轨焊缝的使用，对线路焊缝都提出了极其严苛的安全性要求，急需一种能焊出，焊缝无内外缺陷、且具有优良的抗疲劳性能、较高强度、耐磨稳定、良好低温韧性，综合机械性能接近、等于甚至超过被连接母材钢轨的焊接设备及方法。