K900钢轨焊机脉动闪光焊接工艺的研究

进行了国产K900钢轨焊机脉动闪光焊接工艺的试验研究；介绍了脉动闪光焊接的工艺特点和应用前景。     

钢轨闪光对接焊机焊接自动化的实现

近十年来,我国引进了多台 K 系列钢轨闪光对接焊机,上海铁路局科研所参加的 K900钢轨焊机国产化工作也取得了成功。其中笔者负责了焊机的焊接控制程序和管理程序的设计。本文将介绍 K 系列钢轨闪光对接焊机的一些研究心得和国产钢轨焊机自动化的主要控制原理,希望这有助于钢轨焊机的技术管理人员和使用人员用好焊机,更快地调整好焊接工艺参数,确保钢轨的焊接质量。钢轨焊机是集机械、液压、冷却、电子、传感、自动控制、计算机等技术于一体的大型设备。它以可编程控制器为核心,采用了精密的机械、液压部件和先进的电气元器件,既能进行连续闪光焊,又能进行脉动闪光焊。本文将以连续闪光焊接工艺为例来说明上述钢轨焊机焊接自动化的实现。图1为钢轨焊机的原理框图。     

PG4钢轨闪光焊工艺研究

针对铁路局采用LR1200型闪光焊机焊接60 kg/m PG4在线热处理钢轨的需求,开展PG4钢轨焊接工艺调试研究。获得优质接头需满足3个条件,一是焊接过程连续稳定;二是具有足够的加热区及合适的温度梯度;三是获得良好的塑性变形。采用脉动闪光焊工艺与预热闪光焊工艺相结合的模式获得了很好的焊接效果,一次性通过型式检验。     

基于连续信号自适应分解的钢轨交流闪光焊接过梁爆破定量分析

为实现对钢轨闪光焊微观过程——过梁爆破的定量分析，将钢轨交流闪光焊接过程细分为断路、短路、多过梁爆破、单过梁爆破4种类型；基于GoogLeNet卷积神经网络，提出将钢轨交流闪光过程高频连续电信号进行类Gram矩阵转化，再依据矩阵元素自适应优化生成时域图谱的卷积神经网络识别方法；应用该方法对闪光焊接过程高频数据进行识别，并对完整焊接过程进行定量分析。结果表明：经过数据自适应优化，4种类型时域图谱的分类识别准确率上升至97.8%，识别的最大混淆发生在多过梁爆破和单过梁爆破之间；多过梁爆破比率在闪平和脉动阶段约为20%，进入连续阶段后迅速上升至80%以上，短路比率在稳定脉动期间可稳定维持在60%；各类型的比率在不同阶段呈现明显阶段特征，且各阶段特征与钢轨交流闪光焊接实际过程的宏观特征相匹配，采用该方法也可实现对闪光焊接微观过程的定量分析。     

辙叉与钢轨间采用奥氏体钢过渡的闪光焊工艺和设备

道岔相关技术是高速铁路关键技术之一。为提高铁路辙叉的使用寿命,采取了将辙叉和与之连接的钢轨焊连在一起的形式,取代了接头原有的螺栓连接。乌克兰国家科学院巴顿电焊研究所开展了相关研究,研发出了辙叉与钢轨焊接的连续闪光对焊设备,同时,开发了高锰钢辙叉心与普通钢轨之间插入奥氏体钢过渡段的脉动闪光焊接工艺,焊接接头不需要采取后续热处理即可达到相关要求。     

钢轨闪光焊灰斑缺陷形成原因及预防方法

在钢轨闪光焊接过程中,母材中的MnS夹杂物从焊接过热区溶于焊缝金属。在焊接末期的连续闪光阶段,出现大的过梁爆破,形成暴露于空气的空洞,使焊缝金属中的Mn和Si在高温下与氧气发生反应,形成硅酸盐夹杂物,构成灰斑缺陷,其中Mn约占40%～50%。对比试验发现,U71Mn钢轨的MnS夹杂物和Mn含量分别是U75V钢轨的2倍和1. 2倍;对U71Mn和U75V钢轨闪光焊接头分别进行静弯和落锤试验,经统计,U71Mn钢轨断口灰斑面积分别是U75V钢轨的4. 5倍和2. 3倍。试验结果表明,钢轨母材中的MnS含量与焊缝金属中灰斑面积成正比。控制母材中的MnS含量可有效降低焊缝断口灰斑面积,从而提高钢轨闪光焊接头强度。     

钢轨闪光焊接操作技术与质量控制

结合海南东环铁路项目基地与现场钢轨闪光焊接实例,介绍闪光焊接的施工工艺和参数确定。分析不合格焊接接头原因和现场、基地闪光焊两者的区别。总结闪光焊焊接技术和质量控制,提高钢轨闪光焊接合格率。     

钢轨闪光焊质量信息的采集与控制研究

探讨并实现了钢轨交流闪光焊焊接电流恒值控制的控制算法,以从CPU完成了闪光焊的恒流控制和焊接过程控制,以主CPU高速采集(采样频率400kHz)焊接电流、焊接电压、动立柱位移量、油压等参数,计算有关质量参数(焊接各阶段焊接电流、短路时间、闪光量等),初步建立了适合钢轨闪光焊的质量判断准则,完成了钢轨闪光焊接头的质量评定。     

钢轨电渣焊接方法及工艺研究

分析总结钢轨电渣焊接应用情况、技术特点、基本工艺参数及焊接难点。制定和完善钢轨电渣焊接技术方案,并进行焊接试验和接头取样力学性能分析。研究结果表明:采用双管熔化极电渣焊和仿钢轨截面的水冷铜模具,并通过摆动保证轨底两侧熔宽,导致轨腰轨头无弧过程非常稳定,可稳定实现钢轨全断面一次成型焊接;钢轨电渣焊接头冲击功和拉伸性能都能达到TB/T 1632—2014《钢轨焊接接头技术条件》中闪光焊接头的冲击性能要求,但是略低于闪光焊接头,明显高于铝热焊接头;接头焊缝中心硬度略偏高,焊缝中心组织粗大;在两侧热影响区有2 mm左右的软化区。     

U75V钢轨脉动闪光焊工艺研究

针对目前呼和浩特局工务机械段使用的移动式闪光焊机LR1200焊接包钢U75V钢轨型式试验接头质量不稳定的问题,采用低电压、低能量、较小烧化末速的脉动闪光焊工艺,获得了很好的焊接效果,一次性通过型式检验.     

钢轨闪光焊接头灰斑特性及成因分析

灰斑是钢轨闪光焊接头中常见的缺陷,对钢轨焊接接头质量有直接的影响.本文通过研究挤出瘤中的夹杂物组织及其形态,并在钢轨闪光焊完成预热烧化后终止焊接作业,取样分析,以探究灰斑的形成原因.结果表明:焊接过程中熔融金属与氧发生反应,各种成分通过扩散作用不断聚集,最终在焊缝局部区域形成硅酸盐夹杂物.受焊接工艺影响及夹杂物流动性差异,顶锻阶段少部分夹杂物未被挤出,从而在焊缝内部形成灰斑.     

俄罗斯、日本及北美等国钢轨焊接工艺和设备的分析

文章介绍了俄罗斯、日本和北美等国和地区在轨道焊接方面的焊接工艺、方法和设备。特别详细阐述了几种焊接方法的优、缺点,并作了试验和实际比较。文章指出：就钢轨焊接质量和生产效率而言,闪光焊（接触焊）是最佳的,但就焊接成本而言,它并非是最佳的。因为其设备制造成本昂贵,且钢轨的焊接损耗较大。另外,从经济角度上来考虑,在既有线和新线上进行焊接时也应该采用不同的焊接方法和工艺。文章指出：在新线上采用闪光焊（接触焊）是比较经济和合理的。同时也介绍了世界上一些著名的钢轨焊接设备制造公司及其产品。     

导电密封胶对不锈钢车体电阻点焊焊接性能影响研究

分析了电阻点焊原理,对相同的点焊搭接方式,分别采用3种工况进行焊接试验。3种工况分别采用相同焊接参数对搭接接触面涂导电密封胶和不涂导电密封胶的试件进行焊接;优化焊接参数后,对搭接接触面涂导电密封胶的试验件进行焊接。对3种工况下完成的焊接试件进行拉伸力检测试验、金相熔核尺寸检测和缺陷检测试验,对熔核直径、拉伸力、熔核内部缺陷的试验结果进行分析。试验结果表明:导电密封胶对电阻点焊的焊接性能存在影响;通过适当优化焊接参数,可以提高涂导电密封胶试件的焊接性能,焊接质量能够满足产品焊接要求。     

槽型轨及其焊接技术在城市轨道交通中的应用简

城市轨道交通有轨电车轨道采用槽型轨铺设于路面,对路面的影响小,行驶汽车不受影响,为最佳的可选方案。为此研发的移动式槽型轨闪光焊机,可在线路上连续焊接槽型轨,实现一次性铺设无缝线路。文章简要介绍移动式槽型轨闪光焊机的研制及其应用。     

YHG-1200TH闪光焊机在兰新高铁钢轨焊接中的应用研究

兰新铁路第二双线新疆段LXTJ6标负责铺设长钢轨约650单线km,无缝线路采用60 kg/m、U71Mn(G)钢轨。为了保证钢轨焊接接头的质量,提高焊接效率,兰新铁路长钢轨接头焊接采用YHG-1200TH型移动式闪光焊机进行施焊。介绍该焊机的性能、焊接工艺参数选定方法和钢轨闪光焊焊接接头的型式检验方法,通过试验和实践验证所选工艺参数的合理性。     

焊接参数对轨道交通车辆不锈钢磁控电阻点焊的影响

以轨道车辆用2 mm厚的SUS301L-LDT不锈钢为研究对象,对比分析了熔核形貌和磁控电阻点焊的机械性能,以及不同焊接参数下磁控电阻点焊的剪切强度变化规律。结果表明,同等外加磁场强度条件下,当焊接参数增大或焊接周波增加时,点焊试件的拉剪强度和熔核宽高比变化更加明显。当焊接电流为10 kA、焊接周波为0.50 s时,在外加磁场的作用下,点焊的拉伸强度最大增加16.47%;当焊接电流增加、焊接周波缩短时,点焊的拉剪失效位移增加较为明显;当焊接电流为11 kA、焊接周波为0.44 s时,在外加磁场的作用下点焊的拉剪失效位移最大为4.98 mm。可见,影响电阻点焊磁控效果的主要因素为焊接电流和焊接周波。     

基于机器视觉的钢轨对接焊高精度检测方法

为提高闪光对接焊设备焊接过程的焊接精度,提出一种基于机器视觉和图像处理技术结合的钢轨对接焊高精度定位检测方法。该方法采用黑白面阵CMOS工业相机、线激光器作为主要检测硬件,其中线激光器发射的激光分别垂直投射在与轨道轴线平行的轨顶面和轨侧面上,通过对工业相机所采集的图像进行特征提取,针对多种不同特征进行模式识别,从而获得钢轨顶部和侧面高度差。通过重复性与可靠性试验,表明该方法满足工程实际检测要求。与传统的手工检测方法相比,本方法具有更高的精度,且受外部环境的影响较小,满足工况环境条件下的焊接精度要求,在复杂环境下同样可获得较好的检测效果。     

预留打磨量和打磨温度对钢轨铝热焊接头平直度的影响

首先分析了铝热焊接头焊缝低塌的原因,然后通过现场试验测量初打磨后接头的最高温度、不同终打磨温度下焊缝中心低塌量以及接头冷却过程中温度的变化,分析初打磨轨顶焊筋的预留打磨量、终打磨温度对铝热焊接头焊后平直度的影响.结果表明:焊接60 kg/m钢轨铝热焊接头时,初打磨后轨顶焊筋应预留1.3 mm以上的打磨量;终打磨温度越低焊缝低塌量越小,随终打磨温度降低焊缝低塌量减小幅度逐渐变缓,终打磨温度为300℃时焊缝低塌量较小,终打磨温度低于200℃时焊缝无低塌现象;采用"初打磨+终打磨"的打磨方式可避免铝热焊接头焊缝低塌,提高打磨效率.     

钢轨焊接数据库的开发与应用

介绍焊轨基地钢轨焊接数据库的开发与应用.采用SQL数据库,存储了长钢轨焊接过程中几个主要工位的生产数据,包括焊接时电压、电流、位移、压力曲线,精调工位的接头平直度检测曲线,出厂前平直度检测曲线,正火温度随时间变化曲线,以及各主要工位操作数据,对每一个接头自动生成一个标识号,通过打标机把标识号打印在钢轨轨腰,实现了焊接质量的追溯管理.