專利名稱：一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方法
技術領域：
本發明涉及一種軌道交通無縫線路鋼軌氣壓焊焊接及焊后正火的質量控制方法。
背景技術：
鋼軌氣壓焊是我國無縫鐵路建設中一種用于現場鋼軌焊接的主要方法，采用燃氣 與氧氣混合燃燒的方式，對兩對接的鋼軌端面進行加熱，加熱以后進行頂鍛、推凸、正火冷 卻，完成鋼軌焊接。在鋼軌氣壓焊接的各個過程中，焊接溫度與頂鍛時的擠壓變形是決定氣 壓焊接接頭質量的關鍵因素。但在鋼軌焊接和正火過程中，由于鋼軌焊接接頭旁有加熱裝 置及擺動等裝置，空間狹小，充滿擺動的火焰，且接頭處溫度很高，實時的直接測量與控制 鋼軌接頭的溫度幾乎不可能；因此，通常是通過氣體流量和加熱時間的控制來實現對鋼軌 接頭的溫度的間接控制。這種主要用時間來間接控制溫度的方式，其控制過程復雜，精度 低，故障率高1)焊接、正火過程中溫度的控制靠加熱時間來控制，在不同的地方進行焊接，均需 進行相應的焊前工藝試驗來確定焊接、正火的加熱時間。通過實驗得到的控制方案，對加熱 環境或者氣體的變化，不能自動地進行調整，對溫度的控制能力較低，控制誤差大。2)在加熱和正火過程中，如果氣體流量發生變化，熱輸入率變化，同樣不能自動的 及時對變化做出調整。3)控制中涉及加熱時間，氣體流量、鋼軌的壓力及位移等眾多變量，控制過程復 雜，控制難度較大，人為因素影響較大。總之，通過時間來控制鋼軌焊接過程的加熱溫度，對環境、氣體流量變化的適應調 節能力差，控制精度低，鋼軌在焊接及正火的關鍵環節不能滿足要求的溫度，焊接質量差，
故障率高。
發明內容
本發明的目的就是提供一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方 法，該方法能對鋼軌氣壓焊焊接和保壓正火的溫度進行自動閉環控制，控制輸入參數少，操 作簡單、方便；對溫度的控制準確，抗干擾性強，誤差小、精度高；工藝一致性、重現性好，焊 接質量更加穩定可靠，一次性焊接成功率高。本發明解決其技術問題，所采用的技術方案為一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正 火的恒位移質量控制方法，其步驟為a、設置參數通過熱/力模擬試驗，獲得鋼軌溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系 曲線；再根據鋼軌火焰加熱焊接的要求，將焊接溫度預置在可編程控制器(5)中；b、位移鎖定可編程控制器控制頂鍛油缸的有桿腔油路上的電磁閥導通，并控制 數控泵站，以設定的油壓向有桿腔進油；同時由連于頂鍛油缸有桿腔油路上的壓力傳感器， 檢測頂鍛油缸內的保壓壓力，送可編程控制器；當有桿腔油壓達到設定的保壓壓力時，可編 程控制器控制電磁閥關閉，串聯在有桿腔與電磁閥之間的液控單向閥將頂鍛油缸鎖住；頂鍛油缸向鋼軌施加初始保壓壓力，并使鋼軌的縱向位移保持恒定不變；C、焊接中的加熱控制可編程控制器控制加熱裝置對鋼軌進行火焰加熱，可編程控制器將壓力傳感器實 時檢測到的頂鍛油缸的保壓壓力減去初始保壓壓力得到鋼軌的縱向形變抗力，再根據a步 的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌的溫度；同時，可編程控制器將獲得的鋼軌溫度與a步預置的加熱焊接的溫度比較，當鋼 軌溫度達到預置的焊接溫度時，可編程控制器控制加熱裝置停止加熱、并控制電磁閥導通， 液控單向閥解除對頂鍛油缸的鎖定，頂鍛油缸進油，進行頂鍛；頂鍛完成后，可編程控制器 再控制電磁閥關閉，液控單向閥又將頂鍛油缸鎖住，然后進行保壓推凸、空冷降溫；d、焊后正火空冷降溫后，進行焊后正火。與現有技術相比，本發明的有益效果是一、除頂鍛的短時過程外，在焊接加熱、空冷降溫等過程中，均關閉有桿腔油路上 的電磁閥，而由液控單向閥將頂鍛油缸鎖定，使鋼軌在這些過程中位移恒定、不發生變化， 保證在焊接加熱過程中鋼軌的縱向形變抗力僅與溫度有關，而鋼軌的縱向形變抗力與溫度 的關系可通過試驗預先得出。因此，在焊接過程中，只要檢測出頂鍛油缸的油壓壓力，即可 計算獲得鋼軌因受熱產生的縱向形變壓力，并進而獲得鋼軌的溫度，方便地實現了對鋼軌 溫度的檢測。由于此種方式獲得的鋼軌溫度是僅與鋼軌自身的物理性質及材料參數有關， 而不受氣溫、風力等外界環境因素以及氣體流量變化等的影響。因此，其對溫度的檢測與控 制準確，抗干擾性強，誤差小、精度高；其工藝一致性、重現性好，焊接質量更加穩定可靠，一 次性焊接成功率高。二、在焊接控制過程中，僅需檢測頂鍛油缸的油壓壓力(保壓壓力)，輸入參數少， 不用對氣體流量進行大幅調整，只需控制火焰的開關即可，提高效率，降低了成本；加之油 壓壓力的檢測十分方便，因此，其檢測與控制的過程簡單，操作方便，系統的穩定性和可靠 性得以提高。同時，對操作人員的技能要求低，培訓時間短，勞動強度小，也能夠更好地保證 焊接質量，降低焊接成本。上述的a步的參數設置，還將焊后正火的結束溫度預置在可編程控制器中；上述的d步的焊后正火的具體操作是可編程控制器控制加熱裝置點火對鋼軌進 行加熱，由壓力傳感器檢測頂鍛油缸內的保壓壓力經A/D轉換器送可編程控制器；可編程 控制器得到的保壓壓力即為鋼軌受熱后的縱向形變抗力，再根據a步的鋼軌正火溫度與鋼 軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌溫度，當可編程控制器獲得的鋼軌溫度與a 步預置的正火加熱的結束溫度相等時，可編程控制器控制加熱裝置熄火，停止加熱，即完成 焊后正火過程。這樣，先對頂鍛油缸解鎖，解鎖時，初始壓力已經釋放，再由頂鍛油缸通過油壓壓力使鋼軌產生頂鍛位移，進行頂鍛；在完成頂鍛后，頂鍛油缸又被鎖定。鎖定時，頂鍛油缸的 油壓壓力與鋼軌在該溫度條件下的形變抗力相等，由于鎖定后，鋼軌不會發生縱向位移，從 而，此后頂鍛油缸的油壓壓力僅與鋼軌在相應溫度下的形變抗力相等，通過檢測頂鍛油缸 的壓力即可計算獲得鋼軌的溫度。這樣，在焊后正火過程中也簡單方便地實現了對溫度的 精確檢測與控制，保證了焊后正火工藝的一致性，進一步提高了焊接質量。上述的c、d兩步中，可編程控制器獲得的鋼軌溫度還送工控機進行時實顯示并存儲。這樣，方便操作人員對焊接過程中的溫度進行實時監測，若發現異常，可及時進行 處理，進一步保證焊接質量，避免“斷軌”事故的發生。上述的工控機將存儲的鋼軌溫度進行統計計算，給出報表，自動進行焊接質量評 判。這樣，方便現場焊接施工質量監測，能夠在線進行質量診斷，及時對異常接頭進行 處理分析；施工工況、工藝過程的溫度控制實況都可追溯，若發生“斷軌”事故，可提供重要 的施工數據進行分析、評判，可靠保證現場的鋼軌焊接優質、高效。下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是本發明實施例方法的油路原理及電氣原理示意圖(圖中的“雙向雙箭頭”表 示器件間的電氣連接關系，而“單線”表示器件間的油路連接關系)。圖2是本發明實施例方法的U75V鋼軌的保壓壓力一溫度關系圖。
具體實施例方式圖1示出，本發明的一種具體實施方式
為一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的 恒位移質量控制方法，其步驟為a、設置參數通過熱/力模擬試驗，獲得鋼軌溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系 曲線；再根據鋼軌火焰加熱焊接的要求，將焊接溫度預置在可編程控制器5中。圖2即為通過熱/力模擬試驗，獲得的鐵路上廣泛使用的U75V鋼軌的溫度與縱向 形變抗力間的關系曲線。b、位移鎖定可編程控制器5控制頂鍛油缸9的有桿腔油路上的電磁閥1導通，并 控制數控泵站10，以設定的油壓向有桿腔進油；同時由連于頂鍛油缸9有桿腔油路上的壓 力傳感器4，檢測頂鍛油缸9內的保壓壓力，送可編程控制器(5)；當有桿腔油壓達到設定的 保壓壓力時，可編程控制器5控制電磁閥1關閉，串聯在頂鍛油缸9的有桿腔與電磁閥1之 間的液控單向閥2將頂鍛油缸9鎖住；頂鍛油缸9向鋼軌施加初始保壓壓力，并使鋼軌的縱 向位移保持恒定不變；C、焊接中的加熱控制可編程控制器5控制加熱裝置對鋼軌進行火焰加熱，可編程控制器5將壓力傳感 器實時檢測到的頂鍛油缸的保壓壓力減去初始保壓壓力得到鋼軌的縱向形變抗力，再根據 a步的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌的溫度；同時，可編程控制器5將獲得的鋼軌溫度與a步預置的加熱焊接的溫度比較，當鋼軌溫度達到預置的焊接溫度時，可編程控制器5控制加熱裝置停止加熱、并控制電磁閥1導 通，液控單向閥2解除對頂鍛油缸9的鎖定，頂鍛油缸9進油，進行頂鍛；頂鍛完成后，可編 程控制器5再控制電磁閥1關閉，液控單向閥2又將頂鍛油缸9鎖住，然后進行保壓推凸、 空冷降溫；d、焊后正火空冷降溫后，進行焊后正火。本例中
a步的參數設置，還將焊后正火的結束溫度預置在可編程控制器5中。d步的焊后正火的具體操作是可編程控制器5控制加熱裝置點火對鋼軌進行加 熱，由壓力傳感器4檢測頂鍛油缸9內的保壓壓力經A/D轉換器送可編程控制器5 ；可編程 控制器5得到的保壓壓力即為鋼軌受熱后的縱向形變抗力，再根據a步的鋼軌正火溫度與 鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌溫度，當可編程控制器5獲得的鋼軌溫度 與a步預置的正火加熱的結束溫度相等時，可編程控制器5控制加熱裝置熄火，停止加熱， 即完成焊后正火過程。本例的c、d兩步中，可編程控制器5獲得的鋼軌溫度還送工控機6進行時實顯示 并存儲。本例的工控機6還將存儲的鋼軌溫度進行統計計算，給出報表，自動進行焊接質 量評判。 顯然，本發明的壓力傳感器4在頂鍛油缸9有桿腔油路上的位置，應緊鄰有桿腔也 即位于頂鍛油缸9有桿腔和液控單向閥2之間。
權利要求
一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方法，其步驟為a、設置參數通過熱/力模擬試驗，獲得鋼軌溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線；再根據鋼軌火焰加熱焊接的要求，將焊接溫度預置在可編程控制器(5)中；b、位移鎖定可編程控制器(5)控制頂鍛油缸(9)的有桿腔油路上的電磁閥(1)導通，并控制數控泵站(10)，以設定的油壓向有桿腔進油；同時由連于頂鍛油缸(9)有桿腔油路上的壓力傳感器(4)，檢測頂鍛油缸(9)內的保壓壓力，送可編程控制器(5)；當有桿腔油壓達到設定的保壓壓力時，可編程控制器(5)控制電磁閥(1)關閉，串聯在有桿腔與電磁閥(1)之間的液控單向閥(2)將頂鍛油缸(9)鎖住；頂鍛油缸(9)向鋼軌施加初始保壓壓力，并使鋼軌的縱向位移保持恒定不變；c、焊接中的加熱控制可編程控制器(5)控制加熱裝置對鋼軌進行火焰加熱，可編程控制器(5)將壓力傳感器實時檢測到的頂鍛油缸的保壓壓力減去初始保壓壓力得到鋼軌的縱向形變抗力，再根據a步的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌的溫度；同時，可編程控制器(5)將獲得的鋼軌溫度與a步預置的焊接加熱溫度比較，當鋼軌溫度達到預置的焊接溫度時，可編程控制器(5)控制加熱裝置停止加熱、并控制電磁閥(1)導通，液控單向閥(2)解除對頂鍛油缸(9)的鎖定，頂鍛油缸(9)進油，進行頂鍛；頂鍛完成后，可編程控制器(5)再控制電磁閥(1)關閉，液控單向閥(2)又將頂鍛油缸(9)鎖住，然后進行保壓推凸、空冷降溫；d、焊后正火空冷降溫后，進行焊后正火。
2.根據權利要求1所述的一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方法， 其特征在于，所述的a步的參數設置，還將焊后正火的結束溫度預置在可編程控制器(5)中；d步的焊后正火的具體操作是可編程控制器(5)控制加熱裝置點火對鋼軌進行加熱， 由壓力傳感器(4)檢測頂鍛油缸(9)內的保壓壓力，經A/D轉換器送可編程控制器(5)；可 編程控制器(5)得到的保壓壓力即為鋼軌受熱后的縱向形變抗力，再根據a步的鋼軌正火 溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌溫度，當可編程控制器(5)獲得的 鋼軌溫度與a步預置的正火加熱的結束溫度相等時可編程控制器(5)控制加熱裝置熄火， 停止加熱，即完成焊后正火過程。
3.根據權利要求2所述的一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方法， 其特征在于所述的c、d兩步中，可編程控制器(5)獲得的鋼軌溫度還送工控機(6)進行時 實顯示并存儲。
4.根據權利要求3所述的一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方法， 其特征在于所述的工控機(6)將存儲的鋼軌溫度進行統計計算，給出報表，自動進行焊接 質量評判。
全文摘要
一種鋼軌火焰焊接加熱及焊后正火的恒位移質量控制方法，它通過控制頂鍛油缸的有桿腔油路上的電磁閥及液控單向閥將頂鍛油缸鎖住，使鋼軌的縱向位移保持恒定不變；同時，通過壓力傳感器實時檢測頂鍛油缸的保壓壓力，再根據事先預置的鋼軌焊接溫度與鋼軌縱向形變抗力間的關系曲線，計算獲得鋼軌的溫度；當鋼軌溫度達到預置的焊接溫度時，控制加熱裝置停止加熱，然后進行頂鍛保壓推凸，空冷降溫及焊后正火。該方法能對鋼軌氣壓焊焊接和保壓正火的溫度進行自動閉環控制，控制輸入參數少，操作簡單、方便；對溫度的控制準確，抗干擾性強，誤差小、精度高；工藝一致性、重現性好，焊接質量更加穩定可靠，一次性焊接成功率高。
文檔編號G05B19/418GK101813939SQ20101013048
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者任良彬, 周世恒, 戴虹, 黃正中 申請人:西南交通大學