[发明专利]通过超声冲击处理改进焊轨接头性质质量和可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过在焊接之前、在焊接过程中、在焊接之后或者在对用旧了的轨道进行修补的过程中利用超声冲击处理(UIT)工艺对焊接接头进行再加工从而对通过焊接联接在一起的轨道的部段的性能作出的改进，所述焊接例如是热焊或者热剂焊接，如铝热焊或者铜热焊，以及例如电弧焊接、气体压力焊接和闪光焊等焊接工艺，所述再加工包括通过超声冲击工具以手动或自动的方式连续或分批地施加超声冲击处理从而围绕接头和/或一定长度的轨道对接头进行的处理，其目的在于改善焊接轨道部段的疲劳寿命和/或其它性质。

背景技术

轨道被用来提供一种用于铁路和地铁机车车辆、有轨电车、机车、单轨、电车以及其它活动的、旋转的和转动的结构的运输手段。轨道必须满足所在国家规定的各种标准和规范。轨道可由适当的材料制成并且以适当的方式例如通过热剂焊接被联接在一起。在对轨道进行热剂焊接的过程中，化学反应导致产生了热剂焊接钢(thermite steel)，这使得形成了具有铸造结构的焊接部(weld)。由于不充分的预热或者由于在焊接面之间存在过大的间隙而使得产生的不良熔合可能导致在焊接过程中在轨道中出现裂纹。移位的轨道端部也可能导致出现裂纹。焊接轨道的其它缺陷包括不完全的焊透和热结晶裂纹。

轨道接头，例如用于桥式起重机和轨道车通行的轨道接头，通常会经受高载荷循环、高车轮载荷和接触应力的作用。被用旧、受损、破裂或分离开的轨道接头可能会给运输工业带来严重且昂贵的问题。因此，使列车和生产用起重机以高效率且在维护修补时间和成本都较低的情况下来进行安全且可靠的运行是很关键的。因此，可靠的轨道条件对于起重机或列车良好的运行而言是必要的。

更特别地，许多轨道问题是由被用旧、受损和/或分离开的接头失效所带来的。劣化的轨道接头导致在起重机/列车和支承结构上产生了高冲击载荷，所述支承结构例如为大梁、桥梁和建筑物支柱。已经发现：冲击载荷促使产生了车轮轴承断裂和轴的破裂并且使得加快了车轮转向架、轨道车和结构性构件中疲劳裂纹的产生。此外，由于起重机/列车的运转而在有缺陷的轨道接头上产生的冲击振动会导致起重机/列车内的其它部件产生失效或损伤。

由于修补轨道接头是昂贵的和/或并不存在快捷且容易的解决方案，从而带来许多问题。许多年来，已经采用了多种轨道联接方法来修补和/或防止轨道裂纹和轨道接头失效。这些轨道联接方法包括拼接板螺栓连接、电弧焊接、热剂焊接、闪光对接焊和气体压力焊接。在这些方法中，热剂焊接工艺尤其由于成本方面的优点而因此是轨道网络中最常用的工艺。然而，闪光对接焊工艺更经常地用于敷设新轨道的情况下。

闪光对接焊是一种提供了高质量接头的方法，与其它联接方法相比，该高质量接头有最强的耐破裂性。此外，闪光焊接部不会被磨耗(battering out)，而这是其它联接方法所遇到的共同的问题。通过闪光对接焊工艺联接的轨道代表了接近真正连续轨道的条件。闪光对接焊工艺是一种用来联接轨道部段的自动工艺。通过被充电的焊接机使轨道的长度对齐且轨道的端部被置于一起。当端部进行接触时，形成了电弧，使得在不利用焊条的情况下端部被熔融并焊接在一起。整个焊接工艺耗时约2至3分钟且所得的接头是坚固且均匀的且失效的风险较低。

通过电弧焊接获得良好的焊接接头是困难且耗时的过程，通常需要10至12小时才能完成且需要具有高技能的操作者。电弧焊接技术需要在轨道头部的端部处具有35°的全斜角、在轨腹上具有35°的双斜角且在轨底的上侧上具有35°的全斜角。在焊接前需要通过焊接接头对轨道进行对准以便确保平直度。通常通过位于接头开口下方中心处的8乘以2乘以1/4英寸的铜垫片确定出1/8英寸的根部间隙。该垫片用作用于初始焊头的垫板且提供了有助于补偿随着焊接部的冷却而出现的收缩性扭曲的垂直弧面。轨道端部被预热至500且在焊接过程中被保持在该温度下。在两侧上交替地顺序进行对轨道的底部、腹部和头部的焊接。为了确保完全的焊透，有必要采取专门的措施来避免异物、熔渣等的夹带。随后通过磨削且随后焊后加热至700来去除过多的焊接材料。通过绝缘覆层来防止焊接部受到雨或雪和环境低温的作用。应该允许将接头尽可能缓慢地冷却至环境温度。

目前，电弧焊接继续得以普遍使用且被用于特定应用情况下并提供了可接受的接头。然而，长度为约3英寸的磨耗效应是固有的磨损特性。由于无法识别出这种状态的开始阶段且由于采取了早期的矫正作用，因此使得磨耗区域被深化并且因此使得在车轮穿过接头时产生了更高的冲击，由此导致产生破裂。