[发明专利]一种第三体钢轨摩擦焊接方法

权利要求书

1.一种第三体钢轨摩擦焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、进行焊前准备，对待焊钢轨的待焊端面进行处理，然后将待焊钢轨和第三体分别装入钢轨夹具和第三体夹具中夹持；

S2、进行摩擦运动，包括以下子步骤：

S21、通过驱动器驱动待焊钢轨A、第三体和待焊钢轨B，使待焊钢轨A和第三体之间、第三体和待焊钢轨B之间均形成相对运动；

S22、推动待焊钢轨A和待焊钢轨B向第三体靠拢，待焊钢轨A和第三体的接触面之间、第三体和待焊钢轨B的接触面之间进行摩擦运动；

S3、进行焊接：持续进行摩擦运动和相对运动，当待焊钢轨A、待焊钢轨B和第三体的轴向缩短量均达到预设值，焊合区的温度分布均匀和塑性变形达到预设值后，待焊钢轨A、第三体和待焊钢轨B停止运动；将第三体与两个待焊钢轨进行对位，待焊钢轨A、待焊钢轨B瞬间快速施加顶锻压力并保压，直至待焊钢轨A和第三体之间、第三体和待焊钢轨B之间的摩擦界面及焊合区金属通过相互扩散与再结晶形成两条焊缝的钢轨摩擦焊焊接接头。

2.根据权利要求1所述的一种第三体钢轨摩擦焊接方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11、准备第三体；

S12、处理摩擦面：将待焊钢轨A、待焊钢轨B的待焊端面及第三体的两个待焊端面进行清除端面异物和打磨端面垂直度处理，使之满足摩擦焊接初始结合面的90％的贴合度；

S13、夹持钢轨和第三体：将待焊钢轨A、待焊钢轨B、第三体分别装入钢轨夹具A、钢轨夹具B和第三体夹具中夹持；

S14、对中定位：若第三体长度＜30mm或第三体截面尺寸大于钢轨截面尺寸，则采用两体对位法；若第三体长度≥30mm或第三体截面尺寸与钢轨截面相同，则采用三体对位法。

3.根据权利要求2所述的一种第三体钢轨摩擦焊接方法，其特征在于，所述两体对位法具体实现方法为：将待焊钢轨A和待焊钢轨B进行对中，然后分别向后拉开一定距离，放入第三体至焊接区域。

4.根据权利要求2所述的一种第三体钢轨摩擦焊接方法，其特征在于，所述三体对位法具体实现方法为：在待焊钢轨A和待焊钢轨B之间放入第三体，将第三体分别与待焊钢轨A、待焊钢轨B进行对中定位。

5.根据权利要求1所述的一种第三体钢轨摩擦焊接方法，其特征在于，所述步骤S22中摩擦运动包括以下阶段：

初始摩擦阶段：待焊钢轨A和第三体之间、第三体和待焊钢轨B之间均间隔1～3mm，在驱动器的作用下，待焊钢轨A和第三体之间、第三体和待焊钢轨B之间均形成相对运动；当相对运动达到设定的振幅和频率后，在推力作用下，待焊钢轨B、待焊钢轨A皆向第三体靠拢；待焊钢轨A的焊接端面与第三体的焊接端面接触形成第一摩擦副及焊合区、第三体的焊接端面与待焊钢轨B的焊接端面接触形成第二摩擦副及焊合区，第一摩擦副和第二摩擦副凹凸部分产生摩擦、剪切和机械挖掘现象，第一摩擦副和第二摩擦副的摩擦加热功率均缓慢增加；

摩擦过渡阶段：随着摩擦运动的持续作用，摩擦加热功率显著增大，第一摩擦副和第二摩擦副界面金属温度均持续上升，发生塑性粘结与剪切现象；随着摩擦过程的进行，接触面的金属变成塑性良好的熔融状金属，熔融状金属逐渐扩散到第一摩擦副和第二摩擦副界面，使第一摩擦副和第二摩擦副界面封闭，保护内部金属不被氧化，但待焊钢轨A、待焊钢轨B和第三体在轴向上没有明显的缩短；

稳定摩擦阶段：当高温塑性金属完全封闭第一摩擦副和第二摩擦副界面，部分粘塑性金属及全部金属氧化物被挤出第一摩擦副和第二摩擦副界面，形成飞边；在摩擦运动和摩擦力的持续作用下，第一摩擦副界面和第二摩擦副界面的温度达到热平衡，粘结现象减少，原子作用现象增强；待焊钢轨A、待焊钢轨B和第三体在轴向上明显缩短。

6.根据权利要求1所述的一种第三体钢轨摩擦焊接方法，其特征在于，所述待焊钢轨A和第三体之间、第三体和待焊钢轨B之间的相对运动表现为：第三体在yz平面内做直线往复运动或轨迹平动，待焊钢轨A、待焊钢轨B在yz平面内无运动。