专利名称：便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置和方法
便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置和方法本发明涉及轨道钢轨接触焊正火加热施工技术领域，具体是一种便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置和方法。随着城市建设的不断发展，轨道交通做为低碳、环保、便捷、平稳、运量大、成本底的交通工具越来越受到大、中城市建设者的亲睐和老百姓出行的欢迎，也是一个现代化城市发展、人们生活水平提高的一个标志性的惠民设施和亮丽的风景线。而轨道交通中轨道的质量起着关键的作用，为了人们乘坐的更加舒适，同时为了减少钢轨与钢轨之间的连接磨损和接头病害，接头焊接成为无缝钢轨接头的主体，在钢轨接头焊接施工工艺中，“正火” 做为接头焊接后改善接头性能、消除内在应力、增加接头使用寿命等方面是非常关键的工序。目前国内铁路和城市轨道交通钢轨焊接接头正火主要为中频正火、明火正火(氧气-乙炔火焰正火)，其性能如图4所示。固定场所用中频正火广泛应用，设备处于固定状态，正火线圈为硬线圈。现场用中频感应开合式硬线圈正火也有应用，但是开合式在频繁的安装、拆卸、电流传导等方面存在一定安全风险，且占用时间长、工效低。钢轨焊接接头现场(可移动式)正火一直采用氧气、乙炔明火火焰加热(明火正火)的方式。氧气、乙炔两种气体无论运输还是现场使用，都存在许多安全、质量和环境隐患。由于钢轨断面变化大且复杂、加热温度要求整个断面均勻升温，且加热时间要求短，要想满足以上要求就需要火焰发生器火控变化和供气量满足钢轨断面的要求，故对气体质量、气体压力要求非常高，并且用气量也非常大。瓶内剩余气体低于一定压力后就无法继续使用，造成严重浪费，加大了成本。在露天施工时受风等影响加热温度难以控制，且不均勻， 影响正火质量、接头质量；在地铁隧道内施工，由于隧道空间狭窄、空气流通不足，施工不但不安全而且废气不能及时排除，很利于操作人员健康。受市场上利用中频电对管件等材料加热、焊接和冶金上小量冶炼金属的方法的启发，经过反复的试验和实验，采用中高频振荡电流配以特制的软线圈对钢轨焊接接头进行感应加热的方式就很好地解决了以上的问题，甚至对其他各种工件也可进行加热、校正等工作。本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种特制的低电感热耗散软线圈、采用中高频振荡电流，对钢轨焊接接头进行感应加热的正火装置。为实现上述目的，设计一种便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置，包括变压器、冷水机8、加热线圈4、石棉5、固定板2、固定杆3，其特征在于待加热钢轨6焊接接头外部设有石棉5，石棉5外部设有加热线圈4，所述变压器7a逆变输出端通过导线连接
4加热线圈4，所述的变压器7b逆变输出端通过导线连接变压器7a逆变输入端，所述的变压器7b连接电源装置，所述的冷水机8冷冻水出口端通过水管连接变压器7a和变压器7b进水口端，变压器7a和变压器7b出水口端通过水管连接冷水机8冷冻水进口端，所述的冷水机8排水口端通过水管连接加热线圈4进水端，加热线圈4排水端通过水管连接冷水机8 感应线圈进水专用端，如附图1、2所示。所述的待加热钢轨6焊接接头轨底11两侧、轨腰10两侧、轨头9两侧及钢轨6顶部分别设有固定杆3，固定杆3左右两端设有固定板2的框架结构。所述的正火加热装置还包括遥控式测温仪1，所述的待加热钢轨6顶部、轨头9 一侧及轨底11 一侧上部分别设有测温点A、B、C。 所述的冷水机8上还设有补水口和溢水口。所述的变压器7a和变压器7b分别设有地线接口。一种便携式钢轨6焊接接头中高频电感应加热正火方法，其特征在于所述的方法如下a.将正火装置置于钢轨6焊接接头处；b.运行检查检查电源、变压器、冷水机8、红外线测温仪运行正常；c.钢轨6接头部位支、垫将接头及附近的钢轨6进行支、垫，使其保持钢轨6轨道的设计线型，以防正火时钢轨6发生线型变型；d.安装加热线圈4 将隔热材料紧贴钢轨6安装，加热线圈4缠绕在接头处隔热材料上至少一圈，保证加热线圈4覆盖接头的所有部位；钢轨6与线圈的距离要均勻，距离小于30mm，用了固定板2与固定杆3将线圈固定；e.接电源和冷水机8 首先将变压器、感应加热电源分别与冷水机8接通，再将正火软线圈与变频振荡电源、冷水机8接通后，然后进行设备运行使用前很短时间内运行检查，以保证变频电源稳定、高压达到使用要求，以免影响感应频率；冷却水路通达，保证加热线圈4快速降温，以免水路堵塞或不畅通，造成线圈被烧断；保证先将变压器、电源设备及时降温，以免烧坏设备；f.感应加热以上工作准备好后，对钢轨6焊妆接头中高频感应加热，频率由低到高，当加热过程中频率变低时再加大频率，以保证钢轨6温度继续上升，达到正火温度 800 950 °C，感应加热 6 8min。g.温度测量分别在轨头9、轨底11、轨腰10三个点用红外探头测量钢轨6表面的温度，当被加热的钢轨6温度达到800°C 950°C时，通过自动控制开关断掉感应加热电源；h.拆除线圈电源断掉后，拆除感应线圈，移到下一个作业点；i.冷却通过风冷冷却正火完成后的钢轨6焊接接点部位；j.打磨。所述的隔热材料为石棉5。该工法与传统的方法相比较有以下几个优点1、消除了人为因素，接头由内而外温升均勻、温升时间短，热影响区域可控，质量
可靠；2、电磁感应热效率高，温升时间短，工效高；
3、设备小巧、操作灵活；4、结构简单、拆卸方便；5、不受工件的轨型、长度和施工环境的限制，非常适合城市轨道狭小空间使用，也适用于其它移动和固定场所的使用；6、成本低；7、消除了明火，保证了安全；8、无废气产生，不影响操作人员身体健康，对环境无污染。 [
]图1是本发明的正火布置图；图2是本发明的正火断面图；图3是本发明的工艺流程图；图4是各种正火装置的对比效果图；图5是本发明的设备一览；图中1.遥控式测温仪2.固定板3.固定杆4.加热线圈 5.石棉6.钢轨7a、7b 均为变压器8.冷水机9.轨头10.轨腰11.轨底；a.感应线圈进水专用口 b.补水口 C.溢水口 d.排水口 e.冷冻水进口 f.冷冻水出口 g.三相380v电源h.地线 i.进水 j.出水口 k.逆变输出 1.出水 m.逆变输入η.进水ο.地线；Α、B、C为正火测温点。结合附图对本发明做进一步说明，这种装置的制造技术对本专业的人来说是非常清楚的。实施例1 如图3所示，现场钢轨焊接完成后，将正火加热设备置于钢轨焊接接头处，正火设备模拟运行检查正常后，将钢轨接头部位支、垫使钢轨保持设计线型，然后把感应软线圈安装在接头位置，接通变频振荡电源，中高频感应加热6 8min，用红外探头测量钢轨表面的温度，当被加热的钢轨温度达到800°C 950°C时，通过温控设备控制开关自动断开加热电源，然后拆除感应软线圈，使用风冷对正火后的钢轨接头降温。将正火加热设备置于钢轨焊接接头处设备放置在焊接接头附近，其距离保证正火用设备、电缆等满足施工需要。运行检查检查电源、变压器、冷水机8、红外线测温仪运行正常。钢轨接头部位支、垫将接头及附近的钢轨进行支、垫，使其保持钢轨轨道的设计线型，以防正火时钢轨发生线型变型，影响工程质量。安装感应线圈将隔热材料紧贴钢轨安装，感应软线圈缠绕在接头处隔热材料上至少一圈，保证线圈感应覆盖接头的所有部位；钢轨与线圈的距离要均勻，距离小于30mm; 用了隔热板与固定杆3将线圈固定。
接电源和冷水机8 首先将变压器、感应加热电源分别与冷水机8接通，再将正火软线圈与变频振荡电源、冷水机8接通后，然后进行设备使用前运行检查。以保证变频电源稳定、高压达到使用要求，避免影响感应频率；冷却水路通达，确保感应线圈快速降温，避免水路堵塞或不畅通，造成线圈被烧断；使变压器、电源设备及时降温，以免烧坏设备。感应加热以上工作准备好后，对钢轨焊接接头中高频感应加热，频率由低到高， 当加热过程中频率变低时再加大频率，以保证钢轨温度继续上升，达到正火温度800°C 950°C，一般感应加热6 Smin。频率不能先高后低，以防电源设备损坏。温度测量分别在轨头9、轨底11、轨腰10三个点用红外探头测量钢轨表面的温度，当被加热的钢轨温度达到800°C 950°C时，通过自动控制开关断掉感应加热电源。拆除线圈电源断掉后，拆除感应线圈，移到下一个作业点。冷却通过风冷冷却正火完成后的钢轨焊接接点部位。打磨、整理钢轨接头冷却后，打磨、整理接头部位。实施例2 焊接接头正火(配备风冷)。采用ZH-2/160KW型固定式感应正火设备对接头进行正火。当焊接接头温度低于500°C时，固定式感应正火设备对接头进行正火对钢轨焊缝加热到9000C (士 10°C )。加热到规定温度后，用0. 13-0. 15Mpa无油压力空气冷却2分钟。 使焊缝机械性能提高。轨温控制采用⑶光电测温仪G00°C-90(rC)实测。通过正火，细化晶粒；通过快速冷却，提高接头的硬度等力学性能指标。实施例3 焊接接头正火(自然冷却)。采用氧-乙炔火焰正火设备对接头进行正火。 当焊接接头温度低于500°C时，采用氧-乙炔混合气燃烧加热装置对钢轨焊缝加热到 9000C (士 10°C)。加热到规定温度后，自然冷却，使焊缝机械性能提高。轨温控制采用⑶ 光电测温仪-900°C )实测。通过正火，细化晶粒；通过快速冷却，提高接头的硬度等力学性能指标。。实施例4 焊接接头正火(自然冷却)。移动式感应正火设备对接头进行正火。当焊接接头温度低于50(TC时，安装移动式感应正火线圈对接头进行正火加热，钢轨焊缝加热到 9000C (士 10°C)。加热到规定温度后，自然冷却，使焊缝机械性能提高。轨温控制采用红外测温仪-9000C )实测。通过正火，细化晶粒；通过快速冷却，提高接头的硬度等力学性能指标。
权利要求
1.一种便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置，包括变压器、冷水机(8)、加热线圈、石棉(5)、固定板O)、固定杆(3)，其特征在于待加热钢轨(6)焊接接头外部设有石棉(5)，石棉( 外部设有加热线圈G)，所述变压器(7a)逆变输出端通过导线连接加热线圈G)，所述的变压器(7b)逆变输出端通过导线连接变压器(7a)逆变输入端，所述的变压器(7b)连接电源装置，所述的冷水机(8)冷冻水出口端通过水管连接变压器(7a)和变压器(7b)进水口端，变压器(7a)和变压器(7b)出水口端通过水管连接冷水机(8)冷冻水进口端，所述的冷水机( 排水口端通过水管连接加热线圈(4)进水端，加热线圈(4)排水端通过水管连接冷水机(8)感应线圈进水专用端。
2.如权利要求1所述的一种便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置，其特征在于所述的待加热钢轨(6)焊接接头轨底(11)两侧、轨腰(10)两侧、轨头(9)两侧及钢轨 (6)顶部分别设有固定杆(3)，固定杆C3)左右两端设有固定板O)的框架结构。
3.如权利要求1所述的便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置，其特征在于所述的正火加热装置还包括遥控式测温仪(1)，所述的待加热钢轨(6)顶部、轨头(9) 一侧及轨底(11) 一侧上部分别设有测温点A、B、C。
4.如权利要求1所述的便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置，其特征在于所述的冷水机(8)上还设有补水口和溢水口。
5.如权利要求1所述的便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置，其特征在于所述的变压器(7a)和变压器(7b)分别设有地线接口。
6.便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火方法，其特征在于所述的方法如下a.将正火加热装置置于钢轨(6)焊接接头处；b.运行检查检查电源、变压器、冷水机(8)、红外线测温仪运行正常；c.钢轨(6)接头部位支、垫将接头及附近的钢轨(6)进行支、垫，使其保持钢轨(6)轨道的设计线型，以防正火时钢轨(6)发生线型变型；d.安装加热线圈将隔热材料紧贴钢轨(6)安装，加热线圈(4)缠绕在接头处隔热材料上至少一圈，保证加热线圈(4)覆盖接头的所有部位；钢轨(6)与线圈的距离要均勻， 距离小于30mm，用了固定板O)与固定杆(3)将线圈固定；e.接电源和冷水机(8):首先将变压器、感应加热电源分别与冷水机8接通，再将正火软线圈与变频振荡电源、冷水机8接通后，然后进行设备使用前运行检查，以保证变频电源稳定、高压达到使用要求，避免影响感应频率；冷却水路通达，确保感应线圈快速降温，避免水路堵塞或不畅通，造成线圈被烧断；使变压器、电源设备及时降温，以免烧坏设备。f.感应加热以上工作准备好后，对钢轨(6)焊接接头中高频感应加热，频率由低到高，当加热过程中频率变低时再加大频率，以保证钢轨(6)温度继续上升，达到正火温度 800 950 °C，感应加热 6 8min。g.温度测量分别在轨头(9)、轨底(11)、轨腰(10)三个点用红外探头测量钢轨(6)表面的温度，当被加热的钢轨(6)温度达到800°C 950°C时，通过自动控制开关断掉感应加热电源；h.拆除线圈电源断掉后，拆除感应线圈，移到下一个作业点；i.冷却通过风冷冷却正火完成后的钢轨(6)焊接接点部位；j.打磨、整理钢轨接头冷却后，打磨、整理接头部位。
7.如权利要求6所述的一种便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火方法，其特征在于所述的隔热材料为石棉(5)。
全文摘要
本发明涉及轨道点焊正火加热施工技术领域，具体是一种便携式钢轨焊接接头中高频电感应加热正火装置和方法，在轨道需处理的工件外围布置线圈，在线圈内通以中高频电流，利用线圈的电磁感应原理，使得线圈范围内工件的金属原子紊流运动，这种运动使得原子之间相互摩擦而产生热，从而使工件温度升高，当达到正火规定温度要求后断电，工件在该温度下组织晶粒细化，达到改善内部组织的效果，而达到提高组织内部质量的目的，本发明接头由内而外温升均匀、时间短，热影响区域可控；设备小巧、操作灵活；结构简单、拆卸方便；不受工件的轨型、长度和施工环境的限制；安全、健康、无污染。
文档编号E01B31/18GK102505589SQ201110340830
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者刘国利, 张爱萍, 张瑞兴, 毕云泉, 程向锋, 范喜德, 赵文君 申请人:中铁上海工程局有限公司