钢轨焊接顶锻变形控制技术研究
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摘要
钢轨焊接是无缝线路建设工程中的关键环节。随着高速重载铁路的快速发展，对钢轨材料的强度、耐磨性等提出了更高要求。由于钢轨强度级别提高，截面越来越大，材料的可焊性越来越差。控制焊接过程与工艺参数，实现最佳焊接温度场和顶锻变形，使焊头金属获得优异性能，对于保证线路工程质量，减少或消除列车运行安全隐患具有重要意义。
本文利用有限元分析软件ANSYS，对钢轨气压焊温度场进行了模拟计算；借助Gleeble-2000热模拟试验机对钢轨焊接挤压变形过程进行了模拟实验。在此基础上，开发专用焊接工艺参数采集系统，检测数字化钢轨气压焊机焊接过程工艺参数，研究了压力控制方式对钢轨焊接质量的影响，提出了钢轨焊接适用的恒位移控制与变速顶锻控制的质量控制新技术和新方法。
结果表明：本文建立的三维温度场模型，能够反映钢轨气压焊温度场动态变化规律，可用于加热器火孔定量调整与优化，以及焊接工艺参数选择；钢轨气压焊顶锻量的计算应含钢轨在加热阶段产生的轴向变化量，当顶锻量为35mm～40mm时，接头质量优异；在原有焊轨装备的控制系统中，采用恒位移控制和变速顶锻工艺的柔性控制新技术，可减少或消除焊接缺陷。
The technology of rail welding plays an important role in the engineering of laying continuous welded railway (CWR). With the rapid development of high-speed and heavy-loading track, the material of rails should have better ultimate tensile strength and wear resistance. The weldability of rails becomes poorer for the higher ultimate tensile strength and larger rail size. Optimal welding temperature field and upsetting deformation can be implemented by controlling welding process and welding parameters, and high quality welding joints of rails can be gotten, which is significant to ensure the quality of track engineering and reduce or eliminate the hidden troubles of traffic safety.
In this paper, the temperature field for gas pressure welding of rails is simulated using the ANSYS finite element program; tests of the upsetting deformation process for rail welding are done on the Gleeble-2000 simulation machine. Based on the above, welding parameters are detected by developing a special data acquisition system for the digital rail gas pressure welding machine. The influences on welding quality of rails resulting from the control mode of upsetting pressure is studied and a new control technique of rail welding quality by realizing the control of constant upsetting length and transformation upsetting speed is put forward.
The results show that the three-dimensional (3-D) finite element temperature field model in this paper can describe the dynamic temperature distribution of gas pressure welding of rails, which is useful for optimizing the size of welding-flame nozzle and selecting appropriate welding parameters; the calculating of upsetting length should include the length change during the heating stage, and the welded joints are excellent if the value of upsetting length is controlled between 35mm and 40mm; the rail welding defects will be reduced or eliminated when the new control technique of constant upsetting length and transformation upsetting speed is adopted on the control system of the exiting rail welding set.
本文利用有限元分析软件ANSYS，对钢轨气压焊温度场进行了模拟计算；借助Gleeble-2000热模拟试验机对钢轨焊接挤压变形过程进行了模拟实验。在此基础上，开发专用焊接工艺参数采集系统，检测数字化钢轨气压焊机焊接过程工艺参数，研究了压力控制方式对钢轨焊接质量的影响，提出了钢轨焊接适用的恒位移控制与变速顶锻控制的质量控制新技术和新方法。
结果表明：本文建立的三维温度场模型，能够反映钢轨气压焊温度场动态变化规律，可用于加热器火孔定量调整与优化，以及焊接工艺参数选择；钢轨气压焊顶锻量的计算应含钢轨在加热阶段产生的轴向变化量，当顶锻量为35mm～40mm时，接头质量优异；在原有焊轨装备的控制系统中，采用恒位移控制和变速顶锻工艺的柔性控制新技术，可减少或消除焊接缺陷。
The technology of rail welding plays an important role in the engineering of laying continuous welded railway (CWR). With the rapid development of high-speed and heavy-loading track, the material of rails should have better ultimate tensile strength and wear resistance. The weldability of rails becomes poorer for the higher ultimate tensile strength and larger rail size. Optimal welding temperature field and upsetting deformation can be implemented by controlling welding process and welding parameters, and high quality welding joints of rails can be gotten, which is significant to ensure the quality of track engineering and reduce or eliminate the hidden troubles of traffic safety.
In this paper, the temperature field for gas pressure welding of rails is simulated using the ANSYS finite element program; tests of the upsetting deformation process for rail welding are done on the Gleeble-2000 simulation machine. Based on the above, welding parameters are detected by developing a special data acquisition system for the digital rail gas pressure welding machine. The influences on welding quality of rails resulting from the control mode of upsetting pressure is studied and a new control technique of rail welding quality by realizing the control of constant upsetting length and transformation upsetting speed is put forward.
The results show that the three-dimensional (3-D) finite element temperature field model in this paper can describe the dynamic temperature distribution of gas pressure welding of rails, which is useful for optimizing the size of welding-flame nozzle and selecting appropriate welding parameters; the calculating of upsetting length should include the length change during the heating stage, and the welded joints are excellent if the value of upsetting length is controlled between 35mm and 40mm; the rail welding defects will be reduced or eliminated when the new control technique of constant upsetting length and transformation upsetting speed is adopted on the control system of the exiting rail welding set.
引文
[1] 广钟岩，高慧安．铁路无缝线路．第三版．北京：中国铁道出版社，2001
[2] 张末，张步云．铁路跨区间无缝线路．北京：中国铁道出版社，2000
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