[发明专利]用于轨焊接部的处理的方法和设备

说明书

背景技术

目前，随着轨磨损和滚动接触疲劳(RCF)性能的改善，电弧对接和铝热类型的轨焊接部已经变成现代铁道使用的连续地焊接的轨的所需维护的源。轨焊接部是当将两个母轨焊接在一起时形成的接头。轨焊接部的生产导致熔合线，该熔合线是相对的轨熔合或连结在一起的部位。轨焊接部的生产也导致焊接热影响区域(HAZ)，该焊接热影响区域形成在熔合线的任一侧上，并且该焊接热影响区域的微结构不同于母轨中见到的珠光体微结构。焊接部HAZ的非珠光体微结构由退化珠光体或球化微结构组成，该退化珠光体或球化微结构具有与母轨的机械性质固有地不同的机械性质。从North Platte,NE附近的联合太平洋铁路上的轨道中获取的轨的指示的焊接缺陷的最初评估证实，如图1中所示的焊接部HAZ和由焊接部HAZ的存在引起的微结构和机械性质的不同质性是在轨焊接部中和轨焊接部周围形成缺陷的因素。

参考图1，描绘出形成在两个轨之间的焊接部金属或轨焊接部的轮廓的单道焊接的横截面与包围轨焊接部的焊接部HAZ一起被示出。因为根据离开轨焊接部的距离出现的变化的热条件，焊接部HAZ可以由多达四个不同区域组成：1)粗粒化HAZ；2)细粒化HAZ；3)临界区HAZ；和4)亚临界HAZ。焊接部HAZ内的这些区域的每一个具有使得每一个区域独一无二的微结构和相关的机械和物理性质。

在粗粒化HAZ区域中，其形成期间达到的峰值温度从近似2000变动到2700°F(1090-1480℃)。以冶金术语描述这个温度范围的另一方式是它从远远高于上临界相变温度延伸到低于轨的固相线温度。存在出现在粗粒化HAZ区域中的两个主要冶金条件：1)对于大部分，微结构是奥氏体；和2)由于产生的奥氏体远远高于上临界相变温度，因此晶粒生长可能且经常将发生。晶粒生长的量将取决于峰值温度和处于那个温度的时间，即，峰值温度越高且处于那个温度的时间越长，奥氏体晶粒将生长越大。

两个重要的冶金学结果导致粗粒化HAZ区域：1)由于产生奥氏体，在冷却时相变到马氏体的可能性存在，其中马氏体由于其缺乏延展性、韧性、并且容易冷裂而不是希望的相变产物；和2)在奥氏体晶粒尺寸生长时，作为结果的室温微结构将类似地受影响，低温缺口(Charpy)韧性显著地改变，即，晶粒尺寸越大，缺口韧性越低。

焊接部HAZ中形成的球化微结构由铁素体的基体中的渗碳体的球组成，该铁素体的基体的硬度达到比母轨中并且尤其是已经热处理的优质轨中小150布氏点。形成的球化微结构在焊接部HAZ中产生弱化的机械性质，这由当形成轨焊接部时使用的加热和冷却方式引起。将希望发现一种轨焊接部处理，该轨焊接部处理可以减小或消除轨焊接部中和轨焊接部周围的焊接部HAZ中形成的不希望的微结构。

发明内容

在一个方面中，提供一种轨焊接部处理装置，该轨焊接部处理装置用来改善轨焊接部的、以及包围轨焊接部的轨的受影响区域中和受影响区域周围的作为结果的微结构。该装置包括但不限于用来接合轨的轨头的固定装置夹紧和定心组件，和要布置在轨头上的、与固定装置夹紧和定心组件连接的加热和冷却装置。所述固定装置夹紧和定心组件包括接合构件，所述接合构件以可移除的方式接合所述轨头。所述加热和冷却装置包括加热构件和冷却构件，所述加热构件用来加热所述轨焊接部的受影响区域，所述冷却构件用来冷却所述受影响区域。

在一个方面中，提供一种用来处理形成在第一轨和第二轨之间的轨焊接部的方法。该方法包括但不限于，在形成所述轨焊接部之后将所述轨焊接部的一部分从最初温度加热到高于所述最初温度的中间温度，和将所述轨焊接部从所述中间温度冷却到最终温度以便在所述轨焊接部内形成作为结果的珠光体结构。所述中间温度足够高以使所述轨焊接部内的材料的一些相变到奥氏体。

在一个方面中，提供一种用来处理轨焊接部的、以及包围该轨焊接部的第一轨和第二轨的受影响区域的方法。该方法包括但不限于，将轨焊接部处理装置施加在所述轨焊接部的外表面周围，使用所述焊接部处理装置将所述轨焊接部的一部分从最初温度加热到高于所述最初温度的中间温度，使用所述焊接部处理装置将所述轨焊接部从所述中间温度冷却到最终温度，和在所述轨焊接部内形成作为结果的珠光体结构。所述中间温度足够高以使所述受影响区域内的钢的一些相变到奥氏体。

本发明的范围由所附权利要求单独地限定并且不受这个总结内的陈述影响。

附图说明

可以参考以下附图和描述更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，替代地着重示出本发明的原理。