钢轨数控气压焊接质量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种钢轨数控气压焊接质量控制方法，它对待焊钢轨用焊接热／力模拟试验技术获得温度－形变抗力－形变量的关系，得出最佳的三段焊接过程的各种参数，并预置在数字控制器中；由数字控制器根据预置参数，对具有自动控制功能的加热器摆动装置、气体质量流量控制单元、数控式泵站上的油压调节装置进行控制，实现对整个焊接过程的闭环控制，即对整个钢轨气压焊过程的焊接温度场和挤压顶锻变形进行自动闭环控制。焊接过程无须人工观察、凭经验判断，不受人为因素影响，工艺一致性、重现性好，焊接一次成功率高，焊接质量好，稳定性高，明显减低线路焊接接头“断轨”的安全隐患；且其操作简单方便，操作技能要求低，培训时间短，劳动强度低。

Quality control method for numerical control pneumatic welding of rail

The invention discloses a method for controlling the quality of NC rail gas pressure welding, it treated welded rail by welding thermal simulation test technology to obtain the temperature / stress - deformation resistance strain relationship of various parameters that paragraph three of the best welding process, and preset in the digital controller; by digital controller according to the preset parameters, automatic control on the function of the heater has a swing device, gas mass flow control unit, numerical control pumping station on the oil pressure regulating device control, to achieve control of the welding process of the closed loop, namely to the whole process of rail gas pressure welding of welding temperature and extrusion upsetting deformation automatic closed-loop control. The welding process without manual observation and experience to judge, not affected by human factors, process consistency and reproducibility, welding a high success rate, good welding quality, high stability, lower line welding joint \safety off track\; and the operation is simple and convenient, low requirements of operation skills, training time short, low labor intensity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轨道交通无缝线路钢轨气压焊的焊接质量控制方法。
技术介绍
钢轨气压焊是我国铁路、轻轨、地铁等无缝线路建设中用于现场钢轨焊接的主要方法。焊接温度场和挤压顶锻变形是决定气压焊接头质量的关键环节，在控制好加热器的气流大小和配比、摆动频率和幅度、加热时间的同时，还需要焊接顶锻压力的配合，才能保证在加热区获得所需要的温度场和良好的形变交互结晶与再结晶，达到优质焊接的效果。为防止现场焊时道床阻力与坡道重力对焊头的损伤，焊后除瘤和正火热处理必须采用保压推凸、保压正火的施工方式。目前，移动式钢轨小型气压焊设备的焊接过程全部采用人工操作控制，存在如下问题(1)焊接过程的协调配合由焊接工班长统一指挥，“三段焊接压力”的恒值控制和切换由焊接工班长看火，命令油泵操作工操作手动控制，工班长与油泵操作工的协调配合较困难，切换时间不易同步准确控制，压力控制误差大，精度低，并时有误判发生，影响焊接接头质量。(2)顶锻量控制全靠焊接工班长肉眼进行观察，因而焊接接头顶锻量时大时小，一致性差，影响焊接接头质量。(3)焊接过程的参数氧气和乙炔流量、焊接过程顶锻缸的压力采用人工记录，记录参数少(每一个焊接接头只有一组参数)，而且受人为因素的影响，焊接接头质量无法追溯。(4)焊头焊后无法可靠实施保压推凸操作，因而存在严重的拉裂安全隐患。总之，采用钢轨气压焊法现场施工作业时，人工操作控制焊接过程，根本无法实时检测预压阶段时的位移量、低压阶段的位移量、顶锻阶段的顶锻量，无法按焊接温度与形变抗力和形变量的关系间接确定焊接温度，实施挤压顶锻变形和顶锻速度、保压时间、保压推凸和保压正火的最优控制，因此，焊接接头质量无法得到可靠保证。
技术实现思路
本专利技术的木的就是提供一种，该方法克服现有技术的不足，能对钢轨气压焊温度场和挤压顶锻变形进行自动闭环控制，焊接过程不受人为因素影响，工艺一致性、重现性好，焊接一次成功率高，焊接质量稳定，可大大降低线路焊接接头“断轨”的安全隐患，并可缩短操作人员培训周期。本专利技术解决其技术问题，所采用的技术方案为一种，其步骤是a步、设置参数采用焊接热/力模拟试验技术，获得待焊钢轨的温度--形变抗力--形变量的关系，再根据焊接要求得出相应的预压阶段钢轨的预压压力、低压阶段钢轨的低压压力、顶锻阶段钢轨的顶锻压力、顶锻量氧气流量及乙炔流量和预压加热时间、低压加热时间、顶锻时间、保压时间参数，并预置在数字控制器中。b步、焊接加热过程控制由数字控制器输出加热过程的控制信号控制具有自动控制功能的加热器摆动装置，使加热器摆动幅值和频率恒定，同时数字控制器根据a步预置的氧气流量及乙炔流量信号，预压压力、低压压力，分别输出相应的控制信号控制数字控制器中的气体质量流量控制单元，实现加热器中气体的接通、调节、关断、清洗动作；控制数控式泵站上的油压调节装置以调节并保持钢轨的压力；数字控制器在a步预置的预压加热时间和低压加热时间到达后，进入焊接顶锻过程；c步、焊接顶锻过程控制数字控制器根据a步预置的顶锻压力、顶锻量参数，输出顶锻控制信号控制数控式泵站上的油压调节装置以调节顶锻时钢轨的压力和顶锻油缸的位置，数字控制器在a步预置的顶锻时间到达后进入保压推凸过程；d步、保压推凸过程控制数字控制器输出保压推凸控制信号，控制数控式泵站上的油压调节装置实现保压推凸动作，在a步预置的保压时间到达后结束整个焊接过程。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是 它事先对待焊钢轨采用焊接热/力模拟试验技术获得温度--形变抗力--形变量的关系，得出最佳的三段焊接过程的各种参数，并预置在数字控制器中；由数字控制器根据预置参数，统一对具有自动控制功能的加热器摆动装置、气体质量流量控制单元、数控式泵站上的油压调节装置进行控制，实现对整个焊接过程的闭环控制，即对整个钢轨气压焊过程的焊接温度场和挤压顶锻变形进行自动闭环控制。本专利技术由于焊接过程自动控制，无须人工观察、凭经验判断，使焊接过程不受人为因素影响，工艺一致性、重现性好，焊接一次成功率高，焊接质量好，稳定性高，明显减低线路焊接接头“断轨”的安全隐患，并且焊接过程操作简单方便，对操作人员的技能要求低，培训时间短，劳动强度低。上述的一种中的a步和b步还可是a步、设置参数将预置的预压加热时间和低压加热时间分别改为表征预压阶段加热、变形效果的预压位移量和表征低压阶段焊接加热、变形效果的低压位移量；b步、焊接加热过程控制预压阶段由数字控制器将a步预置的预压位移量、预压压力、氧气流量及乙炔流量作为阈值，相应与数字控制器实时读取的焊机上的位移传感器的实时位移量信号、数控式泵站上的压力传感器的实时压力信号，数字控制器上的质量流量控制单元的实时氧气流量及乙炔流量信号进行比较，根据比较结果，输出相应的闭环控制信号控制气体质量流量控制单元，实现加热器中气体流量的恒值控制；控制数控式数控式泵站上的油压调节装置以调节钢轨压力进行恒值控制，当焊机动端位移量信号等于、大于预压位移量信号时，进入低压阶段；低压阶段由数字控制器将a步预置的低压位移量信号、低压压力、氧气流量及乙炔流量作为阈值，相应与数字控制器实时读取的焊机上的位移传感器的实时位移量信号、数控式泵站上的压力传感器的实时压力信号，质量流量控制单元的实时氧气流量及乙炔流量信号进行比较，根据比较结果，输出相应的闭环控制信号控制气体质量流量控制单元，实现加热器中气体流量的恒值控制；控制数控式泵站上的油压调节装置以调节钢轨压力进行恒值控制，当实时位移量信号大于等于低压位移量信号时，进入顶锻过程。这样可以最大限度地减少气温、轨温、风力等外界环境因素对焊接加热效果的影响，进一步保证了焊接加热阶段的焊接加热效果最佳，焊接质量更加稳定、可靠。上述的c步的焊接顶锻过程控制还可是由数字控制器将a步预置的顶锻压力、顶锻量与数字控制器实时读取的焊机上的位移传感器的实时位移量信号及数控式泵站上的压力传感器的实时压力信号进行比较，根据比较结果，输出相应的闭环控制信号控制数控式泵站上的油压调节装置，增加顶锻压力；当实时压力信号与预置的顶锻压力相等或者实时位移量信号与顶锻量相等时，顶锻过程结束进入保压推凸过程。这样可以确保实时的顶锻压力、顶锻量与预置的最佳顶锻压力、顶锻量保持一致，确保焊口金属能在顶锻力的作用下，将过热、过烧金属充分排挤到焊瘤处，或促进热态焊缝金属在强大的变形过程中进行充分的形变动态再结晶，进一步保证焊口金属组织致密，晶粒细小，焊得牢固，不过烧，不过热，不出光斑等缺陷。上述的b步的焊接加热过程控制中数字控制器还将其实时读取的实时压力、实时位移量、实时气体流量信号通过一采集卡的USB接口送入计算机，由计算机对实时信号进行显示，统计计算，给出日、月报表，自动进行焊接接头质量的评判。上述的c步的焊接顶锻过程控制中数字控制器还将其实时读取的实时压力、实时位移量信号通过一采集卡的USB接口送入计算机，由计算机对实时信号进行显示，统计计算，给出日、月报表，自动进行焊接接头质量的评判。这样，方便现场焊接施工质量监测，能够在线进行质量诊断，及时对异常接头进行处理分析，施工工况、工艺过程实况都可追溯，若发生“断轨”事故，可提供重要的施工数据进行分析、评判，可靠保证现场的钢轨焊接优质、高效。本专利技术的方法经现场试用证明，其焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢轨数控气压焊接质量控制方法；其步骤是：ａ步、设置参数：对待焊钢轨采用焊接热／力模拟试验技术获得温度－－形变抗力－－形变量的关系，再根据焊接要求得出相应的预压阶段钢轨的预压压力（Ｐ↓［１］）、低压阶段钢轨的低压压力（Ｐ↓［２］） 、顶锻阶段钢轨的顶锻压力（Ｐ↓［３］）、顶锻量（Ｓ↓［３］）、氧气流量（Ｌ↓［１］）及乙炔流量（Ｌ↓［２］）和预压加热时间（τ↓［１］）、低压加热时间（τ↓［２］）、顶锻时间（τ↓［３］）、保压时间（τ↓［４］）参数，并预置在数字控制器（９）中；ｂ步、焊接加热过程控制：由数字控制器（９）输出加热过程的控制信号控制具有自动控制功能的加热器摆动装置（７），使加热器（６）摆动幅值和频率恒定，同时数字控制器（９）根据ａ步预置的氧气流量（Ｌ↓［１］）及乙炔流量（Ｌ↓［２］）信号 ，预压压力（Ｐ↓［１］）、低压压力（Ｐ↓［２］），分别输出相应的控制信号：控制数字控制器（９）中的气体质量流量控制单元，实现加热器（６）中气体的接通、调节、关断、清洗动作；控制数控式泵站（８）上的油压调节装置，以调节并保持钢轨的压力；数字控制器（９）在ａ步预置的预压加热时间（τ↓［１］）和低压加热时间（τ↓［２］）到达后，进入焊接顶锻过程；ｃ步、焊接顶锻过程控制：数字控制器（９）根据ａ步预置的顶锻压力（Ｐ↓［３］）、顶锻量（Ｓ↓［３］）参数，输出顶锻控制信号：控制数控 式泵站（８）上的油压调节装置，以调节顶锻时钢轨的压力和顶锻油缸（５）的位置，数字控制器（９）在ａ步预置的顶锻时间（τ↓［３］）到达后进入保压推凸过程；ｄ步、保压推凸过程控制：数字控制器（９）输出保压推凸控制信号，控制数控式泵站（８） 上的油压调节装置，实现保压推凸动作，在ａ步预置的保压时间（τ↓［４］）到达后结束整个焊接过程。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴虹，吕其兵，谭克利，骆德阳，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]