具有非均匀纵向温度分布的轨头的电感应加热制造技术

本发明专利技术提供了在轨头具有非均匀纵向温度分布时使纵向定向的工件如轨头的球形端的纵向温度分布大致均匀的装置和方法。冠部和裙边电感应器的组合用于实现大致均匀的温度分布，其按轨头的非均匀加热区域的需要调节由流过冠部和裙边感应器组合中的一个或多个感应器的电流产生的磁场强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在轨头初始具有非均匀纵向温度分布的情况下，通过 电感应加热沿铁轨的长度实现大致均匀的轨头温度。
技术介绍
在构建铁轨中使用的铁轨需要热处理以在正常使用时经受住冶 金学损坏。图l (a)和图l (b)示出了典型的平底铁轨90，其包括 轨头90a、轨腰90b和轨底90c。热处理或冶金学硬化有时集中在轨 头上，因为轨头是与机车车辆的轮子接触的区域，而轨腰连接轨头和 轨底以将支承负载分配给枕木及铁轨下面的底座。图1 (c)示出了 用于描述轨头的近似区域的典型术语。冠部或作用表面是与轮缘接触 的区域，而轮子的凸缘通常与轨头的一侧表面接触。下颌区形成连接 轨头和轨腰90b的轨头区域。现代铁路设计需要相对长长度的连续铁 轨，如超过20米长的铁轨。铁轨可在热轧厂制造，其通过锻造产生 铁轨的热长度。铁轨的热处理可在离开热轧厂时立即完成，其通过使 用例如液体介质如空气和/或水对铁轨进行适当的除鳞和淬火实现。 当轨头的截面温度曲线沿轨头的整个纵向长度Lr大致一样时必须进 行良好的轨头热处理。 一种方法是在铁轨从热轧厂出来时将铁轨的整 个长度(即轨头、轨腰和轨底)加热到相同的截面温度。然而，这样 的方法浪费能源，因为对于有效的轨头热处理，并不要求轨腰和轨底 截面温度一致性。本专利技术的目的之一在于提供在铁轨从热轧厂出来之后但在铁轨 经历淬火处理之前通过电感应加热使整个长度的铁轨的轨头截面温 度大致一样的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术提供了在铁轨长度的截面温度不均匀时使整个长度的铁 轨的轨头截面温度大致一样的装置和方法。感应器组合用于感应加热 轨头的各个部分并沿铁轨的整个长度实现大致一致的截面温度。通过 调节通过流过感应器组合中的一个或多个感应器的电流产生的磁场 强度，可影响沿铁轨纵向长度的轨头区域内的温度以实现大致一致的 截面温度。另一方面，本专利技术为轨头电感应加热装置，其包括至少一冠部感 应器和至少一裙边感应器。冠部感应器具有中央纵向部分及右侧和左 侧纵向部分。所述右侧和左侧纵向部分中的每一部分的长度比所述中 央纵向部分的长度短，所述右侧和左侧纵向部分位于中央纵向部分的 两侧。所述中央纵向部分及所述右侧和左侧纵向部分按不同的结构互 相连接以形成冠部感应器。裙边感应器包括方向相对的右侧和左侧裙 边感应器部分。右侧和左侧裙边感应器部分按不同的结构互相连接以 形成裙边感应器。另一方面，本专利技术为电感应加热纵向定向的工件的球形端部的方 法，所述球形端部如轨头，其中至少工件的所述球形端部导电。在本 专利技术的一电感应加热方法中，使工件通过至少一冠部感应器和至少一 裙边感应器，所述球形端部定向在所述冠部感应器的下面及所述裙边 感应器之间。所述冠部感应器包括中央纵向部分及右侧和左侧纵向部 分，所述球形端部的顶部在所述这些中心部分的下方通过，所述球形 端部的侧面在所述右侧和左侧纵向部分内通过。所述裙边感应器包括 方向相对的右侧和左侧裙边感应器部分，所述球形端部的侧面邻近地 通过所述右侧和左侧裙边感应器部分。向所述冠部感应器和所述裙边 感应器施加交流功率以在至少一冠部和裙边感应器周围产生磁场，使得磁通量与导电球形端部耦合从而通过涡流进行感应加热。在本专利技术 的另一电感应加热方法中，工件可保持静止不动，而冠部和裙边感应 器在所述工件的球形端部侧面的上方和周围移动。在本专利技术的另一电 感应加热方法中，可使用工件和冠部或裙边感应器的组合移动。本专利技术的上述及其它方面在本说明书及所附权利要求中提出。附图说明如下简要说明的附图用于示例性地理解本专利技术，而非向本专利技术限 制为本说明书进一步提出的内容图1 (a)和图1 (b)分别为典型铁轨的一个例子的立体图和截 面图。图l (C)为典型铁轨的轨头部分的各个区域的典型命名。图2为铁轨热处理过程的一个例子的简化图解布局，其中使用了本专利技术的感应加热处理。图3为在从热轧厂出来之后制造过程期间沿铁轨的纵向长度的温度梯度的典型图示。图4 (a)和图4 (b)分别示出了在本专利技术的感应加热处理过程 中使用的冠部感应器的一个例子的立体图和俯视平面图。图4 (c)和图4 (d)分别为图4 (a)中所示冠部感应器沿线A-A 和B-B的截面图。图4 (e)为在本专利技术的感应加热处理过程中使用的冠部感应器 的另一例子的俯视平面图。图5 (a)和图5 (b)分别为在本专利技术的感应加热处理过程中使用的裙边感应器的一个例子的立体图和俯视平面图。图5 (c)为图5 (a)中所示裙边感应器沿线C-C的截面图。 图5 (d)为在本专利技术的感应加热处理过程中使用的裙边感应器的另一例子的俯视平面图。图6为感应加热站的一个例子的简化图解布局，其中使用了本专利技术的感应加热处理过程。图7 (a)、图7 (b)和图7 (c)分别为与本专利技术的感应加热处 理过程的一个例子一起使用的感应器传送装置的简化侧视、后视和俯 视图。图8为从感应加热站处理之后的铁轨的截面等温线的一个非限 制性例子，所述感应加热站中使用了本专利技术的感应加热处理过程。具体实施例方式图2示出了铁轨制造过程的一个非限制性例子，其中使用了本发 明的感应加热处理过程。在热轧厂80形成的热铁轨90从热轧厂出来 并移到除鳞站82，铁轨的前(头)端90'之后是后(尾)端90〃。热 铁轨在冷却/平移站84中的台上移动(平移)，同时在其表面上形成 受控氧化铁皮。由于铁轨的前端90'先离开热轧厂且铁轨的长度可观， 随着铁轨前进通过除鳞及冷却/平移站，在前端处的轨头截面温度低 于后端处的轨头截面温度。这在图3中图示，其中曲线d表示铁轨 90已到达图2中的位置P0SJ寸图1 (b)中的典型点p,沿铁轨长度L 的温度。如图3中所示，该点Pi的温度在铁轨的后端和前端之间相差 大约35°C。曲线C2表示在位置POSi处图1 (b)的轨头的典型点p2 沿铁轨长度L的温度，在铁轨后端和前端之间的温差大约为25°C。 这些曲线和温度是普遍的并说明下述事实对于相当热的铁轨，更靠 近轨头表面的轨头区域将比更深的轨头内部区域更快速地向周围环 境辐射热量。在本专利技术的该非限制性例子中，由于物理布局，铁轨90移到感 应加热站86，其后端90"先于前端90'移到感应加热站。感应加热站 包括感应器组合，当沿其整个长度具有非均匀温度的铁轨进入感应加 热站时，所述感应加热站用于将轨头截面沿整个长度感应加热到均匀 温度，如下面进一步所述。在附图中，仅仅为了简便，正交空间由X、 Y和Z轴定义，如附 图中简图所示，其并不意于限制本专利技术。图4 (a)到图4 (d)示出了在本专利技术的感应加热处理过程中使 用的冠部感应器的一个非限制性例子。冠部感应器的中央部分12a置 于轨头冠部的纵向长度L上方。通常，如果轨头截面对称，则中央部 分12a居中置于铁轨冠部上方。由流过中央部分12a的交流电流(ac) 建立的磁通量通常与冠部的顶部中央区耦合以感应加热该区域。冠部 感应器的右侧部分12b置于所述中央区的右边(相当于在感应器下面 移动的铁轨的方向(+X))，其接触面12b'与冠部表平面91成角a,。 类似地，冠部感应器的左侧部分12c置于所述中央部分的左边，在本 专利技术的该非限制性例子中，其接触面12c'与冠部表平面91成角。由 流过冠部感应器的右侧和左侧部分的ac电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
轨头电感应加热装置，包括：　冠部感应器，其具有中央纵向部分、右侧纵向部分和左侧纵向部分；所述右侧和左侧纵向部分中的每一部分的长度比所述中央纵向部分的长度短，所述右侧和左侧纵向部分位于中央纵向部分的两侧；　裙边感应器，其包括方向相对的右侧和左侧裙边感应器部分；及　连到所述冠部感应器和裙边感应器的至少一交流电源。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P狄克森，PF斯科特，
申请(专利权)人：应达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]