一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头，包括轨头焊缝冲击头和轨腰、轨底焊缝冲击头。本实用新型专利技术的目的是提供一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头，降低贝氏体钢轨焊缝残余应力、提高疲劳性能、表面硬度。表面硬度。表面硬度。

【技术实现步骤摘要】
一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头


[0001]本技术涉及运动器材领域，尤其涉及一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头。

技术介绍

[0002]闪光焊接作为钢轨重要连接方式之一,被广泛应用于500米长轨条生产中。焊接过程是一个快速加热和冷却的非平衡过程,使得焊接结构件中存在着焊接残余应力,尤其会在焊缝表面产生较大的拉应力，如果不采取技术手段消除或者降低这部分残余应力，在焊缝服役时容易产生表面裂纹甚至发生断裂，严重影响着构件的使用性能，降低构件的耐腐蚀性能和疲劳寿命。
[0003]贝氏体钢轨属于高合金高强钢，焊接难度大，目前，贝氏体钢轨焊缝采用的是正火+空冷和正火+回火两种处理方法。贝氏体钢轨正火加热然后空冷至室温，钢轨闪光焊热影响区变形较大，贝氏体在热循环过程中材料的膨胀变化量是珠光体钢轨的4倍，膨胀变化量导致焊缝存在垂直方向的拉伸残余应力，所以贝氏体钢轨残余应力更高。焊缝垂向残余应力叠加脉动的轮轨接触应力，经过循环加载，在轨头踏面下2mm～6mm处，少量焊缝萌生水平裂纹，最终导致开裂，严重影响贝氏体钢轨焊缝疲劳性能。钢轨焊缝正火处理后，使用火焰加热的方式对焊缝重新进行回火处理，以达到消除应力的目的。使用手工回火处理只能对轨头进行处理，且加热温度、加热范围无法保证均匀一致。加热温度、保温时间、缓冷速度的控制均依赖个人操作技能的高低,且效率低、耗能高、环境污染大、安全系数差，无法保证局部消除应力处理的效果。
[0004]超声冲击处理是一种相对较新且有前途的技术，具有执行机构轻巧、使用灵活方便、效率高、噪音小、成本低、适用性强等优点。超声冲击技术是利用大功率的超声波推动冲击工具，以每秒万次以上的频率冲击金属物体表面。由于超声波的高频、高效和聚焦下的高能量，冲击针高速撞击焊趾表面，使近表面材料产生局部塑性变形，可增大焊趾处的过渡半径，改善焊趾处的几何形貌，效地改善了夹杂及气孔等缺陷，同时，有效地缓解了焊趾处的应力集中现象，焊趾表面的晶粒得到显著细化，从而提高了焊趾处的强度、硬度及耐腐蚀性能。且可以消除有害的焊接残余拉应力并引入残余压应力，残余压应力可以提高焊缝疲劳极限值、降低裂纹扩展速率，延迟裂纹起裂、扩展，从而提高焊接接头的疲劳寿命。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是提供一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头，降低贝氏体钢轨焊缝残余应力、提高疲劳性能、表面硬度。
[0006]为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：
[0007]一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头，包括轨头焊缝冲击头和轨腰、轨底焊缝冲击头；
[0008]所述轨头焊缝冲击头为仿轨头形状冲击针，包括呈U的第一冲击针，所述第一冲击
针厚度为4mm
‑
6mm，所述仿轨头形状冲击针的内圆弧尺寸按照轨头尺寸进行制作；所述仿轨头形状冲击针的冲击头端为Ф4mm～Ф8mm圆柱球型头，所述第一冲击针的长度为60mm～70mm，且所述仿轨头形状冲击针安装在主体冲击针孔后其外露部分长度为45mm～55mm，所述仿轨头形状冲击针底部为一较第一冲击针粗的方形柱段，所述仿轨头形状冲击针头部的所述圆柱球头的直径与所述第一冲击针的厚度相同；
[0009]所述轨腰、轨底焊缝冲击头为仿钢轨焊缝形状冲击针，包括呈U的第二冲击针，两个所述第二冲击针的间距15mm～19mm，所述第二冲击针的厚度为4mm～6mm,宽度为6mm～10mm，所述仿钢轨焊缝形状冲击针的头端为Ф4mm～Ф6mm圆柱球型头，所述第二冲击针的长度为40mm～50mm，且所述仿钢轨焊缝形状冲击针安装在主体冲击针孔后其外露部分长度为25mm～35mm，所述仿钢轨焊缝形状冲击针的底部为一较第二冲击针粗的方形柱段，所述仿钢轨焊缝形状冲击针头部的所述圆柱球头的直径与所述第二冲击针厚度相同。
[0010]进一步的，所述第一冲击针的内圆弧尺寸按照60kg/m、75kg/m轨头尺寸进行制作。
[0011]进一步的，所述轨头焊缝冲击头的第一冲击针的外圆弧为5mm～9mm。
[0012]与现有技术相比，本技术的有益技术效果：
[0013]用大功率能量推动冲击工具和本技术重新设计的冲击头，以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面，钢轨焊缝在高频、大能量作用下，使金属表层产生较大的压缩塑性变形，产生一定数值的压应力，使被冲击部位得以强化、硬化，可以高效的消除钢轨焊缝表面或焊缝区有害残余拉应力，引进有益压应力，从而明显的提高焊接件的耐疲劳性能、降低焊缝残余应力、提高焊缝表面硬度、细化焊缝进表面晶粒度。
附图说明
[0014]下面结合附图说明对本技术作进一步说明。
[0015]图1为钢轨焊缝示意图；
[0016]图2为轨头焊缝冲击头示意图；
[0017]图3为Hy2050冲击头连接装置；
[0018]图4为60kg/m轨头外形尺寸；
[0019]图5为75kg/m轨头外形尺寸；
[0020]图6为轨腰、轨底焊缝冲击头示意图；
[0021]图7为两个冲击头焊缝振动处理示意图；
[0022]附图标记说明：1、轨头焊缝冲击头；101
‑
第一冲击针；2、轨腰、轨底焊缝冲击头；201
‑
第二冲击针；3、焊缝。
具体实施方式
[0023]结合Hy2050毫克能焊接应力消除设备特点及作用，将其应用在贝氏体钢轨焊缝处理上，针对输出功率、输出频率、冲击针头进行优化。输出功率1000KW，输出频率38
‑
42KHZ，输出最大振幅50μm。
[0024]一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头，包括轨头焊缝冲击头1和轨腰、轨底焊缝冲击头2；
[0025]根据轨头外形特点，轨头焊缝冲击头1设计仿轨头形状冲击针，见图2，第一冲击针
101厚度为4mm
‑
6mm，第一冲击针101内圆弧尺寸按照60kg/m、75kg/m轨头尺寸进行制作，见图4、图5，外圆弧可根据需要进行制作，建议5mm～9mm。冲击头端为Ф4mm～Ф8mm圆柱球型头，材质为特殊材料经过热处理加工后得到，保证其强度和使用寿命。第一冲击针101长度为60mm～70mm，要求冲击针安装在主体冲击针孔后其外露部分长度45mm～55mm，底部为一较冲击针粗的方形柱段，第一冲击针的头部圆柱球头形与冲击针厚度相同，即球头直径等于第一冲击101针厚度。轨头焊缝冲击头1另一端与冲击枪连接(图3),连接杆可根据超声冲击设备不同而制作。
[0026]根据轨腰、轨底焊缝外形特点，轨腰、轨底焊缝冲击头2设计仿钢轨焊缝形状冲击针，见图6，第二冲击针201厚度为4mm～6mm,宽度6mm～10mm，两个冲击针间距15mm～19mm。冲击头端为Ф4mm～Ф6mm圆柱球型头。冲击针长度为40mm～50mm，要求冲击针安装在主体冲击针孔后其外露部分长度25mm～35本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声冲击提高贝氏体钢轨闪光焊缝力学性能的冲击头，其特征在于：包括轨头焊缝冲击头和轨腰、轨底焊缝冲击头；所述轨头焊缝冲击头为仿轨头形状冲击针，包括呈U的第一冲击针，所述第一冲击针厚度为4mm
‑
6mm，所述仿轨头形状冲击针的内圆弧尺寸按照轨头尺寸进行制作；所述仿轨头形状冲击针的冲击头端为Ф4mm～Ф8mm圆柱球型头，所述第一冲击针的长度为60mm～70mm，且所述仿轨头形状冲击针安装在主体冲击针孔后其外露部分长度为45mm～55mm，所述仿轨头形状冲击针底部为一较第一冲击针粗的方形柱段，所述仿轨头形状冲击针头部的所述圆柱球型头的直径与所述第一冲击针的厚度相同；所述轨腰、轨底焊缝冲击头为仿钢轨焊缝形状冲击针，包括呈U的第二冲击针，两个所述第二冲击针的间距15mm～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤明，何建中，尹亮亮，
申请(专利权)人：包头钢铁集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：