專利名稱：焊接鐵路鋼軌的方法

　　本申請是1997年2月21日提出的美國第802，935號申請的部分繼續申請。

　　本發明涉及焊接鋼軌的隔開端部、尤其是在現場用電弧焊接過程焊接兩根隔開的鐵路鋼軌的方法與系統。

　　多年來，已經過大量努力用某些類型的對焊過程來接合隔開的鐵路鋼軌。這些努力，由于所用過程的各種局限。完成焊接過程所需時間、實施焊接過程的成本和/或不能保持成功而持久的接頭等原因，基本上已證明是耗資大且不成功的。在Shrubsall的3,192,356號中所公開的埋孤焊接過程，是作為過現有氣壓與電孤對焊技術的缺陷的改進方案；在Adams的3,308,226號及Devletian的4,429,207號中，最常用的電弧焊接過程，被描繪為用電渣焊接過程，在現場填充隔開了的鐵路鋼軌間隙。這個過程涉及到用被覆蓋有適當熔渣的一槽熔融金屬，來填充鋼軌之間的間隙。為了防止大量熔融的金屬從鋼軌之間的間隙流出，就配設了側模與底部部件，以使金屬大量流伸于鋼軌下面并從真正的間隙處流伸出。現有這些專利所述的是一種可在現場使用的改進電渣焊接(ESW)技術，在這種現場不能使鋼軌翻轉過來以供通常的焊接。目前常用的在常規鋁熱劑上使用電渣焊接這種技術的優點，已有過說明。在這些公開的專利中，現有的鋼軌焊接技術，包括鋁熱劑過程，都被證明有一些顯著缺陷，已知這些缺陷會在現場引起許多故障。此處將這些專利作為參考而引用，以說明電渣焊接過程，盡管由于這種過程明顯無效且無能力在現場獲得均勻而成功的焊品，因而它作為實用過程已被廢棄了。的確，這種過程必須解決因大量熔融金屬而在現場出現的問題。

　　Karimine的5,175,405號中，公開了一種把電渣技術與氣體保護電弧焊接技術合成的技術，據說是對電渣過程的改進。該專利采用一種自動焊接過程，將氣體保護電弧焊接過程與電渣過程合用，來對焊鐵路軌道的隔開端部。正常使用的鋁熱劑焊接技術與先前曾試圖的強制成形電弧焊接技術的缺陷，被詳細討論。如所指出的，鋁熱劑技術產生的接頭有著令人不能接受的高故障率；然而，由于經濟、時間及不能獲得成功的電孤焊接過程等原因，這種鋁熱劑技術依然是在現場被選用的過程。所討論的連續電弧焊接技術的缺點，如在該專利中那樣，是不能開始電弧及進行焊接過程時需要開始與停止電弧。為了克服某些這樣的缺點，該專利討論了在鋼軌之間的間隙底部使用埋弧焊接過程，以便為了后續與連續電弧焊接而強制開始焊接過程。在此引用Karimine的5,175,405號作為參考，以便揭示鋁熱劑過程、強制成形電孤焊接技術及埋孤焊接技術的缺陷，所有這些技術都曾在現場被嘗試過，且都未獲成功。由Karimine的5,175,405號提出的解決辦法，是將氣體保護電弧焊接技術與電渣焊接過程合用，其中將氣體保護電弧焊接技術用于間隙底部，以克服先前試圖完全用電渣焊接帶來的缺點。然而，由于沒有什么技術會保證得了精確地開始與焊著在間隙底部的第一層填充材料，在現場采用在間隙底部的氣體保護電弧這一過程并不能成功。

　　在Lahnsteiner與其他人的5,605,283號中，所公開的技術，是把從橫向到縱向延伸的許多鋼軌縫隙一起焊成鐵路鋼軌。從鋼軌底部上開到鋼軌頭部的縫隙具有橫向平行及縱向疊加的關系，并使用惰性氣體保護電弧焊接過程來疊加。三層鋼軌，即軌底、軌腰部與軌頭，被各自且后續地焊接在一起，這個過程能在不同的焊接區域使用不同的填充材料。這種焊接過程需要在連續層次的焊接步驟之間有遲延。因此耗時不理想且費用昂貴。

　　作為參考被引用的這些專利，顯示現有技術的一些缺陷，這是本發明的目的，以解決曾試圖合用各種類型的電弧焊接過程而未獲成功這一問題。理所當然，公認為有缺陷的鋁熱劑過程，是為了在隔開的鋼軌之間提供熔融金屬以便在現場接合這種鋼軌而所用的費用昂貴的唯一一個過程。

　　鐵路鋼軌，必須將現場所用或組裝供使用的鋼軌端部接合起來而進行安裝與修復。接合過程在鋼軌之間產生高強度的接頭，這種接頭可進行金屬處理的調節，沒有裂縫且可在很短時間內成本節約地形成。作為此種處理的一個標準，該過程必須在少于45分鐘之內完成，否則該過程就會造成鐵路交通延誤或改線繞行。現在用兩種過程在現場接合鋼軌。第一種過程是鋁熱劑技術，該技術是用適當的沙模將隔開的鋼軌包起來，并把鋼熔化注入沙模中以填充被隔開鋼軌之間的間隙。當熔化的金屬冷凝時，鋼軌就接上了；然而，通常所用的這一過程，據報告其故障率高達75％。此外，鋼軌必須被注入鋼軌之間的間隙中的熔融金屬熔化。這種熔化需要，并非總能滿足，且助長了在現場用鋁熱劑過程所產生的接頭的故障。為了顯著減少通常所用鋁熱劑過程的缺陷，在這種過程中是將鋼澆鑄入鋼軌之間的間隙中，就可用電孤對焊過程來接合鋼軌的端部，在該過程中，鋼軌端部被特別高的力趕到一起，同時在鋼軌之間通電。這會使鋼軌端部熔化且被壓焊在一起。這個過程明顯地將故障率減少到低于10％。然而，電弧對焊過程在制造方便的鋼軌上進行得最好，這種情況下的鋼軌并不是固定在軌枕上，且能由靜固的液壓設備驅合在一起。為了克服常用鋁熱劑過程的缺點，已對電弧對焊過程作了修改，以便在現場采用。然而，該焊接過程耗時基本上多于鋁熱劑過程的耗時，因為在進行液壓工序時鋼軌必須展開，該工序要求一根或兩根鋼軌不與軌枕相連接。這個操作過程在焊接過程發生后必須倒轉進行，這樣極費時間。

　　電孤對焊的鋼軌要消耗一部分鋼軌，這樣會在焊接過程完畢后產生一些困難。另外，鋼軌的有些部分可能還得鑲入鋼軌中，以提供焊接必需的鋼軌材料。

　　此外，將在鋼軌之間產生高壓所需的液壓設備，運送到在現場要求的遙遠方位，也是不便的。對焊過程也在所接合鋼軌的周邊產生焊瘤，這種焊瘤必須切除并打平，以便順暢操作，并防止使用時應力集中于接頭上。盡管電弧對焊過程會顯著減低現場所產生接頭的故障率，但由于鋁熱劑過程僅需在隔開的鋼軌之間的間隙周圍施布模子就能迅速完工，該過程依然被采用。該過程無需大的液壓設備。而且相對耗資不多。當接頭已損壞，再進行鋁熱劑過程會增加故障率。再進行時，必須切除一大段鋼軌，并將一段新鋼軌鑲入敞開區域里。理所當然，一個有故障的鋁熱劑接頭，通常會導致需要兩個替代鋁熱劑接頭，帶有它們的故障習性。可以理解，盡管鋁熱劑過程是通用的，但實際上還需要某種過程來在現場接合鋼軌，該過程的故障率低，但有著與鋁熱劑過程相關的優點。這種需要已存在多年了。電弧焊接過程已被周期性地嘗試過，例如電渣焊接、連續電弧焊接、埋弧焊接及這些焊接法的合用。這些過程沒有哪一種成功，因為它們使用不實用的大設備，要花難以接受的長時間進行焊接與打磨，且不會得到令人可接受的故障率。電孤焊接過程，尤其是在鋼軌之間的下部間隙上用，并不合理。此外，迄今為止這些嘗試用電弧焊接來接合被隔開的鐵路鋼軌端部的做法，均費用昂貴、需要復雜的設備，且要求有大量時間來為焊接過程做準備及真正實行焊接過程。這些多的時間在現場焊接鋼軌時是不允許的。

　　本發明涉及在現場用氣體保護電弧焊接來接合鐵路鋼軌隔開的端部的方法與系統，該方法與系統產生于一種節省成本、迅速的且在機械上及金屬工藝上均優良的技術。

　　鐵路鋼軌具有一種相當規范的涉及有支承底部的下部軌底橫截面形狀，該底部較寬以便把鋼軌置于隔開的軌枕的穩固位置上。在軌底上方是垂直延伸的軌腰，它并入上部接觸車輪的軌頭。該軌頭常被淬硬，以便有良好的耐磨性供車輪在上面滾過。軌頭區域的硬度尤以彎曲的導軌部更為重要，因為在車輪與鋼軌之間，由于橫向間隔的鐵道車輪之間固定的軸向結構而有滑動作用。此外，鋼軌必須有平滑的軌頭，以防列車行經軌道上而產生振動。這種減振需要，致使大大增加了以高速、高重量鋼軌系統真正對焊鋼軌的要求。在很久以前，軌道并非焊接在一起，這就產生了列車行經軌道的特有振動。隨著高速、高重量與高技術鐵道系統的到來，就必須把鋼軌焊接在一起成為一條連續不斷的軌道，這就增大了在現場進行接合過程的要求，而這正是本發明要改進之處。本發明克服了鋁熱劑技術及電弧對焊技術的缺點。

　　與本發明相一致，被接合的鋼軌端部被彼此隔開，以限定一個有著下部開口的間隙。該間隙有一定寬度，以利于在間隙中放置填料金屬并插入焊槍而進行氣體保護電孤焊接。與本發明相一致，一塊長度基本上與軌底寬度對應、寬度大于間隙寬度的長形鋼擋板，楔入鋼軌之間的間隙底部處。因此，在間隙底部區域的下部，這塊鋼擋板被楔得跨過隔開的鋼軌。此種楔入作用，使均為打平了的擋板與兩截鋼軌之間產生接觸。擋板楔入鋼軌之間間隙底部處的位置上之后，通過氣體保護電弧焊接過程在間隙中填充熔融金屬，該過程是使焊槍向下直到電極填料金屬接觸到接板而開始的。擋板厚度通常為1/8英寸，且在0.050至0.300英寸范圍內，由于此下部擋板牢牢楔入間隙下部處的鋼軌之間。就使填料金屬電極與擋板接觸而開始了焊接過程。因此，該種焊接，與標準的氣焊技術相一致，發生于那塊相對基本上牢固的擋板頂部。在下部，氣焊技術是電壓恒定的噴弧焊。此種過程允許有高熱，并焊透下部那層焊用金屬。電極是高強度、低合金芯子的電極，其中的芯材提供所需的合金金屬。金屬芯電極以適當的保護氣體加以保護。實際上，金屬芯電極是以含95％氬氣及5％二氧化碳或氧氣這種保護氣體加以保護的MC1100Outershield電極。電極的金屬芯，選得與形成隔開的鋼軌的金屬相匹配，以得到必需的屈服強度。與噴焊型或后來所用的脈沖焊型電弧焊接的標準做法相一致，氣體保護用于正在前進的金屬芯電極周圍。在此過程中，產生很輕的熔渣，這是埋孤焊接過程與電渣焊接過程的一個問題。在這些過程中產生的熔渣，會在金屬中產生雜質，尤其是在熔融金屬與鋼軌端部之間的共界面上。這些雜質導致各種故障。

　　本發明既在脈沖式也在電壓恒定的噴射式中采用氣體保護電弧焊接過程，噴射式用于與楔入隔開的鋼軌之間新穎擋板相鄰近的間隙底部。本發明采用具有復雜。高速波式控制的高性能數控動力供應。實際上，所用的是Lincoln Electric Powerwave 450的動力供應，它能立刻在電壓恒定的噴焊與隨后適當控制的脈沖焊過程之間轉換。在每種情況下，本發明的焊接過程均是氣體保護電弧焊接過程，它產生的高熱，與標準的焊接做法相一致，是為了在鋼軌端部與金屬芯電極向那槽熔融金屬前進而產生的焊用金屬之間提供優良的金屬共界面所必需的。在實施這種操作之前，鋼軌被預熱到約900°F的溫度。在讓電極縱移過間隙同時沿著間隙橫移而消耗楔入鋼軌之間的擋板的同時，放置第一層焊用金屬。根部焊道由噴焊過程施加，后面幾層也是這樣，以使鋼軌底部大區域內高焊透并有高熱。此后，動力供應轉換為脈沖焊過程。形成另一些焊道以填充鋼軌下底部處鋼軌之間的區域。在第一或第二焊道形成之后，由于擋板之上的熔融金屬冷凝，楔入的擋板就不再長了。當焊接過程進行到鋼軌腰部時，就用輪廓相符的銅蹄封住間隙，使間隙此時形成一個封閉的空腔。與本發明的一個方面相一致，該空腔被連續以氣體保護焊接過程填充，該過程被轉回到電壓恒定的噴射式，以便有效地焊透，這種電弧焊接過程繼續到過了軌腰而到達軌道。實際上，與這個方面相一致，采用脈沖式的操作，以便在電壓恒定的噴射式焊接之間有一個過渡區，這種過程用于軌頭、軌腰的主要部分及下部軌底的開始部分。業已發現，在噴射式與脈沖式的操作之間進行轉換，能獲致良好結果。在整個焊接過程的某些部分期間，采用脈沖式電弧焊，以控制熱量耗費。

　　如迄今所述，氣體保護電孤焊接過程填充隔開的鋼軌之間的間隙，可使用一塊下部擋板真正楔入鋼軌之間那間隙底部處的兩截鋼軌之間，來進行此過程。此擋板為鋼制，其厚度為0.050至0.300英寸之間。該板的兩個橫邊緣被開得有一道約0.030英寸的垂直接觸凸緣。以此方式，楔入作用就能使擋板邊緣變形，以保證鋼軌與擋板之間電接觸良好。實際上，擋板原先的寬度大于鋼軌之間那間隙的寬度，以確保擋板被推入間隙底部處楔入位置上時楔入作用緊固。擋板寬度范圍為0.010至0.025英寸，大于間隙寬度。這就使擋板楔入到位時扭曲，保證固定的位置及電接觸，這種接觸對有效的后續電孤焊接過程至關重要。以往，未提供此種開始機制給用于接合鐵路鋼軌的隔開端部的電弧焊過程。

　　與本發明的另一個方面相一致，該新穎的方法與系統，包括在擋板下方并疊加在間隙下部開口上的一個絕熱件，即一陶瓷層，以防止電弧將銅穿透，從而電弧可熔化一部分銅而產生因銅導致的裂縫問題。銅支承塊位于鋼軌之下用以防止間隙中熔化的金屬流失，且它是防止焊著金屬過熱的散熱器。

　　與本發明的又一個方面相一致，在軌頭、軌腰間過渡區之間的間隙中及鋼軌中央區域與冠狀區域之間的間隙中施以焊著金屬焊珠，用此獨特的方法，使軌頭之間的間隙中的焊接強度得到提高。這個過程施放填料金屬焊珠的方式，使軌頭過渡部分與中央部分橫向相反邊緣處的焊接加強了，從而，繼后使用鋼軌及由于機車與列車行經軌道上而施以高力量，且此種力量會在鋼軌中及鋼軌之間的焊接頭上產生正弦波扭曲時，就會優化防止軌頭與軌腰離開這樣的保護。與本發明的這一方面相一致，軌底下部之間的間隙，其填充方式，最好是通過上文所提到的，先用擋板與電壓恒定的噴焊過程填充，再用脈沖焊接過程，來完成軌底上部之間及軌腰與軌頭之間的填充。當軌腰焊接完成到軌頭過渡部分時，就順著橫向相反方向，在軌頭過渡的中央與冠部部分的橫向外緣之間，以產生順著相反方向而伸展連續焊珠的方式，把在開始施放每個焊珠時被延遲的焊極移動，而持續不停地施放填料金屬焊珠。每個焊珠在一個外緣處均有一端部，其垂直厚度大于焊珠其他部位，且它相對于邊緣為懸臂支撐關系，因此，就為開始端與終結端順著與軌頭過渡部分、中央部分及冠狀部分的橫向相反邊緣相同方向伸展的垂直連續的焊珠，從下面給予支承、軌頭的過渡部分、中央部分及冠狀部分之間的間隙，按上述方式，使焊接電極在軌頭橫向相反的兩側之間來回連續變換而加以填充，直至填充操作完成。

　　本發明的首要目的，是提供一種對鐵路鋼軌進行氣體保護電弧焊接的方法與系統，該方法與系統可在現場迅速實施，且故障率低。

　　本發明的另一個目的，是提供一種上述界定的方法與系統，該方法與系統采用的原理，是在隔開的鋼軌之間那個間隙的底部楔入一塊金屬擋板，以開始并控制本發明的方法與系統所用的對下部的氣體保護電孤焊過程。

　　本發明的又一個目的，是提供一種在鋼軌間各間隙底部處的隔開的鋼軌間楔入的擋板，以便用氣體保護電弧焊接過程，有效而迅速地接合鋼軌。

　　本發明還有一個目的，是提供一種接合鐵路鋼軌的方法，它的方式，優化軌頭之間那個間隙中的焊接強度。

　　上述特征的方法的又一個目的，是使軌頭橫向相反邊緣處的焊接得到強化，以優化防止，軌頭與軌腰垂直離開這樣的保護。

　　現在對照以下附圖進行詳細說明，進一步闡明上述和其它的目的和優點。

　　圖1是鐵路的示圖，鋼軌間隔開來以限定準備現場接合用的間隙；

　　圖2是帶有一部分車輪的鋼軌端部的剖面圖，用于表示在鋼軌間接頭處對硬度的需要。

　　圖3的側視圖表示間隔開來的鋼軌，處于本發明的方法和系統開始時的狀況；圖4是沿圖3中4-4線的剖視圖；圖5是按照本發明構制的新穎擋板的示圖；圖6是圖5所示擋板的部分橫剖圖；圖7的示意圖說明圖5和6所示新穎擋板當其楔入軌間位置時的特征；圖8是類似于圖7的視圖，表示在電孤焊接過程開始時的電弧焊槍和電極；圖9是鋼軌間隙的頂視平面圖，表示對圖5和6所示金屬擋板的某些要求；圖10是鋼軌間隙的頂視圖，根部即第一層正在被加工；圖11和11A是放大局部橫剖圖，表示在鄰近軌底的間隙中，然后在軌腰區域開始的焊接過程的發展；圖12的局部剖視圖表示本發明的擋板的推薦實施例的一個變型；圖13是鋼軌的側視圖，表示在本發明一實施例中的由電壓恒定的噴焊和由脈沖焊焊接的間隙部分；圖14是部分剖開的示意平面圖，表示與按照本發明另一實施例的鐵路鋼軌焊接有關的在焊槍、電極、軌腰和銅蹄之間的關系；圖15是圖14所示焊槍和電極的示意圖；圖16是沿圖14由右向左看去的焊槍和電極的示意圖；圖17的放大橫剖面圖，它剖過被焊接的鋼軌之間的間隙，表示按照本發明實施例的過渡部分之間的填料珠的布置；圖18的放大詳圖，顯示把焊接電極置于與圖17所示焊珠(bead)左手一端相應的焊珠開始端處；圖19是圖18所示焊珠開始端的平面圖；圖20的放大剖視圖，顯示從圖19中線段20-20截取的焊珠開始端；

　　圖21的橫截視圖，顯示被焊接的鋼軌之間的間隙，并顯示根據本發明的此實施例而布置焊珠以填充鋼軌過渡部分之間的間隙；圖22的放大略圖，顯示軌頭，并顯示根據本發明的此實施例相對于在軌頭部之間布置填料金屬焊珠的延遲時間；以及圖23的鐵路鋼軌略圖，顯示在本發明的此實施例中被接合的鋼軌之間幾乎所有間隙部分，均已被脈沖焊接焊上了。

　　現在參閱附圖，這些附圖用于描述本發明的推薦實施例而并非對它們的限定。圖1表示鋪設在筑路用地道床B上的鐵路鋼軌A，包括待接合成連續焊接軌(CWR)的、由軌枕20、鋼支承蓋30和道釘32支承的鋼軌10，12。鋼軌10，12間隔開來形成一個間隙g，該間隙由熔融金屬填充以便將兩鋼軌在現場連成一連續鋼軌，而不是在工廠連續組裝。間隙g可以是兩段被修理鋼軌之間的間隙，或者是兩段作為連續焊接軌系統的兩段初始安裝的兩段鋼軌之間的間隙。如果間隙g是用于修復的，那么，有時需要切割鋼軌并鑲入一長段鋼軌。這種方法用于修復具有裂縫的鋼軌、裂開的接頭或有缺陷的接頭。在所有情形中，兩根隔開的鋼軌10，12分開一個基本為1.00英寸的間隙g。圖2的示意圖表示鋼軌具有標準形狀，即，其橫截面包括軌底40，軌底相當寬，包括一個用于將鋼軌穩定在軌枕20上的支承底部42，以便支承沿鋼軌通行的列車。軌底40具有兩個向上傾斜的頂部44，46，它們并入一個豎直的延伸的軌腰50，軌腰具有一個下部的倒角52和一個上部的倒角54。上部倒角并入軌頭60，軌頭具有一個大的本體部分62和一個支承車輪的上表面64，稱為軌冠，該表面區域接納滾動的車輪W，車輪具有圓筒形的輪圈70和輪盤72，輪盤防止車輪滾過鋼軌時在軌頭60上向左方移動。鑒于車輪與側面即本體部分62的接觸，以及輪圈70與上表面64連續的高重量的接觸，軌頭60具有在布氏標尺布氏300在-60至+40范圍的正常硬度。由于軌頭要淬硬，構成鋼軌，至少在頭部中的金屬必須是相當高級的合金鋼。用來填充間隙g的填充金屬的合金鋼，在間隙g區域中沿鋼軌上部的硬度應符合按照本發明的鋼軌焊接規范。

　　在圖3中，鋼軌12上與鋼軌10相應的部分用相同標號加下角標”a”。相同的標號將用于說明銅蹄100，110，其中銅蹄100覆蓋在鋼軌10上，銅蹄110覆蓋在鋼軌12上。將詳述銅蹄100，相同的描述適用于銅蹄110，其中，銅蹄110上相應于銅蹄100的部分使用下角標“a”。在圖4中，銅蹄100包括一個頂部支承棒120，可以使重銅塊構成的懸掛蹄部122，124沿軌頭滑動。頂部支承棒120也使蹄塊122，124對準并保持蹄塊122與蹄塊124的間距，以及兩蹄塊和軌部之間的間隙。輪廓面126，128分別朝內面向鋼軌橫截面。上述輪廓面與鋼軌10的輪廓匹配，使蹄塊100，110一起在間隙g處的滑動可封閉間隙以形成一個具有鋼軌10，12的橫截面形成。為了穩定懸掛的蹄塊，設有對準銷130及螺栓132，134，使重型蹄塊122，124裝在支承棒120上。在操作中，蹄塊移至圖3所示位置，以便打開間隙g并使焊接可在軌底部分進行。其后，蹄塊122，124一起移動以封閉間隙g，使焊接分別可在鋼軌10，12的豎直延伸的軌腰部分50，50a進行。下面將要講到，一個銅或高含銅量的合金制成的下塊150設在軌底40，40a的底部42之下。上部橫向延伸的凹部152的尺寸可容納一個陶瓷層154形式的絕緣件，其在軌下跨接間隙g的底部，如圖3所示，為了封閉間隙g的底部，設有一個新穎的長形擋板P，如圖5，6和7所示。

　　過去曾試圖在間隙g中進行電弧焊接但沒有成功，這是因為該工藝在操作中不一致，沒有在間隙g中設置第一或第二層填充金屬的支承結構。該間隙約為1.00英寸以容納由向下延伸由槍承載的電極和一個氣嘴，如圖8所示。過去，由于該間隙必須相當寬以容納焊接設備，因而沒有均勻和一致的間隙填充，特別是在鋼軌支承關鍵的底部。鋼軌在軌底40嚴重撓曲及受力。為了解決這個問題，本發明包括了圖5-7所示的板P的使用。由于在間隙中的合金是電弧焊接過程中使用的電極芯部中的金屬粉末完成的，因而該板是由低碳鋼制成的。該板的厚度在0.050至0.300英寸的范圍內，實際上，板厚為0.125英寸，平行邊緣200，202之間的寬度在圖7中標為b。該尺寸在原來狀態中稍大于間隙g的寬度，因此，該板P必須例如用錘子加力才能在鋼軌的最下部楔在鋼軌10，12之間，如圖3所示。這種楔緊作用使板垂下，形成稍小的最后寬度，這種使板P的邊緣200，202中的一個或二個陷下的楔緊作用保證了板P和接地的鋼軌10，12之間的電接觸。當就位時，板P放在位于下部支承銅塊150的凹部152中的絕緣件154的頂部上。銅塊150在電弧焊接中構成放在間隙g中的熔融金屬的下部阻擋，這將在下文中描述。如圖5和6所示，平行邊緣200，202分別包括30°的倒棱，倒棱在板P上表面下大約0.030英寸處開始，分別形成平擋或壁220，222。這些壁擠靠在間隙g底部軌10，12相對面的表面上，形成間隙的底部，以便開始焊接過程。板P受迫，楔入圖8所示牢固位置。

　　現在參閱圖8，氣體金屬電孤焊槍250的直徑約為1/2英寸，間隙g的厚度為1.00英寸，使焊槍250可在間隙中移動。支承在導向器262中的金屬芯電極連續從槍250中放出，實際上電極260是高強度低合金金屬芯電極，一般為E110C-G型的。線或電極可以是Outershield Mc1100型的Lincoln Electric的電極、由于電極260向下送進，電弧C在板P和電極260間形成。該電弧可以用作噴焊或脈沖焊，這將在下文講到。按照標準氣體保護電弧焊接技術，保護氣體G從圍繞電極導向器262的通道264送進。

　　板P的楔緊可保證接地的鋼軌緊密接觸擋板P。板的上表面用來觸發電弧，板本身在電極260沿固定在間隙g中的板的上表面送進中第一和/或第二次通過時支承焊窩(weld puddle)。該板支承在開始操作中的電弧。絕緣件154防止電弧透至銅塊150。以這種方式，銅塊150形成一個良好的吸熱裝置，但并不使銅進入焊接。板P和下部陶瓷層154的使用防止了銅污染。在電孤開始時，電弧不會燒透較厚的板P。當電弧在鋼軌10和鋼軌12之間的來回移動時，電弧將移入倒棱210，212的區域，此時，電弧可沿邊緣200，202透過板P。但是，來自金屬芯電極的熔融焊接金屬可流過抵靠下部絕緣層即陶瓷層154的板P的這個部分而不會引起任何問題。邊緣200，202被倒棱從而可以進行楔緊作用，這對形成緊密的電接觸是必要的，因而在電弧焊過程中在板上有極好的接地作用。板被楔入間隙g的底部。保護氣體G包圍電弧C，板P保證對焊接金屬的下部阻擋作用。如圖10所示，電極260在首次在板P上通過以設置根部R時，電極呈蛇形來回移動。來自第一次通過的金屬保留在板P上，形成連接鋼軌10，12的底部的金屬熔池。

　　電孤焊接過程是使用數字控制的、能夠進行復雜高速波形控制的變流焊接電源如Lincoln Electri Powerwave 450型電源進行的。由于在根部的高熱和高穿透，根部R是由恒定電壓噴焊工藝完成的。如圖11所示，在鋼軌10，12的軌底40，40a之間的間隙下部中，分別橫過間隙g橫向鋪設若干層。通過恒定電壓工藝淀積幾層金屬以后，電源轉換至脈沖工作方式并鋪設附加層，如圖11所示。這覆蓋間隙P的底部焊接操作。其后，如圖11A所示，銅蹄100，110被移動，以便在鋼軌10，12的軌腰和軌頭部分封閉間隙g。如圖3所示，棒120，120a沿鋼軌橫向偏置。這在銅蹄100，110之間產生一個上部開口，以便在焊接過程中可連續使用焊槍150。這個焊接過程可以在恒定電壓噴焊和更迅速的脈沖工作方式之間變換。在兩種情形中，焊接過程是氣體保護焊接過程，以便用來自電極260的填充金屬填充間隙。芯中的金屬經選擇在間隙g中使填充金屬形成適當的合金，以便形成焊接接頭的需要強度和冶金特性。

　　實際中使用的焊接過程示意地表示在圖13中。在鄰接著軌底40、40a的斜頂部44、46處，采用脈沖式操作。以同樣方式，在倒角54及軌頭60的頂面64區域內，采用脈沖式操作。噴射式操作用于底部，用以開始這一過程的根部焊道，從而保證焊接過程正確起始及間隙g中根部處鋼軌的接合。可合用噴射式與脈沖式，或整個過程中只用噴射式。噴射式用于新穎的擋板P處。

　　即使鋼軌10、12的表面是平坦的，在一個或幾個表面上也可微有彎曲。這種概念大略顯示于圖9中，該圖中的擋板P與鋼軌10的端面之間就有間隙e。本發明的限制在于電極260的直徑，它實際上約為1/16英寸，必須基本上大于間隙e，從而，電極260產生的電弧，就不僅僅向下穿透絕緣擋板或絕緣件154。即使有這樣微小的變動，為了接靠擋板P，單根鋼軌或幾根鋼軌之間也要妥當接觸。以保證擋板P與所接靠的鋼軌之間的電緊密連續。這個圖示，僅是為了討論擋板P在電孤C與間隙g下方的下部支承結構之間提供了一個障礙這個概念。

　　本發明的略小變型，顯示于圖12中，其中的支承件150有一塊邊板300，向上延伸得鄰近軌底40、40a的橫向部分。絕緣布或陶瓷層154，有一個長形部分154a，它沿著邊板300往上走，在銅蹄100、110為了間隙g的軌腰區與軌頭區內的焊接而被一起移動之前，它為沉淀于間隙g下部的熔融填料金屬，提供了一道最外面的壩或障礙。

　　本發明的間隙g中所沉淀填料金屬中沒有焊渣。它采用一種氣體保護過程，該氣體保護過程，可用焊接現場不同的動力供應方式，而在噴射式操作與脈沖式操作之間進行轉換。業已發現，這種焊接過程產生的優良接頭，其故障率，堪與電弧對焊技術的故障率相爭。擋板P會被消耗，因此，它是在間隙g根部處熔融金屬的一部分。不必為擋板P配合金材料，因為金屬芯電極的芯子帶有合金金屬。

　　圖14至23顯示了本發明另一個實施例的幾個方面，在圖中，鐵路鋼軌之間的間隙，被以氣體保護電孤焊接過程用填料金屬電極上的熔融金屬填充，該過程包括用焊珠布置格式填充鋼軌頭部之間的間隙，這種格式優化軌頭部之間的間隙內的焊接接頭強度，并使軌頭橫向相反邊緣的焊接接頭得到強化。在這些圖中，基本上與以上聯系圖1至13所述部件相對應的部件，用同樣的標號標示。圖14至16，大略顯示在后面詳述的焊接過程中，在鋼軌10與12的軌腰50與50a區域內，焊槍250、間隙g以及銅蹄122與124之間的特定關系。從這些圖中會明白，焊槍250與焊接電極260在相對于鋼軌10與12縱向的槽9中橫向移動，這個橫向是圖14中銅蹄122與124之間的方向。同時，焊槍與電極如圖15與16中箭頭400所指那樣，縱向振動間隙g。在此實施例中，間隙g為1英寸，焊槍250直徑為9/16英寸，焊槍的總振動位移為2.6mm，因此是順著圖14中的中心位置往兩個方向各位移1.3mm。從圖16中會明白，焊槍250與電極260的此種振動，使得電極260的熔融填料金屬402，在形成間隙g的軌腰50與50a的縱向相反面之間縱向散布。

　　從圖23中的鋼軌10繪圖會明白，軌底由底部404及帶有形成頂部406與軌腰50之間過渡區的下部倒角區52的頂部406構成，每個軌頭包括一個在軌腰50上端處并包括倒角54的過渡部分408、一個中央部分410及一個冠狀部分412。相應地也會明白，被接合的鋼軌之間的間隙9，有著與這些軌底、軌腰及軌頭相對應的幾部分。從圖23還會明白，噴焊僅用于軌底底部404之間的間隙中的根部焊道或第一焊道，這種填充，是使電極橫移過間隙，同時在橫移時使電極縱向振動而實現的。如以上聯系圖1至13所示實施例而提到的，噴焊過程會成功地使軌底的廣大區域內高度焊透并有高熱。當根部即第一焊道完成后，焊接動力供應即轉換為脈沖焊接方式，以縱向振動電極來橫向形成其余焊道，以而填充鋼軌頂部406之間的間隙。如在圖1至13所述過程中那樣，當間隙填充到達軌腰區域時，就用輪廓相符的銅蹄封閉間隙，且從圖23也看得明白，軌腰之間的間隙，是以脈沖式連續進行氣體保護焊接過程而填充的。

　　與迄今所述焊接過程相聯系，焊槍與電極以均勻速度，在軌底頂部與軌腰之間的間隙中橫移，從而，連續多層焊接金屬在間隙的開始端與終結端之間，垂直厚度基本上是均勻的。與此實施例相一致，當焊接過程到達軌腰之間間隙的上端時，且因此而到達軌頭過渡部分之間的下端時，脈沖式焊接繼續進行，但焊珠布置方式有所改變。從以下對圖17至21的說明可看明白，在軌頭之間的間隙中的焊珠布置方式，使每條連續布置的焊珠，其開始端的垂直厚度大于終結端且對應于軌頭橫向相反邊緣上的開始端的懸臂支撐方式，并使開始端位于軌頭過渡部分之間的間隙中，該開始端在軌頭之下。先參看圖17，設標號414代表在軌腰之間那間隙中布置的最后一條填料金屬焊珠的上表面，在軌頭過渡部分之間那間隙中布置的第一條焊珠WB1，沿著一條橫向延跨過該間隙且開始端與終結端分別鄰接該間隙橫向相反邊緣416與418的路徑而布置。焊珠WB1在該路徑的開始端有第一端S，在鄰接該路徑終結端處有第二端。另外，焊珠WB1第一端S的垂直厚度大于第二端E的，且如圖18所示，該焊珠的第一端處有一以懸臂支撐方式從間隙g的外緣416向外伸展的外端CL。從與圖17相關的圖18至20中，可看出焊珠形狀與懸臂支撐端達到的方式。在這方面，如圖18所示，焊槍250與電極260首先位于鄰接路徑開始端的邊緣416處，最終則移向圖18右方的間隙的邊緣418。與此實施例相一致，焊槍與電極在路徑開始端延遲或停留一段預定時間，從而使電弧C的力橫向與縱向驅趕該開始端的熔融焊接金屬，以填充如圖19所示的該處間隙。同時，焊接金屬以前述方式散布，重要的是要注意，電弧與銅蹄不接觸，且熔融金屬接觸的銅蹄124如圖17至20所示在焊珠第一端上形成一層皮SK。

　　當在路徑開始端預定停時間過去后，焊槍與電極從圖18所示開始位置，移向圖17所示終結位置，并以一與在開始端延遲一起的既定速率，使焊珠形狀成為斜削的，以便在第二端E處的垂直厚度小于第一端S處的。從圖21及前面的圖示可看明白，第一條焊珠WB1的第二端E，限定著下一條即第二條焊珠WB2的第一端S的位置。焊槍因而還有電極，在從開始位置移動到終結位置期間，縱向振動間隙，且一當它們到達終結位置時即停止振動。焊槍250與電極260在第二條焊珠那條路徑的開始端，也延遲或停留一段預定時間，從而如前面對焊珠WB1所作說明那樣，熔融填料金屬聚集在第二條焊珠的第一端處，形成一個對應的懸臂支撐端CL，從而如圖21所示從邊緣418向外延展。延遲之后。焊槍與電極在振動的同時，又以預定的移動率回移向邊緣416及焊珠WB1的第一端，從而回移與在焊珠開始端的延遲一起，使焊珠WB2第一端S的垂直厚度，大于其第二端E。從圖17與18可看明白，當連續的焊珠垂直進展入過渡區時，焊槍口會與銅蹄122及124接靠，從而如圖21所示，各條焊珠的第二端就從中央橫向覆蓋間隙。這種接靠發生在焊道的各開始端，焊槍與電極的延遲移動使熔融金屬如前所述那樣散布，以便在焊道的第一端形成合要求的焊珠形狀及相對于間隙邊緣416與418的一個邊緣而對應的懸臂支撐關系。雖然圖21中未顯示，但各個軌頭之間所有間隙，均已被電極在軌頭間隙中順著橫向相反方向，并以前述方式，連續不斷地移動后填充了。再從圖21可看明白，在過渡區內每個間隙橫向相反邊緣處的焊珠第一端，相對于支在下面的第一端，是懸臂支撐式的，從而，優化了對覆蓋在上的焊珠的支承，并優化了在軌頭過渡區內沿著鋼軌橫向相反側邊的填料焊接接頭的強度。同樣地，在軌頭之間那間隙的中央部分與冠狀部分中，以及沿著間隙過渡部分的焊珠的垂直連續的各個第一端，在鋼軌各個橫向相反的邊緣上優良地使焊接接頭得到強化，并優化了各個頭部之間接頭的強度。

　　電極在間隙的每個反向端部上因而在連續布置的焊珠的各個第一端上的延遲或停留時間，可為1至10秒，且如下文充分說明那樣，與沿著焊珠布置路徑的電極移動推薦速度及能消耗的焊接電極進給率相聯系，最好為1.5至4.0秒。與被焊接鋼軌之間的間隙的過渡區、中央區及冠狀區相關的推薦延遲時間，顯示于圖22中。參見該圖，與鋼軌過渡部分之間那間隙中焊珠布置相關的延遲時間為4.0秒，直至由進入中央部分的鋼軌過渡部分所限定過渡部分終端，在該終端處的停留時間最好為3.0秒。4.0秒的停留時間，可使熔融焊接金屬填充焊蹄與鋼軌邊緣之間的凹部，并以如圖17至21所示及前文所述的懸臂支撐方式在鋼軌邊緣之外延伸。當所布置的焊珠垂直伸入鋼軌中央部分的間隙中時，延遲時間減至2.0秒，以便先前在鋼軌過渡部分之間那間隙中焊接操作所產生的熱，促使送往軌頭的焊接金屬熔化，從而，在中央部分的焊珠開始端處的延遲時間，能不降低焊接質量地減少。為了同樣理由，所布置焊珠在鋼軌冠狀部分那間隙中的延遲時間，減至1.5秒。當然，要明白，圖22中的描繪，是關于在所布置焊珠第一端處在圖22中從左至右的延遲時間，以及未顯示的在間隙反向邊緣處的焊珠第一端的，在該處，焊珠回向所示間隙邊緣延伸。

　　除了上述與填充鋼軌間那間隙的過渡部分、中央部分與冠狀部分有關的推薦延遲時間之外，在此延遲之后，最好使電極以每分鐘4英寸的速度及每分鐘240英寸的焊條進給率，在鋼軌過渡部分之間那間隙中橫向移動。這種速度與進給率，便于在過渡區內控制焊珠形狀，同時保持優良的生產率及焊接質量。在軌頭中央部分410之間的間隙中，推薦焊接速度為每分鐘5.5英寸，焊條進給率為每分鐘240英寸。填充軌頭中央部分之間的間隙時，電極較高的移動速度，會使填充間隙的效率高，同時便于控制焊接冷卻率及焊接接頭的微觀結構。列車車輪要行經的軌頭，其中央部分之間間隙的填充，需要小心謹慎，以保證接頭硬度及盡可能最高的焊接質量。用如上所推薦的1.5秒延遲或停留時間，在鋼軌冠狀部分之間那間隙中形成的焊珠，焊條進給率減為每分鐘210英寸，焊接電極的移動速度則增為每分鐘6英寸。這樣的進給率與焊速，減少了被輸入冠狀區內焊接接頭的焊接熱量，這種減少又轉而有助于保證鋼軌頭冠中充足的硬度。

　　還與本發明的此實施例的推薦參數有關，軌底40的底部404，最好如上文所述那樣，用噴焊并與圖1至13相關所述的擋板合用，來加以填充。與噴氣金屬電弧焊接有關的那種直接、順暢而通透的電弧，使軌底的底角熔化在擋板上。軌底頂部406之間的間隙，則用脈沖電弧焊接技術，最好是以每分鐘6英寸的焊速及每分鐘240英寸的焊條進給率，讓焊接電極在間隙中來回橫向移動這種會得到優良生產率及焊珠形狀控制的技術，進行填充。如上文所述，鋼軌腰部之間的間隙，被銅蹄所包圍，最好以每分鐘400英寸的焊條進給率，填充該間隙。這種進給率便于盡可能快地填充軌腰之間的間隙，且與此實施例相一致而采用脈沖方式，能不降低焊接質量地迅速填充該間隙。

　　盡管已大大強調了各個推薦實施例及與它們有關的推薦參數，但要明白，可對所公開的各實施例，做許多不違背本發明各項原則的改動。相應地，顯然可以理解，以上所述的事項，僅只是對本發明的說明而非限制。

　　權利要求

　　1.一種氣體保護電弧焊接鐵路鋼軌的方法，每根鋼軌具有下部的軌底、豎直的軌腰和上部的軌頭，所述鋼軌具有側向延伸的端面，所述端面縱向間隔開來形成準備用鋼填充以便接合鋼軌的軌底間隔，軌腰間隙和軌頭間隙，所述方法包括通過氣體保護電弧焊接過程用來自填充金屬電極的熔融鋼填充所述軌底間隙、軌腰間隙和軌頭間隙的步驟，填充所述軌頭間隙包括在兩相反的側向上沿著具有所述相反側向相應的一個上的起、止端的路徑連續相繼地移動所述電極，以便沿所述路徑鋪設填充金屬焊珠，以及從每條所述路徑的起端延滯所述電極運動一個預定的時間。

　　2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述時間從1至10秒。

　　3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在所述電極沿所述相反方向移動的過程中在所述軌頭間隙中縱向擺動所述電極。

　　4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述時間從1.5至4.0秒。

　　5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個從所述軌腰間隙延伸的下部過渡部分、一個中部和一個上部的冠部，相關于在所述軌頭間隙的過渡部分、中部和冠部中填充金屬焊珠的鋪設，所述時間是變化的。

　　6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述時間在1.5至4.0秒之間變化。

　　7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于在所述電極沿所述相反方向移動過程中，在所述軌頭間隙的縱向上擺動所述電極。

　　8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于相關于焊珠在從所述軌頭間隙的過渡部分至冠部的方向上的鋪設，所述時間減少。

　　9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于所述時間從4.0秒減至1.5秒。

　　10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于所述時間對于在所述過渡部分中的焊珠鋪設是4.0秒，對于在所述中部的焊珠鋪設是2.0秒，對于在所述冠部中的焊珠鋪設是1.5秒。

　　11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于在沿所述相反方向所述電極的移動過程中，在所述軌頭間隙縱向上擺動所述電極。

　　12.根據權利要求10所述的方向，其特征在于所述軌頭間隙的所述過渡部分和中部包括一個在其間的的過渡區，對于在所述過渡區中的焊珠鋪設，所述時間是3.0秒。

　　13.根據權利要求1所述的方法，其特征在于還包括以一個在大約每分鐘4英寸至大約每分鐘6英寸的速率在所述相反的方向上移動所述電極的步驟。

　　14.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個從所述軌腰間隙延伸的下部過渡部分、一個中部和一個上部的冠部，還包括按照相關于填充金屬焊珠在所述軌頭間隙的過渡部分、中部和冠部中的鋪設而變化的速率，在所述相反的方向上移動所述電極的步驟。

　　15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于所述速率在每分鐘4英寸至每分鐘6英寸之間變化。

　　16.根據權利要求14所述的方法，其特征在于相關于在從所述軌頭間隙的過渡部分至冠部的方向上焊珠的鋪設，所述速率增加。

　　17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于所述速率對于在所述過渡部分中的焊珠鋪設是每分鐘4英寸，對于在所述中部中的焊珠鋪設是每分鐘5.5英寸，對于在所述冠部中的焊珠鋪設是每分鐘6英寸。

　　18.根據權利要求1所述的方法，其特征在于還包括按照從每分鐘210至240英寸變化的進給率垂向進給所述電極的步驟。

　　19.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個從所述軌腰延伸的下部過渡部分，一個中部和一個上部的冠部，還包括按照相關于填充金屬焊珠在所述軌頭間隙的過程渡部分、中部和冠部而變化的進給率垂向進給所述電極的步驟。

　　20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于所述進給率在每分鐘210英寸至每分鐘240英寸之間變化。

　　21.根據權利要求20所述的方法，其特征在于所述進給率對于在所述過渡部分和所述中部中的焊珠鋪設是每分鐘240英寸，對于所述冠部中的焊珠鋪設是每分鐘210英寸。

　　22.一種氣體保護電弧焊接鐵路鋼軌的方法，每根鋼軌具有一個下部的軌底、一個豎直延伸的軌腰和一個上部的軌頭，所述鋼軌具有側向延伸的端面，所述端面縱向間隔開來，以便形成由鋼填充以接合鋼軌的一個軌底間隙、一個軌腰間隙和一個軌頭間隙，每個所述間隙具有側向相反的兩端，所述方法包括通過氣體保護電弧焊工藝用來自填充金屬電極的熔融鋼填充所述軌底間隙、軌腰間隙和軌頭間隙的步驟，填充所述軌頭間隙包括在鄰近軌頭間隙的所述側向相反兩端中的一端的第一位置上保持所述電極一個預定時間、從第一位置向著鄰近于所述側向相反兩端中另一端的第二位置，以一預定速度移動電極，以便鋪設第一填充金屬焊珠，其具有在所述側向相反兩端中所述一端上的第一端和在朝向所述相反兩端中所述另一端的方向上從所述一端間隔開來的第二端，所述第一焊珠的垂向厚度在其所述第一端大于在其所述第二端，在所述第二位置保持所述電極一個預定的時間，然后從所述第二位置向著在述第一位置上方且與其相鄰的第三位置，以預定的速度移動電極，以便鋪設第二填充金屬焊珠，其具有在所述相反兩端的所述另一端的第一端和在朝向所述相反兩端中所述一端的方向上從所述另一端間隔開來的第二端，所述第二焊珠的垂向厚度在其所述第一端大于在其所述第二端，重復鋪設所述第一和第二填充金屬焊珠的步驟，直至填滿所述軌頭間隙。

　　23.根據權利要求22所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個下部過渡部分、一個中部和一個上部的冠部，所述預定時間和所述預定速度都相關于在過渡部分、中部和冠部的每一個中鋪設的第一和第二焊珠而變化。

　　24.根據權利要求23所述的方法，其特征在于相關于在從所述過渡部分至所述冠部的方向上所述焊珠的鋪設，所述時間減少。

　　25.根據權利要求24所述的方法，其特征在于所述時間從4.0秒減至1.5秒。

　　26.根據權利要求25所述的方法，其特征在于所述時間對于在所述過渡部分中鋪設的焊珠是4.0秒，對于在所述中部中鋪設的焊珠是2.0秒，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是1.5秒。

　　27.根據權利要求26所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙的所述過渡部分和所述中部包括一個在其間的過渡區，所述時間對于在所述過渡區中鋪設的焊珠是3.0秒。

　　28.根據權利要求23所述的方法，其特征在于相關于在從所述過渡部分至所述冠部的方向上焊珠的鋪設，所述速率增加。

　　29.根據權利要求28所述的方法，其特征在于所述速率從每分鐘4英寸增加至每分鐘6英寸。

　　30.根據權利要求29所述的方法，其特征在于所述速率對于在所述過渡部分中鋪設的焊珠是每分鐘4英寸，對于在所述中部中鋪設的焊珠是每分鐘5.5英寸，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是每分鐘6英寸。

　　31.根據權利要求23所述的方法，其特征在于相關于在從所述過渡部分至所述冠部的方向上焊珠的鋪設，所述時間減少，相關于在從所述過渡部分至所述冠部的方向上焊珠的鋪設，所述速率增加。

　　32.根據權利要求31所述的方法，其特征在于所述時間對于在所述過渡部分中鋪設的焊珠是4.0秒，對于在所述中部中鋪設的焊珠是2.0秒，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是1.5秒，而且所述速率對于所述過渡部分中鋪設的焊珠是每分鐘4英寸，對所述中部中鋪設的焊珠是每分鐘5.5英寸，對于所述冠部中鋪設的焊珠是每分鐘6英寸。

　　33.根據權利要求32所述的方法，其特征在于還包括在所述電極在第一、第二和第三位置之間移動過程中在所述軌頭間隙的縱向上擺動所述電極的步驟。

　　34.根據權利要求23所述的方法，其特征在于還包括在所述電極在第一、第二和第三位置之間移動過程中在所述軌頭間隙的縱向上擺動所述電極的步驟。

　　35.根據權利要求22所述的方法，其特征在于還包括在所述電極在第一、第二和第三位置之間移動過程中在所述軌頭間隙的縱向上擺動所述電極的步驟。

　　36.一種氣體保護電孤焊接鐵路鋼軌的方法，每根鋼軌具有一個軌底、一個垂向延伸的軌腰和一個軌頭，所述鋼軌具有側向延伸的端面，所述端面縱向間隔開來以形成通過氣體保護電弧焊接工藝用來自填充金屬電極的熔融銅填充以接合所述鋼軌的軌底間隙、軌腰間隙和軌頭間隙，所述軌底間隙具有一個底部和一個接合所述軌腰間隙的頂部，所述方法包括通過多路噴送電弧焊接過程用熔觸的鋼填充所述軌底間隙的底部，通過脈沖電弧焊接過程用熔觸的鋼填充所述軌底間隙的頂部和所述軌腰間隙，填充所述軌底間隙的頂部和所述軌腰間隙包括以預定的速度在其中沿側向相反的兩個方向移動所述電極，然后通過脈沖電弧焊接過程用熔融的鋼填充所述軌頭間隙，填充所述軌頭間隙包括在其中側向兩個相反的方向上，沿著在所述兩個相反方向中相應一個方向上具有起、止端的路徑移動所述電極，以便沿著所述路徑鋪設填充金屬焊珠，從每條所述路徑的起端延滯所述電極的運動一個預定的時間。

　　37.根據權利要求36所述的方法，其特征在于還包括在填充所述軌底間隙的頂部、軌腰間隙和軌頭間隙的過程中縱向擺動所述電極的步驟。

　　38.根據權利要求36所述的方法，其特征在于還包括按照每分鐘6英寸的速率，在所述軌底間隙的頂部中沿所述側向相反的兩個方向移動所述電極。

　　39.根據權利要求36所述的方法，其特征在于；所述軌頭間隙包括一個從所述軌腰間隙延伸的下部過渡部分、一個中部和一個上部的冠部，所述時間相關于在所述軌頭間隙的過渡部分、中部和冠部中鋪設填充金屬的焊珠而變化。

　　40.根據權利要求39所述的方法，其特征在于所述時間在1.5至4.0秒之間變化。

　　41.根據權利要求40所述的方法，其特征在于所述時間對于在所述過渡部分中鋪設的焊珠是4秒，對于在所述中部中鋪設的焊珠是2.0秒，對于在所述冠部中鋪設的焊球是15.秒。

　　42.根據權利要求36所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個從所述軌腰間隙延伸的下部過渡部分、一個中部和一個上部的冠部，還包括按照相關于在所述軌頭間隙的過渡部分、中部和冠部中鋪設的填充金屬焊珠而變化的速率沿所述相反的兩個方向移動所述電極的步驟。

　　43.根據權利要求42所述的方法，其特征在于所述速率在每分鐘4英寸和每分鐘6英寸之間變化。

　　44.根據權利要求43所述的方法，其特征在于所述速率對于在所述過渡部分中鋪設的焊珠是每分鐘4英寸，對于在所述中部中鋪設的焊珠是每分鐘5.5英寸，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是每分鐘6英寸。

　　45.根據權利要求36所述的方法，其特征在于還包括按照相關于所述軌底間隙的頂部、所述軌腰間隙和所述軌頭間隙的填充預定的進給率垂向進給所述電極的步驟。

　　46.根據權利要求45所述的方法，其特征在于所述進給率從每分鐘210英寸變化至每分鐘400英寸。

　　47.根據權利要求46所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個下部過渡部分、一個中部和一個冠部，所述進給率對于在所述過渡部分和所述中部中鋪設的焊珠是每分鐘240英寸，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是每分鐘210英寸。

　　48.根據權利要求46所述的方法，其特征在于所述進給率對于填充所述軌底間隙的所述頂部是每分鐘240英寸。

　　49.根據權利要求46所述的方法，其特征在于所述進給率對于填充所述軌腰間隙是每分鐘400英寸。

　　50.根據權利要求36所述的方法，其特征在于所述時間是1至10秒，還包括按照每分鐘4和6英寸之間的速率移動所述電極，以及按照相關于填充所述軌底間隙的頂部、所述軌腰間隙和所述軌頭部分從每分鐘210英寸至每分鐘400英寸的進給率垂向進給所述電極。

　　51.根據權利要求50所述的方法，其特征在于所述軌頭間隙包括一個下部過渡部分、一個中部和一個上部的冠部，所述時間對于所述過渡部分中鋪設的焊珠是4.0秒，對于所述中部中鋪設的焊珠是2.0秒，對于所述冠部中鋪設的焊珠是1.5秒。

　　52.根據權利要求51所述的方法，其特征在于所述速率對于在所述過渡部分中鋪設的焊珠是每分鐘4英寸，對于在所述中部中鋪設的焊珠是每分鐘5.5英寸，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是每分鐘6英寸。

　　53.根據權利要求52所述的方法，其特征在于所述進給率對于在所述過渡部分和所述中部中鋪設的焊珠是每分鐘240英寸，對于在所述冠部中鋪設的焊珠是每分鐘210英寸。

　　54.根據權利要求53所述的方法，其特征在于所述速率對于在所述軌底間隙的頂部中鋪設的焊珠是每分鐘6英寸，所述進給率對于填充所述軌底間隙的頂部是每分鐘240英寸，對于填充所述軌腰間隙是每分鐘400英寸。

　　55.根據權利要求54所述的方法，其特征在于還包括在填充所述軌底間隙的頂部、軌腰間隙和軌頭間隙的過程中縱向擺動所述電極的步驟。

　　56.一種氣體保護電弧焊接鐵路鋼軌的方法，每根鋼軌具有一個帶有一定寬度的支承底部的下部軌底、一個垂向延伸的軌腰和一個接合車輪的上部軌頭，所述鋼軌相互縱向間隔開來，以便為接合鋼軌而填充鋼，其中，所述間隙具有一個下部開口、側向垂向延伸的遠端開口和一個選定的寬度，所述方法包括以下步驟(a)設置一個長形的鋼擋板，它具有相應于所述下部軌底的所述一定寬度、一個大于所述間隙的選定寬度的寬度和一個公稱厚度；(b)將所述擋板楔入所述間隙，處于所述間隔開來的鋼軌的所述軌底的底部；以及(c)通過由填充金屬電極和所述擋板之間的電弧開始的氣體保護電弧焊接過程，用來自正被送進的所述電極的熔融鋼在所述鋼擋板上方填充所述間隙。

　　57.根據權利要求56所述的方法，其特征在于還包括下述步驟(d)在所述擋板下設置一個絕熱件，重疊所述間隙的所述下部開口和所述間隔開來的鋼軌的所述支承底部。

　　58.根據權利要求57所述的方法，其特征在于還包括以下步驟(e)設置一金屬塊，其橫跨所述間隙的下部開口并接合所述軌底的所述支承底部，所述金屬塊具有一個朝上的凹部以接納所述絕熱件。

　　59.根據權利要求56所述的方法，其特征在于還包括以下步驟(d)在所述軌底所述填充步驟用填充金屬已充滿所述間隙之后，在所述間隙的側向的垂向延伸的遠端開口上移動側模具。

　　60.根據權利要求57所述的方法，其特征在于還包括以下步驟(e)在所述填充步驟完成之前在所述側向的垂向延伸的遠端開口上移動側模具。

　　61.根據權利要求58所述的方法，其特征在于還包括以下步驟(f)在所述軌底所述填充步驟用填充金屬已充滿所述間隙之后，在所述側向的垂向延伸遠端開口上移動所述側模具。

　　62.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述填充步驟的氣體保護電弧焊接過程是多路電弧焊接過程。

　　63.根據權利要求56所述的方法，其特在于所述填充步驟的氣體保護電弧焊接過程是包括下述步驟的電弧焊接過程，即，當所述電極橫過所述間隙時以蛇形路徑移動所述電極。

　　64.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述填充步驟的氣體保護電弧焊接過程主要是多路噴射轉移過程(multipassspray transfer process)。

　　65.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述填充步驟的氣體保護電弧焊接過程是多路噴射轉移過程和脈沖焊接過程的組合，所述噴射轉移過程在所述間隙的底部使用。

　　66.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述填充步驟的氣體保護電弧焊接過程至少在所述間隙的底部和在所述間隙的由所述間隔開來的鋼軌的所述軌腰限定的區域中是多路噴射轉移過程。

　　67.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述長形的鋼擋板是用低碳鋼構成的。

　　68.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述長形的擋板的寬度在0.050至0.300英寸范圍內。

　　69.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述長形的擋板具有經過倒棱的側向邊緣。

　　70.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述長形的擋板具有比所述間隙的所述選定的寬度至少大約大0.010英寸的原有寬度。

　　71.根據權利要求56所述的方法，其特征在于所述長形的擋板具有比所述間隙的所述選定的寬度至少大約大0.01-0.025英寸。

　　72.根據權利要求57所述的方法，其特征在于所述絕熱板是陶瓷的。

　　73.根據權利要求57所述的方法，其特征在于所述絕熱件是一片陶瓷布(ceramic cloth)。

　　74.根據權利要求57所述的方法，其特征在于所述絕熱件的厚度在2.0至10.0mm的范圍內。

　　75.根據權利要求58所述的方法，其特征在于所述金屬塊主要是由銅構成的。

　　76.一種氣體保護電弧焊接鐵路鋼軌的系統，每根鋼軌具有一個帶有一定寬度的支承底部的下部軌底、一個垂向延伸的軌腰和一個與車輪接合的上部軌頭，所述系統包括用于保持所述鋼軌相互隔開以限定一個橫向間隙，為接合所述鋼軌準備用鋼填充該間隙，其中，所述間隙具有一個下部開口、側向的垂向延伸遠端開口和一個選定的寬度；一個長形的鋼擋板，其具有相當于所述下部軌底的所述一定的寬度的長度，大于所述間隙的所述選定的寬度的寬度和公稱的厚度，所述擋板在所述間隔開來的鋼軌的所述軌底的底部以封閉所述下部開口；以及用于在所述擋板上方用熔觸的鋼填充所述間隙的焊接裝置，所述焊接裝置包括一個送進的填充金屬電極。

　　77.根據權利要求76所述的系統，其特征在于還包括一個在所述擋板下并重疊所述間隙的下部開口和所述間隔開來的鋼軌的所述軌底的所述支承底部的絕熱板。

　　78.根據權利要求77所述的系統，其特征在于它包括一金屬塊，該金屬塊橫跨所述間隙的下部開口并接合所述軌底的所述支承底部，所述金屬塊具有一個朝上的凹部以接納所述絕熱件。

　　79.根據權利要求76所述的系統，其特征在于它包括在所述間隙的所述側向的垂向延伸遠端開口上的側模具。

　　80.根據權利要求76所述的系統，其特征在于所述長形的擋板是由低碳鋼構成的。

　　81.根據權利要求76所述的系統，其特征在于，所述長形的擋板的厚度在0.050至0.300英寸的范圍內。

　　82.根據權利要求76所述的系統，其特征在于所述長形的擋板具有經過倒棱的側向邊緣。

　　83.一種在氣體保護電孤焊接鐵路鋼軌中使用的擋板，每根鋼軌具有一個帶有一定寬度的支承底部的下部軌底、一個垂向延伸的軌腰和一個接合車輪的上部軌頭，所述鋼軌相互間隔開來以限定一個橫向間隙，為接合鋼軌準備用鋼填充該間隙，其中，所述間隙具有一個下部開口、側向的垂向延伸遠端開口和一個選定的寬度，所述擋板具有一個長形的鋼本體，其具有相應于所述下部軌底的所述一定寬度的長度、大于所述間隙的所述先定的寬度的寬度和一個公稱厚度，因而所述擋板可以在通過由填充金屬電極和所述擋板間的電弧開始的氣體保護電弧焊接過程用來自所述電極的熔融鋼在所述擋板上方填充所述間隙之前被楔入所述間隙，處于所述間隔開來的鋼軌的所述軌底的底部。

　　84.根據權利要求83所述的擋板，其特征在于所述長形的本體是由低碳鋼構成的。

　　85.根據權利要求83所述的擋板，其特征在于所述長形本體的厚度在0.050至0.300的范圍內。

　　86.根據權利要求83所述的擋板，其特征在于所述長形本體具有經過倒棱的側向邊緣。

　　87.根據權利要求83所述的擋板，其特征在于所述長形本體具有比所述間隙的所述選定的寬度至少大約大0.010英寸的原有寬度。

　　88.根據權利要求83所述的擋板，其特征在于所述長形本體具有比所述間隙的所述選定的寬度至少大約大0.010-0.025英寸的原有厚度。

　　89.一種氣體保護電弧焊接鐵路鋼軌的方法，每根鋼軌具有一個下部軌底、一個垂向延伸的軌腰和一個上部軌頭，所述鋼軌具有側向延伸的端面，所述端面縱向間隔開來以限定一個軌底間隙、一個軌腰間隙和一個端部間隙，為接合所述鋼軌用鋼填充所述間隙，所述方法包括以下步驟將一鋼擋板在所述間隔開來的鋼軌的軌底的底部楔入所述間隙，通過由送進的填充金屬電極和所述擋板之間的電弧開始的氣體保護電孤焊接過程用來自所述電極的熔融鋼在所述鋼擋板上方填充所述間隙。

　　90.根據權利要求89所述的方法，其特征在于所述填充步驟包括使用多路噴射轉移電弧焊接過程填充所述軌底間隙的下部，然后，使用脈沖電弧焊接過程填充所述軌底間隙的其余部分。

　　91.根據權利要求90所述的方法，其特征在于所述填充步驟還包括通過脈沖電弧焊接過程填充所述軌腰間隙和所述軌頭間隙。

　　92.根據權利要求91所述的方法，其特征在于還包括下述步驟，即，在填充所述軌腰間隙和所述軌頭間隙之前，橫跨所述軌腰間隙和所述軌頭間隙兩側向相反端部，放置側模具。

　　93.根據權利要求91所述的方法，其特征在于所述填充軌頭間隙包括在所述軌頭間隙中沿著具有起、止端的路徑在側向相反的兩個方向上移動所述電極，并且從每條所述路徑的起端延滯所述電極的運動。

　　94.根據權利要求93所述的方法，其特征在于所述延滯運動是在1至10秒的時間內。

　　95.根據權利要求93所述的方法，其特征在于所述在兩個相反的方向上移動所述電極是以每分鐘4英寸和每分鐘6英寸之間的速率進行的。

　　96.根據權利要求93所述的方法，其特征在于還包括以每分鐘210至240英寸的進給率進給所述電極的步驟。

　　97.根據權利要求91所述的方法，其特征在于還包括在填充所述軌底間隙的其余部分、軌腰間隙和軌頭間隙的過程中縱向擺動所述電極的步驟。

　　98.根據權利要求91所述的方法，其特征在于所述填充軌頭間隙包括在所述軌頭間隙中，以每分鐘4和6英寸之間的速率并沿著具有起、止端的路徑，在側向相反的兩個方向上移動所述電極，從每條所述路徑的起端延滯所述電極的運動1至10秒，并以每分鐘210至240英寸的進給率進給所述電極。

　　99.根據權利要求98所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在填充所述軌腰間隙和所述軌頭間隙之前將側模具橫跨所述軌腰間隙和軌頭間隙側向兩相對端放置，以及在填充軌底間隙的其余部分、軌腰間隙和軌頭間隙的過程中，縱向擺動所述電極。

　　全文摘要

　　本申請公開了氣體保護電弧焊接間隔開來形成橫向間隙的鐵路鋼軌的幾種方法。方法之一包括以下步驟:將一長形鋼擋板楔入間隔開的鋼軌間隙底部,并通過由在電極和擋板間的電弧開始的氣體保護電弧焊接過程用來自送進的填充金屬電極的熔融鋼填充所述鋼擋板上方的間隙。第二種方法包括在軌頭間隙中沿側向兩相反方向的路徑鋪設焊珠,使焊珠的第一端部從軌頭邊緣以懸置方式向外突伸,使第一端的垂向厚度比焊珠第二端厚,所述第二端在朝向軌頭相反邊緣方向上與第一端隔開。

　　文檔編號B23K9/038GK1191168SQ9810532

　　公開日1998年8月26日 申請日期1998年2月20日 優先權日1997年2月21日

　　發明者邁克爾·J·莫洛克 申請人:林肯電氣公司