摘要
2017年底，我国高铁总里程占世界总量66.3%，这代表着我国高速铁路的发展进入了一个里程碑式的阶段，无缝线路越来越受到重视。闪光焊作为高速铁路无缝焊接首选的焊接方式，具有性能稳定、操作简便和自动化程度高的优点。而现有钢轨闪光焊的加热方式存在以下问题：连续闪光焊加热效率低，烧化量大，焊接时间长，应用越来越少；目前直流和交流闪光焊常用的短路预热方式，由于短路时间长、短路电流大，高温区氧化严重，端面平整度差，且供电容量大，不仅影响焊接接头质量，也对供电提出了较高要求。为此，开展高效高质量加热控制与工艺研究具有很好的工程价值。 本文提出了一种基于电流反馈的钢轨交流闪光焊新型加热控制方式：焊机机头动端夹钳在固定振动的基础上叠加一个变速送进的控制方式，实现钢轨端面的快速高质量加热。在UN5-150ZB系列闪光焊机上基于PLC和电磁伺服阀，通过将振动波形的振幅-时间曲线转化为速度-时间曲线，再与变送进速度叠加，并且结合检测反馈的焊接电流，得到动端夹钳的运动速度和方向，直接控制动端夹钳的运动，实现加热控制。 基于上述提出的加热控制方式，在只更改原焊机高压阶段的加热控制方式的前提下，设计了PLC检测控制算法，编制了PLC控制程序：通过对动端运动速度的标定获得了PLC寄存器值与动夹钳运动速度之间的关系，基于速度和时间实现完成振动幅值和频率的控制；基于PLC固定扫描周期的方式实现高精度计时，避免了定时器的误差干扰；基于对原有加热过程位移曲线的统计分析，得到了变速送进的速度变化趋势。基于新型加热控制程序，采用型号为UIC60的R350HT轨和中国标准的60kg/m级的U75V轨进行焊接试验，获得了最小电流提升效果好，加热效率高，且短路少的振动控制参数。 以红外热像仪为核心，搭建了钢轨闪光焊加热效率分析系统，通过对采集闪光焊高压阶段即将结束时的温度场进行分析，结果表明，同样的加热时间条件下，新型加热控制方式高温区域宽度高于原控制方式，因此新型加热控制方式的加热效率高于原控制方式，可迅速建立高温温度场。 以深度相机为核心，搭建了钢轨闪光焊端面平整度分析系统，通过对采集到的端面点云进行目标物提取，获得只含钢轨端面的点云。随后使用特征值法求出点云的拟合平面，计算点云各点与平面的距离，以此来评判端面平整度。新型加热控制方式的端面平整度均优于原加热控制方式，提升率最高为33.1%。最终，通过加热效率和端面平整度的联合评判，择优出了两组效果较好的振动控制参数。
NETL