本發(fā)明涉及一種磁懸浮用導(dǎo)軌及其制備方法，特別涉及中低速磁懸浮用的F型導(dǎo)軌及其制備方法，屬于軌道交通技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中低速磁懸浮軌道交通是我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，磁懸浮列車的正常時(shí)速可達(dá)90-100km/h，具有環(huán)保性高、安全性好、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、建設(shè)成本低和運(yùn)營(yíng)效益好等特點(diǎn)，適用于城市市區(qū)、近距離城市間和旅游景區(qū)的交通連接，可替代輕軌和地鐵。推動(dòng)中低速磁懸浮列車前進(jìn)的是安裝在列車上的次級(jí)(線圈)和安裝在F型鋼導(dǎo)軌上的初級(jí)(鋁感應(yīng)板)相互作用推動(dòng)磁浮列車前進(jìn)。磁浮列車的懸浮磁鐵與F型鋼導(dǎo)軌之間保持著8.0mm的間隙，車載懸浮電磁鐵和車載制動(dòng)器與F型鋼導(dǎo)軌的磁極僅留有很小的間隙，它們與F型鋼導(dǎo)軌磁極的相互作用，提供實(shí)現(xiàn)懸浮功能所需要的電磁力。這樣的車輛與軌道的幾何位置設(shè)計(jì)決定了F型鋼導(dǎo)軌須處于良好的工作狀態(tài)，其使用性能直接影響著整車的技術(shù)性能指標(biāo)及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。
中低速磁懸浮列車的軌道與普通輪軌不同，它采用F型鋼導(dǎo)軌，其軌排加工、安裝精度和軌道線型直接影響列車運(yùn)行平穩(wěn)性。以國內(nèi)首條擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中低速磁浮線路-長(zhǎng)沙磁浮快線為例，所用F型鋼導(dǎo)軌材質(zhì)為Q235D，布氏硬度為156，這是基于其良好的磁學(xué)性能(飽和磁密約為1.4T)，但為此所犧牲的是F型鋼導(dǎo)軌的硬度，以及由此所造成的耐磨性差。傳統(tǒng)的軌道交通用鋼軌一般是不進(jìn)行防腐涂裝處理的，但對(duì)于中低速磁懸浮鋼軌，由于設(shè)計(jì)服役壽命長(zhǎng)，工況環(huán)境復(fù)雜，工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐涂裝，常采用防腐油漆涂料以適應(yīng)中低速磁懸浮鋼軌的工作條件。
正是基于當(dāng)前F型鋼導(dǎo)軌的基體耐磨性差，以及表面的防腐油漆涂料的涂裝處理，引起閘片的剎車?yán)щy，降低了磁浮列車的制動(dòng)性能。故而提出一種磁浮列車用F型鋼導(dǎo)軌耐磨防腐覆層的制備方法來解決以上所提出的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，磁懸浮導(dǎo)軌的涂裝處理后所導(dǎo)致的列車剎車?yán)щy，同時(shí)導(dǎo)軌上的涂裝容易被破壞失去防腐效果；另外，還有很重要的一個(gè)問題是，由于受到工程造價(jià)和工期等多種因素的限制，必須要通過相對(duì)經(jīng)濟(jì)易行的方式去解決上述問題。
針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種磁懸浮用導(dǎo)軌，導(dǎo)軌包括導(dǎo)軌主體，導(dǎo)軌主體包括剎車面和滑撬面，在導(dǎo)軌主體剎車面和/或滑撬面的表面設(shè)有覆層。
中低速磁懸浮列車的制動(dòng)方式常常選擇機(jī)械制動(dòng)，以F型導(dǎo)軌為例，列車制動(dòng)時(shí)，剎車閘片在F型導(dǎo)軌的剎車面上摩擦制動(dòng)；由于制動(dòng)后，列車下部的滑撬與導(dǎo)軌接觸并在導(dǎo)軌上滑行，所以剎車面、滑撬面表面需要具有耐磨作用的覆層來避免軌道主體的磨損和破壞。
優(yōu)選地，所述覆層為金屬覆層。
優(yōu)選地，所述金屬覆層為鐵基合金或鎳基合金覆層，簡(jiǎn)稱Fe(Ni)基覆層。本發(fā)明所述Fe(Ni)基覆層是指具有耐磨防腐性能的合金帶材?？砂凑宅F(xiàn)有常規(guī)的使用方法使用，如焊接在導(dǎo)軌主體上。
優(yōu)選地，所述金屬覆層可以為商品化的金屬合金薄帶材，如不銹鋼。
優(yōu)選地，所述金屬覆層通過阻焊或堆焊固定在導(dǎo)軌主體上，且剎車面和滑撬面覆層材料成分可不同。
優(yōu)選地，所述金屬覆層的成分可自主研發(fā)設(shè)計(jì)，通過成分調(diào)節(jié)可調(diào)控硬度為HRC35-55，耐腐蝕性優(yōu)于304不銹鋼，且剎車面的覆層可與通用的剎車片相適配，或作相應(yīng)的調(diào)整，以降低運(yùn)行成本。
通過對(duì)比分析，通過電阻焊將不銹鋼帶或不銹鋼條焊接在導(dǎo)軌主體上，是目前經(jīng)濟(jì)有效的方法。
優(yōu)選地，所述導(dǎo)軌主體的表面設(shè)有防腐涂層或防腐合金層，如油漆、鋅基或鋁基合金層。
優(yōu)選地，所述導(dǎo)軌主體為F型導(dǎo)軌。本發(fā)明所述的F型鋼導(dǎo)軌是指磁懸浮軌道用的導(dǎo)軌，由F型鋼材制成，是磁懸浮軌道交通技術(shù)領(lǐng)域常用的型材部件。如目前長(zhǎng)沙磁懸浮使用的就是F型鋼導(dǎo)軌。
優(yōu)選地，所述滑撬面的表面覆層厚度為0.1-5mm，優(yōu)選0.3-3mm。由于列車行駛時(shí)，滑撬面與導(dǎo)軌的距離為8毫米，所以直接在導(dǎo)軌主體上設(shè)置覆層不能過厚，以免影響機(jī)車的正常行駛。
優(yōu)選地，所述剎車面的表面覆層厚度為0.1-8mm，優(yōu)選0.3-3mm。由于剎車面的磨損相對(duì)嚴(yán)重，所以可以設(shè)置相對(duì)厚一點(diǎn)的覆層?？梢员ＷC在導(dǎo)軌設(shè)計(jì)使用壽命的期限內(nèi)不需更換覆層。
優(yōu)選地，所述覆層的寬度為1-20cm，進(jìn)一步優(yōu)選為2-10cm，更進(jìn)一步優(yōu)選為4-6cm。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種磁懸浮鋼導(dǎo)軌的制備方法，以對(duì)F型鋼導(dǎo)軌和Fe(Ni)基覆層為例，包括如下步驟：
(1)對(duì)F型鋼導(dǎo)軌和Fe(Ni)基覆層材料的焊接表面用丙酮清洗殘留的油污，并進(jìn)行噴砂粗化處理，磨料可選用SiC，清除其表面的附著物以及銹蝕和氧化層。
(2)清理完成后，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基覆層。由于覆層的主要目的是耐磨，同時(shí)兼有防腐的作用，所以也可以稱為耐磨防腐覆層。Fe(Ni)基覆層也可以稱為Fe(Ni)基耐磨防腐覆層。耐磨防腐覆層選擇Fe(Ni)基合金帶材，用于試驗(yàn)的剎車面覆層的帶材尺寸為1000mm×40mm×3mm，滑撬面覆層的帶材尺寸為1000mm×60mm×3mm。
(3)焊接完Fe(Ni)基覆層材料后，對(duì)整個(gè)導(dǎo)軌主體進(jìn)行防腐層的制備；可以噴涂有機(jī)的油漆涂料；也可以噴涂合金(如鋅基合金或鋁基合金)，當(dāng)然在噴涂完合金后需要進(jìn)行封孔處理，如用氟碳樹脂封孔。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地，所述剎車面處的導(dǎo)軌主體與金屬覆層的厚度比、以及滑撬面處的導(dǎo)軌主體與金屬覆層的厚度比均為10:1以上。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地，所述的步驟(1)中對(duì)F型鋼導(dǎo)軌和Fe(Ni)基覆層材料焊接面的表面采用噴砂清潔預(yù)處理，噴砂選用12目石英砂，噴砂空氣壓力0.7MPa，噴砂距離150mm，使得清理后的F型鋼導(dǎo)軌表面和Fe(Ni)基覆層材料的焊接面干燥、無灰塵、無油脂、無污垢和無銹斑附著物。噴砂處理后的基體表面要求粗糙、均勻，清潔等級(jí)達(dá)到Sa 3.0，表面粗糙度Rz為70-100μm。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地，所述的步驟(2)中對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層采用非等厚材料阻焊工藝的方法。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆層的焊接選用適于非等厚材料阻焊的球形電極，以獲得大厚度比的非等厚材料的阻焊工藝參數(shù)。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊Fe基覆層，F(xiàn)e基覆層的成分(wt％)為：C：≤0.085，Si：≤1.05，Mn：≤2.1，Cr：16.8-21.5，Ni：6.7-11.8，S：≤0.035，P：≤0.038，F(xiàn)e為余量。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊Ni基覆層，Ni基覆層材料的成分(wt％)為：Si：≤0.70，Cr：13.0-18.0，Mo：4.2-6.5，Al：2.3-3.8，F(xiàn)e：7.8-12.5，Ti：1.2-2.8，Ni為余量。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層的焊點(diǎn)分布疏密可調(diào)，可根據(jù)F型鋼導(dǎo)軌的工況要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，如為防止覆層邊緣實(shí)際使用時(shí)可能出現(xiàn)的掀邊現(xiàn)象，阻焊時(shí)可將覆層邊緣的焊點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)密一些，以增強(qiáng)覆層與F型鋼導(dǎo)軌的結(jié)合性能。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層，覆層與F型鋼導(dǎo)軌的抗拉剪力可根據(jù)設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)覆層表面單位平方厘米的焊點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)焊點(diǎn)數(shù)目的調(diào)節(jié)來調(diào)控抗拉剪力大小。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層，可借助機(jī)器人自動(dòng)化操作工藝實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，保證了焊接性能的均勻一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性，極大的提高了工作效率，降低生產(chǎn)成本。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層，覆層的硬度、摩擦系數(shù)和防腐年限取決于覆層材料的成分設(shè)計(jì)，因而可根據(jù)實(shí)際工程要求來進(jìn)行合理選擇覆層材料成分，以滿足上述參數(shù)要求。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層，基于覆層的硬度和摩擦系數(shù)取決于覆層材料的成分設(shè)計(jì)，從而擴(kuò)大了與覆層匹配的閘片的選擇范圍。通過合理的選擇覆層材料成分，可與鑄鐵閘片進(jìn)行匹配，經(jīng)濟(jì)可靠，從某種程度上降低了閘片的選材成本。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層時(shí)為糾正非等厚材料焊接時(shí)易出現(xiàn)的熔核偏移現(xiàn)象，采用硬規(guī)范，即大焊接電流，短焊接時(shí)間。本工藝采用的焊接電流為3.5-3.8kA，焊接時(shí)間為23-25ms。
進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面阻焊焊接Fe(Ni)基耐磨防腐覆層時(shí)鑒于考慮焊點(diǎn)壓痕不允許過深和熔核易偏移等因素，F(xiàn)e(Ni)基覆層材料薄件采用小直徑球形電極以增大電流密度減少熱量損失，電極端面呈現(xiàn)球形以保證形成平滑淺薄的壓痕不致影響外觀尺寸，以確保焊接性。
完成步驟(2)所述的F型鋼導(dǎo)軌表面Fe(Ni)基耐磨防腐覆層的制備后，對(duì)Fe(Ni)基覆層進(jìn)行磨削處理，清除表面毛刺以確保表面光潔，按現(xiàn)有技術(shù)即可。
本發(fā)明的F型鋼導(dǎo)軌表面Fe(Ni)基耐磨防腐覆層的制備工藝標(biāo)準(zhǔn)化方便于工廠企業(yè)防護(hù)涂裝和標(biāo)準(zhǔn)化裝配，改變以往由現(xiàn)場(chǎng)涂漆施工，現(xiàn)場(chǎng)裝配操作的工藝路線，改善了涂裝的施工環(huán)境。在F型鋼導(dǎo)軌耐磨表面進(jìn)行機(jī)器人自動(dòng)化阻焊Fe(Ni)基耐磨防腐覆層的制備，改善了現(xiàn)有F型鋼導(dǎo)軌剎車面和滑撬面的耐磨和防腐性，極大的提高了工作效率，保證了覆層焊接性能的均勻性和穩(wěn)定性。Fe(Ni)基覆層同時(shí)還可以阻礙氣體、液體的滲入路徑，為受保護(hù)金屬提供良好的屏蔽保護(hù)，保護(hù)基體材料不受外界環(huán)境的破壞。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明在導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面設(shè)置覆層，提高了剎車面和滑撬面的耐磨和防腐性能，且摩擦系數(shù)可依據(jù)材料成分進(jìn)行調(diào)控，以適配閘片達(dá)到制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)要求。
2、本發(fā)明導(dǎo)軌的剎車面和滑撬面設(shè)置覆層可以阻礙氣體、液體的滲入路徑，為受保護(hù)金屬提供良好的屏蔽保護(hù)，增加了磁懸浮鋼軌的抗腐蝕能力，延長(zhǎng)了使用壽命。
3、本發(fā)明可采用的制備工藝標(biāo)準(zhǔn)化以便于工廠防護(hù)涂裝和標(biāo)準(zhǔn)化裝配，改變了以往由現(xiàn)場(chǎng)涂漆施工，現(xiàn)場(chǎng)裝配操作的工藝路線，使得工藝更加簡(jiǎn)便。
4、本發(fā)明的工藝改善了施工環(huán)境，縮短了施工周期，降低了工程成本，以阻焊Fe(Ni)基耐磨防腐合金材料方式提高剎車面和滑撬面的耐磨和防腐性能，以屏蔽保護(hù)方式阻礙大氣水腐蝕，雙重效應(yīng)對(duì)中低速磁懸浮F型鋼導(dǎo)軌進(jìn)行長(zhǎng)效防護(hù)，延長(zhǎng)了F型鋼導(dǎo)軌的使用壽命。
附圖說明
圖1表示本發(fā)明的導(dǎo)軌橫截面示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的導(dǎo)軌橫截面示意圖如圖1所示，圖中，黑色實(shí)線部分圍成的、未填充的結(jié)構(gòu)為導(dǎo)軌主體，1表示導(dǎo)軌主體的滑撬面，2表示導(dǎo)軌主體的剎車面，內(nèi)外兩側(cè)都屬于剎車面，3表示覆層。
此導(dǎo)軌的制備方法如下：
(1)對(duì)F型鋼導(dǎo)軌和不銹鋼防護(hù)材料的焊接表面用丙酮清洗殘留的油污，并進(jìn)行噴砂粗化處理，磨料選用SiC，清除其表面的附著物以及銹蝕和氧化層。
采用射吸式噴砂設(shè)備對(duì)基體表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理，噴砂選用12目石英砂，噴砂空氣壓力0.7MPa，噴砂距離150mm，噴槍噴出的壓縮空氣清潔、干燥，相對(duì)濕度小于20％。使得清理后的F型鋼導(dǎo)軌表面和不銹鋼防護(hù)層的焊接面干燥、無灰塵、無油脂、無污垢和無銹斑附著物。噴砂處理后的基體表面要求粗糙、均勻，清潔等級(jí)達(dá)到Sa 3.0，表面粗糙度Rz為70-100μm。
(2)清理完成后，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面1和滑撬面2點(diǎn)焊焊接不銹鋼防護(hù)層。
采用DTB-100型點(diǎn)焊機(jī)對(duì)F型鋼導(dǎo)軌的剎車面2和滑撬面1進(jìn)行非等厚材料點(diǎn)焊焊接，焊接厚度比為13:1，所采用的合金薄帶為304不銹鋼帶材，尺寸為1000mm×40mm×3mm。焊接時(shí)選用適于非等厚點(diǎn)焊的球形電極，以獲得大厚度比的非等厚材料的點(diǎn)焊工藝參數(shù)。
焊接時(shí)采用網(wǎng)格法對(duì)不銹鋼防護(hù)層的焊點(diǎn)分布進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)，即在不銹鋼帶長(zhǎng)度方向均分100等分，寬度方向均分4等分，焊點(diǎn)均勻分布于網(wǎng)格中心點(diǎn)位置。
點(diǎn)焊焊接不銹鋼防護(hù)層時(shí)為糾正非等厚材料焊接時(shí)易出現(xiàn)的熔核偏移現(xiàn)象，需采用硬規(guī)范工藝，即大焊接電流，短焊接時(shí)間。焊接工藝參數(shù)如下：
鑒于考慮焊點(diǎn)壓痕不允許過深和熔核易偏移等因素，不銹鋼薄件采用小直徑球形電極以增大電流密度而減少熱量損失，電極端面呈現(xiàn)球形以保證形成平滑淺薄的壓痕不致影響外觀尺寸，進(jìn)而對(duì)剎車面兩側(cè)不銹鋼帶材進(jìn)行同時(shí)焊接，以確保焊接性。
(3)完成不銹鋼防護(hù)層的制備，除剎車面和滑撬面外焊接覆層處外，對(duì)F型鋼導(dǎo)軌主體部分噴涂制備高性能Zn基合金涂層，涂層厚度為0.3-0.4mm。
為保證噴涂面的清潔性，用壓縮空氣吹掃噴涂面，以防殘?jiān)z留表面。采用QD8-4D型電弧噴涂設(shè)備制備Zn基合金涂層，噴涂材料選用直徑的Zn基合金絲材。
電弧噴涂工藝參數(shù)為：
(4)完成上述的F型鋼導(dǎo)軌主體表面的噴涂防護(hù)處理后，進(jìn)行氟碳樹脂的封孔處理，長(zhǎng)效防腐年限可達(dá)50年。對(duì)不銹鋼面層進(jìn)行磨削后處理，如帶材掩蓋部分螺栓孔，清除表面毛刺以確保表面光潔。對(duì)熱噴涂高性能Zn基合金涂層的表面進(jìn)行封孔處理，使涂層表面的大部分孔隙和粗糙外層的孔隙都得以填充和封閉，達(dá)到對(duì)基體兼有犧牲陽極和隔離屏蔽的雙重保護(hù)作用。