本發(fā)明涉及鋼軌鋁熱焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著鐵路交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，鋼軌鋁熱焊接產(chǎn)品的使用量與日俱增；鋁熱焊接是無縫線路鋼軌焊接的常用方法，將鋁粉、氧化鐵粉及鐵合金等按一定比例配合組成鋁熱焊劑，在一次性坩堝內(nèi)高溫點(diǎn)燃后，發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，放出大量的熱，形成高溫鋁熱鋼水，將鋼水注入預(yù)熱的焊接砂型型腔中，高溫鋼水通過特別設(shè)計(jì)的砂型，熔化部分待焊鋼軌端面，經(jīng)冷卻凝固后將待焊鋼軌聯(lián)成一個整體。鋁熱焊接具有設(shè)備簡單、使用方便、經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠、不需外界電源等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于無縫線路的焊接。

一次性坩堝、分流塞和砂模是鋼軌鋁熱焊接的澆注系統(tǒng)的三大要素。一次性坩堝需要承載鋁熱反應(yīng)高溫?zé)嶙饔茫ＷC在劇烈熱沖擊下坩堝不破裂漏鋼液；不影響鋼軌焊縫金屬的化學(xué)成分、顯微組織和力學(xué)性能。砂型作為鑄焊過程中軌型的成型鑄模，對焊接接頭軌底質(zhì)量起到至關(guān)重要的影響。分流塞在引導(dǎo)鋼液的流向，減少鋼液對砂型的沖擊作用。

現(xiàn)有技術(shù)中一次性坩堝使用時存在穩(wěn)定性差，焊接過程的安全性較低。坩堝內(nèi)鋼液僅依靠液體密度差實(shí)現(xiàn)鋼液與渣液的分離。在澆注過程中分流塞承受較大沖擊，在型腔內(nèi)因分流塞引導(dǎo)鋼液流向?qū)е落撘合嗷プ矒舢a(chǎn)生飛濺。砂型底部容易產(chǎn)生表面氣孔，影響焊縫的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有的鋼軌鋁熱焊接產(chǎn)品在鋁熱反應(yīng)時存在安全隱患和鋼水流動過程中缺乏明確的除渣結(jié)構(gòu)，及其帶來焊接接頭的質(zhì)量問題，本發(fā)明提供一種鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括砂模、設(shè)置在砂模上方的坩堝本體、與坩堝本體匹配的坩堝蓋、設(shè)置在砂模內(nèi)部的分流塞及設(shè)置在砂模底部的底板；

所述砂模為多面體結(jié)構(gòu)；包括頂面、底面及連接在頂面與底面之間的焊接面；所述的焊接面包含兩個立面；所述的砂模上設(shè)有大冒口和小冒口；大冒口位于小冒口的外側(cè)，兩個冒口尺寸均為上大底小，所述的小冒口通過橫澆道與所述的焊接面相連通；小冒口與大冒口在砂模底部連通，小冒口和大冒口的連接面與水平面成10°~60°夾角；

所述坩堝本體上部壁厚逐漸增加；所述坩堝本體內(nèi)部底面上具有多個弧形凹陷，底面中心開設(shè)有錐形自熔塞支撐臺階，所述的多個弧形凹陷結(jié)構(gòu)沿自熔塞孔中心圓周分布，且弧形凹陷底部向自熔塞孔中心方向傾斜。

所述坩堝蓋為由上向下漸擴(kuò)徑的錐臺結(jié)構(gòu)，且坩堝蓋的頂部為弧形拱起結(jié)構(gòu)，坩堝蓋的內(nèi)壁上沿圓周方向設(shè)有多個支撐臂，且所述支撐臂的頂端與坩堝蓋的頂部連接；所述坩堝蓋的內(nèi)壁上沿圓周方向設(shè)有多個導(dǎo)流槽Ⅰ；坩堝蓋頂部的中心設(shè)有通孔；坩堝蓋的頂部內(nèi)表面設(shè)有沿通孔圓周分布的多個導(dǎo)流槽Ⅱ。

所述的分流塞為中部凸起兩側(cè)凹陷弧形結(jié)構(gòu)，曲面光滑連接，凹陷最低位高于分流塞兩側(cè)棱的高度，分流塞位于砂模上部形成的空腔內(nèi)，通過砂模上部的斜面結(jié)構(gòu)固定分流塞，通過斜面與分流塞間的空隙引導(dǎo)鋼液進(jìn)入砂模下部型腔。

所述大冒口橫截面為圓形，小冒口為橢圓形。

所述坩堝本體的澆注孔位于分流塞中心的上部，在澆注時通過分流塞使?jié)沧⒁后w均勻向兩側(cè)分散。

所述的多個導(dǎo)流槽Ⅰ與多個支撐臂間隔設(shè)置。

所述多個導(dǎo)流槽Ⅱ與多個支撐臂間隔設(shè)置。

所述坩堝蓋的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)有4個支撐臂，12個導(dǎo)流槽Ⅰ，且支撐臂與兩側(cè)相鄰導(dǎo)流槽Ⅰ之間的夾角為15°。

所述坩堝蓋的內(nèi)壁上沿圓周方向均勻設(shè)有4個支撐臂，所述坩堝蓋的頂部內(nèi)表面具有沿通孔圓周均勻分布的4個導(dǎo)流槽Ⅱ，且每個導(dǎo)流槽Ⅱ與支撐臂之間的夾角為45°。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)，該系統(tǒng)反應(yīng)坩堝及澆道系統(tǒng)均設(shè)計(jì)液體除渣結(jié)構(gòu)，充分考慮凈化型腔鋼水純度；該系統(tǒng)坩堝頂蓋采用氣動布局，疏導(dǎo)反應(yīng)的高溫氣體和阻擋高溫液固飛濺物；該系統(tǒng)砂模底部兩個冒口連通，增強(qiáng)鑄件補(bǔ)縮能力；

在砂模上設(shè)置大冒口和小冒口，小冒口通過橫澆道與焊接面相連通；小冒口與大冒口在砂模底面聯(lián)通，鋼水經(jīng)過分流塞分流至兩側(cè)澆道口向型腔內(nèi)流動，混合著砂礫等雜質(zhì)的鋼水流至砂模底均向兩側(cè)的小冒口與大冒口向上流動，其中小冒口與大冒口底部連通且截面與水平面成10°~60°斜向，該結(jié)構(gòu)可增大鋼水中雜質(zhì)上浮的有效面積，減少軌底角表面的氣孔，確保鋼水中的雜質(zhì)大部分越過內(nèi)側(cè)小冒口經(jīng)外側(cè)大冒口向上流動同時提供軌底補(bǔ)縮功能和減少軌底應(yīng)力集中，小冒口的中部與砂模型腔連通形成橫澆道，橫澆道既包含澆道作用又包含冒口作用，可為軌頭側(cè)面提供補(bǔ)縮功能；

在坩堝底部設(shè)置弧形凹陷結(jié)構(gòu)，且底部中心開設(shè)錐形自熔塞支撐臺階結(jié)構(gòu)，弧形凹陷結(jié)構(gòu)的最低位置距自熔塞孔距離最近，則確保液體幾乎全部流入型腔，避免金屬浪費(fèi)；弧形凹陷結(jié)構(gòu)與水平方向?yàn)閮A斜型結(jié)構(gòu)，疏導(dǎo)鋁熱反應(yīng)對底部的沖擊力，鋼水經(jīng)弧形凹陷結(jié)構(gòu)向自熔塞孔流動時，形成局部對流場，液體內(nèi)部各組分混合均勻，組織凝固后無成分聚集、偏析組織，同時對流過程中廢渣上浮利于除渣，且由于局部對流場，利于減小熔融金屬液體流出時的單位體積動能，利于減輕對砂模和分流塞的沖擊強(qiáng)度；錐形自熔塞結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確控制鋼液流出時間和速度，提高反應(yīng)過程的安全等級和焊接質(zhì)量；

將坩堝蓋設(shè)置為圓形錐臺結(jié)構(gòu)，且在蓋鍋蓋上設(shè)置支撐臂、導(dǎo)流槽，發(fā)生鋁熱反應(yīng)時，高溫氣體和液固雜質(zhì)對坩堝蓋產(chǎn)生高速高壓的沖擊力，這種設(shè)計(jì)方式可以保證坩堝蓋在鋁熱反應(yīng)激烈時的強(qiáng)度，提高焊接安全性能，同時由于沖擊力的反作用力，促進(jìn)坩堝內(nèi)部鋼水流動性，利于鋼水中渣液上浮，凈化液體純凈度；

將分流塞設(shè)置為中部凸起兩側(cè)凹陷弧形結(jié)構(gòu)，曲面光滑連接，凹陷最低位高于分流塞兩側(cè)棱的高度，分流塞在澆注系統(tǒng)中位于砂模上部形成的空腔內(nèi)，通過砂模上部的斜面結(jié)構(gòu)固定分流塞，通過斜面與分流塞間的空隙引導(dǎo)鋼液進(jìn)入砂模下部型腔，坩堝中鋼水流經(jīng)分流塞時，該結(jié)構(gòu)能夠有效降低鋁熱鋼水的動能，使得液體均勻通過內(nèi)澆道充滿型腔，同時緩解液體對分流塞的沖擊力，減弱對分流塞砂礫的沖刷，減小鋁熱鋼水中的含砂量，對提高焊接鑄件質(zhì)量起到重要的影響；

本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是提高金屬液體均勻性、晶粒細(xì)化、凝固組織致密性、除渣性能和焊接安全性，此外還有攜帶方便、不易損壞、使用后無需回收和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1 本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3 本發(fā)明分流塞示意圖；

圖4 本發(fā)明坩堝蓋示意圖；

圖5 本發(fā)明坩堝本體示意圖；

圖6 本發(fā)明砂模俯視圖；

圖7 本發(fā)明砂模剖視圖；

圖8 本發(fā)明砂模豎截面示意圖；

圖9 本發(fā)明澆注系統(tǒng)澆注示意圖一；

圖10 本發(fā)明澆注系統(tǒng)澆注示意圖二；

附圖標(biāo)記：1、坩堝蓋，2、坩堝本體，3、分流塞，4、砂模，5、底板，6、弧型頂蓋，7、導(dǎo)流槽Ⅰ，8、支撐臂，9、導(dǎo)流槽Ⅱ，10、頂部，11、底部， 12、弧形凹陷，13、支撐臺階，14、冒口底部，15、兩側(cè)澆道口，16、小冒口，17、橫澆道，18、大冒口，19、凹陷弧形。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。

如圖1、圖2所示，為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括砂模4、設(shè)置在砂模4上方的坩堝本體2、與坩堝本體2匹配的坩堝蓋1、設(shè)置在砂模4內(nèi)部的分流塞3及設(shè)置在砂模4底部的底板5。

如圖3所示，為本發(fā)明鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)的分流塞3，分流塞3為中部凸起兩側(cè)凹陷弧形結(jié)構(gòu)，曲面光滑連接，凹陷弧形19最低位高于分流塞兩側(cè)，分流塞3在澆注系統(tǒng)中位于砂模上部形成的空腔內(nèi)，通過砂模上部的斜面結(jié)構(gòu)固定分流塞3，通過斜面與分流塞3間的空隙引導(dǎo)鋼液進(jìn)入砂模下部型腔，坩堝中鋼水流經(jīng)分流塞時，該結(jié)構(gòu)能夠有效降低鋁熱鋼水的動能，使得液體均勻通過內(nèi)澆道充滿型腔，同時緩解液體對分流塞的沖擊力，減弱對分流塞砂礫的沖刷，減小鋁熱鋼水中的含砂量，對提高焊接鑄件質(zhì)量起到重要的影響。

如圖4所示，本發(fā)明鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)的坩堝蓋1為圓形錐臺結(jié)構(gòu)，截面為圓形，坩堝蓋上方內(nèi)置向上弧型頂蓋6。坩堝蓋內(nèi)壁均勻分布12個導(dǎo)流槽Ⅰ7，支撐臂8與相鄰導(dǎo)流槽Ⅰ7夾角15度；頂蓋內(nèi)壁均勻分布4個導(dǎo)流槽Ⅱ9，每個導(dǎo)流槽Ⅱ9與支撐臂8夾角45度；發(fā)生鋁熱反應(yīng)時，高溫氣體和液固雜質(zhì)對坩堝蓋產(chǎn)生高速高壓的沖擊力，這種設(shè)計(jì)方式可以保證坩堝蓋在鋁熱反應(yīng)激烈時的強(qiáng)度，提高焊接安全性能，同時由于沖擊力的反作用力，促進(jìn)坩堝本體內(nèi)部鋼水流動性，利于鋼水中渣液上浮，凈化液體純凈度。

如圖5所示，本發(fā)明鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)的坩堝本體2，頂部10尺寸加厚，方便焊接操作的安裝擺放，底部11厚度由外及內(nèi)逐漸減小，且底部均勻分布4個弧形凹陷12，且底部中心開設(shè)錐形自熔塞支撐臺階13，弧形凹陷12的最低位置距自熔塞孔距離最近，則確保液體幾乎全部流入型腔，避免金屬浪費(fèi)；弧形凹陷12與水平方向?yàn)閮A斜型結(jié)構(gòu)，疏導(dǎo)鋁熱反應(yīng)對底部的沖擊力，鋼水經(jīng)弧形凹陷結(jié)構(gòu)向自熔塞孔流動時，形成局部對流場，液體內(nèi)部各組分混合均勻，組織凝固后無成分聚集、偏析組織，同時對流過程中廢渣上浮利于除渣，且由于局部對流場，利于減小熔融金屬液體流出時的單位體積動能，利于減輕對砂模和分流塞的沖擊強(qiáng)度；錐形自熔塞結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確控制鋼液流出時間和速度，提高反應(yīng)過程的安全等級和焊接質(zhì)量。

如圖6、圖7、圖8所示，為本發(fā)明鋼軌鋁熱焊接澆注系統(tǒng)的砂模4，所述砂模4的本體為多面體結(jié)構(gòu)；包括有頂面、底面和連接在頂面、底面之間的焊接面；所述的焊接面包含兩個立面；所述的砂模4上還具有大冒口18和小冒口16；大冒口18橫截面為圓形，小冒口16為橢圓形，且所述的大冒口18位于小冒口16的外側(cè)，大冒口18和小冒口16尺寸均為上大底小，所述的小冒口16通過橫澆道與所述的焊接面相連通；小冒口16與大冒口18在砂模底面連通。鋼水經(jīng)過分流塞3分流至兩側(cè)澆道口15向型腔內(nèi)流動，混合著砂礫等雜質(zhì)的鋼水流至砂模底均向兩側(cè)的小冒口16與大冒口18向上流動，其中兩側(cè)冒口底部14連通且截面與水平面成10°~60°斜向，該結(jié)構(gòu)可增大鋼水中雜質(zhì)上浮的有效面積，減少軌底角表面的氣孔，確保鋼水中的雜質(zhì)大部分越過小冒口16經(jīng)大冒口18向上流動同時提供軌底補(bǔ)縮功能和減少軌底應(yīng)力集中。小冒口16的中部與砂模型腔連通形成橫澆道17，橫澆道17既包含澆道作用又包含冒口作用，可為軌頭側(cè)面提供補(bǔ)縮功能。

如圖9、圖10所示，為本發(fā)明澆注系統(tǒng)澆注示意圖，本澆注系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是提高金屬液體均勻性、晶粒細(xì)化、凝固組織致密性、除渣性能和焊接安全性，此外還有攜帶方便、不易損壞、使用后無需回收和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。