移動閃光接觸焊在城市軌道交通無縫線路施工中的應用

1、移動閃光接觸焊在城市軌道交通無縫線路施工中的應用姜海濤中鐵十一局集團第三工程有限公司 湖北省十堰市武當路15號 郵編：442012摘 要：本文以中鐵十一局集團上海軌道交通2號線西延伸段軌道工程為例，介紹在城市軌道交通無縫線路施工中采用現(xiàn)場移動閃光接觸焊形成無縫化軌道的實例。并針對K920型移動閃光接觸焊機的作業(yè)特點對無縫線路閃光接觸焊接施工工藝及施工方法做出了詳細介紹。關鍵詞：K920、移動閃光接觸焊機、閃光接觸焊、無縫線路、軌道交通隨著我國城市建設的迅猛發(fā)展，地面公共交通已經(jīng)越來越滿足不了城市居民出行的需要，而城市軌道交通以其大容量、快捷、安全經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)點已經(jīng)成為城市軌道交通發(fā)展的必然趨

2、勢。城市軌道交通的無縫化對保證列車的平穩(wěn)性、舒適性以及降低噪音提供了必要條件。在無縫線路施工中鋼軌焊接質量對行車安全和延長鋼軌使用壽命具有十分重要的意義。鋼軌焊接質量既要求焊縫的強度和焊接頭的精度，還要求全部焊縫質量的均勻性和一致性。目前我國鐵路鋪設的無縫路長軌條，一般情況下廠焊采用接觸焊，現(xiàn)場聯(lián)合接頭和鎖定焊接大部分采用氣壓焊，少量采用鋁熱焊。廠焊機械化程度高，焊縫材質與母材等同，且焊機有質量監(jiān)控系統(tǒng)，保證每個焊接頭質量穩(wěn)定一致，無論是質量、精度都能達到其質量要求。氣壓焊同接觸焊同屬于高溫塑性狀態(tài)下的焊接，但是由于焊接過程是手工操作，受工作環(huán)境、氣候、機具以及操作人員經(jīng)驗和水平的差別的影響，

3、接頭的質量具有波動性。鋁熱焊由于是鑄造結構，強度較差，同樣受客觀條件的影響，加上沒有監(jiān)控系統(tǒng)，鋁熱焊焊接的質量也不穩(wěn)定。所以在三種焊接方式中，接觸焊的焊接質量最好。我公司在上海軌道交通2號線西延伸段軌道工程無縫線路施工過程中便采用隧道內移動式接觸焊，鋼軌接頭全部采用現(xiàn)場移動接觸焊接，經(jīng)過實踐檢驗，移動式接觸焊在焊接效率和焊接安全性以及焊接質量上均能夠滿足城市軌道交通的行車需要，運營后的2號線西延伸段其舒適性及平穩(wěn)性得到了廣大上海市民的廣泛認可。1. 技術原理我公司在上海軌道交通2號線西延伸段軌道工程無縫線路施工中采用的是目前業(yè)內較為先進的K920閃光接觸焊機對25m標準軌進行焊接而形成無縫線路

4、。K920焊軌機組由兩部分組成，分別安裝在兩個特制的集裝箱內。一部分為動力系統(tǒng)，二部分為操作控制系統(tǒng)。動力系統(tǒng)由動力集裝箱內的特殊配置的發(fā)電機組組成，為閃光接觸焊機和機頭懸掛裝置提供所需的全部動力；操作控制系統(tǒng)由電氣控制柜、焊機機頭、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自耦變壓器組成。可按預定的工藝要求自動對鋼軌進行焊接，記錄焊接數(shù)據(jù)，判別焊接質量，顯示打印焊接曲線和焊接日報表，從而保證了焊接質量，提高了整個焊接管理的自動化水平。2. K920接觸焊機的施工特點2.1. 控制系統(tǒng)全部自動化，具有自動焊接，數(shù)據(jù)采集和焊接質量判別功能，保證了焊接接頭的質量；2.2. 焊機機頭懸掛裝置是一種專用液壓雙

5、臂起重機，操作靈活方便，有比較寬的作業(yè)范圍；2.3. 動力系統(tǒng)能夠滿足焊機三相用電不平衡、負荷大、不穩(wěn)定的要求；2.4. 采用兩個專用集裝箱，轉場時裝卸運輸靈活，施工時改變作業(yè)方向方便，且結構緊湊，占用場地少；2.5. 焊接過程受計算機控制，保證焊接質量均勻可靠；2.6. 工藝簡單勞動強度小，使用方便，操作靈活，可自發(fā)電，也可外接電源；3. 焊技構造及主要技術參數(shù)3.1. 主要構造整車由一輛平板車，兩個集裝箱組成。配備柴油發(fā)電機和液壓吊機，配上動力軌道車可實現(xiàn)在工地流動作業(yè)。3.1.1. 焊機工作箱焊機設備安置在焊接工作箱內，包括焊機機頭、電氣控制系統(tǒng)、焊接數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)、液壓泵站和冷卻系統(tǒng)

6、；焊接工作箱設有液壓吊機，承擔焊機的吊裝任務。3.1.2. 液壓吊機液壓吊機設計為雙臂可上下擺動、可伸縮，底盤可旋轉。焊機懸掛在吊機上，吊機雙吊臂的上下擺動可將焊機從車上移至工作位置，吊機雙吊臂的伸縮及轉盤支架的旋轉可將焊機精確定位于焊接位置。液壓吊機采用電液控制，在焊機吊臂的作業(yè)半徑內，焊機均可焊接。3.1.3. 動力集裝箱動力集裝箱配備一套柴油發(fā)電機組?？奢敵?00KVA以上的動力，保證整個焊機的動力供應。3.1.4. 鐵路平車采用的是二七工廠的X6A型集裝箱平車。3.2. 主要技術參數(shù)3.2.1. 設備外型尺寸： 整機運輸尺寸：13500×2600×3300mm(長&

7、#215;寬×高)集裝箱單件尺寸：6100×2500×2500mm3.2.2. 重量焊接工作箱（焊機、起吊機構、集裝箱等）：14t動力集裝箱（發(fā)電機、發(fā)動機、控制系統(tǒng)等）：9t整機總成：42t3.2.3. 焊機機頭主要參數(shù)（見表1）表1-K920焊機機頭主要技術參數(shù)額定電壓400V夾緊力2500KN額定初級電流540A自重3500KG次級電壓6V外形尺寸965×1590×1300mm最大焊截面15000mm260kg/m軌焊接時間70秒頂鍛力1000KN生產(chǎn)速度15接頭/小時4. 焊前參數(shù)設定及型式檢驗4.1. 在焊機正式投入生產(chǎn)前必須由專業(yè)人

8、員對焊機參數(shù)進行設定，并根據(jù)設定的參數(shù)對焊接質量進行型式檢驗。一旦各個型式檢驗項目全部合格，則所設定的參數(shù)將作為正式生產(chǎn)時的焊接參數(shù)，參數(shù)一旦確定未經(jīng)允許任何人員不得隨意更改。4.2. 型式檢驗4.2.1. 型式檢驗的條件:4.2.1.1. 焊頭試生產(chǎn)。4.2.1.2. 調試工藝參數(shù)及采用新鋼種。4.2.1.3. 周期性生產(chǎn)檢驗結果不合格時。4.2.2. 型式檢驗內容（見表2）表2-型式檢驗內容項目型式實驗周期性生產(chǎn)檢驗說 明1、靜彎15每組5根2、落錘1533、疲勞3每組3根4、探傷每個焊頭5、金相利用沖擊試件作一個6、硬度227、外觀1558、抗拉29、沖擊2特殊地方應提供數(shù)據(jù)10、斷口利

9、用1-3項試件檢查4.2.3. 型式檢驗的方法與標準4.2.3.1. 靜彎試驗(用靜彎機試驗)試件長度1.2m，試件置于跨距為1m的支座上，焊縫居中承受集中載荷。取5根試件為一組（計3組）進行靜彎試驗，每組軌頭受壓作4根，軌頭受拉作1根，載荷見下表。表3-靜彎試驗受力狀態(tài)60kg/m撓度  mm軌頭受拉137320軌頭受壓122615注:撓度值僅作記錄4.2.3.2. 落錘試驗(落錘試驗機試驗):試件在焊接后經(jīng)自然冷卻，軌溫為040時方可進行落錘試驗。試件長度大于1.2m，試件軌頭向上置于跨距為1m的支座，并使焊縫居中。取5根試件為一組（計3組）同一落錘高度錘擊試件連續(xù)不斷為合格，每

10、次錘擊后均應測量試件的殘余撓度，落錘高度見下表。表4-落錘試驗錘頭重量錘擊一次錘擊二次1000kg5.2m3.1m4.2.3.3. 疲勞試驗:鋼軌焊頭試件的疲勞試驗按TB1354有關規(guī)定進行。表5-疲勞試驗焊接方法60kg/m跨距接觸焊4/470(9.6/4.8)1.0m4.2.3.4. 探傷檢驗: 每個焊頭均應進行探傷，并按有關標準規(guī)定執(zhí)行。4.2.3.5. 金相組織及晶粒度檢驗:接觸大于金相組織為珠光和少量鐵素體。檢驗方法執(zhí)行GB6394的規(guī)定。焊縫，熱影響區(qū)及母材的金相組織分別按軌頭、軌腰及軌底部位選取試件，晶粒度檢驗只取軌頭部分。4.2.3.6. 硬度試驗:GB230及GB231規(guī)定辦

11、理。4.2.3.7. 外觀檢驗:鋼軌焊頭應縱向打磨平順，不得有低接頭，用1m直尺測量鋼軌焊頭的不直度按表6規(guī)定。表6-外觀檢驗軌頂面(mm)軌頭內側工作面(mm)軌底(mm)0+0.2/m0+0.2/m+0.54.2.3.8. 抗拉及沖擊試驗:試件取樣位置見TB/T1632-91圖樣，焊頭及相應母材的抗拉試樣各取6根，沖擊試樣作2根，1根作焊縫，另一根作熱影響區(qū)?？估嚇映叽缂庸ぜ霸囼灧椒ò碐B228及6397有關規(guī)定執(zhí)行。表7-抗拉及沖擊試驗抗拉強度a伸長率s硬度沖擊韌性aAK90%70%90%60%4.2.3.9. 斷口檢查利用靜彎，落錘或疲勞試件斷口亦可將試件鋸口拆斷，按GB1814規(guī)定

12、進行，用肉眼或放大鏡觀察斷口不得有裂紋，過燒、未焊透，氣孔，鑄態(tài)金屬缺陷和肉眼可見的夾碴等不良缺陷。鋼軌焊頭的斷口允許有少量灰斑?；野吆喜⒂嬎忝娣e。斷口除軌底角外，允許有少量光斑，暫按單個光灰斑最大面積為8平方毫米，個數(shù)不限，但面積不超過50平方毫米，若有光斑露頭出現(xiàn)時，應將光斑面積加倍計算。當用宏觀方法難以判別斷口缺陷性質時，應作微觀檢查。4.2.4. 型式試驗結果：4.2.4.1. 落錘試驗15根試件連續(xù)不斷為合格。4.2.4.2. 靜彎取3組15根靜彎試件連續(xù)不斷為合格。4.2.4.3. 其它各項按TB1632-91規(guī)定標準執(zhí)行。4.2.4.4. 型式試驗合格后方可批量生產(chǎn)。4.2.5.

13、 周期性檢驗：4.2.5.1. 周期性試驗條件：每焊接500個鋼軌焊頭應作周期性生產(chǎn)檢驗。4.2.5.2. 周期性檢驗內容及試件規(guī)定數(shù)量見表2。4.2.5.3. 周期性檢驗合格標準按TB1632-91規(guī)定執(zhí)行。4.2.5.4. 周期性檢驗結果應認真填寫試驗記錄。5. 移動閃光接觸焊施工方案5.1. 施工工藝移動閃光接觸焊施工工藝見圖1-移動閃光接觸焊施工工藝流程圖。圖1-移動閃光接觸焊施工工藝流程圖5.2. 各主要項目施工方法5.2.1. 焊前鋼軌接頭除銹打磨鋼軌焊前對焊軌兩端進行除銹處理。要求表面光潔，不得有銹斑，打磨量一次不超過0.2mm；待焊軌待焊時間超過24小時或被油水沾污，必須重新打

14、磨處理，打磨長度600mm左右。5.2.2. 支墊滾輪在每個焊接接頭兩端各有一根鋼軌，其中一根鋼軌由于裝載焊軌機組的平板車停放處于固定狀態(tài)，稱為固定端；另一根鋼軌在滾輪的支墊下完全處于自由狀態(tài)，稱為自由端。由于焊機機頭懸掛裝置及起重臂的活動范圍為2m左右，為保證兩鋼軌接頭通過液壓系統(tǒng)調整能夠完全對正，并在軌底預留推瘤刀的活動空間，在固定端距鋼軌接頭120cm處的軌枕上支墊厚度為15cm、寬度20cm、長度為30cm的方木塊，自由端鋼軌每間隔6m支墊一個滾輪，滾輪高度15cm，與固定端方木厚度相同，方便鋼軌接頭對位。5.2.3. 鋼軌接頭對正在鋼軌接頭對正時，由于固定端支墊方木的原因，固定端鋼軌

15、接頭會自由向上翹起，在對正時，先用焊機機頭懸掛裝置的夾鉗夾緊兩接頭，使其在縱向上保持在同一直線上，再通過調整液壓系統(tǒng)將兩接頭下壓和拉伸，使接頭完全對正。5.2.4. 接頭焊接在接頭對正合格后，接通電源，兩鉗口通以400v電壓，激活自動焊接程序，分別進入預閃階段、穩(wěn)定高壓閃光階段、低壓閃光階段、加速閃光階段和頂鍛階段，頂鍛階段完成后整個焊接過程結束。閃光焊接完成后，鋼軌夾緊裝置松開兩鉗口，焊機機頭內的推瘤刀立即自動進行推瘤，推瘤完成后一個鋼軌接頭的焊接正式結束。焊接過程中必須派專人檢查焊接曲線圖詳細分析加速、頂鍛和推瘤過程，并根據(jù)圖形分析焊接質量情況，如圖2-焊接過程各主要參數(shù)變化圖。每日針對焊

16、接日報表檢查焊接質量，如圖3-每日焊接情況報表，對每日的焊接工作進行全方位監(jiān)控。圖2-焊接過程各主要參數(shù)變化圖5.3. 施工注意事項5.3.1. 鋼軌閃光對接焊管理系統(tǒng)應該用外接的交流220伏電源單獨供電，不要從焊機電氣控制柜取電。焊接過程中發(fā)生異常情況時會按下緊急停按鈕，斷開焊機機頭的供電和電氣控制柜的電輸出。如果鋼軌閃光對接焊管理系統(tǒng)從焊機電氣控制柜取電，發(fā)生緊急停時，鋼軌閃光對接焊管理系統(tǒng)會突然停電，造成計算機系統(tǒng)的破壞。圖3-每日焊接情況報表5.3.2. 鋼軌閃光對接焊管理系統(tǒng)啟動前，確保一根通訊線連接好工控機的串口COM1與可編程控制器的串口COM口，并合上可編程控制器的供電電源。通訊線只能連接到工控機的串口COM1，不能是其它的串口，否則構不成通訊，會限制鋼軌閃光對接焊管理軟件的一些功能。5.3.3. 操作人員可以查看焊接歷史數(shù)據(jù)和焊接工藝參數(shù)，但無權修改焊接工藝參數(shù)。只有特定的技術人員憑正確的密碼才能修改焊接工藝參數(shù)。焊接工藝參數(shù)的改變會嚴重影響焊接結果。5.3.4. 在焊接現(xiàn)場，由于焊機及其它機器一起工作，產(chǎn)生大量灰塵，應該經(jīng)常清掃鋼軌閃光對接焊管理系統(tǒng)顯示器、鍵盤和鼠標上的灰塵。焊接時，關閉計算機柜的玻璃門。5.3.5. 打印焊接曲線、焊接日報表前，應確認激光打印機已連接到工控機并開機。5.3.6. 鋼軌閃光對接焊管理系