移動(dòng)閃光接觸焊在城市軌道交通無(wú)縫線路施工中的應(yīng)用

1、移動(dòng)閃光接觸焊在城市軌道交通無(wú)縫線路施工中的應(yīng)用姜海濤中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司 湖北省十堰市武當(dāng)路15號(hào) 郵編：442012摘 要：本文以中鐵十一局集團(tuán)上海軌道交通2號(hào)線西延伸段軌道工程為例，介紹在城市軌道交通無(wú)縫線路施工中采用現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)閃光接觸焊形成無(wú)縫化軌道的實(shí)例。并針對(duì)K920型移動(dòng)閃光接觸焊機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)對(duì)無(wú)縫線路閃光接觸焊接施工工藝及施工方法做出了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：K920、移動(dòng)閃光接觸焊機(jī)、閃光接觸焊、無(wú)縫線路、軌道交通隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，地面公共交通已經(jīng)越來(lái)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(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為城市軌道交通發(fā)展的必然趨

2、勢(shì)。城市軌道交通的無(wú)縫化對(duì)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(wú)縫線路施工中鋼軌焊接質(zhì)量對(duì)行車安全和延長(zhǎng)鋼軌使用壽命具有十分重要的意義。鋼軌焊接質(zhì)量既要求焊縫的強(qiáng)度和焊接頭的精度，還要求全部焊縫質(zhì)量的均勻性和一致性。目前我國(guó)鐵路鋪設(shè)的無(wú)縫路長(zhǎng)軌條，一般情況下廠焊采用接觸焊，現(xiàn)場(chǎng)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(jī)械化程度高，焊縫材質(zhì)與母材等同，且焊機(jī)有質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，保證每個(gè)焊接頭質(zhì)量穩(wěn)定一致，無(wú)論是質(zhì)量、精度都能達(dá)到其質(zhì)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(guò)程是手工操作，受工作環(huán)境、氣候、機(jī)具以及操作人員經(jīng)驗(yàn)和水平的差別的影響，

3、接頭的質(zhì)量具有波動(dòng)性。鋁熱焊由于是鑄造結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較差，同樣受客觀條件的影響，加上沒(méi)有監(jiān)控系統(tǒng)，鋁熱焊焊接的質(zhì)量也不穩(wěn)定。所以在三種焊接方式中，接觸焊的焊接質(zhì)量最好。我公司在上海軌道交通2號(hào)線西延伸段軌道工程無(wú)縫線路施工過(guò)程中便采用隧道內(nèi)移動(dòng)式接觸焊，鋼軌接頭全部采用現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)接觸焊接，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，移動(dòng)式接觸焊在焊接效率和焊接安全性以及焊接質(zhì)量上均能夠滿足城市軌道交通的行車需要，運(yùn)營(yíng)后的2號(hào)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(rèn)可。1. 技術(shù)原理我公司在上海軌道交通2號(hào)線西延伸段軌道工程無(wú)縫線路施工中采用的是目前業(yè)內(nèi)較為先進(jìn)的K920閃光接觸焊機(jī)對(duì)25m標(biāo)準(zhǔn)軌進(jìn)行焊接而形成無(wú)縫線路

4、。K920焊軌機(jī)組由兩部分組成，分別安裝在兩個(gè)特制的集裝箱內(nèi)。一部分為動(dòng)力系統(tǒng)，二部分為操作控制系統(tǒng)。動(dòng)力系統(tǒng)由動(dòng)力集裝箱內(nèi)的特殊配置的發(fā)電機(jī)組組成，為閃光接觸焊機(jī)和機(jī)頭懸掛裝置提供所需的全部動(dòng)力；操作控制系統(tǒng)由電氣控制柜、焊機(jī)機(jī)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?？砂搭A(yù)定的工藝要求自動(dòng)對(duì)鋼軌進(jìn)行焊接，記錄焊接數(shù)據(jù)，判別焊接質(zhì)量，顯示打印焊接曲線和焊接日?qǐng)?bào)表，從而保證了焊接質(zhì)量，提高了整個(gè)焊接管理的自動(dòng)化水平。2. K920接觸焊機(jī)的施工特點(diǎn)2.1. 控制系統(tǒng)全部自動(dòng)化，具有自動(dòng)焊接，數(shù)據(jù)采集和焊接質(zhì)量判別功能，保證了焊接接頭的質(zhì)量；2.2. 焊機(jī)機(jī)頭懸掛裝置是一種專用液壓雙

5、臂起重機(jī)，操作靈活方便，有比較寬的作業(yè)范圍；2.3. 動(dòng)力系統(tǒng)能夠滿足焊機(jī)三相用電不平衡、負(fù)荷大、不穩(wěn)定的要求；2.4. 采用兩個(gè)專用集裝箱，轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)裝卸運(yùn)輸靈活，施工時(shí)改變作業(yè)方向方便，且結(jié)構(gòu)緊湊，占用場(chǎng)地少；2.5. 焊接過(guò)程受計(jì)算機(jī)控制，保證焊接質(zhì)量均勻可靠；2.6. 工藝簡(jiǎn)單勞動(dòng)強(qiáng)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(gòu)造及主要技術(shù)參數(shù)3.1. 主要構(gòu)造整車由一輛平板車，兩個(gè)集裝箱組成。配備柴油發(fā)電機(jī)和液壓吊機(jī)，配上動(dòng)力軌道車可實(shí)現(xiàn)在工地流動(dòng)作業(yè)。3.1.1. 焊機(jī)工作箱焊機(jī)設(shè)備安置在焊接工作箱內(nèi)，包括焊機(jī)機(jī)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(shè)有液壓吊機(jī)，承擔(dān)焊機(jī)的吊裝任務(wù)。3.1.2. 液壓吊機(jī)液壓吊機(jī)設(shè)計(jì)為雙臂可上下擺動(dòng)、可伸縮，底盤可旋轉(zhuǎn)。焊機(jī)懸掛在吊機(jī)上，吊機(jī)雙吊臂的上下擺動(dòng)可將焊機(jī)從車上移至工作位置，吊機(jī)雙吊臂的伸縮及轉(zhuǎn)盤支架的旋轉(zhuǎn)可將焊機(jī)精確定位于焊接位置。液壓吊機(jī)采用電液控制，在焊機(jī)吊臂的作業(yè)半徑內(nèi)，焊機(jī)均可焊接。3.1.3. 動(dòng)力集裝箱動(dòng)力集裝箱配備一套柴油發(fā)電機(jī)組?？奢敵?00KVA以上的動(dòng)力，保證整個(gè)焊機(jī)的動(dòng)力供應(yīng)。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(shù)參數(shù)3.2.1. 設(shè)備外型尺寸： 整機(jī)運(yùn)輸尺寸：13500×2600×3300mm(長(zhǎng)&

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(jī)、起吊機(jī)構(gòu)、集裝箱等）：14t動(dòng)力集裝箱（發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)等）：9t整機(jī)總成：42t3.2.3. 焊機(jī)機(jī)頭主要參數(shù)（見(jiàn)表1）表1-K920焊機(jī)機(jī)頭主要技術(shù)參數(shù)額定電壓400V夾緊力2500KN額定初級(jí)電流540A自重3500KG次級(jí)電壓6V外形尺寸965×1590×1300mm最大焊截面15000mm260kg/m軌焊接時(shí)間70秒頂鍛力1000KN生產(chǎn)速度15接頭/小時(shí)4. 焊前參數(shù)設(shè)定及型式檢驗(yàn)4.1. 在焊機(jī)正式投入生產(chǎn)前必須由專業(yè)人

8、員對(duì)焊機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，并根據(jù)設(shè)定的參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行型式檢驗(yàn)。一旦各個(gè)型式檢驗(yàn)項(xiàng)目全部合格，則所設(shè)定的參數(shù)將作為正式生產(chǎn)時(shí)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(yàn)4.2.1. 型式檢驗(yàn)的條件:4.2.1.1. 焊頭試生產(chǎn)。4.2.1.2. 調(diào)試工藝參數(shù)及采用新鋼種。4.2.1.3. 周期性生產(chǎn)檢驗(yàn)結(jié)果不合格時(shí)。4.2.2. 型式檢驗(yàn)內(nèi)容（見(jiàn)表2）表2-型式檢驗(yàn)內(nèi)容項(xiàng)目型式實(shí)驗(yàn)周期性生產(chǎn)檢驗(yàn)說(shuō) 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(gè)焊頭5、金相利用沖擊試件作一個(gè)6、硬度227、外觀1558、抗拉29、沖擊2特殊地方應(yīng)提供數(shù)據(jù)10、斷口利

9、用1-3項(xiàng)試件檢查4.2.3. 型式檢驗(yàn)的方法與標(biāo)準(zhǔn)4.2.3.1. 靜彎試驗(yàn)(用靜彎?rùn)C(jī)試驗(yàn))試件長(zhǎng)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(jì)3組）進(jìn)行靜彎試驗(yàn)，每組軌頭受壓作4根，軌頭受拉作1根，載荷見(jiàn)下表。表3-靜彎試驗(yàn)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(yàn)(落錘試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)):試件在焊接后經(jīng)自然冷卻，軌溫為040時(shí)方可進(jìn)行落錘試驗(yàn)。試件長(zhǎng)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(jì)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(yīng)測(cè)量試件的殘余撓度，落錘高度見(jiàn)下表。表4-落錘試驗(yàn)錘頭重量錘擊一次錘擊二次1000kg5.2m3.1m4.2.3.3. 疲勞試驗(yàn):鋼軌焊頭試件的疲勞試驗(yàn)按TB1354有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。表5-疲勞試驗(yàn)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(yàn): 每個(gè)焊頭均應(yīng)進(jìn)行探傷，并按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。4.2.3.5. 金相組織及晶粒度檢驗(yàn):接觸大于金相組織為珠光和少量鐵素體。檢驗(yàn)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(yàn)只取軌頭部分。4.2.3.6. 硬度試驗(yàn):GB230及GB231規(guī)定辦

11、理。4.2.3.7. 外觀檢驗(yàn):鋼軌焊頭應(yīng)縱向打磨平順，不得有低接頭，用1m直尺測(cè)量鋼軌焊頭的不直度按表6規(guī)定。表6-外觀檢驗(yàn)軌頂面(mm)軌頭內(nèi)側(cè)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(yàn):試件取樣位置見(jiàn)TB/T1632-91圖樣，焊頭及相應(yīng)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)。抗拉試樣尺寸加工及試驗(yàn)方法按GB228及6397有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。表7-抗拉及沖擊試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度a伸長(zhǎng)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(jìn)行，用肉眼或放大鏡觀察斷口不得有裂紋，過(guò)燒、未焊透，氣孔，鑄態(tài)金屬缺陷和肉眼可見(jiàn)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?jì)算面積。斷口除軌底角外，允許有少量光斑，暫按單個(gè)光灰斑最大面積為8平方毫米，個(gè)數(shù)不限，但面積不超過(guò)50平方毫米，若有光斑露頭出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)將光斑面積加倍計(jì)算。當(dāng)用宏觀方法難以判別斷口缺陷性質(zhì)時(shí)，應(yīng)作微觀檢查。4.2.4. 型式試驗(yàn)結(jié)果：4.2.4.1. 落錘試驗(yàn)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(xiàng)按TB1632-91規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。4.2.4.4. 型式試驗(yàn)合格后方可批量生產(chǎn)。4.2.5.

13、 周期性檢驗(yàn)：4.2.5.1. 周期性試驗(yàn)條件：每焊接500個(gè)鋼軌焊頭應(yīng)作周期性生產(chǎn)檢驗(yàn)。4.2.5.2. 周期性檢驗(yàn)內(nèi)容及試件規(guī)定數(shù)量見(jiàn)表2。4.2.5.3. 周期性檢驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)按TB1632-91規(guī)定執(zhí)行。4.2.5.4. 周期性檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)認(rèn)真填寫試驗(yàn)記錄。5. 移動(dòng)閃光接觸焊施工方案5.1. 施工工藝移動(dòng)閃光接觸焊施工工藝見(jiàn)圖1-移動(dòng)閃光接觸焊施工工藝流程圖。圖1-移動(dòng)閃光接觸焊施工工藝流程圖5.2. 各主要項(xiàng)目施工方法5.2.1. 焊前鋼軌接頭除銹打磨鋼軌焊前對(duì)焊軌兩端進(jìn)行除銹處理。要求表面光潔，不得有銹斑，打磨量一次不超過(guò)0.2mm；待焊軌待焊時(shí)間超過(guò)24小時(shí)或被油水沾污，必須重新打

14、磨處理，打磨長(zhǎng)度600mm左右。5.2.2. 支墊滾輪在每個(gè)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(jī)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(jī)機(jī)頭懸掛裝置及起重臂的活動(dòng)范圍為2m左右，為保證兩鋼軌接頭通過(guò)液壓系統(tǒng)調(diào)整能夠完全對(duì)正，并在軌底預(yù)留推瘤刀的活動(dòng)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(zhǎng)度為30cm的方木塊，自由端鋼軌每間隔6m支墊一個(gè)滾輪，滾輪高度15cm，與固定端方木厚度相同，方便鋼軌接頭對(duì)位。5.2.3. 鋼軌接頭對(duì)正在鋼軌接頭對(duì)正時(shí)，由于固定端支墊方木的原因，固定端鋼軌

15、接頭會(huì)自由向上翹起，在對(duì)正時(shí)，先用焊機(jī)機(jī)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(guò)調(diào)整液壓系統(tǒng)將兩接頭下壓和拉伸，使接頭完全對(duì)正。5.2.4. 接頭焊接在接頭對(duì)正合格后，接通電源，兩鉗口通以400v電壓，激活自動(dòng)焊接程序，分別進(jìn)入預(yù)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(gè)焊接過(guò)程結(jié)束。閃光焊接完成后，鋼軌夾緊裝置松開兩鉗口，焊機(jī)機(jī)頭內(nèi)的推瘤刀立即自動(dòng)進(jìn)行推瘤，推瘤完成后一個(gè)鋼軌接頭的焊接正式結(jié)束。焊接過(guò)程中必須派專人檢查焊接曲線圖詳細(xì)分析加速、頂鍛和推瘤過(guò)程，并根據(jù)圖形分析焊接質(zhì)量情況，如圖2-焊接過(guò)程各主要參數(shù)變化圖。每日針對(duì)焊

16、接日?qǐng)?bào)表檢查焊接質(zhì)量，如圖3-每日焊接情況報(bào)表，對(duì)每日的焊接工作進(jìn)行全方位監(jiān)控。圖2-焊接過(guò)程各主要參數(shù)變化圖5.3. 施工注意事項(xiàng)5.3.1. 鋼軌閃光對(duì)接焊管理系統(tǒng)應(yīng)該用外接的交流220伏電源單獨(dú)供電，不要從焊機(jī)電氣控制柜取電。焊接過(guò)程中發(fā)生異常情況時(shí)會(huì)按下緊急停按鈕，斷開焊機(jī)機(jī)頭的供電和電氣控制柜的電輸出。如果鋼軌閃光對(duì)接焊管理系統(tǒng)從焊機(jī)電氣控制柜取電，發(fā)生緊急停時(shí)，鋼軌閃光對(duì)接焊管理系統(tǒng)會(huì)突然停電，造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的破壞。圖3-每日焊接情況報(bào)表5.3.2. 鋼軌閃光對(duì)接焊管理系統(tǒng)啟動(dòng)前，確保一根通訊線連接好工控機(jī)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(jī)的串口COM1，不能是其它的串口，否則構(gòu)不成通訊，會(huì)限制鋼軌閃光對(duì)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(wú)權(quán)修改焊接工藝參數(shù)。只有特定的技術(shù)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(huì)嚴(yán)重影響焊接結(jié)果。5.3.4. 在焊接現(xiàn)場(chǎng)，由于焊機(jī)及其它機(jī)器一起工作，產(chǎn)生大量灰塵，應(yīng)該經(jīng)常清掃鋼軌閃光對(duì)接焊管理系統(tǒng)顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)上的灰塵。焊接時(shí)，關(guān)閉計(jì)算機(jī)柜的玻璃門。5.3.5. 打印焊接曲線、焊接日?qǐng)?bào)表前，應(yīng)確認(rèn)激光打印機(jī)已連接到工控機(jī)并開機(jī)。5.3.6. 鋼軌閃光對(duì)接焊管理系