现场钢轨焊接施工技术

现场钢轨焊接施工技术Thespotsteelrailweldsthetechnique叶鲍生BaoshenYe中铁十六局胶济铁路工程指挥部摘要：本文简要介绍了胶济铁路电气化改造工程中钢轨焊接的施工方法、施工工艺、质量控制措施，为今后无缝线路施工提供参考。关键词：既有线长轨条焊接施工1、工程概况：胶济铁路电气化改造工程位于山东省的胶东半岛，东起美丽的海滨城市青岛，西至山东省会济南市，胶济线素有山东经济的“黄金大道”之称，它对推进山东半岛对外开放的辐射，对保持山东半岛经济持续健康发展，起到了积极的促进作用，并为山东半岛的经济腾飞创造了良好的基础条件。我局指挥部担负施工的ZH-4标段位于胶州市、高密市、昌邑市境内，DK70+800~K126+500既有线全长52.3km，其中新建四线含双绕段，疏解线32.574km，线路总长84.824km。经由九个车站，其中改造车站五个，封闭车站4个。改造封闭车站主要是满足200km/h速度段，及160km以下速度段线路平面要求引起的新建高速线，大取直和既有线单、双绕线，跨区建一次性铺设无缝线路。无缝线路的长轨条焊接和采用厂内电弧闪光接触焊，现场采用移动闪光接触焊，小型气压焊和法国铝热焊相结合的方式，我们标段主要是采用小型气压焊和法国铝热焊两种形式。下面主要是把法国铝热焊的情况介绍如下：2、焊接设备2.1主要设备：手动推磨机，钢轨对正架机，钢轨切轨机，钢轨仿性打磨机，顶磨机等。2.2消耗物品⑴、密封膏；⑵、QPCJ工艺专用密封箱泥；⑶、高温火柴；⑷、动力机器用汽、柴油；⑸、足够的丙烷和氧气；（6）、焊一个接头所必需的QPC组件（2个包装箱）；（7）轨枕塞；（8）备用钢轨扣件；（9）准备一些同型号的插入轨；（10）距轨专用锯片；（11）MR150型专用打磨砂轮；（12）表示牌和粘贴标签；（13）表格和手册安全防护文件2.3金属构件（1）、砂轮磨夹具；（2）测磨夹具；（3）底板；（4）回碴板；（5）坩埚叉2.4焊前的预热和焊后的保温（1）、氧气、丙烷预垫拴和预热支架（2）、氧气和丙烷调压表（3）氧气丙烷软管(4)防回活塞（5）合格的点火装置（6）保温箱和保温罩。2.5安全防护用具（1）焊工护目镜；（2）面罩、手套、护腿、口罩;(3)急救和防火器材；2.6动力机具（1）、HC355型锯轨机；（2）、冲击扳手；（3）TR75型液压钢轨拉伸器；（4）EGHZ型EPM2型液压推瘤机；（5）MR150型钢轨打磨机2.7辅助工具（1）活动扳手、轨道扳手、套筒杆；（2）大锤；（3）轨道定位器；（4）堵漏棒；（5）、托轨器；（6）铲子、楔子；（7）钢丝刷；（8）标记印模和标记表；（9）、修理动力机具的工具；（10）轨道校正装置：CR75型钢轨对正梁扛轨器，轨距杆等；2.8测量工具（1）、焊工直尺；（2）轨温计；（3）钢卷尺；（4）温度指示计；2.9信息传达工具（1）通知联系封锁线路；（2）、工作情况交底；（3）3.焊接工艺焊接工艺流程图焊接准备钢轨打磨对轨和夹轨安装模具安放加热器点火预热拆模清除多余焊料推瘤打磨检查、验收、记录垫轨调夹点调整轨缝焊药包准备抹封箱泥直接燃气系统坩埚浇注4．钢轨焊接型式试验焊件由于胶济线使用钢轨厂家不同，钢轨成分也就有所差异，上线施工前，必须对不同厂家的钢轨进行焊接，经过型式试验，拿出第一手资料，掌握全面的技术参数，指导上线施工。4.1、疲劳（焊头）4.1.1数量：3~5件4.1.2长度：1300mm4.2、拉力：4.2.1数量：1件焊头+1件母材4.2.2长度：110mm4.3.3试件加工：（见下图）4.4冲击：4.4.1数量：1件焊头+1件母材4.4.2试件长度：80mm，60mm（母材）4.4.3试件加工：（见下图）图2缺口深度为2mm的标准比U型缺口冲击式样4.5硬度：4.5.1数量：3件焊头+1件母材，4.5.2试件长度见上图铝热焊头中的一件按图3加工轨头，一件加工成纵向试片（图4），另一块加工成横向试片（图5）图图5铝热焊横向硬度试片加工图（单位：mm）说明：1.硬度上端面（轨端面）和下端面（轨底面）不加工。制加工纵向大平面，粗糙度▽7。2.按上端面所示位置打上编号。4.6静弯：4.6.1数量：10件4.6.2长度：1200~1300mm5、实施过程根据型式试验结果，各项指标都满足TB/T1632-91钢轨焊接接头技术条件，为现场能够上线施工焊接提供了可靠成熟的技术参数。采用QPCJ铝热焊工艺完成一个钢轨街头的焊接可分为13个步骤，并且13个步骤必须遵照以下特定规定。5.1.1到焊接现场前的准备工作：在出发到施工现场前，必须依据设备机具表，认真检查落实是否已备齐焊接所必需的所有工具，材料设备。5.1.2焊接现场的准备工作：到现场后，应对现场的环境，天气情况进行综合评价，对任何可能导致火灾或安全事故的隐患务必进行彻底清除。5.1.3轨道的准备工作：采取适当的防护措施，避免钢轨在对接对正，调整以及焊接过程中发生移动。5.1.4动钢轨端头的准备：钢轨端头间隙位置不能位于轨枕之上，钢轨端头的断面公差应大于1.0mm，钢轨端头150mm范围内必须用钢丝刷清刷干净，既有线上的旧轨必须确定钢轨端头以前为被气焊或电焊过。否则会导致焊头质量的不合格。5.1.5钢轨端头的对正：钢轨端头的对正事任何铝热焊焊接工艺中最难也是最关键的一项工作。它将直接关系到钢轨焊接接头的外观质量和内在质量，所以、QPCJ铝热焊焊接钢轨端头对正归纳为四要素：轨缝调整、夹点设定、水平对正和不等倾斜调整。5.1.4.1轨缝间隙：钢轨铝热焊轨缝间隙一般为≮23mm和≯27mm。如果轨缝小于23mm，将达不到预热效果，而且溶化的钢水会因过量而溢出灰茶盘，如果轨缝大于27mm，遇热也达不到效果，而且溶化的钢水还不足以填满整个间隙。所以轨缝的大小必须为：25±2mm，在轨头和轨底面进行准确测量。5.1.4.2夹点（垂直对正）：将焊工专用直尺至于钢轨运行表面正中央，直尺端头与钢轨运行表面的间隙的夹点设定的所需要的测量尺寸，夹点值木枕3.2m，水泥区为1.6m。调整夹点使用的起道机必须一直放置钢轨上，直至焊头冷却至370℃以下方可取下起道机，在钢轨对正和浇注结束过程以前任何人不得站在焊接区域内的轨枕上。5.1.4.3水平对正：用焊工专用的直尺分别紧贴钢轨的轨头，轨腰和轨底，如果一侧的钢轨头轨腰或轨底比另一侧宽，将两侧钢轨的中心线对齐，差异均分。5.1.4.4倾斜对正：根据目测钢轨端头以及直尺测量情况，判定那一侧钢轨偏离中心线，将偏离的干轨调整到最后对正。值得注意的是：轨缝大小不正确会导致钢轨焊头的结合质量不高；尖头设置不好，焊头冷却后，钢轨的运行表面会出现过高或过低；对正不好，将会导致轨距不一致；钢轨端头间的不等倾斜将会导致焊头因疲劳过度而断裂；过早拆除起道机对正夹会产生焊头的偏离；必须认真用好专用直尺。5.1.6砂模的准备：认真检查砂模设备是否齐全，砂模是否受潮，若受潮要更换。将两侧的砂模在钢轨上轻轻的进行摩擦，使与钢轨更密贴，然后取砂模底板按要求涂上密封膏，先安装底砂模板，在安装侧模，拧紧固定，盖上砂模口，避免灰尘和杂物进入砂模内。将专用的封箱泥均匀的抹在砂模与钢轨的各处缝隙处。5.1.7预热：5.1.7.1压力调节：将丙烷和氧气调压器上的压力完全释放归零，把预热器上的两个阀门完全打开，踢过氧气和臂弯的调节阀将压力调节到丙烷压力为10psi（相当于0.07mpa）、氧气压力为70psi（相当于0.49mpa），关掉预热器上的两个阀门，这时压力调节已完成。5.1.7.2预热：记录好钢轨温度，在砂模外快速打开预热器丙烷阀门，点燃火焰稍稍开大，慢慢打开预热器氧气阀门，在预热器上的喷嘴出获得一个大约12mm蓝色火焰处，将预热器放置在预先定好位的预热架上，并将预热器在砂模中迅速居中定位，火焰从砂模两侧冒出，均匀对称，火焰的声音均匀，立即按下跑秒计时。时间约6分钟。在规定的时间结束后，撤走预热器钢轨中间及轨头颜色发红。预热工作已完成。5.1.8焊药包的准备：在预热之前或在预热过程中，检查包装箱内的组建是否齐全，药剂包是否有破损或受潮，坩埚是否有损伤。如果以上完好无损，打开药剂慢慢旋转倒入一次性坩埚内，将高温火柴插入焊药包内盖上坩埚盖。5.1.9浇注在规定预热时间结束后，将分流塞放入顶部的入口处，将一次性坩埚放置在砂模的正中央，点燃点火引信，将引信插入焊药中，最深为25mm，盖上坩埚盖，做好堵漏准备，当费碴停止流出，按下跑表开始计时五分钟后开始拆模。5.1.10拆模及推瘤：在浇注结束五分钟后，移走坩埚、灰碴盘、拆除砂模夹具、夹板和底板，用热切凿划去焊头顶部，除掉冒出的焊料，将钢轨运行表面以变干的封箱泥稍加清理。六分钟后将多余的焊料切除，将轨底处冒出的焊料打弯，以便打磨的进行。5.1.11热打磨：打磨人员要穿戴防护用品，调整的热打磨机先进行焊头表面，将焊料顶部表面打磨至距轨面1mm左右，决不能打磨至母材平齐，这样冷却后将会出现凹陷现象，钢轨两侧与轨面的圆弧形处打磨至于既有钢轨平齐。5.1.12冷打磨：在浇注结束一小时后，拆除轨底抬高器，目测夹点，对钢轨表面进行打磨使其整体平齐，冷打磨的速度不要过快过猛，否则会造成钢轨淬火或发蓝。5.1.13检查收尾：检查焊好的钢轨接头表面，轨顶表面应凸出为0.25~0.3mm，凹陷为0，做好焊接记录，并贴好标记，将轨道恢复至标准状态，收拾工具清理现场，取消线路封锁，恢复开通线路。6.质量控制：6.1准确了解钢轨的化学成分，机械性能，低倍组织等应符合GB2585及相关标准及规定，对钢轨母材质量有疑义的要进行再检验。6.2上线进行钢轨焊接前，必须做静弯、破断荷载、落锤、疲劳荷载，全项组织及晶粒度等型式试验。6.3现场每个焊接接头必须进行超声波探伤。6.4钢轨焊头平直度必须达到以下要求。焊接接头平制度要求（mm/m）序号项目气压焊、铝热焊1轨顶面+0.3，02轨头内侧工作面+0.33轨底+0.3，07.施工注意事项：7.1必须按审定的施工方案计划组织施工，做好施工安全管理和现场控制，施工前的准备工作要做到“三必须”，即必须制定切实可行的安全防护措施，对施工人员要进行岗前培训和技术交底，必须明确施工领导责任人，必须四到位（人员到位、职务到位、责任到位、业务水平到位）。7.2对施工单位负责人施工人员讲清作业程序时间人物和质量要求。7.3钢轨焊缝两侧各10mm范围内不得有明显压痕、硬痕、划伤，电击等缺陷。7.4长轨条在焊接前必须拨正，未拨对正严禁焊接。7.5砂模安装必须牢固稳定，封箱泥必须抹平抹实。7.6预热时间一定要把握好，拆模热打磨必须要严格控制好时间8.施工体会：我局胶济指挥部在胶济电气化工程施工中，全管区内进行铝热焊街头400多个，经过自探和济南铁路局工务部门复探。钢轨焊接街头合格率达到97%，在整个胶济线钢轨接头焊接质量是最好的。我们焊接任务即将完成时，建设指挥部又统一安排，把我们的焊接队伍调往ZH-5、ZH-7标段友援焊接任务；提速后经过近9个月的运营，接管单位验收评定为优良，现场焊接质量满足提速要求。作者简介：叶鲍生：中铁十六局集团二公司技术人员，1989年毕业于北方交通大学，曾参加大秦铁路、大秦铁路二期、京久铁路、京秦铁路、胶济铁路电气化工程等建设。主要参考文献：（1）于金帆苗丽雯李克顺吴润民《现代化高速铁路设计、施工与线路提速改造新技术实务全书》当代音像出版社2004