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K922移动式闪光焊机焊接无缝线路施工工法1、前言随着国家经济建设的快速发展，我国铁路行业也发生了翻天覆地的变化，无缝线路的诞生大大促进了高速铁路的进程，无缝线路具备高平顺性、高稳定性等特点。而钢轨的焊接质量则是影响无缝线路成功铺设的关键因素。因此，如何提高钢轨的焊接质量对保证高速铁路无缝线路的行车安全、舒适、平稳运行至关重要。达成铁路快速通道施工中应用了无缝线路，钢轨采用厂焊100米定尺钢轨在基地用GASS80/580焊机焊接成500米长钢轨，再通过长钢轨运输车运送至铺轨现场，并采用DPG500型铺轨机组铺设。现场每个500米长轨接头采用现场焊接，使之形成1500米～2000米的单元轨节。最后在区间内进行单元轨节的焊接使之形成跨区间无缝线路。由于现场焊接工程量大（约885个焊头）焊接质量要求高，针对这一施工特点经研究探讨最终采用K922型闪光移动式对焊机进行现场单元轨节的焊接，因此形成本工法。2、工法特点2.1本工法自动化程度高，工艺稳定，焊接质量优良，热影响区窄，力学性能接近钢轨母材。2.2本工法生产效率高（130秒可焊完一个焊缝），设备体积小，质量轻，易操作，是业内移动式焊接设备的发展趋势和方向。2.3本工法采用进口设备，一次性投入大，设备先进，功能全面，焊接水准超前。2.4本工法适用国内外不同工况的无缝线路施工，适用范围广。3、适用范围本工法可应用于区间无缝线路焊接及跨区间超长无缝线路焊接施工。可用于75kg/m，60kg/m，50kg/m钢轨焊接施工。4、工艺原理4.1本工法的焊接形式属于闪光焊的一种，该工艺原理是将待焊钢轨对接接头，通电使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点(产生闪光)，使端面全部熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。钢轨闪光焊分为工厂或铺轨基地焊接（固定式焊接）和线上移动式焊接。4.2K922脉冲闪光焊轨机是将发电机与焊机分装在两个集装箱内，焊机集装箱内装有配电柜、液压泵，旋转支承，旋转油缸、移动支承，移动油缸、起重油缸以及与之铰连的吊臂，吊臂通过吊钩与焊机联接，焊机内设有夹紧油缸，可实现焊机在平板车上前后移动，提升旋转运动，保证焊接移动灵活，定位精确，提高了现场钢轨焊接的作业效率和焊接质量。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.1.1钢轨焊接前准备工作1、焊接设备组装调试、钢轨型式试验按照组装程序进行设备组装，并进行全面调试。确认设备一切正常后将待焊轨按照规定的检验要求焊接进行型式试验，确定焊接参数合格后可开始正式施工。2、钢轨接头除锈、打磨在钢轨接头端面及两侧钢轨与焊机导电钳口部位间500m范围内采用手提式砂轮机打磨，打磨后钢轨表面应有金属光泽，不得有锈蚀，对母材的磨耗不得超过0.2mm。若打磨后的待焊时间超出24h或有油水沾污，则必须重新打磨。3、钢轨焊接前设备检查焊接前应按照焊机使用说明检查主机、冷却系统、液压系统、电气控制系统是否正常；检查动力电压、水温、水位、油温、油位钳口上的焊碴及其他碎屑、推瘤刀上的焊接飞溅物是否清楚。焊接参数是否符合实验结果。一切正常之后，在操作司机、工长签字确认后方可进行焊接工作。5.1.2钢轨焊接1、准备工作完成后，推送移动式焊轨车运行到焊接接头处，特制集装箱将二位端前墙向上旋转到与顶棚平齐并锁定。起吊机构连同焊机沿轨道向外移动至端墙外平台；吊臂驱动油缸伸长降下置于钢轨上，确保两钢轨间隙位于导轴上标记的正下方，降低焊机直到压在钢轨上。2、焊机机头上的两对钳口将两钢轨轨头夹紧，自动对准系统接头两侧各500mm范围内在水平和纵向两个方向上自动非常精确地对准（两端钢轨在纵向同时被相对抬高0.6～0.8mm/m）。两钳口在通以400V的直流的电压后形成两个高压电极，提高焊接电流。启动焊接，激活自动焊接工序；分别进入预闪光阶段（该阶段应锁定钢轨夹紧选择开关，防止在焊接周期结束时焊机再次夹紧钢轨）、低压闪光加速闪光、以及顶锻阶段。顶锻完成以后整个焊接过程结束。随后钢轨夹紧装置快速松开两钳口，在焊机头内的推瘤刀立即进行推瘤，从而完成一侧钢轨的焊接作业。焊机机架张开到最大位置，起升焊机直至完全离开钢轨焊接接头，取出推瘤焊碴，清洁焊机内部。然后将焊机调整到另一侧完成钢轨焊接。在完成一组焊接接头后，每间隔三根轨枕上紧扣件，焊机前行到下一个焊接接头处。5.1.3焊后正火正火作业前焊接接头表面温度应低于400℃~500℃，然后用氧气一乙炔加热器将焊缝温度加热到850℃（轨底角）～950℃（轨头）之间。钢轨表面正火加热温度采用光电测温仪进行测量。做好正火记录。5.1.4钢轨焊后调直、粗打磨钢轨焊缝正火完，温度降低至300℃以下时，对钢轨进行调直。焊后打磨可以分成粗打磨和精细打磨，粗打磨利用手提式砂轮机对焊缝及附近轨头顶面、侧面、轨底上面和轨底进行打磨；焊缝踏面部位在常温下不能打亏，打磨时不得横向打磨，打磨面不得发黑、发蓝而应平整有光泽。粗磨应保证焊接接头的表面粗糙度能够满足探伤扫查的需要；焊接接头非工作面的垂直、水平方向错边应进行纵向打磨过渡。打磨后的焊缝平直度要求见表5.1.4。表5.1.4焊缝平直度允许偏差表部位轨顶面轨头内侧工作面①轨底平直度0～+0.3mm-0.3mm～+0.3mm0～+0.5mm注：①内侧工作面“+”表示指向轨道外侧，使轨距扩大。5.1.5焊接接头超声波探伤每个钢轨焊接接头均应进行超声波探伤，并根据业主及设计要求进行第三方检测及监督抽检。探伤前应将焊缝处温度减低到40℃以下，冷却可以用浇水法进行，但浇水时钢轨温度不得高于250℃。在经打磨过的焊接钢轨轨底、轨腰、轨头上均匀涂抹探伤专用油，然后用探头进行探伤。探伤结果不得有未焊透、过烧、裂纹、气孔、夹渣等有害缺陷。5.1.6数据的记录及分析每完成一个接头的焊接，除瘤、打磨、探伤后，应将相关数据、信息等资料收集、整理、同时加以分析、存档。5.1.7K922焊接工艺流程图见5.1.7图5.1.7K922闪光移动接触焊机施工流程图5.2操作要点5.2.1确定焊接参数焊接参数的选定是一个相互匹配的过程，通过现场落锤试验的对钢轨焊接接头冲击韧性和断裂韧性进行试验，对断口内的进行观测和分析，测量断口内缺陷的大小，是否露头等，特别是灰斑这种不可消除缺陷的判定和测量，分析钢轨焊型式试验确定焊接工艺参数丈量、检查钢轨接头外观检查接头打磨焊后调直接头正火接头推瘤接头焊接焊轨车就位接头探伤转下一对接头处轨头打磨锯轨焊轨车行驶到位焊轨车支承到临时轨道上不合格扣件拆除钢轨抬高至滚道上焊机检查空载测试钢轨下降至扣件上接过程中采集的数据信息，以此为依据设置调整焊接参数。整个焊接参数的选定就是这样循环调整的过程，通过不断地试验调整，最终获得一套质量稳定可靠的焊接参数供未来焊接使用。1、K922移动闪光对焊机的焊接阶段划分为预热闪光阶段、闪光阶段（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）、加速推进阶段（Ⅰ、Ⅱ）、顶锻阶段、保压阶段。1）预热闪光阶段的作用是在钢轨正式闪光之前对冰冷钢轨进行预热，烧掉钢轨之间的过梁，为进入闪光阶段做好准备。由于此阶段是预加热过程，所以要求的电压比较高，预热时间比较长。2）闪光阶段是焊接过程中主要的阶段，此阶段又由四个阶段组成，其作用是将钢轨两端加热烧化区内的钢轨通过闪光这一过程，融化成液体金属，形成足够的塑性变形区域。在保证焊接过程的稳定的前提下，最大限度地降低焊接此阶段电压，控制各阶段的闪光速度，对于提高端面温度，减少焊接内部缺陷，提高接头抗锤数等方面有着非常重要的意义。3）加速推进阶段的作用是使闪光更加激烈、避免氧化、提高温度。此阶段需要注意的问题是控制推进速度，防止在焊接过程中出现电流中断和短路现象。加速末速越大，灰斑面积越大，易形成短路，使闪光稳定性变差，焊口容易氧化；加速末速太小，加速阶段闪光不剧烈，焊口也容易氧化，影响焊接质量。4）顶锻阶段的作用是保证熔渣和液体金属从焊缝中充分排出，使火口完全封闭，并且使焊缝区得到一定的塑性变形，从而形成牢固的接头。主要由顶锻量S来反映。顶锻量S的大小决定了钢轨内部焊接缺陷（灰斑）及对接头质量的影响、同时也促进了焊接接头的抗冲击能力。顶锻量S的取值非常敏感，值越小，缺陷面积和数量越小，但是过小，则会导致过烧组织的残留，所以顶锻量S的取值要恰当好处，即保证能将熔渣和液体金属从焊缝中充分排出，有要保证缺陷的不残留。5）保压阶段的作用是就是使焊接完成后，继续对焊缝保持压力，已确保焊缝焊接牢固，使其在钢轨内力的作用不会断裂。2、决定焊接质量标准的关键参数有闪光速度、加速速度、顶锻、保压、打滑、加速阶段的电流中断、加速阶段的短路、总钢轨消耗量。只有在选定参数的过程中很好的观察分析以上参数的变化，相互间影响的关系，才能得到一套符合质量要求的完整的参数。根据以上规则和调试人员的经验，选定了适合达成铁路U75V合金钢轨的焊接参数（见表5.2.1），该套参数已经通过了铁科院的钢轨焊接接头型式试验。表5.2.1达成铁路U75V钢轨焊接参数5.2.2焊接控制系统K922闪光对焊机对现场焊接质量的管理控制是通过焊接管理系统完成的。焊接管理系统是通过距离、电流、电压和压力传感器提供的数据，对每个焊机进行可靠和高质量的分析。首先焊机管理系统本身设计有一套完整的焊接流程控制项目预热闪光Pre-Flash闪光1FlashⅠ闪光2FlashⅡ闪光3FlashⅢ闪光4FlashⅣ加速推进1BoostⅠ加速推进2BoostⅡ距离（mm）4.54.15.64.02.12.82.4时间（S）30403010332电压（V）385380320340430430430电流设定点1（A）300350200150180200225电流设定点2（A）350580300300500500500电流设定点3（A）400599400400600600600正向速度（mm/s）1.402.752.750.450.801.201.60反向速度（mm/s）0.700.850.700.200.200.210.10顶锻（mm）11.5顶锻持续（s）0.8保压压力（t）55锁定保持时间（m）0体系和质量判定规则，结合对特定钢轨选定的焊接参数，来控制每一个焊接阶段的时间、烧化量、电流、电压、推进速度、压力等，焊接过程完毕之后，自行分析整个焊接过程中采集的焊接数据，结合质量判定规则对焊缝是否合格进行判定。焊接管理系统为焊机操作人员在焊接过程中提供直观的操作界面，在此界面上操作人员可以随时了解焊接过程。此界面上包含有焊接所采用的钢轨焊接参数，焊接时间的推进，通过电流、烧化量、电压、压力以变化的柱状图的形式反映在闪光焊接过程中的情况，并在焊接完毕之后将焊接接头是否合格的判定结果显示给操作人员，以指导操作人员进行下一步动作。在焊接完毕后，为了方便操作人员对焊接过程进行分析，焊接管理系统对整个过程的焊接参数变化进行准确记录，形成了每个焊接接头的任务视图表，视图表中记录每个阶段的数据变化及由烧化量、电流、电压、压力形成的曲线图（见图5.2.2-1）。此视图可以为调整焊接参数并最终确定焊接参数提供了可靠的参考依据。图5.2.2-1移动焊接各项参数图进行每日焊接质量管理控制过程中，焊接管理系统会对每天焊接的所有接头的信息进行收集、分析、处理并形成每日焊接任务视图表（见图5.2.2-2），此表中记录了每次焊接的相关数据、焊接接头是否合格等资料，通过此表可以直观的了解当日焊机所焊接头的情况。图5.2.2-1移动焊接数据记录表5.2.3劳动力组织本工法劳动力需求见表5.2.3。表5.2.3施工班组劳动力组织一览序号工序名称技工人数普工人数1施工准备222设备组装调试及型式试验423接头除锈打磨（含锯轨）424接头及设备检查425钢轨焊接426焊后接头正火427钢轨调直打磨428超声波探伤149数据记录16、材料与设备6.1主要材料本工法所需材料见表6.1。表6.1一套设备2km/d需要材料表序号材料名称类型单位数量1P60钢轨P60钢轨定尺500米根82正线枕木ⅢA型混凝土枕根33345ⅢA型弹条ⅢA型扣件