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地铁均回流铜排焊接施工工法.doc

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地铁 回流 焊接 施工
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- 1 -地铁均回流铜排焊接施工工法中铁十二局集团电气化工程有限公司韩悌斌 郭 鸿 张国蓬1.前 言随着国民经济的持续发展,我国大中型城市交通拥堵状况日益加重,修建地铁已成为大中城市缓解城市交通拥堵的最佳选择。地铁供电工程利用走行轨进行回流,由于电流大,均回流电缆根数多,所以采用在走行轨轨腰处焊接均回流铜排来满足接线的需要。均回流铜排和走行轨(钢轨)材质不同,焊接会导致钢轨过烧、裂纹、断轨以及回流不畅导致的烧轨事故。中铁十二局集团电气化工程有限公司经过施工实践,探索出一套地铁均回流铜排焊接施工方法,有效的解决了上述问题,缩短了工期,在北京地铁十号线一期、北京地铁 9 号线工程中进行了使用和推广,取得了显著的效果,现将其总结形成工法。本工法关键技术达国内先进水平。2.工法特点2.1 施工工艺成熟,施工流程程序化,加快了施工进度,缩短了施工作业时间。2.2 采用本工法减小了回流电缆与走行轨之间的电阻,保证了回流的畅通,降低了运行维护成本。2.3 本工法利用放热反应所产生的高温来实现均回流铜排与走行轨(钢轨)熔接的焊接工艺,有效的解决了焊接会导致钢轨过烧、裂纹、断轨以及回流不畅导致的烧轨事故,克服了焊接对走行轨的损伤,保证了工程质量。2.4 本工法解决了不同材质(铜排与钢轨)之间的焊接问题。3.适用范围本工法适用于地铁供电工程利用走行轨进行回流的施工。4.工艺原理本工法通过铝与氧化铜的化学反应(放热反应)产生液态高温铜液和氧化铝的残渣,并利用放热反应所产生的高温来实现均回流铜排与走行轨(钢轨)熔接的焊接工艺。3Cu2O+2Al 点燃 6Cu+Al 2O3+热量(2537℃)- 2 -焊接前对钢轨预热、焊接后对焊处加热逐渐降温;避免急剧升温、降温给走行轨(钢轨)金 相 组 织 带 来 变 化 ,导致钢轨过烧、裂纹、断轨现象的发生。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程地铁均、回流铜排焊接施工工艺流程(见图 5.1)5.2 操作要点5.2.1 制作接线铜排根据现场实际情况加工接线铜排,规格为 10×100mm 的铜排,长度现场确定,为保证电气连接性能,铜排表面应作镀锡处理。5.2.2 打磨焊点处钢轨根据均、回流点的位置,找到具体的焊点,以该点为中心向两边在走行轨上划两条竖制作接线铜排准备模具打磨焊点处钢轨预热模具及钢轨安装模具和接线铜排放入焊药及点火拆卸模具图 5.1 地铁均回流铜排焊接施工工艺流程图处理焊点及钢轨安装支撑绝缘棒- 3 -线,两条线之间的距离应比接线板的宽度宽约 40mm。用角磨机在划定的区域范围内对钢轨进行除锈处理,将走行轨表面部分除锈,露出光亮部分即可。5.2.3 预热模具及钢轨用液化气喷枪对模具的装药孔的内壁进行十秒钟的烘烤,对模具的内壁进行预热处理。图 5.2.3-1。用液化气喷枪在钢轨焊接点的背面对走行轨进行加热至 400℃;加热过程中用专用的红外线激光温度测试仪对走行轨实时监测,严格控制温度,防止走行轨过热或温度不够。图 5.2.3-2。模具及钢轨加热完毕后,将模具安装在焊点位置,将所焊接的接线铜排穿入模具。5.2.4 安装模具和接线铜排焊接时回流接线铜排的端部与走行轨的间隙为 2mm-5mm,为控制间隙,所有的接线铜排在运抵施工现场前应在接线铜排上画出 2mm 和 5mm 间隙时的刻度线,操作员到现场后只要保证露出一根刻度线即可保证间隙在 2mm—5mm 之间,将模具与走行轨固定牢固。如图5.2.4-1、5.2.4-2 所示。5mm 间隙刻度线间隙 2~5mm2mm 间隙刻度线①②图 5.2.4-1 回流接线板安装示意图①-焊接模具;②-均、回流接线铜排图 5.2.3-1 模具预热施工图 图 5.2.3-2 钢轨预热施工图图 5.2.4-2 模具和铜牌固定施工图- 4 -5.2.5 放入焊药及点火将一专用垫片放入储药孔底部,防止药放入后焊药漏入穿线孔;垫片放入后,根据焊药的使用说明,放入储药孔内相应剂量的焊药。每个焊点是 750 号焊剂用量,即 3 包 200号焊剂加 1 包 150 号焊剂。图 5.2.5。将点火引药放进储药孔内的焊药上面,将少许引药放在模具的储药孔的上部边缘,然后将储药孔盖上。用点火枪将储药孔的上部边缘的引药点燃,引燃储药孔内的焊药,通过燃烧产生的高温以及焊剂的作用,将走行轨表面与熔解的接线板端头表面熔合在一起。5.2.6 处理焊点及钢轨焊药熔剂冷却 1 分钟后,将模具取下,将焊点上的残渣用电焊锤敲下,同时将模具储药孔及穿线孔内的残渣清理干净,并用电焊锤对焊点进行敲打检查焊点的焊接质量。在取下模具进行焊点处理的同时,用液化气喷枪或乙炔气焊枪对焊点背面的走行轨表面进行加热,加热时间为 10 分钟,并应对不同的季节控制不同的时间,以加热至钢轨轨温达到 400℃为宜,使钢轨缓慢降温(缓冷),即对钢轨进行正火处理来恢复钢轨的金相组织,以防止焊接对钢轨内部结构带来变化损害钢轨。接线铜排焊接完成后需在走行轨与铜排接触处(焊点处)涂抹沥青,以防止焊接处氧化。5.2.7 安装支撑绝缘棒回流及均流接线铜排由于只有一端焊接在轨腰,在线路中心的另一端受电缆及本身的重力影响时间长了以后会向下弯曲,为保证接线铜排的强度,在接线铜排端部的下方安装图 5.2.5 加入焊药施工图- 5 -一根绝缘棒作为支撑。根据焊接后接线板的高度,确定绝缘棒的高度。绝缘棒可采用环氧树脂棒,根据实际长度的需要在现场进行裁割。在绝缘子的一侧打孔,然后与接线板用螺栓连接即可,采用 Ø10×35 热镀锌螺栓。6.材料与设备6.1 本工法所需的材料较少,其主要材料如表 6.1 所示。表 6.1 主要材料表序号 项目名称 规格 单位 数量 备注1 接线铜排 10×100mm 根 若干 长度根据现场确定2 焊药 200 号焊剂 包 若干3 焊药 150 号焊剂 包 若干4 沥青 千克 若干5 绝缘棒 Ø50 米 若干 环氧树脂棒6.2 本工法所使用的主要设备如表 6.2 所示。表 6.2 主要设备表序号 项目名称 规格 单位 数量 用途1 汽油发电机 台 1 打磨使用2 角磨机 台 1 打磨3 自制轨道小平板车 台 1 运输设备材料使用4 液化气罐+喷枪 套 1 预热使用5 模具 个 46 红外线激光温度测试仪 个 2 探测轨温7 乙炔+乙炔气焊枪 套 1 预热使用8 扳手 个 27.质量控制7.1 严格控制质量标准7.1.1 《钢轨超声波探伤探头技术条件》 (TB/T 2634-1995)7.1.2 《钢轨焊接 第 1 部分:通用技术条件》 (TB/T 1632.1-2005)- 6 -7.2 质量控制措施7.2.1 焊接前必须对模具和走行轨进行预热处理,焊接后必须对走行轨进行缓冷处理,钢轨轨温均应达到 400℃为宜,以防止温度的剧烈变化对钢轨带来的伤害。模具在卸载后请及时用毛刷将模具腔内的残留物清除,以作好下一个焊接的准备。模具在第一个焊接点结束后一个小时内重新焊接新焊点,可以不用进行预热处理。7.2.2 在焊接过程中,严格按照操作要求控制走行轨的温度。7.2.3 在焊接前必须用砂纸将接线铜排端头的氧化层打磨掉。7.2.4 接线铜排穿入模具后,应保证接线铜排与模具接触密实无缝隙,当模具使用几次出现缝隙后,应用防火泥进行封严,防止熔解的焊剂外流影响焊接质量。7.2.5 对走行轨进行加热时应均匀,火焰应不停来回移动,严禁火焰对准一处持续加热。7.2.6 严格按照要求控制焊药量。7.2.7 焊接只能在轨腰中部,焊接点应距钢轨接头 600mm 以上。7.2.8 严禁在同一焊点二次焊接。7.2.9 正式焊接前,须在试验轨上进行焊接工艺试验,满足《钢轨焊接 第 1 部分:通用技术条件》 (TB/T 1632.1-2005)规定的落锤试验和疲劳试验的要求。还需进行金相组织检验,金相组织应为珠光体,允许有少量铁素体,但不允许出现马氏体或明显的贝氏体组织,焊接热影响的晶粒度与母体相比,差值不得大于一级。7.2.10 对每一处焊点进行超声波探伤,施焊处不得产生过烧、裂纹等有害缺陷,并满足《钢轨超声波探伤探头技术条件》 (TB/T 2634-1995)的要求。8.安全措施8.1 本工法严格执行《焊接安全操作规程》以及建设单位的安全管理规定。8.2 施工前组织施工人员进行详细的技术交底,安全教育培训符合规定要求,特种作业人员、专职安全员持证上岗。8.3 在进入施工现场后,施工人员必须配戴安全帽,穿工作服和防护服,不准穿拖鞋及高跟鞋。严禁作业人员在铁轨上坐卧、休息。8.4 放热反应瞬间完成,时间是 3-4 秒,模具的温度较高,严禁用手拿或触碰模具,卸载模具时一定要带好手套,以免灼伤,并由专人负责操作。8.5 热熔焊剂必须在专用的热焊模具中使用,要严格按要求使用,以免引起意外。- 7 -8.6 点火焊接时,操作人员应戴好手套和做好必要的防护措施,点燃反应时现场操作人员与热焊模具保持 0.5 米的距离,同时操作人员和所有现场人员都不要站在热焊模具的反应口的正面,以免少量火星喷射导致灼伤。8.7 严格按工序进行焊接,不得颠倒施工工序,造成意外情况发生。8.8 焊接前要办理动火证,配备看火人员和灭火器。9.环保措施9.1 成立对应的施工环境卫生管理机构,在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章,加强对施工燃油、工程材料、焊渣、电缆皮等垃圾的控制和清理,遵守所有防火及废物处理的规章制度,随时接受相关单位的监督检查。9.2 在施工过程中,严格遵守执行有关环境保护法规,保证场地清洁、整齐,文明施工。9.3 施工所用包装袋等统一回收处理,不得丢弃在施工现场。10.效益分析10.1 经济效益采用地铁均回流铜排焊接施工工法,可以缩短施工作业时间,提高施工效率,降低施工成本;减小了回流电阻,解决了不同材质间的焊接难题,为地铁均、回流施工提供了切实可行的依据。在北京地铁九号线供电系统设备安装工程中采用本工法共进行了 112 处焊接,节约人工费和材料费共计约 20 万元;提高了工作效率保证了工程质量。10.2 社会效益增加了企业知名度。该工法在推广使用期间,许多设计、监理及施工单位先后到施工现场观摩学习,获取经验。利用本工法解决了焊接导致钢轨过烧、裂纹、断轨以及回流不畅导致的烧轨事故的发生,得到了北京市轨道交通建设管理有限公司多次发文嘉奖。10.3 环保节能效益采用本工法缩短施工作业时间,降低了发电机的燃油消耗和废气排放,降低了大气的污染。同时,费旧金属及时回收,节约了有色金属能源,对环境无影响。11.应用实例11.1 北京地铁十号线一期供电系统设备安装工程(南段)- 8 -11.1.1 工程概况北京地铁十号线一期工程供电系统设备安装工程(南段) ,设有车站 11 座,变电所 11座,全部为地下线路,线路长 11.983 公里。全线直流牵引供电系统采用 DC750V 接触轨供电,利用走行轨进行回流。本工程于 2007 年 2 月 26 日开工,2008 年 6 月 20 日竣工。11.1.2 应用情况本工程均回流焊接全部采用了本工法施工,共进行了 88 处焊接。采用地铁均回流铜排焊接施工工法,有效的解决了不同材质(铜与钢)之间的焊接,加快了施工进度,确保了均回流的导流性能和走行轨的质量,安全运营 3 年多,尤其经受住了 2008 年奥运会期间大客流、高密度的考验,至今未发生任何安全隐患,取得了良好的经济和社会效益。本工程获得了 2008 年度北京市市政基础设施竣工长城杯工程金质奖和 2009 年度火车头优质工程二等奖。11.2 北京地铁 9 号线供电系统设备安装工程11.2.1 工程概况北京地铁 9 号线供电工程线路正线全长 16.4km,出入段线长 2.0km;共设车站 13 座,全部为地下车站;全线在郭公庄地区设车辆段 1 座,全线共有 15 座变电所。全线直流牵引供电系统采用 DC750V 接触轨供电,利用走行轨进行回流。本工程于 2011 年 2 月 20 日开工,北京西站以南于 2011 年 10 月主体工程完工。11.2.2 应用情况工程施工时,共进行了 112 处焊接。在施工中,采用地铁均、回流铜排焊接施工工法,加快了施工进度,确保了工期和走行轨的质量。通过了北京市质检站、建设单位和运营单位的验收,取得了良好的经济和社会效益。我单位被评为北京市住建委颁发的 2011 年上半年轨道交通质量管理先进单位。
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