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浅谈无缝线路铺设中焊接技术的应用

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发表于 2009-12-25 22:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
  浅谈无缝线路铺设中焊接技术的应用

  摘要:轨道焊接、道岔焊接是铺设无缝线路的重要环节,本文主要介绍了国内无缝线路铺设时的三大主流焊接技术:铝热焊技术、接触焊技术、气压焊技术,并详细对各个焊接技术的工艺流程进行了分析,对无缝线路铺设中焊接技术发展方向和施工进行了探讨。

  关键字:无缝线路钢轨焊接铝热焊接触焊气压焊

  铺设无缝线路,应在铺设基地对长钢轨和道岔进行焊接,它是铺设无缝线路的重要环节,其几何外形尺寸的平顺和内部质量,是保证无缝线路正常运用的关键,实践证明,若钢轨焊接质量不良,将使线路维修工作后患无穷,严重者危及行车安全,本文将铺设无缝线路所涉及的主要焊接技术作一介绍。

  1.铝热焊接法

  现如今铝热焊接法已被公认为是一种高效、快速的钢轨焊接方法,铝热焊接法工艺简单,适合工地流动作业,利于工地焊接联合接头和断轨复原复焊。

  1.1钢轨铝热焊的原理

  钢轨铝热焊是利用铝和氧化铁在化学反应过程中释放的大量热量熔化金属,使金属之间形成熔接或堆焊。铝热化学反应是氧化还原反应,主要反应产物为液态铝热钢和氧化铝熔渣,铁元素被还原成具有高温的铝热钢水,铝被氧化成氧化铝熔渣。铝热焊化学反应的表达式为

  3FeO+2AI=3Fe+Al2O3+199.5kCal

  Fe2O3+2AI=2Fe+Al2O3+99kCal

  3Fe2O3+8AI=9Fe+4Al2O3+773.3kCal

  钢轨铝热焊接就是将铝粉、氧化铁和其他合金添加物配制成的铝热焊剂放在特制的反应坩埚中,用高温火柴点燃引发铝热反应。在反应过程中,放出大量的热熔化合金添加物,与反应合成的铁形成为钢液,由于其密度大沉于坩埚底部,反应生成的熔渣较轻而浮在上部,在很短时间内,高温的铝热钢水熔化坩埚底部的自熔塞,浇铸到与钢轨外形尺寸一致的砂型和局部预热待焊钢轨形成的封闭空腔中,同时铝热钢水本身又作为填充金属,与熔化的钢轨共同结晶、冷却,将2段钢轨焊成整体,图1为钢轨铝热焊接示意图。

  1.2钢轨铝热焊工艺

  图表1铝热焊装备示意图

  我国铁路对钢轨铝热焊法,进过推广应用实践和理论研究,制定了大剂量、宽焊缝、三片模卡箱、定时预热和自动浇注的铝热焊工艺,它是运用于50kg/m、60kg/m和75kg/m钢轨焊接。

  1.3工艺装备

  ⑴制作砂型设备:烘干箱、磨具等。

  ⑵制作砂型原料:石英砂、膨润土、水玻璃。

  ⑶制作砂型成品:砂型、砂芯、排渣砂槽、坩埚等。

  ⑷热源及预热设备:热源—氧气、丙烷、乙炔。工具—预热具、点火枪、秒表等。

  ⑸焊接材料:焊剂、高温火柴、封砂箱。

  ⑹其他:锯轨机、推凸机、砂轮、大锤、平锤等。

  1.4工艺程序

  ⑴制作砂型、坩埚

  ⑵工地布置氧气瓶、石油液化气或乙炔瓶的布置应距焊点5m以上,所有设备应布置在施焊一侧的路肩,烘烤坩埚时应离所有气瓶5m以上。

  ⑶切轨用于段轨再焊时,插入的焊接钢轨长度应大于6m,不得有弯曲、歪扭和损伤,并与线路上钢轨磨耗相近,切轨应采用双向摆动式切轨机,切轨应按照线切割,允许横向误差为1mm,垂直误差为2mm,切后应用手提砂轮或锉刀除去切面的紫蓝斑痕及氧化物,轨段各边应倒角,无毛刺和金属飞溅物。

  ⑷对轨将焊接的轨端对正,用1m直尺密贴钢轨顶面及内、外侧面,检查钢轨焊接端各面纵向是否一直,要求不要有错牙,歪扭。

  ⑸扣箱及封箱

  扣箱:扣箱前应清理砂型内各通道,而后将砂箱吻合在钢轨焊接的焊口上,沙箱如果有缺角、掉块、裂纹、松脱者均不可使用。

  封箱:封箱砂应与焊前制备好,并置于容器内密封。砂箱所有接缝及与钢轨吻合处,均用封箱砂密封,两侧流钢槽应与沙箱冒口紧密结合,并用封箱砂护好两侧各100mm以内的轨面和所有裸漏及易被钢水溅伤的金属。

  ⑹坩埚装料及安防支架在装料之前,应先烘干坩埚,装料时坩埚应稳在专用支架上,封箱时应预先测好安放在支架的位置,装浇钢槽时,即将支架固定在钢轨上,并装好坩埚框架,封箱结束即将坩埚抬入框架。调整坩埚位置,使封口钉之端,与砂箱顶面相距(100±10)mm,并垂直对准砂芯座中心,将坩埚旋转90°固定。

  ⑺预热将火嘴插入砂芯座中心呈垂直状态,焰流对准砂箱底面而不冲向两端钢轨面,根据两侧冒口焰流反弹高度,随时调整手把,使其高度保持一致,扣箱人员随时消除封箱部位的“跑火”现象,预热3min,到时点火。

  ⑻浇注点火时必须见到高温火柴发出火花才能插入焊剂,确定点燃焊剂后方可关闭预热器并密盖砂芯,点燃焊剂冒出黑烟时才能加盖坩埚盖,点燃焊剂后,迅速将坩埚推至封口钉与砂芯中心垂直对准的位置并固定,保持焊剂沸腾时不位移。如下图所示

  图表2现场铝热焊及浇注模型

  ⑼推凸及修整推凸时拆除支架后,立即清除屏蔽轨面的沙土,一分钟后松下紧箱器和砂箱托,抬上推凸机,二分钟后推凸机可缓缓加力,使刀具进入砂箱,随砂箱开裂钢水冷却情况逐步加大进刀量,,三分钟后加大进刀速度;整修时先跺除推凸机后轨面剩余部分,然后打磨,打磨时先轨面后两侧,,跺修和打磨均不得伤及母材,焊缝与母材不得出现台阶,精磨后应出现金属光泽,不得游览的斑痕。

  图表3现场钢轨打磨

  ⑽质量检查包括外观检查和探伤检查,外伤检查时焊接接头不得有台阶和扭曲,轨头平整圆顺,用1m直尺测量,顶面、侧面不平度应在0.5mm以内,顶面不得有负值,打磨后焊面应平顺;探伤检查达到重伤标准时应切除重焊。

  ⑾正火可在整修之后,轨温降至500℃以下时进行,亦可在常温下正火,加热氧气工作压力位0.6MP,液化石油气工作压力为0.04MP,氧气流量为3000/h,焰心长度应为10~20mm,火焰加热器垂直与焊缝位置,有轨顶向两侧来回移动,每隔2min用测温计测量轨温一次,根据轨温情况调整加热器移动速度和加热时间,当轨温达到900℃~950℃时,保温10min之后拆除保温箱自然冷却。

  2.接触焊接法

  我国铁路的长钢轨焊接以广泛采用接触焊法,接触焊法焊接质量好,效率高,世界各国普遍采用,近年来我国铁路焊轨厂全面配备了接触焊机。

  图表4接触焊示意图

  接触焊接法采用移动式接触焊机,多将25m长钢轨焊成125m长的轨条。由于列车高速行驶时对轨道的平顺性要求很高,所以长轨条焊接前要对标准轨的外形几何尺寸和平直度及扭曲允许偏差进行检验。接触焊接法的工艺流程为:配轨→锯轨→轨端打磨→焊接→推瘤→正火→接头打磨→探伤→存放。

  图表5钢轨接触焊流程工艺图

  2.1工艺要求:

  ⑴焊轨前先在滚道上进行对轨,两轨基本保持在同一水平面上,以作用面为准不得出现竖向和横向错位,各部偏差不大于0.3mm,并使端面间保持0.5-2.0mm间隙。

  ⑵调整焊机位置使焊机中心与轨缝对中。

  ⑶焊机内侧涂刷防渣液,以利清除粘连在焊机上的焊渣。

  ⑷落下焊机夹紧钢轨,再次检查轨缝,确认无误后开始焊接。

  ⑸焊接按工艺试验中获得并经监理工程师认可的工艺参数进行。

  ⑹焊后推瘤及清理焊瘤块。

  ⑺焊接结束后,松开钢轨,提升焊机。

  ⑻根据配轨表,对接头进行编号。

  ⑼用卷扬机将钢轨沿滚道线向前传送(卷扬机的循环钢丝绳通过专用卡具将钢轨两端卡紧,钢轨传动速度约0.5m/s)。

  ⑽一个接头焊接结束后,在热态下进行调直(要求在焊缝两侧各500mm范围内,水平方向作用面一侧的不平直度不大于0.3mm/m,垂直方向的不平直度不大于0.3mm/m,拱量应呈现0.5-1.0mm/m)。

  ⑾当钢轨焊头温度降至500℃以下时开始正火,加热器沿焊头纵向摆动量7一10cm,用机械式凸轮控制行程,光电测温计检测正火温度。

  ⑿焊头打磨后由检验工用lm直尺检查平直度,并用超声波探伤。

  3.气压焊接法

  气压焊接发自1937年在美国和加拿大得到广泛应用后,凭着其设备简单、成本低廉焊接质量优良,世界各国铁路自1955年以来相继采用,并得到了进一步发展。

  气压焊接法多是在长钢轨铺设完成后,经整道作业,线路基本达到稳定后,可实施工地钢轨焊接并按设计要求进行线路锁定,长轨联合接头采用气压焊接法。

  3.1气压焊工艺

  气压焊焊轨工艺试验应在正式焊接前按规定要求完成。施工多采用的是双导柱卧式压接机以斜铁夹紧轨腰的新型移动式气压焊机,对开单混合室的射吸式加热器,双流量计控制箱和一套三段顶压法焊接工艺。

  3.2工艺流程:施工准备→锯配轨→拉轨→轨端处理→对轨固定→点火焊接→焊缝正火→打磨及矫直→焊缝探伤→焊缝验收→现场清理。

  3.3施工工艺

  图表6钢轨气压焊工艺流程图

  (1)施工准备

  ①检查设备施工前应全面检查设备情况,包括检查电源、泵站、压接机、加热器的工作情况;各油路、乙炔路、氧气路是否通畅,有无跑、冒、漏现象;乙炔、氧气存气量是否足够;推凸刀的刀刃是否完整;各运动部件是否活动自如。发现问题要及时处理。

  ②安全情况检查检查施工点附近是否有挥发性气体、易燃、易爆物等,若有,要设法转移或采取必要的安全保护措施。操作人员应按要求穿戴好劳动保护用品。

  (2)锯轨配轨:用方尺检查两接头的相错量,如相错量大于100mm,则需要锯轨。

  (3)拉轨:松开钢轨的扣件,将钢轨支撑在滚轮上,用拉轨器拉轨。在钢轨接头处用枕木支撑,便于接头对位。

  (4)轨端处理

  ①钢轨调直焊前必须对钢轨进行调直,经调直的钢轨用1m直尺检查其矢度不得超过±0.5mm。

  ②端面打磨打磨钢轨端面时应注意,端面打磨机的两个定位面必须与钢轨接触密贴;使用端面打磨机应做到轻拿轻放,以免破坏打磨机的精度。

  图表7现场端面打磨

  (5)对轨固定,待焊轨装压接机并夹紧后,用300mm钢板尺检查,应达到如下要求:

  ①两轨顶面齐平,焊缝处矢度不大于0.3mm,高低错位不大于0.2mm,当两轨高度差较大时,可用垫片调整至0.5mm以下,轨顶面不准下凹;

  ②工作面要平,误差不大于0.3mm,当轨头宽度偏差过大或轨端有旁弯无法调直时,应以基本轨轮廓面为基准保持工作面在1m长度内直线度偏差不大于0.5mm;

  ③两轨底面平行错位不大于1.0mm;

  ④端面在按焊轨要求实施预顶后应密贴,局部间隙不大于0.3mm,但两底角必须密贴;

  ⑤固定过程中如因某项因素偏差过大,无法达到上述要求时,应打开压接机,重新处理钢轨端面直至达到焊接的技术要求,不能强行焊接,以免影响焊接质量。

  (6)点火焊接

  ①安装加热器a1将加热器两侧分别从压接机导杆钢轨之间侧向掐入后,旋转90°置于导杆之上,并将其按要求正确连接;b1调整压接机摆动机构的挂钩长度,转动加热器支承小车的转动轴,使加热器的火孔面与焊接端平行,最大偏差处不大于1.0mm;同时,摇动加热器2~3次,再检查其火孔平面是否与焊接端平行。调整加热器支承块小车构件,使加热器火孔端面与钢轨外轮廓周边的距离为(25±1)mm。

  ②预顶高压泵站加油门使预顶力达到18~20MPa。

  ③点火焊接a1应在打开氧、乙炔开关后,3~4s点火,不能少于3s或时间过长,以免发生事故;b1摆动加热器加热,从0~3.5min至开始顶锻前,摆动量为15~20mm,摆动频率为60次/min。

  ④降压并保压点火加热至钢轨产生塑性变形时,焊缝处及其附近产生微微凸起(高度为1~3mm),将顶锻压力降低到8~10MPa并保压。

  ⑤顶锻a1在保压和继续加热的过程中,当发现轨底角上表面出现几个面积约1.5~3mm2的单个熔池,轨头顶面出现有随火焰而动的“镜面熔池”便开始顶锻。b1开始顶锻时摆动量为30mm左右,摆动频率约为80次/min。

  ⑥推凸a1当顶锻完,加热器熄火后,立即摘下加热器上的挂钩,将加热器迅速推向压机右侧横梁(摇火铁端)的极限位置;与此同时,泵站换向、松开左侧横梁(活动端)的轨顶螺栓后,泵站给油倒车,当左横梁松动时,立即打松该端斜铁继续倒车,目测焊瘤与推刀垫间距能放下刀体时,停止倒车,同时迅速放入前刀体,并推入腰刀装上底刀,泵站换向给油开始推凸,当确认焊瘤推离焊缝,泵站换向给油倒车使两横梁距离拉至最大允许值后,关闭泵站,卸下推凸装置,推凸结束。b1在推凸过程中,当压力升至40MPa时推凸刀仍不能前进推除焊瘤时,应停止推凸,待卸下推凸装置后,人工气割除瘤。

  (7)焊缝正火

  ①钢轨接头的正火起始温度为400~500℃,终了温度为850~900℃。

  ②摆动以焊缝为中心,在0~2min时,摆动总宽度40mm,每min为50~60次;在2~3min时,摆动总宽度约为60~80mm,35~40次/min。

  ③待被正火处降温至全黑后,再撤掉垫轨的枕木墩以免焊接处变形。

  ④当正火后的焊缝部位在250℃以上时,严禁敲击、火烤(二次正火除外)、浇水和引起塑性变形的一切操作。

  (8)焊后打磨及矫直

  ①利用仿形打磨机打磨焊接接头的轨顶面及各侧面,打磨时若温度过高,要暂停打磨,待温度适宜时再进行打磨。

  ②打磨前应用1m直尺检测焊缝,若焊缝变形、弯曲,应先用弯轨机矫直。

  ③打磨后的钢轨,要符合钢轨验收标准。

  (9)焊缝探伤

  ①探伤要待焊缝自然冷却到50℃以下才能进行。

  ②焊缝内部任何部位有未焊透、裂纹、气孔夹渣等缺陷时,该焊头必须报废重焊。

  ③对有疑问的焊接接头应进行复探。

  (10)焊缝验收焊缝探伤合格后应检查其外观尺寸,外观尺寸应达到相关技术条件的规定。

  结语:

  铝热焊具有施工方便以及较易保证焊接接头的平顺性,世界很多国家均采用铝热焊进行现场焊接,我国修建的秦沈客运专线采用的就是现场铝热焊,一次性铺设跨区间无缝线路轨道施工中的道岔焊接目前仍然只能采用铝热焊,完全无法回避,建议跨区间无缝线路的线上焊接多用铝热焊接法。

  接触焊焊接的钢轨接头质量及其稳定性优于其它焊接方法,建议采用移动式接触焊机进行线路长钢轨、长轨节的焊接以及低温拉伸锁定焊接;移动式接触焊机可作为新线无缝线路铺轨作业流程组成单元,进行长钢轨、单元轨节的焊接和低温拉伸钢轨锁定焊接;由于道岔钢轨间距(作业空间)的限制,悬挂式焊轨机目前还不能实现道岔与长轨的最终焊接;接触焊接是基地焊和厂焊长钢轨的发展方向。

  气压焊具有设备简单,一次性投资小,无需大功率电流,焊接质量好,焊接时间短等优点,建议用于现场联合接头焊接或断轨的永久性修复;缺点是在焊接时对接头断面的处理要求十分严格,并且在焊接时需要有一定的钢轨纵向移动,因此,在超长钢轨焊接时有一定的难度,特别是无法进行跨区间无缝线路的线上焊接。

  参考资料:

  ⑴《秦沈客运专线箱梁和轨道工程施工新技术》吴信然杨启兵主编中国铁道出版社2003年10月第一版

  ⑵《铁路无缝线路》广钟岩高慧安主编中国铁道出版社2005年2月第四版

  ⑶《武广客运专线施工总结》中国铁道出版社2008年11月第一版

  ⑷《铁道建筑技术》2009年第三期

  ⑸《铁道工程学报》2009年第五期

  ⑹《铁路轨道》中国铁道出版社2004年五月第二版

  ⑺《无缝线路研究与运用》卢耀荣主编中国铁道出版社2004年10月第一版

  ⑻《铁路轨道工程施工质量验收标准》(TB10082)《无缝线路铺设养护维修方法》(TB2098-89)。

  

[ 本帖最后由 龙龙流 于 2009-12-25 22:35 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-12-25 22:26 | 显示全部楼层

无缝线路铺设知识

无缝线路铺设知识

摘要:无缝线路既是轨道结构进步的重要标志,也是高速、重载轨道结构的最优选择。本文介绍了目前国内无缝线路铺设的主要步骤并详细介绍了各个步骤的施工工艺。
关键词:焊接;长钢轨;底碴;应力;道岔;伸缩调节器;打磨
无缝线路是轨道结构的一大变革,它以无可争议的优越性得到各国铁路的承认。几十年来,各国铁路景象发展无缝线路,使这项技术日臻完善,并取得巨大的经济效益和社会效益。
焊接技术
我国铁路焊接长钢轨工作始于1957年。当时是由捷克铁路引进了电弧焊法焊接长钢轨技术。至1963年气压焊机、电接触焊机由铁道科学研究院相继研究成功。进入20世纪90年代,我国已相继建成17个焊接场,并开始引进国外先进的电接触焊机。
长钢轨的焊接是铺设无缝线路的重要环节,其几何外形的尺寸的平顺和内部质量,是保证无缝线路正常运用的关键。实践证明,若钢轨焊接质量不良,将使线路维修工作后患无穷,严重者危及行车安全。
为提高焊后焊道几何外形的整修质量,除应坚持使用焊瘤推凸机外,还应积极推广使用钢轨焊道整修专用精铣机或研磨机。
我过铁道焊接技术主要采用接触焊法、气压焊接法及铝热焊接法等
1.接触焊接法
接触焊法的基本原理是利用电流通过某一电阻时产生的热量熔接焊件,再经顶锻以达焊接目的。
当两焊接钢轨之间通过电流时,由于两钢轨接触面之间存在着较大电阻,因电热效应使钢轨迅速得到加热。两钢轨的接触面不可能很平,从微观上看仍是凹凸不平,因此,首先接触的是一些凸出点。这些接触点通电后在瞬间被加热到熔化状态,从而在钢轨接触面之间形成多个液体金属过梁。这些过梁在进一步加热过程中被“爆炸”而破坏,使熔化的金属从钢轨接触面的缝隙中飞溅而出,形成闪光,与此同时,进一步加热钢轨。钢轨通过继续加热和连续闪光的作用,钢轨端面的温度逐渐均匀一致,形成一熔化金属薄层,防止周围空气进入。与此同时迅速增加顶锻力迫使焊面相互挤压,使闪光时形成的火口得到充分闭合,并挤出全部液体金属,将两轨焊联在一起。
2.气压焊接法
    金属构件的气压焊法,热源多采用氧-乙炔火焰。其焊接原理是:将被焊金属构件的焊端加热到熔化状态或塑性状态时,在顶锻力的作用下,相互焊接的金属端面的熔体的塑体的原子之间,相互扩散渗透再结晶,在两个相互焊接的金属面之间,形成新的结晶,使两金属构件融结在一起。
3.铝热焊法

钢轨的铝热焊是利用焊剂中的铝的高温条件下与氧有较强的化学亲和力,它在重金属的氧化物中夺取氧,使重金属还原,同时放出热量,将金属熔成铁水,浇铸施焊而成。铝热焊接就是利用这种氧化还原的化学反应作用。
铝热焊法是将配制好的铝热焊剂,产生强烈的化学反应,得到高温的钢水和熔渣,待反应平静后,将高温的钢水注入扣紧钢轨进过预热的砂型中,将砂型中对接好的钢轨端部熔化,冷却后出去砂型,并及时对焊好的接头整形,两节钢轨即焊接成一体。



基地钢轨焊接
基地钢轨焊接作业
基地钢轨焊接是将25m标准轨采用闪光接触焊焊接成300m的长钢轨。长钢轨焊接采用流水作业法在焊轨生产线上进行,使用引进的目前国际上最先进的钢轨焊接生产设备。
基地焊轨生产线是由除锈机、焊轨机、四向校直机、精磨机、冷却隧道、锟轮生产线、中央计算机控制系统、正火设备、探伤仪、移动门吊、固定门吊等组成。焊轨生产线各主要工位布置图见图4



图4


钢轨焊接工艺流程见图5

图5
长钢轨及轨枕装车运输
长钢轨及轨枕运输采用由23辆N17平板车组成的长钢轨,轨枕双成运输车完成。装车时,300米长钢轨左右股配对,长度不超过30mm。运输过程中速度应小于60km/h并保持均匀,起步及制动速度不得过快、过猛。
一.长钢轨装车
1.长钢轨装车前准备
(1)在每次装车前由技术人员对已选配好的长钢轨进行检查确认。
(2)门吊工作人员对门吊进行检查确认。
(3)调车人员指挥双层车对位。
2.长钢轨装车
(1)长钢轨装车龙门吊集中同步作业。
(2)在确认所有夹轨钳劳固夹紧后,指挥人员指挥龙门吊同时起步。
(3)长钢轨接近锟轮时,采用夹轨钳分动对位,确保长钢轨正确就位。
(4)左右股从两侧向中心对称放置,并摆放整齐。
(5)长钢轨在牵引端对齐
(6)在长钢轨始、终端设置短板,防止钢轨窜出车外。
(7)所有长钢轨按要求装车后,同时进行锁紧固定,防止在运输途中窜动。
二.轨枕装车
      1.对轨枕外观进行核实。
      2.装车作业采用4台移动门吊。
     (1)每台门吊每次吊4根,每层轨枕之间垫以80mm×80 mm方木,方木与支点上下同位对正。
     (2)Ⅲ型混凝土轨枕层与层之间横向累计偏差不大于20mm,确保轨枕中心线与车辆
中心线重合,避免偏载。根据铺轨需要量,轨枕每车可装载每层28~38根,最多装4层。
     (3)配件装车不得压住长钢轨,并不得妨碍长钢轨的拖拉。
     (4)装车完毕后,在铺轨工地与下一工序进行交接。
底碴摊铺
底碴摊铺采用汽车运输、摊铺机、平地机、压路机等机械设备作业,对道床碾压形成密度1.6g/cm2以上的底层道碴。施工时在底碴两边测设标志杆,按标高挂设钢弦绳,通过摊铺机上加装红外线地平仪自动控制摊铺厚度及边线,或在测量放线后分段卸碴,推土机推开、平地机刮平、人工开槽、压路机压实。底碴摊铺施工工艺流程见图6

图6


表一  底碴摊铺标准






图7 路基上底碴摊铺端面


铺设长钢轨轨道
长钢轨轨道铺设采用铺轨机组,按照单枕连续铺设法施工工艺完成。即内燃机推送轨-枕列车到达工地后,将轨-枕列车与铺轨机组连挂,铺轨机组依靠自身动力牵引轨-枕列车前进。由铺轨机组的履带拖拉机、主机、辅助动力车、两台运枕龙门吊协调工作将长钢轨和轨枕铺放到已摊铺好的底碴上,组合成长钢轨轨道,并用“无孔接头”连接长钢轨,完成长钢轨轨道铺设作业。本工序核心机械是铺轨机组,它的三个主要组成部分是主机、辅助动力车以及两台车载运枕龙门吊,还有两个辅助组成部分是长钢轨牵引拖拉机和轨-枕双层列车。


长钢轨轨道铺设施工工艺流程见图8



图8
铺碴整道
施工工艺
一次铺设跨区间无缝线路正线卸碴由K13车分三~四遍完成。卸车安排为:铺轨后立即卸第一道碴,卸碴量按设计面碴数量的65%控制;MDZ机组作业一遍后卸第二遍碴,卸碴量按设计数量的20%控制;MDZ机组作业两遍后卸第三遍碴,卸碴量按设计的数量的10%控制;线路运行一段时间后MDZ机组精整作业之前补充所需道碴,约为设计的5%.
MDZ机组作业在分次卸碴后进行,由SPZ-200型配碴整形车、09-32或08-32型起拨道捣固车、WD-320型动力稳定车组成。MDZ机组依线路前进方向排列顺序为整形车、捣固车、稳定车。每次作业前测量组提供起拨道测量数据。
应力放散和焊联锁定
施工工艺
应力放散是是拆除单元轨节的扣件,接触约束,抬上滚筒,通过滚筒、拉轨器、小锤的工具,使积累在单元轨节内的温度力得到释放,然后落槽,上好扣件锁定,保证钢轨在锁定轨温下达到达到零应力状态。应力放散和锁定有滚筒放散法和拉伸放散法两种。根据测量轨温判断,当轨温在设计锁定轨温范围内时采用“滚筒放散法”,当轨温在设计轨温范围以下时采用“拉伸放散法”。线路经应力放散和焊接锁定后形成无缝线路。
滚筒放散法是用撞轨器和小锤敲击单位轨节放散应力。作业时,施工人员用撞轨器沿放散方向撞击钢轨,用小锤敲击轨腰,待轨端位移出现反弹且零点归零时落槽,锁定单元轨节。
拉伸放散法亦需先将单元长轨条放散至呈零应力状态,再根据基本公式△K=aL△t计算出钢轨拉伸量,将钢轨均匀拉伸至设定锁定轨温所对应的长度,并注意零点归零及临时位移观测点的位移量成线性比例。当与理论计算值相差不大于3mm时,钢轨落槽,即刻锁定线路。
施工工艺流程见图9

图9
应力放散线路锁定机械设备配备表


大号码道岔的铺设整道及焊联
施工工艺
大号码道岔施工包括道岔铺设、铺设、整理、焊联、应力放散与线岔连锁。
铺设可以根据铺设进程和工期要求分为两种方法。一种是铺轨到达前,铺好道岔,道床厚度为27cm,与设计相差30mm,分层铺设,压实整平;立好龙门吊,汽车运输岔枕,预铺岔枕;铺轨到达后,吊卸组装钢轨、配件,组装铺设。二是铺设到达岔位后,岔位用临时轨节过渡,岔区道床仍按上述施工程序施工,待铺轨转线后,再立龙门吊,拆除临时线路,吊卸组装道岔岔枕、钢轨、配件。
道岔整道采用08-475型多功能道岔捣固机,作业时必须放置激光准直仪进行起、拨、捣作业,一次整理及设计施工标准。
道岔焊接采用铝热焊,按施工设计的焊接顺序进行施工;在设计锁定轨温下进行应力放散,然后与线路连锁,形成跨区间无缝线路;电务设备安装后,再进行工电联调,精细整理,轨检车动态检验达到开通标准。
大号码道岔施工工艺流程见图10

图10
钢轨伸缩调节器铺设
钢轨伸缩调节器的铺设采用插入法施工,即线路锁定后将钢轨伸缩调节器的位置在锁定轨温时锯出,然后铺设钢轨伸缩调节器。

图11伸缩调节器
一.钢轨伸缩调节器的铺设
钢轨伸缩调节器设计位置的两侧的单元轨节先经过放散锁定,并在桥梁两侧挡碴墙上钢轨伸缩调节器设计位置做好标志。复核钢轨伸缩调节器在锁定轨温时的全长,与现场标记长度一致后,将长钢轨从两标记处锯开。
抽掉伸缩调节器范围内的普通轨枕(伸缩调节器两端各4根普通轨枕不用换掉)将道碴清除到轨枕底,枕下道碴必须平整,利用轨道吊于另一线吊放Ⅲ-GS型轨枕于伸缩调节器位置处,根据伸缩调节器铺设图准确布枕,根据型号准确安装轨下橡胶垫板和铁垫板。
在设计锁定轨温允许范围内铺设伸缩调节器钢轨。从另一线吊放伸缩调节器钢轨就位。先铺设基本轨就位,利用与相邻的长钢轨端部轨缝调整基本轨的位置;接着铺设尖轨,使尖轨的中部与伸缩调节器的设计中心位置重合,安装好尖轨中部8根轨枕上的扣件;检查基本轨与尖轨的相对位置,然后安装扣件。  
二.钢轨伸缩调节器的调整
补充道碴,人工起拨道,机械捣固和动力稳定,逐根检查轨枕,调整轨距、轨向、高低等各项几何此寸。伸缩调机器位于直线上时,轨向用20m弦线测量外矢距协助调整;位于曲线上时,轨向用40m弦线测量外矢距协助调整。
三.钢轨伸缩调节器的放散锁定
钢轨伸缩调节器的放散锁定采用等温度锁定的方法。首先松开扣件,垫上滚筒,自由放散到零应力状态。在设计锁定轨温±3摄氏度时,先将尖轨落槽,然后隔两根轨枕上一组扣件先将尖轨固定,然后再落槽锁定基本轨,上好所有扣件,扣件的扭力矩必须达到设计要求。为了使左右股位置一致,左右两股同时放散。
钢轨伸缩调节器的焊联在设计轨温允许范围内进行。检查调整基本轨与长钢轨的轨缝,再次检查确认基本轨与尖轨的相对位置,焊联钢轨伸缩调机器。
钢轨打磨
新钢轨预防性打磨的目的在于消除钢轨表面机械性能低的脱炭层,磨去轧制及存放过程中形成的锈蚀,、鳞皮等表面缺陷及不平顺,以防止钢轨表面接触疲劳的的发展,消除钢轨在焊接过程中形成的不规则轮廓缺陷,并确保新轨的最佳端面轮廓和粗糙度,改善轮轨良好的接触,减少冲击,确保线路的平顺性,延长钢轨的使用寿命。

图12 钢轨打磨列车
一.施工工艺
钢轨打磨在线路达到稳定状态,静态检查合格后进行,采用新轨基本打磨三遍模式,运行打磨速度v=12km/h,打磨时角度位于-5度-35度,削磨量0.2-0.3mm。
二.质量标准
   (1)打磨后不平度为1m,范围内不超过0.2mm。
   (2)打磨后的钢轨进行目测检查,要求表面光洁,斑点少或无斑点。


结语:
新建高速、客运专线和重要干线铁路一次铺设无缝线路的决策,已纳入有关技术标准个规范。新建高速铁路一次铺设无缝线路的设计与施工方案的优选,是新建铁路在技术上的突破,各项有关科研成果,已通过部级评审,在国内多条客专的设计和施工中得到了体现

参考资料:
《铁路无缝线路》中国铁道出版社 2005年2月第四版
《箱梁和轨道工程施工新技术》中国铁道出版社 2003年10月第一版
《铁路道岔》中国铁道出版社 2006年8月第四版
《铁路轨道》中国铁道出版社2004年五月第二版

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  发表于 2016-11-1 11:12
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 楼主| 发表于 2009-12-25 22:36 | 显示全部楼层

无缝线路铺设

无缝线路铺设

                                                  

摘  要:无缝线路是轨道结构的一次大变革,它以无可争议的优越性得到各国铁路的认可。在此我简单介绍有关无缝线路铺设的相关知识。
关键词:焊接 长钢轨 无缝线路  调整锁定

无缝线路(continuous welded rail)用焊接长轨条铺设的轨道,因为长轨条没有轨缝而得名。当代无缝线路是世界各国铁路发展的方向,在铁路发展史上具有里程碑的意义。下面是一次性无缝线路施工作业程序:













1.术语介绍
1.长钢轨
超出标准长度的钢轨(其中包括厂焊钢轨)。
2.单元轨节
一次铺设锁定的连续轨条。
3.长轨条
用厂焊长钢轨焊接而成,达到无缝线路设计所需长度的钢轨。
4.设计锁定轨温
根据气象资料和无缝线路允许温升、允许温降,计算确定的无缝线路锁定轨温。
5.锁定作业轨温
单元轨节锁定作业时,始端、终端铺入承轨槽内,两次测量轨温的平均值即为锁定作业轨温。
6.实际锁定轨温
无缝线路温度力为“零”时的钢轨温度。
7.钢轨胶接绝缘接头
由胶粘剂胶合的钢轨绝缘接头。
8.线路基桩
为控制、核查线路设计中心线和高程而设置在线路一侧供施工和养护维修使用的标桩。
9.钢轨预打磨
新建无缝线路开通运营前为避免钢轨表面微小缺陷的发展扩大,对全线钢轨工作面进行的打磨。
一.基地焊接长钢轨
焊接是铺设无缝线路的重要环节,其几何外形尺寸的平顺性和内部质量,是保证无缝线路正常运行的关键。首先介绍三种最常用的三种焊接方法:
1.接触焊
接触焊又称电阻焊,是将待焊的钢轨固定在焊机的相对夹钳内,向轨端通以强大的电流,当电流通过轨端接触面时,由于该处电阻很大产生大量的热量,把轨端加热到塑熔状态,此时迅速挤压,把两根钢轨焊接在一起。下图为接触焊意图:

2.气压焊
气压焊是用气体(乙炔+氧气)燃烧的火焰加热轨端,当温度达到1200°C左右时,在预施压力挤压下把钢轨焊接在一起。其工艺流程基本上和接触焊相同。

3.铝热焊
铝热焊是利用焊接剂中的铝在高温条件下与氧气有较强的化学亲和力,从重金属的氧化物中夺取氧,使重金属还原,同时释放出热量,将金属熔化成铁水,浇铸施焊而成。下图为铝热焊示意图:



    钢轨焊接之后需要进行一系列的检测,符合质量要求的才能使用。
我国现在标准轨只有25m和12.5m两种,在铺设无缝线路时通常是在基地将标准轨焊接成500m的长钢轨,再将长钢轨运至工地安装,集体用钢轨焊接列车焊接。
长钢轨焊接采用基地接触焊焊接。在长钢轨焊接前根据设计要求编制配轨计划表,并对标准轨进行质量检查与验收。长钢轨焊接的工艺流程包括配轨、轨头调直、截据轨、轨端处理、焊接、正火、寒风冷却、钢轨四向调直、焊缝打磨、焊缝探伤、验收等过程。下表是钢轨焊接接头平直标准:


部位        偏差控制标准
        接触焊        铝热焊
顶面        +0.3,0        +0.3,0
内侧工作面        +0.3,0        +0.3,-0.3
地面        +0.5,0        +0.5,0


道岔是铁路的核心构件,也是铁路安全的瓶颈,道岔焊接技术要求比普通钢轨更高。下面单独介绍高锰钢撤叉的焊接工艺。
高锰钢撤叉经过水韧处理,重新加热就会降低撤叉的机械强度,因此必须采用正确的方法和工艺来焊接。我国目前高锰钢撤叉一般采用接触焊。焊接时所采用的工作电流必须合适于稳定电弧和穿透力最低的电流值。电流过大会产生扁平焊波,过分的穿透能力会产生气孔、裂纹和使母体金属过分受热而发生脆性危险。电流过低则焊丝没充分熔化,易造成堆焊金属脱落。因此需精确控制。
二.预铺底层道砟
底层道砟采用道砟摊铺机一次摊铺成形,或采用其他布砟机配合碾压机进行铺设。根据铺轨实际情况,选择自卸汽车供砟或运砟列车供砟。底层道砟施工中能避免对路基床表层的扰动,底层道砟铺设、整平、压实之后铺轨紧随进行。其质量控制标准如下:
1.铺设完成砟面应在纵横坡度、宽度、厚度及中间凹槽等外形方面达到要求。
2.用3m靠尺检查砟面平整度,允许偏差20mm。
3.底层道砟经压实整平后,密度不低于1.6g/cm3。
    三.铺轨
底层道砟铺设完成及桥面系施工完毕并检验合格后采用单枕连续铺设法进
行铺设长钢轨作业,即用TCM-60或NTC型铺轨机组将长钢轨按一定 间距拖卸到到场上,轨枕按设计间距单根连续铺设,收拢长钢轨形成轨道。铺轨作业流程如下图所示。












   
    作业程序要求:
    1.铺轨作业前应按设计要求精确测量线路中心线,并按铺轨机作业要求用醒目颜色设置铺轨机走行标示线或设置导向边桩及钢弦。
    2.按枕轨运输列车技术要求装载长钢轨和轨枕。长钢轨装车完毕后要保证其锁定牢固,轨枕装车时严禁发生碰损、装偏、倾斜、漏垫支垫物等现象。
    3.机车推送铺轨列车进场时,运枕龙门吊应在铺轨机上锁定牢固。
    4.在底层道碴上按纵向10 m、横向3~3.25m间距成对布放拖轨滚筒,牵引车或长钢轨拖放车在长钢轨推送装置的配合下,将长钢轨沿滚筒拖放到线路两侧。
    5.轨枕转运宜分层进行,避免各运输平车之间由于载重悬殊产生车面高差。
    6.铺轨机沿线路中心线匀速前行,轨枕布设装置按规定间距在平整的底层道碴上布设轨枕。应避免在布枕前扰动破坏碴面的平整性。
    7.轨枕布设时将橡胶垫板放至轨枕承轨槽中。
    8.收轨装置在铺轨机前进时自动将长钢轨收入至轨枕承轨槽中,长钢轨间用临时联接器连接,就位应准确,并避免碰伤轨枕预埋铁座和长钢轨。
   9.长钢轨就位后,安装部分扣件,保证铺轨机组安全通过。铺轨机组通过后要及时补充扣件,并对施工现场进行收尾作业。
    四.上砟整道
长钢轨铺设后要及时上砟整道,第一次上砟整道必须与钢轨紧密衔接,以免轨节变形。上砟整道基本作业自上而下分三层进行。第一、二层 厚度宜为70~80mm,第三层为轨面标高调整层,其厚度宜为30~50mm。每层上砟后,采用整道作业车组进行作业。上砟整道基本作业的作业流程分为:三次补砟、四次捣固、五次动力稳定。道床经分层铺设、起道、捣固、稳定后,其状态参数应沿线均匀。
















                   分层上碴整道施工基本工艺流程图
                                                                    
五.工地钢轨焊接
工地钢轨焊接宜在整道基本作业完成、线路基本稳定后实施。工地钢轨焊接一般有接触焊、铝热焊和气压焊三种方法,宜优先采用接触焊。






                      工地接触焊施工基本工艺流程图
                     
1 工地钢轨焊接宜优先采用接触焊,道岔内及两端与线路连接的钢轨锁定焊可采用铝热焊。
    2 在正式焊接前必须按客运专线铁路钢轨焊接的相关要求通过焊头型式检验,确定焊接参数,制定相应规程。
    3 批量焊接生产过程中,应按客运专线铁路钢轨焊接的相关要求进行周期性生产检验,检验合格后方可继续生产。
    4 焊接设备操作人员应符合规定。
    5 焊接设备操作应符合规定。
    6 气温低于5℃不宜进行工地焊接。刮风、下雨天气焊接时,应采取防风、防雨措施。中雨、大雨和风力大于4级时不应进行焊接作业。
    7 气温低于10℃时,焊前应用火焰预热轨端0.5 M长度范围,预热温度应均匀,钢轨表面预热最高温度不大于50 ℃。焊后应采取保温措施。
    8 承受拉力的焊缝,在其轨温高于400℃时应持力保压。
    9 左右股单元轨节接头相错量不宜超过100MM。
    10 工地钢轨焊接应符合长钢轨布置图,其加焊轨长度不得小于12M。         
    11 客运专线铁路有碴轨道工地焊接完成后应做好工作:
       1)检查焊好的接头,并打上焊接标记,填写焊接记录报告。
       2)将轨道恢复到正常状态并清理焊接现场。
    六.线路锁定
在长钢轨焊成单元轨节后,道床基础稳定,密度、轨面标高、轨向和水平已基本达到设计标准,且按照设计要求埋设钢轨位移观测桩后,进行线路锁定。线路锁定采用“连入法”逐段将单元轨节焊接、连铺成无缝线路,即先将第一段单元轨节进行应力放散,予以锁定,再将第二段以及以后的单元轨节与上一段单元轨节经过锁定焊接、应力放散之后依次锁定成无缝线路,以后作业过程相同。施工过程中,可根据实际情况采用滚筒放散法或综合放散法。















                       滚筒法施工基本工艺流程图

锁定道岔时应注意以下几点:
1.无缝道岔的基本轨和导轨的焊头,应尽量可能采用厂焊,即预先用电接触焊法焊好。
2.无缝道岔的应力放散、锁定和终焊,应在道岔补砟整道之后进行。
3.道岔内各接头的焊接,以及无缝道岔与区间无缝线路的最终焊接,均应在无缝线路设计锁定轨温范围内进行。
4.尖轨辙跟接头的焊接、道岔前后轨端与区间无缝线路长轨条的焊接之前,应认真检查并整正道岔的方向、高低、轨距、水平和导曲线支距等项。终焊之前,还要预先拆除临时渡线,并插入相应长度的焊接轨,做好插入的焊接轨与长轨条轨端的焊接。
5.区间无缝线路和站内无缝线路,在与无缝道岔焊联时,要先做好焊端的应力放散,而后施焊,使锁定轨温均匀一致。
    七.轨道整理
在单元轨节锁定后进行轨道整理作业,应达到下列标准:

           新建客运专线轨道精度铺设标准
        高低mm        轨向mm        水平mm        扭曲mm        轨距mm
幅值        3        2        3        1%        ±2
波长m        动态管理波长40—50m        ——        ——
                                         

                     道床状态参数指标
项目        枕下道床密度g/cm3        枕下道床刚度KN/mm        道床横向阻力KN/枕        道床纵向阻力KN/枕
指标        ≥1.70        ≥100        ≥10        ≥12
   
    八.钢轨预打磨及轨道检测
线路开通运营之前,进行全线钢轨预打磨。打磨列车到达工地后,根据轨面状态,可采用停车打磨、列车运行打磨、成形打磨等方式进行作业。在打磨机械不能到达的局部位置采用其他机械打磨。钢轨打磨后,应消除轨头在铺设过程中产生的碰伤、机械夹伤、锈蚀等缺陷,并消除轨头表面约0.3mm的脱碳层。预打磨后的钢轨顶面及内侧工作面纵向平直度1m范围内不应大于0.3mm。轨道检测包括静态检测和动态检测,检测各项质量必须达到客运专线轨道不平顺管理标准中关于工程验收规定。





                      轨道整理达标基本工艺流程图

九.结语
    无缝线路技术含量是很高的,世界各国都在不懈的探索其中的问题及解决的方法,以追求铁路的速度和安全系数,让无缝线路更好的为人们服务。中国武广客运专线的开通创造了中国铁路历史的新的里程碑,充分显示出铁路的优越性,对于航空运输业也有很强的竞争力,具有广阔的开发应用前景!
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发表于 2010-1-24 13:31 | 显示全部楼层
好贴!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
顶!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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发表于 2010-1-24 21:42 | 显示全部楼层

好文章!

今天学习了,长了见识,学了知识。
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新浪微博达人勋

发表于 2010-1-31 00:02 | 显示全部楼层
可惜都没图了
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新浪微博达人勋

发表于 2010-2-1 10:32 | 显示全部楼层
好帖子啊,在这里真的很长见识
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发表于 2010-2-10 12:04 | 显示全部楼层
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新浪微博达人勋

发表于 2010-2-12 19:59 | 显示全部楼层
呵呵,内容很好,就是没图
遗憾!!!!
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新浪微博达人勋

发表于 2010-2-15 15:01 | 显示全部楼层
好好学习

点评

好好好  发表于 2016-11-1 10:44
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