天津市區至濱海新區快速軌道交通工程軌道采用無縫線路,先進行場焊,在場內將鋼軌焊成125m的長軌條,然後進行現場焊接,形成無縫線路。本工程根據現場的施工特點,采用移動式氣壓焊,保證了施工質量與施工進度。
1工程概況
天津市區至濱海新區快速軌道交通工程軌道工程,設計采用區間無縫線路。施工時先在工廠內將標準軌焊接成125m的長軌條,然後進行鋪軌作業,鋪完軌後,在現場將125m的長軌條焊接成區間無縫線路。本工程因地制宜,根據現場的施工特點,采用小型移動式氣壓焊,保證了施工質量與施工進度,對類似工程的施工具有借鑒意義。
2施工工藝
現場焊接采用小型移動式氣壓焊機完成。
工藝流程:作業準備→拉軌→軌端處理→鋼軌固定→安裝加熱器→點火焊接→推凸→正火→焊縫打磨及矯直→焊縫檢查及探傷。
2.1焊前準備
(1)設備檢查
①發電機組運行狀態及供電情況正常與否;
②壓接機各部件完好狀態及運動部件運動情況;
③加熱器點火和試火,火焰情況,有無堵管;進、回水通暢與否;
④檢查氣路、水路、油路是否有跑、冒、漏情況;
⑤檢查氧氣、乙炔瓶現存氣量是否夠(至少夠焊壹個焊頭);
⑥遇有交叉作業時,穿越線路的所有氣路、水路、油路、電路都要從軌底穿越;
⑦檢查推凸裝置,各部件運動靈活與否,刀刃完整與否,壹切正常後把後墊、前刀體、底刀均放在便於操作的位置上,以備使用。
(2)安全防護及人員安全情況檢查
①因本線存在交叉作業,且目前線路情況不具備高速行車條件,可在前後打磨作業地點以外適當距離的左、右線上均設置安全防護標誌,不允許在焊接時會車,並設專人負責瞭望;如發生焊接點會車,須待會車電焊軌完畢後,焊縫正火並自然冷卻至常溫後,設備下道、人員離開線路後方可進行(鄰線行車不受正火工序限制);
②操作人員穿戴好各種勞動保護用品,包括工作服、安全帽、眼鏡、長毛手套、長皮護腳等;
③氧氣瓶、乙炔瓶、控制箱應布置在焊縫和切割火焰的上風或側風方向,禁止布置在火焰的下風方向。現場備有遮陽設備,避免氣體瓶受陽光暴曬;
④氧氣瓶、乙炔瓶、控制箱和火焰,四者之間都應相距5m以上。乙炔瓶須離開火焰10m以上。過濾瓶要垂直放置;
⑤施工地點附近不得有揮發性氣體、易燃易爆物品等;
⑥軌道平車要有制動裝置,防止在坡道上溜車;
⑦各種焊接設備及儀表工具都應輕拿輕放,嚴禁摔打、磕碰、劃傷;搬運及作業時,嚴防人身被設備傷害;
⑧焊接過程中,加熱器發生回火、放炮時,應立即關閉氣門、熄滅火焰,防止出現其他嚴重事故。
2.2軌端處理
(1)鋼軌外形尺寸偏差
軌頭寬±0.5mm;軌腰厚-0.5,1.0mm;軌高-0.5,0.8mm;不對稱:軌頭0.5mm,軌底1.0mm;軌底寬-2.0,1.0mm。
鋼軌表面不得有裂紋、折疊、橫向劃痕,允許有不超過1mm的結疤、壓痕,縱向劃痕不超過0.5mm,軌底1/3處不得有劃痕。
(2)將鋼軌用起道機頂起墊牢,清除鋼軌端面40mm範圍內的油汙、鐵銹、泥沙等。軌端400mm範圍內保持幹燥、無水氣。若焊機卡緊部位的軌面和軌腰有較重汙垢或鋼軌標誌時,亦須處理。
(3)打磨時銼刀用四氯化碳清洗後應始終保持清潔,嚴禁手摸。打磨時要絕對保證兩軌底角端不得凹於其他地方。銼刀和寬座角尺不得汙染,銼刀嚴禁翻面。
(4)打磨後鋼軌端面應全面呈現金屬光澤,端面與鋼軌縱軸線不垂直度及端面平面度需≤0.15mm。粗糙度最大允許值為12.5μm(6.3)。
(5)應保護好打磨後的鋼軌端面,使之不受汙染和碰撞或劃傷,不許用手觸摸,不許用嘴吹,否則應重新處理。處理好的端面應在30min內焊接。
2.3鋼軌固定
(1)將焊接前進方向的長軌條扣件解除,用起道機頂起並墊以滾筒後串軌。撥正2條待焊鋼軌,焊縫每側墊2處短木枕(配以薄木板和薄鐵皮),第1個距軌端1.2～1.5m,第2個距軌端20m。軌縫8～15mm,並隨氣溫調整。由專人在距軌縫20m外目測,使之達到以軌縫為中心40m範圍內鋼軌順直平整,待焊縫處無高、低接頭。用1m直尺測量,兩軌焊縫拱度≤0.5mm,不允許下凹;工作邊應平直,誤差≤0.5mm。直尺底角對齊,兩軌如有誤差,相差量應對稱布置。
(2)裝卡固定時,註意對已打磨好的軌端壹定要保護好,不要滑傷,或被汙染;軌頂螺栓緊固程度不傷母材。固定好後,即可進行預頂,壓力為24MPa,並觀察是否打滑。預頂後用1m直尺檢查應達到以下標準:
①兩軌頂面焊接處拱度≤0.4mm,高低錯牙≤0.3mm,不允許下凹;
②兩軌工作邊平直,誤差≤0.3mm,當軌頭寬度偏差過大或軌端有旁彎無法調直時,應保證內側工作面在1m內偏差≤0.5mm;
③兩軌底面平行,錯牙≤1.0mm;
④兩待焊端面間隙在預頂後≤0.3mm,兩軌底角必須密貼;
⑤在固定過程中,如達不到上述要求,應對鋼軌重新處理,不得強行焊接。
2.4壓機的安裝過程
(1)壓接機的安裝。將壓接機從軌頂向下“騎放”在被焊接鋼軌上。壓接機四角裝有提手,供搬動壓接機使用。
(2)擺動機構安裝與調整。焊接加熱時,將加熱器安放在壓機的導柱上,並與裝在壓機上的擺動機構相聯結。把“搖把”套在“搖桿”端部的“方頭”上,當搖動“搖把”時,通過連桿機構驅動加熱器作加熱擺動。兩側連桿端頭的調整螺絲可以保證加熱器火焰平面與焊縫平面平行,其中縱向位置調整既要考慮到焊瘤推凸工作的正常進行,又要保證加熱器對焊縫的對稱加熱。壓機安放好以後將“搖把”保持在豎直位置,而後沿鋼軌縱向移動壓機,在不安放加熱器的情況下,通過調整螺絲自由端的“銷釘”大體估計壹下壓機位置,能使加熱器火孔平面與焊縫平面重合即可。
(3)夾鋼軌。鋼軌是由軌頂螺栓、軌底螺栓和斜鐵來實現上、下左右夾緊的,順序如下:
先要落下壓機,穿好軌底螺栓。註意要使軌底螺栓根部的止轉鍵嵌入槽中,帶好螺母,然後將兩被焊軌底面壹平。當兩軌高度不同時,為保證兩軌頂面壹平,需要在軌底與軌底螺栓之間加平墊調整。
這時打緊4塊斜鐵,二次擰緊軌頂螺栓,使兩被焊鋼軌軌底緊靠在軌底螺栓上和二次打緊斜鐵。最後用專用搬手擰緊軌底螺栓端部的螺母,先擰緊內側,再擰緊外側螺母,交替進行。
(4)預頂及頂鍛是由外接電動油泵來實現的。高壓油由壹側的接口進入,經過三通分別進入兩側的油缸,推動左橫梁在兩臥式導柱上滑動。右橫梁與兩臥式導柱固聯。左、右橫梁內都夾持著鋼軌,當左橫梁沿兩臥式導柱與右橫梁左相對運動時,則可實現預頂及頂鍛。
2.5點火、加熱
點火前先確認水後點火,且要求4瓶乙炔分開。
投擲爆鳴點火,調整為微碳化焰。安裝加熱器時,應防止水滴入焊縫。整個加熱過程中,嚴禁踩踏各種膠帶管路,以防加熱器放炮回火。
(1)氣體參數
①出口壓力:氧氣0.5～0.6MPa;乙炔0.16～0.17MPa。
②控制箱流量:氧氣3.6～4.0m3/h;乙炔4.0～4.4m3/h。
(2)加熱器安裝、調整,試擺動後應達到下列要求
①加熱器火孔平面垂直於鋼軌縱軸線與焊縫平行,加熱器本身上下部偏斜<1.0mm;
②加熱器火孔端面與軌外輪廓面距離為(25±1)mm,且兩側及上下距離要均勻;
③加熱器的擺動量、頻率和加熱時間原則按通過型檢的參數進行,並應根據當時的氣候、氣溫等情況適當調整;
④加熱溫度表面溫度1350～1400℃、心部1250℃,軌端呈塑性狀態,即可進行頂鍛,並避免出現欠熱和過燒現象的發生。
2.6頂鍛
采用三段壓力法,向加熱後的軌端施以20～10～30MPa的頂緊壓力,鋼軌互相擠進28～32mm時熄火,熄火後再繼續頂2mm,從而使鋼軌接頭焊接在壹起。
因故中斷焊接時,當頂鍛量≥6mm可保持壓力,排除故障後繼續焊接;當頂鍛量<6mm時應鋸掉焊縫重焊。
2.7推凸
當鋼軌處於高溫塑性狀態時(1250～950℃),用焊機上的附加推除刀,將焊接凸出量推除。推凸過程中壓機油缸應有不小於90mm的工作行程,然後將鋼軌焊縫移至固定夾鉗下,上下擠壓,以提高鋼軌強度及耐磨性,裝刀時間不超過10s,若推凸壓力超過40MPa,應改用專用除瘤割焰除瘤。
2.8正火
在鋼軌焊縫區冷卻到400～500℃(黑色)時,用焊接加熱器再次加熱,使用比焊接火焰稍弱的火焰(弱碳化焰)。加熱器擺動以焊縫為中心,總寬為60mm,40～50次/min。加熱至820～920℃或850～920℃時熄滅火焰,使其在空氣中自然冷卻。
在現場正火時,被加熱部分降溫至全黑後再撤掉墊軌用的枕木墩。否則,會使鋼軌產生變形。
正火後的焊縫位置在300℃以上後,不允許敲擊、火烤和引起塑性變形的壹切操作,更不允許在紅熱狀態下澆水。
2.9打磨及探傷
(1)用手砂輪或專用打磨機打磨,主要對鋼軌150mm長度範圍內軌頭的踏面、側工作面、軌底平面、兩軌角上側面(35～40mm)進行打磨。其他凡有凸出量的部位均應打磨圓順,避免因鋼軌截面的突變,出現應力集中,形成疲勞源,進而發展成裂紋,造成鋼軌斷裂。用手砂輪打磨時註意要順著鋼軌的縱軸方向,嚴禁垂直鋼軌的縱軸線方向打磨。
打磨後的鋼軌應達到以下要求:焊縫處不得凹下高出相鄰軌面0.2mm以上;軌頂面用1m直尺量,中間拱度不得超過0.5mm;軌頭工作側面用1m直尺量,不直度≤0.5mm;軌底部不得有凹陷,高出原軌應≤1.0mm;軌角呈圓角,棱角可磨掉,但不能磨超;發現重傷的接頭,應切除重焊。
(2)以軌底兩角為重點,對焊縫進行全面超聲波探傷,做好記錄。發現內、外傷及時采取補救措施。
2.10遇到下列情況應停止焊接,重新處理端面
(1)4min以前加熱發生回火,或焊接初期發生放炮時。
(2)壓機夾軌不緊,發生打滑跑軌現象。
(3)點火以達2min發現加熱器未供冷卻水,此時若開始供應冷卻水會損壞加熱器。
(4)加熱器擺放歪斜,發生便燒現象。
(5)因氧氣、乙炔等燃料中斷而熄滅。
(6)影響焊接質量的其他設備及人為故障。
(7)遇雨天、5級以上風不能焊軌。
3結語
根據本工程及施工現場的特點,本工程鋼軌的現場焊接采用移動式氣壓焊,投資小,焊接速度快,保證了工期。在施工現場加強了各關鍵工序的質量控制,經超聲波無損檢測,合格率達到100%,對同類型工程的施工具有重要的參考意義。
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