高海拔條件下氣壓焊焊接工藝

1、高海拔條件下氣壓焊焊接工藝在青藏線鋪設(shè)無(wú)縫線路，對(duì)提高行車(chē)質(zhì)量、減少線路維修更具現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)在海拔高度4300 m處的一系列施焊試驗(yàn)，確定了適合低氣壓、低含氧量處的氧氣、 乙快流及加熱器的火焰強(qiáng)度等焊接參數(shù)。概述青藏鐵路格拉段縱貫我國(guó)西部青海、西藏兩省區(qū)，跨越青藏高原，全線平均海拔在4 000 m以上，多年凍土凍脹融沉、嚴(yán)寒、風(fēng)雪多、日溫差大、光照強(qiáng)等自然條件對(duì)線路路基及軌道帶來(lái)諸多不利影響。在青藏線鋪設(shè)無(wú)縫線路，對(duì)于提高行車(chē)速度、減少線路維修、降低運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略，具有十分重 要的意義。鐵道部重大科研項(xiàng)目青藏線格望段無(wú)縫線路試驗(yàn)段關(guān)鍵技術(shù)研究，在甘泉至玉珠峰間分三段計(jì)231

2、8546 km試鋪無(wú)縫線路,其中鋪設(shè)50kgpm鋼軌 1611442 km,鋪設(shè)60 kgPm鋼軌71710 47 km,均采用溫度應(yīng)力式區(qū)間無(wú)縫線路。現(xiàn)場(chǎng)單元焊和鎖定焊國(guó)內(nèi)目前主要采用氣壓焊和鋁熱焊兩種焊接工藝。鋁熱焊焊縫強(qiáng)度只是母材的70 %左右，焊接組織為鑄造組織，常有鑄造缺陷伴隨產(chǎn)生 且斷頭率高，不太被行家青睞。氣壓焊焊縫強(qiáng)度高、斷頭率低，但在青藏高原特殊 的環(huán)境（年平均氣壓是海平面的60 %70 %、空氣中含氧量比海平面減少 3846 %，焊接質(zhì)量能否滿(mǎn)足TBPT1632-91鋼軌焊接接頭技術(shù)條件的技術(shù)要求， 有待于在實(shí)踐中進(jìn)一步研究與探討。傳統(tǒng)氣壓焊機(jī)與數(shù)控氣壓焊機(jī)性能之比較移動(dòng)式

3、氣壓焊設(shè)備主要包括：壓接機(jī)（含推凸裝置）、加熱器、控制箱、水 冷裝置、高壓電動(dòng)泵站及輔助配套部分如端磨機(jī)、仿型打磨機(jī)、管路系統(tǒng)、氧氣 瓶、乙快瓶及發(fā)電機(jī)組等。傳統(tǒng)氣壓焊機(jī)傳統(tǒng)的氣壓焊機(jī)都是手工操作和控制，每次操作過(guò)程（夾緊、擺火、氣體流量 與配比、壓力轉(zhuǎn)換等）控制工藝參數(shù)的準(zhǔn)確程度低，參數(shù)穩(wěn)定性差。因而接頭質(zhì) 量常常受人為因素的影響，表現(xiàn)出很大的波動(dòng)性，斷頭率增高，使無(wú)縫線路存在安 全隱患，危及行車(chē)安全。新型數(shù)控氣壓焊機(jī)青藏鐵路無(wú)縫線路試驗(yàn)段采用國(guó)內(nèi)最新研制的數(shù)控氣壓焊設(shè)備 ，實(shí)現(xiàn)了焊接 全過(guò)程的順序控制與閉環(huán)智能控制。焊接過(guò)程中沒(méi)有人工操作，能夠保證焊接工 藝的穩(wěn)定性和一致性，完全消除了人為

4、因素對(duì)接頭質(zhì)量的影響。主要特點(diǎn) ：1）焊接過(guò)程的順序控制與柔性控制：以PLC為核心，對(duì)焊接作業(yè)過(guò)程進(jìn)行 順序控制，將高壓時(shí)間、低壓時(shí)間、頂鍛保壓時(shí)間等參數(shù)輸入控制程序，由程序自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊接時(shí)間控制與自動(dòng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)實(shí)際焊軌工況需要，也可采用人工干預(yù)方 式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。2）焊接熱輸入控制：采用焊接參數(shù)15環(huán)控制技術(shù)，由加熱器擺火控制模塊、 加熱氣體流量與配比控制模塊聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)擺火幅度、頻率、氣流大小、火焰特性 等與焊接溫度相關(guān)的參數(shù)的精確控制。3）焊接擠壓變形控制：將鋼軌氣壓焊”三段壓力法”工藝固化在 PLC控 制程序中，采用壓力傳感器、位移傳感器，以閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)焊接壓力實(shí)時(shí)控制、 柔性調(diào)節(jié)與

5、自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及頂鍛位移的閉環(huán)控制。4）具有焊接參數(shù)在線檢測(cè)、記錄、存儲(chǔ)功能。高海拔下主要焊接工藝的探討氧氣、乙快流量氣壓焊的焊接火焰一般是采用氧一乙快焰或氧一丙烷焰，實(shí)際上大都利用氧 一乙快焰焊接。具火焰的外形和構(gòu)造以及火焰的溫度分布 ，主要是由燃燒比決定 的。燃燒比：B 0 = VkPVa （ Vk 為氧氣的體積;Va為乙快的體積）。在內(nèi)地低海拔地區(qū)（海拔高度0 1 000 m），氣壓焊使用的為弱碳化焰，00 股為01850195。但在青藏線海拔高度 3 000 m的地區(qū)，沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借 鑒,現(xiàn)場(chǎng)氣壓焊燃燒比的確定以過(guò)去內(nèi)地的經(jīng)驗(yàn)保證不了焊接質(zhì)量。為此,我們?cè)诤０胃叨? 300 m的玉珠峰

6、車(chē)站進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，取得了第一手資料，燃燒比0 0 應(yīng)控制在0196111。氣壓焊60 kgPm U71Mn鋼軌15根通過(guò)落錘試驗(yàn)的接頭，其焊接時(shí)的氧氣、 乙快流量記錄如表1。表1 受試鋼軌接頭氧氣、乙快流量表軌號(hào)氧氣瓶壓 /NEPs乙煥瓶壓 jMPn弱氣源量乙烘流量 心I1fi/0- 281,6/0.1799101212/0-251.47Q. 179910139/0.251.2. 17100101 _47/0.26L0/a. 17100101 _*二S/0.251.5A 1797101612/0. 25L4/Q. 179810076/0-25U797W1 .$7/0-31.54).17102

7、101g7/0.31.5/0. 1710210110S/0.281.2/0.0.281.0/0.1710010112nA). 280.S).0.28l.tjQ. 171021011 +9/0.251.5/Q. 17101102_ L5tiA. 251-270. 17102102加熱器氣壓焊加熱器各部位火焰的強(qiáng)度，直接影響到焊接質(zhì)量。斷口上出現(xiàn)光斑、未焊透和過(guò)燒時(shí)，如無(wú)其他原因，肯定是相應(yīng)部位的火焰功率偏低或偏高，需對(duì)加 熱器火孔進(jìn)行調(diào)試。在內(nèi)地低海拔地區(qū)(海拔高度0 1000 m),氣壓焊60 kgPm U71Mn鋼軌使用的加熱器火孔圖(38

8、 X2 = 76孔)如圖1所示。圖1 60 kgPm鋼軌加熱器火孔火焰強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足高原條件下氣壓焊焊接技術(shù)要求。同樣，我們?cè)诤０胃叨? 300 m的玉珠峰車(chē)站進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)、調(diào)試， 總結(jié)了一套適用于高海拔地區(qū)的火孔配置圖如圖2。其火孔數(shù)量為39 X2 = 78孔效果青藏鐵路無(wú)縫線路試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)氣壓焊所采用的新型焊接工藝，其焊接質(zhì)量完 全滿(mǎn)足圖1 內(nèi)地60 kgPm鋼軌加熱器火孔圖圖2 海拔 3 000 m處加熱器火孔圖/火也數(shù)量對(duì)乂器雷孔TBPT1632-91鋼軌焊接接頭技術(shù)條件的技術(shù)要求,氣壓焊60 kgPmU71Mffl軌15根試件落錘試驗(yàn)情況如表2表2焊接接頭落錘試驗(yàn)明細(xì)表軌另落頓次數(shù)饒度皿：斷 口備注I1,W ”,10/18/ *良好71:2.3/ *6；12/177 *良好31/2/3/ -5/13/17/ *良好*&13 18/ 1良好51W6/13/19/ *良好5U2陰5.41/16/ *良好71/2/3/ -613/19/良好S*7*14; *有少吊光斑.面積2 XJ rair不超標(biāo)?1/2/ *6詢(xún)官少畸光斑質(zhì)積Q 5 X3 +25）占不超標(biāo)1/2/3/ -5/11/17; ,r良既11L四3419/ *良好121/2/3/ *743/18/ 期下1陽(yáng)*5/11/19/ *對(duì)吁U1/2/3/ -6/15 也& J朝15硝6/15/1 g;-