津滨轻轨工程现场焊轨施工技术

1 工程概况 天津市区至滨海新区快速轨道交通工程轨道工程,设计采用区间无缝线路。施工时先在工厂内将标准轨焊接成125m的长轨条,然后进行铺轨作业,铺完轨后,在现场将125m的长轨条焊接成区间无缝线路。本工程因地制宜,根据现场的施工特点,采用小型移动式气压焊,保证了施工质量与施工进度,对类似工程的施工具有借鉴意义。 2 施工工艺 　 现场焊接采用小型移动式气压焊机完成。 工艺流程:作业准备→拉轨→轨端处理→钢轨固定→安装加热器→点火焊接→推凸→正火→焊缝打磨及矫直→焊缝检查及探伤。 2.1 焊前准备 (1)设备检查 ①发电机组运行状态及供电情况正常与否; ②压接机各部件完好状态及运动部件运动情况; ③加热器点火和试火,火焰情况,有无堵管;进、回水通畅与否; ④检查气路、水路、油路是否有跑、冒、漏情况; ⑤检查氧气、乙炔瓶现存气量是否够(至少够焊一个焊头); ⑥遇有交叉作业时,穿越线路的所有气路、水路、油路、电路都要从轨底穿越; ⑦检查推凸装置,各部件运动灵活与否,刀刃完整与否,一切正常后把后垫、前刀体、底刀均放在便于操作的位置上,以备使用。 (2)安全防护及人员安全情况检查 ① 因本线存在交叉作业,且目前线路情况不具备高速行车条件,可在前后打磨作业地点以外适当距离的左、右线上均设置安全防护标志,不允许在焊接时会车,并设专人负责瞭望;如发生焊接点会车,须待会车电焊轨完毕后,焊缝正火并自然冷却至常温后,设备下道、人员离开线路后方可进行(邻线行车不受正火工序限制); ②操作人员穿戴好各种劳动保护用品,包括工作服、安全帽、眼镜、长毛手套、长皮护脚等; ③氧气瓶、乙炔瓶、控制箱应布置在焊缝和切割火焰的上风或侧风方向,禁止布置在火焰的下风方向。现场备有遮阳设备,避免气体瓶受阳光暴晒; ④氧气瓶、乙炔瓶、控制箱和火焰,四者之间都应相距5m以上。乙炔瓶须离开火焰10m以上。过滤瓶要垂直放置; ⑤施工地点附近不得有挥发性气体、易燃易爆物品等; ⑥轨道平车要有制动装置,防止在坡道上溜车; ⑦各种焊接设备及仪表工具都应轻拿轻放,严禁摔打、磕碰、划伤;搬运及作业时,严防人身被设备伤害; ⑧焊接过程中,加热器发生回火、放炮时,应立即关闭气门、熄灭火焰,防止出现其他严重事故。 2.2轨端处理 (1) 钢轨外形尺寸偏差 轨头宽±0.5mm;轨腰厚-0.5,+1.0mm;轨高-0.5,+0.8mm;不对称:轨头0.5mm,轨底1.0mm;轨底宽-2.0,+1.0mm。 钢轨表面不得有裂纹、折叠、横向划痕,允许有不超过1mm的结疤、压痕,纵向划痕不超过0.5mm,轨底1/3处不得有划痕。 (2) 将钢轨用起道机顶起垫牢,清除钢轨端面40mm范围内的油污、铁锈、泥沙等。轨端400mm范围内保持干燥、无水气。若焊机卡紧部位的轨面和轨腰有较重污垢或钢轨标志时,亦须处理。 (3)打磨时锉刀用四氯化碳清洗后应始终保持清洁,严禁手摸。打磨时要绝对保证两轨底角端不得凹于其他地方。锉刀和宽座角尺不得污染,锉刀严禁翻面。 (4)打磨后钢轨端面应全面呈现金属光泽,端面与钢轨纵轴线不垂直度及端面平面度需≤0.15mm。粗糙度最大允许值为12.5μm(6.3)。 (5)应保护好打磨后的钢轨端面,使之不受污染和碰撞或划伤,不许用手触摸,不许用嘴吹,否则应重新处理。处理好的端面应在30min内焊接。 2.3 钢轨固定 (1)将焊接前进方向的长轨条扣件解除,用起道机顶起并垫以滚筒后串轨。拨正2条待焊钢轨,焊缝每侧垫2处短木枕(配以薄木板和薄铁皮),第1个距轨端1.2～1.5m,第2个距轨端20m。轨缝8～15mm,并随气温调整。由专人在距轨缝20m外目测,使之达到以轨缝为中心40m范围内钢轨顺直平整,待焊缝处无高、低接头。用1m直尺测量,两轨焊缝拱度≤0.5mm,不允许下凹;工作边应平直,误差≤0.5mm。直尺底角对齐,两轨如有误差,相差量应对称布置。 (2)装卡固定时,注意对已打磨好的轨端一定要保护好,不要滑伤,或被污染;轨顶螺栓紧固程度不伤母材。固定好后,即可进行预顶,压力为24MPa,并观察是否打滑。预顶后用1m直尺检查应达到以下标准: ① 两轨顶面焊接处拱度≤0.4mm,高低错牙≤0.3mm,不允许下凹; ②两轨工作边平直,误差≤0.3mm,当轨头宽度偏差过大或轨端有旁弯无法调直时,应保证内侧工作面在1m内偏差≤0.5mm; ③两轨底面平行,错牙≤1.0mm; ④两待焊端面间隙在预顶后≤0.3mm,两轨底角必须密贴; ⑤在固定过程中,如达不到上述要求,应对钢轨重新处理,不得强行焊接。 2.4 压机的安装过程 (1)压接机的安装。将压接机从轨顶向下“骑放”在被焊接钢轨上。压接机四角装有提手,供搬动压接机使用。 (2)摆动机构安装与调整。焊接加热时,将加热器安放在压机的导柱上,并与装在压机上的摆动机构相联结。把“摇把”套在“摇杆”端部的“方头”上,当摇动“摇把”时,通过连杆机构驱动加热器作加热摆动。两侧连杆端头的调整螺丝可以保证加热器火焰平面与焊缝平面平行,其中纵向位置调整既要考虑到焊瘤推凸工作的正常进行,又要保证加热器对焊缝的对称加热。压机安放好以后将“摇把”保持在竖直位置,而后沿钢轨纵向移动压机,在不安放加热器的情况下,通过调整螺丝自由端的“销钉”大体估计一下压机位置,能使加热器火孔平面与焊缝平面重合即可。 (3)夹钢轨。钢轨是由轨顶螺栓、轨底螺栓和斜铁来实现上、下左右夹紧的,顺序如下: 先要落下压机,穿好轨底螺栓。注意要使轨底螺栓根部的止转键嵌入槽中,带好螺母,然后将两被焊轨底面一平。当两轨高度不同时,为保证两轨顶面一平,需要在轨底与轨底螺栓之间加平垫调整。 这时打紧4块斜铁,二次拧紧轨顶螺栓,使两被焊钢轨轨底紧靠在轨底螺栓上和二次打紧斜铁。最后用专用搬手拧紧轨底螺栓端部的螺母,先拧紧内侧,再拧紧外侧螺母,交替进行。 (4)预顶及顶锻是由外接电动油泵来实现的。高压油由一侧的接口进入,经过三通分别进入两侧的油缸,推动左横梁在两卧式导柱上滑动。右横梁与两卧式导柱固联。左、右横梁内都夹持着钢轨,当左横梁沿两卧式导柱与右横梁左相对运动时,则可实现预顶及顶锻。 2.5点火、加热 点火前先确认水后点火,且要求4瓶乙炔分开。 投掷爆鸣点火,调整为微碳化焰。安装加热器时,应防止水滴入焊缝。整个加热过程中,严禁踩踏各种胶带管路,以防加热器放炮回火。 (1)气体参数 ①出口压力:氧气0.5～0.6MPa;乙炔0.16～0.17MPa。 ②控制箱流量:氧气3.6～4.0m3/h;乙炔4.0～4.4m3/h。 (2)加热器安装、调整,试摆动后应达到下列要求 ①加热器火孔平面垂直于钢轨纵轴线与焊缝平行,加热器本身上下部偏斜<1.0mm; ②加热器火孔端面与轨外轮廓面距离为(25±1)mm,且两侧及上下距离要均匀; ③加热器的摆动量、频率和加热时间原则按通过型检的参数进行,并应根据当时的气候、气温等情况适当调整; ④加热温度表面温度1350～1400℃、心部1250℃,轨端呈塑性状态,即可进行顶锻,并避免出现欠热和过烧现象的发生。 2.6 顶锻 采用三段压力法,向加热后的轨端施以20～10～30MPa的顶紧压力,钢轨互相挤进28～32mm时熄火,熄火后再继续顶2mm,从而使钢轨接头焊接在一起。 因故中断焊接时,当顶锻量≥6mm可保持压力,排除故障后继续焊接;当顶锻量<6mm时应锯掉焊缝重焊。 2.7 推凸 当钢轨处于高温塑性状态时(1250～950℃),用焊机上的附加推除刀,将焊接凸出量推除。推凸过程中压机油缸应有不小于90mm的工作行程,然后将钢轨焊缝移至固定夹钳下,上下挤压,以提高钢轨强度及耐磨性,装刀时间不超过10s,若推凸压力超过40MPa,应改用专用除瘤割焰除瘤。 2.8 正火 在钢轨焊缝区冷却到400～500℃(黑色)时,用焊接加热器再次加热,使用比焊接火焰稍弱的火焰(弱碳化焰)。加热器摆动以焊缝为中心,总宽为60mm,40～50次/min。加热至820～920℃或850～920℃时熄灭火焰,使其在空气中自然冷却。 在现场正火时,被加热部分降温至全黑后再撤掉垫轨用的枕木墩。否则,会使钢轨产生变形。 正火后的焊缝位置在300℃以上后,不允许敲击、火烤和引起塑性变形的一切操作,更不允许在红热状态下浇水。 2.9打磨及探伤 (1)用手砂轮或专用打磨机打磨,主要对钢轨150mm长度范围内轨头的踏面、侧工作面、轨底平面、两轨角上侧面(35～40mm)进行打磨。其他凡有凸出量的部位均应打磨圆顺,避免因钢轨截面的突变,出现应力集中,形成疲劳源,进而发展成裂纹,造成钢轨断裂。用手砂轮打磨时注意要顺着钢轨的纵轴方向,严禁垂直钢轨的纵轴线方向打磨。 打磨后的钢轨应达到以下要求:焊缝处不得凹下高出相邻轨面0.2mm以上;轨顶面用1m直尺量,中间拱度不得超过0.5mm;轨头工作侧面用1m直尺量,不直度≤0.5mm;轨底部不得有凹陷,高出原轨应≤1.0mm;轨角呈圆角,棱角可磨掉,但不能磨超;发现重伤的接头,应切除重焊。 (2) 以轨底两角为重点,对焊缝进行全面超声波探伤,做好记录。发现内、外伤及时采取补救措施。 2.10遇到下列情况应停止焊接,重新处理端面 (1)4min以前加热发生回火,或焊接初期发生放炮时。 (2)压机夹轨不紧,发生打滑跑轨现象。 (3)点火以达2min发现加热器未供冷却水,此时若开始供应冷却水会损坏加热器。 (4)加热器摆放歪斜,发生便烧现象。 (5)因氧气、乙炔等燃料中断而熄灭。 (6)影响焊接质量的其他设备及人为故障。 (7)遇雨天、5级以上风不能焊轨。 3 结语 根据本工程及施工现场的特点,本工程钢轨的现场焊接采用移动式气压焊,投资小,焊接速度快,保证了工期。在施工现场加强了各关