鐵路貫通地線用合金帶材接續(xù)工藝

【摘 要】鐵路貫通地線生產(chǎn)過程中所用合金帶材的接續(xù)方法是保證成品質(zhì)量的關(guān)鍵過程之一，目前所用合金帶材主要接續(xù)方式為電阻焊或者氬弧焊，但這兩種焊接方式存在諸多缺陷，若采用冷壓焊接工藝，配備冷壓焊接專用模具，可克服電阻焊或者氬弧焊接續(xù)存在的不足，操作簡單，保證了合金地線產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】貫通地線；合金帶材；接續(xù)工藝

0 引言

在鐵路貫通地線[1]生產(chǎn)過程中，所用合金帶材進(jìn)行接續(xù)的方式目前主要有電阻焊或者氬弧焊，但無論是電阻焊或者氬弧焊，都存在一定的質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)在焊縫不完整、有凹陷、焊縫邊緣有缺口，使得接續(xù)后的合金帶材接續(xù)處的拉伸強(qiáng)度、伸長率不足，在焊接后拉拔過程中易斷裂，由于焊接處機(jī)械性能降低，彎曲性能差，在收放線過程中也容易扭曲開裂。采用冷壓焊接工藝，并配用特制冷壓焊接專用模具，可使接續(xù)后合金帶材接續(xù)處的機(jī)械性能、電性能、外觀質(zhì)量與母材基本一致，完全符合使用要求。

1 概述

在高速鐵路建設(shè)中，要求沿鐵路干線全長敷設(shè)貫通地線，來保證通信、信號、電力、牽引、供電等各系統(tǒng)及設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)等電位連接，消除不同設(shè)備及系統(tǒng)之間由于存在電位差而導(dǎo)致的電磁干擾和對人身及設(shè)備造成的安全隱患，確保系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠。

目前鐵路貫通地線的護(hù)套材料為黃銅合金帶材[2]，該合金帶材的供貨長度最長在1000米左右，而合金地線的單位生產(chǎn)長度一般為2000米或3000米左右，有時(shí)需根據(jù)客戶要求長度進(jìn)行定長生產(chǎn)，為了使合金帶材滿足貫通地線生產(chǎn)長度要求，必須對合金帶進(jìn)行接續(xù)生產(chǎn)。目前采用的電阻焊或氬弧焊均屬于熔融焊接，焊接時(shí)無專用定型焊接模具，不能保證接續(xù)后與母材尺寸一致，因此接續(xù)后的合金帶在縱包成圓管狀實(shí)施對縫焊接過程中，容易在合金帶接續(xù)處出現(xiàn)擊穿孔洞，不能保證合金護(hù)套的完整性，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，況且焊接時(shí)接續(xù)處即使無擊穿孔洞存在，由于機(jī)械強(qiáng)度降低，在隨后減徑拉拔時(shí)，也容易使合金護(hù)套斷裂或扭曲，導(dǎo)致出現(xiàn)短段或廢次品，有時(shí)會造成較大的浪費(fèi)現(xiàn)象。

此外，采用電阻焊或氬弧焊的接續(xù)方式，每接續(xù)一次所用時(shí)間至少要40分鐘，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。為解決上述存在的工藝技術(shù)問題，在貫通地線用合金帶材接續(xù)過程中，采用冷壓接續(xù)工藝方法以及使用專用模具對金屬帶進(jìn)行冷壓焊接接續(xù)，接續(xù)后合金帶的機(jī)械性能與母材基本相等；接頭處外觀質(zhì)量與母材相比基本一致，沒有變形、被腐蝕情況；接頭處電阻及導(dǎo)電性能與母材相比也沒有變化。

2 焊接原理

在焊接過程中塑性變形程度是實(shí)現(xiàn)冷壓焊接所需的最小塑性變形量，它是控制焊接質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，擠壓時(shí)金屬界面必須有足夠的塑性流動量才能獲得高質(zhì)量的接頭。塑性變形要求滿足通過相當(dāng)大的變形量來破壞界面的氧化層，使氧化層及其它雜質(zhì)擠出結(jié)合界面；通過塑性變形克服界面的不平度，使被焊接表面達(dá)到原子間距的緊密接觸，形成晶間接合。

在焊接過程中，施加的焊接壓力是冷壓焊接過程中唯一的外加能量。壓力通過模具1傳遞到待焊接部位，使被焊接的部位產(chǎn)生塑性變形。根據(jù)不同合金帶材2的橫截面積施以不同的能量，一般情況下焊接末期所需的焊接壓力比焊接初期的焊接壓力要大的多。該壓力即為合金帶材2焊接所需的能量，這個能量是通過焊接模具1來傳遞的。因此，模具1的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、尺寸對焊接壓力的影響很大，它對能否成功焊接起著關(guān)鍵作用。但對于工藝操作來說，只要冷壓焊機(jī)3、配套模具1選擇適宜，給予冷壓焊接所需足夠的壓力，即可實(shí)現(xiàn)焊接。

3 接續(xù)步驟

3.1 接續(xù)端處理

焊接前，對合金帶材2的待焊接端進(jìn)行清潔度和光滑度處理。要求合金帶材2的待焊接端的清潔度達(dá)到無油膜、無水膜、無其它有機(jī)雜質(zhì)，如果存這些物質(zhì)，在焊接前必須除去；清除方法可以選用化學(xué)方法或者物理方式，像用溶劑清洗、使用超聲波凈化或者以機(jī)械方法中的鋼絲刷、紗布、砂紙或者銼刀清除等，在清理完后的接續(xù)端表面不允許存在遺留殘?jiān)蛘哐趸し勰謇砗蟮谋砻娌粶?zhǔn)用手摸和再污染，并且應(yīng)當(dāng)盡快實(shí)施焊接。

3.2 冷焊機(jī)及模具選擇

根據(jù)不同合金帶材的厚度和寬度，選擇不同規(guī)格的焊接設(shè)備，由冷壓焊機(jī)型號及配套的焊接模具、焊接壓力來滿足焊接對應(yīng)規(guī)格帶材要求。因此，對應(yīng)不同橫截面的合金帶材，應(yīng)選用與之相對應(yīng)的冷壓焊機(jī)和焊接模具。

3.3 焊接準(zhǔn)備

將兩條合金帶材2的待焊接的兩端頭分別自左向右或者自右向左置入焊接模具1，要求對焊的兩條合金帶材2的兩接頭分別穿過與其對應(yīng)的模具上的鉗口并伸入模具1型腔的中心位置，輕輕壓動焊機(jī)的壓力柄4，以校直合金帶材和檢驗(yàn)接頭是否對齊，并將壓力柄置于最高位置，確保定位精度，使鉗口對合金帶材2的夾持力達(dá)到最佳，避免帶材在擠壓焊接過程中發(fā)生打滑現(xiàn)象導(dǎo)致無法焊接。

同時(shí)根據(jù)合金帶材2的的斷面面積，必須確保伸入模具1型腔的長度。如果太短使結(jié)合面處金屬塑性流動量不足，致使結(jié)合強(qiáng)度不夠；如果太長，將導(dǎo)致合金帶材2彎曲，致使焊接無法實(shí)現(xiàn)。

3.4 冷壓焊接

冷壓焊接可采用電動或手動兩種方式。液壓型冷壓焊機(jī)的液壓泵要確保能夠產(chǎn)生≥20噸的壓接力，該壓接力作用在圖1所示壓力柄4上；當(dāng)手柄位置達(dá)到行程末端時(shí)，壓力達(dá)到最大值，壓力手柄4由最高位置處連續(xù)施壓至最低端即完成一次焊接。冷壓焊接施壓次數(shù)一般為3至5次，若次數(shù)少于3次，焊接所造成的晶間接合力偏小，達(dá)不到接續(xù)質(zhì)量要求，若大于5次會造成毛邊太多，浪費(fèi)原材料。

將焊接后的合金帶材2從模具1中取出，并去掉合金帶材2接頭處毛邊，完成冷壓焊接。

3.5 退火

由于冷壓焊接后增加了接續(xù)處應(yīng)力，改變了晶間結(jié)構(gòu)，機(jī)械性能與母材相比會變硬變脆，需對其進(jìn)行退火處理。

將合金帶材2的接頭處固定在與冷壓焊接機(jī)配套使用的退火機(jī)電極上面，根據(jù)接續(xù)帶材橫截面積的大小將退火電流設(shè)定在60至100安培之間，退火時(shí)間設(shè)定為3至10秒，退火質(zhì)量即可滿足要求。

采用上述工藝完成一次接續(xù)所用時(shí)間一般不超過三分鐘，提高了效率。

4 接續(xù)質(zhì)量

經(jīng)接續(xù)前后黃銅帶橫截面的金相圖對比分析，采取冷壓接續(xù)工藝后合金帶的接續(xù)處強(qiáng)度與母材的強(qiáng)度基本相等，通過檢驗(yàn)，接續(xù)前后黃銅帶的機(jī)械物理性能變化很小

5 結(jié)論

鐵路貫通地線用合金帶材接續(xù)工藝采用冷壓焊接方式，接續(xù)后合金帶材接續(xù)處的強(qiáng)度與伸長率同母材相比基本一致；接頭處的導(dǎo)電性能與母材相比也沒有變化，克服了電阻焊或者氬弧焊存在的缺陷，操作簡單，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國鐵道部.TJ/DW142 鐵路貫通地線暫行技術(shù)條件[S].2012.

[2]劉培興，劉曉瑭，劉華鼐，編著.銅與銅合金加工手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008，4.

[責(zé)任編輯：湯靜]