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【關(guān)鍵詞】放熱焊 接地網(wǎng) 地鐵車(chē)站安全可靠性
中圖分類(lèi)號(hào):U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一、工程概況
莞惠城際大朗站位于東莞市大朗鎮(zhèn)朗常路和銀朗南路交匯處,車(chē)站長(zhǎng)度為322m,寬度為38.5m,主體結(jié)構(gòu)采用雙層三柱四跨結(jié)構(gòu),車(chē)站兩端局部采用雙柱三跨結(jié)構(gòu)。車(chē)站綜合接地系統(tǒng)的作用是同時(shí)滿(mǎn)足牽引供電設(shè)備、車(chē)站機(jī)電設(shè)備、通信、信號(hào)設(shè)備、給排水管及其它非電氣金屬管道、金屬構(gòu)件等的接地要求。強(qiáng)電、弱電設(shè)備采用相互獨(dú)立的接地引線直接與接地體連接。其接地網(wǎng)為由位于車(chē)站底板下的水平接地體和垂直接地體組成的人工接地體,并通過(guò)引線引出底板,接地引出線穿越地下車(chē)站結(jié)構(gòu)底板時(shí)采用止水銅板進(jìn)行防水處理。采用縱橫向交錯(cuò)的網(wǎng)狀布置,接地體距車(chē)站主體結(jié)構(gòu)內(nèi)邊為2m,布置于車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)基坑底,縱向3道,間距14米、18.9米,橫向每8m一道設(shè)置,交叉處均采用焊接。接地網(wǎng)設(shè)置在車(chē)站防水混凝土底板墊層下,其埋設(shè)深度不小于0.6 米。接地體敷設(shè)完畢后用不含石塊的素土回填夯實(shí)。
二、放熱焊原理
放熱焊是它是利用一種反應(yīng)性較強(qiáng)的金屬(通常是鋁)來(lái)還原另一種金屬或金屬氧化物。可簡(jiǎn)單認(rèn)為是鋁與某些金屬氧化物(如Cu2O、Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)在高熱條件下發(fā)生的反應(yīng)。常用于焊接或冶煉高熔點(diǎn)的金屬,并且它是一個(gè)放熱反應(yīng)。由于該反應(yīng)放出大量的熱,只要反應(yīng)已經(jīng)引發(fā),就可劇烈進(jìn)行,放出的熱使生成的單質(zhì)金屬瞬間熔化為液態(tài)。
三、放熱焊優(yōu)點(diǎn)
放熱焊適用于銅、銅和鐵及鐵合金等同種或異種材料間的電氣連接,焊接方法簡(jiǎn)單、培訓(xùn)容易,而且無(wú)需任何外加的能源或動(dòng)力,這個(gè)反應(yīng)實(shí)在耐高溫的石墨模具內(nèi)進(jìn)行的,在正常的使用情況下,一個(gè)模具可焊接70個(gè)焊點(diǎn)以上。放熱反應(yīng)過(guò)程只需要短短的幾秒時(shí)間即可完成。主要有以下優(yōu)點(diǎn):
1.焊接點(diǎn)的載流能力(熔點(diǎn))大于導(dǎo)線的載流能力。
2.因?yàn)楹附狱c(diǎn)是焊接而成的,所以是永久性的,不會(huì)老化,不松脫。
3.焊接是一種永久性的分子結(jié)合,不會(huì)松脫。
4.接頭為純度較高的金屬銅(≥97%),耐腐蝕性強(qiáng)。
5.焊接點(diǎn)能經(jīng)受反復(fù)多次的大浪涌(故障)電流而不退化。
6.供焊接用的材料很輕,攜帶方便。
7.應(yīng)用范圍廣,可用于銅與銅,銅與鋼,銅與鍍鑄扁鋼等金屬材料之間的焊接。
8.從外觀便能檢驗(yàn)焊接的質(zhì)量。
四、放熱焊的應(yīng)用實(shí)例
1.地網(wǎng)水平連接;
2.陰極保護(hù)線與輸油氣管道連接;
3.接地線與鋼軌連接;
4.線材與鋼筋的連接;
5.引出線與接地端子的連接;
6.其他電氣連接;
五、放熱焊工藝流程
1、焊接準(zhǔn)備
①每次開(kāi)工前用加熱工具(如烘干箱或噴燈)將模具和被焊接物的焊接處烘干,確保其干燥,避免焊點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。
②模具及被焊接物應(yīng)清潔、干燥。被焊接物表面的塵土、水氣、氧化物(銹)或其他附著物等必須完全清除,使其潔凈光亮后才可進(jìn)行焊接作業(yè)。如果模具內(nèi)遺留的殘?jiān)煌耆宄ㄊ褂密浢⒒蚱渌浶晕锲?,防止?duì)模具產(chǎn)生損傷),將造成焊成表面不平整、不光亮。
③檢查模具接觸面的密合度,防止作業(yè)時(shí)銅液從縫隙處滲漏出來(lái)。模具的緊密度對(duì)熔接的效果有影響,在熔接開(kāi)始之前認(rèn)真檢查模具,并作適當(dāng)調(diào)整。為了防止焊接物移動(dòng)、延長(zhǎng)模具的使用壽命,可以根據(jù)不同連接方式選擇合適的模具,模具的規(guī)格隨焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式而異。
2、焊接物就位
①確認(rèn)焊接物及模具內(nèi)無(wú)其它雜質(zhì)后,將焊接物放于模具的焊接模膛內(nèi),檢查焊接物兩端要在模具焊床中心相碰,并把焊接物端頭對(duì)準(zhǔn)出口,然后合模夾緊模具。
②如果被焊接物的尺寸小于模具銘牌所示,為避免銅液滲漏可用如下方法彌補(bǔ):
a、 使用適當(dāng)厚度的銅套管;b、使用密封劑(如粘土);c 、使用銅片或銅帶 ;d、使用高溫棉帶。
3、放置墊片
將墊片放在模具的熔鍋底部,墊片上不應(yīng)有缺口,墊片及熔模必須密合,并使其剛好擋住流出口,將墊片放入模腔中,其作用為托住焊粉。
4、焊接
①加入反應(yīng)粉末,選擇正確標(biāo)號(hào)的焊接金屬(氧化銅、催化劑、鋁和引火材料),將其倒入模具內(nèi),從焊粉表面到??谶呇貫⑸弦鸱郏⒁馐挂鸩牧细采w在焊接金屬之上。
②將焊粉倒入模中。
水平接地體焊接示意圖
③合上模具蓋,用點(diǎn)火槍點(diǎn)燃引火粉,反應(yīng)時(shí)間大約只有幾秒鐘,反應(yīng)完成立即打開(kāi)模具蓋,觀察模具腔內(nèi)由紅變暗,方可確定連接完成,不得使用噴燈、火柴等明火點(diǎn)火。
④反應(yīng)進(jìn)行中,反應(yīng)式:
3Cu2O+Al6Cu+Al2O3+熱量(溫度可達(dá)2537或4600℃以上)
該置換反應(yīng)溫度可高達(dá) 2200 ℃,這足可以把銅、鐵熔化,從而可實(shí)現(xiàn)焊接。
5、清潔模具
放熱爆炸(引燃)后稍待約10―20 秒,既可啟開(kāi)模具蓋,打開(kāi)模具,待冷卻后將焊渣清除,以備下一個(gè)焊點(diǎn)的使用。
六、安全質(zhì)量控制
1、質(zhì)量檢查
①檢查項(xiàng)目
焊點(diǎn)質(zhì)量的優(yōu)劣可通過(guò)目測(cè)檢查。檢查項(xiàng)目為焊接物的大小、顏色、表面光潔度和氣泡等外觀檢查。
大?。汉更c(diǎn)范圍內(nèi)銅排必須完全包裹在接頭內(nèi),連接頭的凹面不得低于銅排,如果凹面過(guò)低則不能使用;如果凸面過(guò)高于銅排則可以使用。
顏色:接頭正常的顏色是金黃色至青銅色。
表面光潔度:接頭表面應(yīng)該相當(dāng)平滑,沒(méi)有大量殘?jiān)嬖凇H绻宇^表面有20%的殘?jiān)?,或殘?jiān)宄笥秀~排暴露,接頭報(bào)廢。
氣泡度:熔接頭應(yīng)沒(méi)有過(guò)多的氣孔。過(guò)多氣孔是因?yàn)橛形酃?水、油、污物等等)在連接導(dǎo)線表面或熔模內(nèi)。在凸出的表面有可能出現(xiàn)少量的針孔。如果針孔的深度伸展至連接頭中間(露出導(dǎo)線),則該接頭不能使用。
②質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
良好:牢固的焊接,只有極小的表面上的不完美。
不合格:表面上大量的殘?jiān)怯捎诤阜蹚臎](méi)有放好的托片側(cè)泄漏或缺乏托片引起的。
容許:焊接頭低于正常情況,但仍足以夠用。
不合格:焊接物和(或)模具中過(guò)多的水分,銅排和模具必須烘干。
2、安全防護(hù):
①放熱焊接方式會(huì)產(chǎn)生高溫,不可避免會(huì)有金屬顆粒逸出,而造成對(duì)施工人員身體的傷害。在使用放熱焊接的過(guò)程中,一方面應(yīng)該采用低煙配方,從根本上減少金屬顆粒逸出;另一方面應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)施工人員的保護(hù),加強(qiáng)通風(fēng),戴好口罩,防止施工人員金屬中毒。
② 施工操作時(shí),作業(yè)范圍1.50 米之內(nèi),不得有無(wú)關(guān)人員停留。
③ 操作人員必須戴上有一定隔熱效果的工作手套。
④操作人員不得面對(duì)于熔模開(kāi)口處操作施工
⑤點(diǎn)火時(shí),一旦引燃粉被引燃,操作人員必須立即離開(kāi)熔模至少1.50 米。
⑥當(dāng)熔焊結(jié)束,任何人不得立即直接接觸熔模。
⑦ 當(dāng)熔焊結(jié)束后,須待熔模和焊接后的銅排冷卻30 秒后,方可使用鐵鉗取。
七、應(yīng)注意的問(wèn)題
1、每一罐焊粉對(duì)應(yīng)焊接一個(gè)焊點(diǎn)、焊粉牌號(hào)需與模具銘牌上注明的焊粉用量一致,使用前需仔細(xì)對(duì)照確認(rèn)。如果現(xiàn)有的焊粉牌號(hào)與模具標(biāo)志的劑量不匹配時(shí)可視實(shí)際情況增減。
2、焊接前對(duì)焊件進(jìn)行處理,除油、除污物及氧化層;焊接后對(duì)模具進(jìn)行清理并準(zhǔn)備下次使用。
3、當(dāng)熔焊結(jié)束后,不得立即將焊接物放置在水中,應(yīng)該放在空氣中自然冷卻,溫度的驟然下降,會(huì)影響接頭質(zhì)量。
4、焊粉出廠時(shí)對(duì)于其防潮已采取多層保護(hù),但建議仍需妥善保管避免受潮,不可倒置存放。
5、一個(gè)焊點(diǎn)要一次制作完成。
6、接頭的數(shù)量盡可能少,不僅經(jīng)濟(jì),而且接頭會(huì)產(chǎn)生熱量影響導(dǎo)體電阻。
通過(guò)在大朗車(chē)站接地網(wǎng)中放熱焊的應(yīng)用,放熱焊操作操作簡(jiǎn)單,安全可靠,無(wú)需特殊保護(hù)措施,適用于室內(nèi)野外各種環(huán)境,焊接結(jié)果質(zhì)量穩(wěn)定,施工風(fēng)險(xiǎn)小,而且無(wú)污染,對(duì)人體無(wú)害。施工完成后測(cè)試電阻符合設(shè)計(jì)要求,得到業(yè)主的一致好評(píng),在以后類(lèi)似的工程中可以推廣利用。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范,GB 50065-2011
[2] 電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范, GB 50169-2006
關(guān)鍵詞:接管;不對(duì)稱(chēng)焊縫焊接;變形控制
1 設(shè)計(jì)背景
穩(wěn)壓器是核電廠核島中的主要設(shè)備之一,實(shí)現(xiàn)對(duì)核反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié),同時(shí)維持其壓力恒定,穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)功能主要是通過(guò)穩(wěn)壓器下封頭處的電加熱器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)液體加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。電加熱器通過(guò)穩(wěn)壓器下封頭上的電加熱器接管進(jìn)入穩(wěn)壓器內(nèi)部,通過(guò)電加熱器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)液體加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)功能。電加熱器接管與穩(wěn)壓器下封頭之間的焊縫為不對(duì)稱(chēng)焊縫,兩側(cè)焊縫焊接量相差較大,焊接難度大,導(dǎo)致接管非常容易變形。且由于對(duì)核電產(chǎn)品的特殊要求,接管內(nèi)壁和端面均禁止焊接和損傷。根據(jù)各種實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了這種用于電加熱器接管與下封頭焊接的防變形裝置。
2 裝置結(jié)構(gòu)及零件要點(diǎn)
2.1 具體結(jié)構(gòu)及使用方法
這種防變形裝置安裝于電加熱器接管兩端,均由管接頭、螺母、支撐件、墊圈、橡膠墊組成,實(shí)現(xiàn)機(jī)械式密封,具體如圖1所示。
其中管接頭內(nèi)部為通孔(詳見(jiàn)圖2),使得電加熱器接管內(nèi)能通入冷卻循環(huán)水,從而帶走在電加熱器接管與下封頭焊接過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量,防止電加熱器接管變形。管接頭裝入電加熱器接管后,裝入橡膠墊和墊圈,裝入支撐件,用螺母擰在管接頭的螺紋處,使得支撐件的下端壓緊墊圈和橡膠墊,進(jìn)一步使得橡膠墊與電加熱器接管的內(nèi)壁緊密接觸,從而達(dá)到脹緊的效果,使得管接頭固定在電加熱器接管的端口處。
2.2 管接頭零件結(jié)構(gòu)
在此防變形裝置中,管接頭內(nèi)部有通孔,上下兩個(gè)管接頭的通孔軸線與電加熱器接管軸線重合,增加冷卻循環(huán)水流通效果。該通孔使得電加熱器接管內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水,能帶走在電加熱器接管與下封頭焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱量,從而防止電加熱器接管變形。在管接頭的外部從上到下依次套裝:螺母、支撐件、墊圈、橡膠墊,其中墊圈、橡膠墊和支撐件與墊圈相接處部分位于電加熱器接管內(nèi)部,用螺母來(lái)壓緊。管接頭為機(jī)加件,最上端用于連接冷卻循環(huán)水的水管,采用倒齒形結(jié)構(gòu)。中段為螺紋形式,用于與螺母形成螺紋連接,起到螺紋壓緊的作用。下端為墊圈和橡膠墊的放置區(qū)域,此處高度要大于或等于所套裝的墊圈和橡膠墊的厚度之和。最下端為與電加熱器接管內(nèi)徑相配合區(qū)域,此處外徑要比電加熱器接管內(nèi)徑小0.15mm。
2.3 其他零件結(jié)構(gòu)
橡膠墊要套裝在管接頭外部,其內(nèi)徑稍大于其與管接頭相接觸部分的外徑,使得橡膠墊剛好套裝在管接頭外。橡膠墊的外徑要小于電加熱器接管的內(nèi)徑,經(jīng)分析,橡膠墊的外徑比電加熱器接管的內(nèi)徑小0.05~0.1mm。橡膠墊的材質(zhì)要保證其在外力的作用下,能夠產(chǎn)生足夠的變形,使得橡膠墊的外端與電加熱器接管的內(nèi)徑相接觸。經(jīng)分析,橡膠墊的材質(zhì)優(yōu)選為丁腈橡膠。墊圈的尺寸選擇與橡膠墊一致。支撐件尺寸根據(jù)管接頭中段外徑尺寸及墊圈外徑確定,支撐件筒體的外徑要稍小于墊圈外徑,從而保證了位于墊圈下方的橡膠墊的受力均勻。
2.4 材質(zhì)及粗糙度選擇
管接頭、墊圈和橡膠墊是主要的密封部件,其中,管接頭與電加熱器接管的內(nèi)壁的接觸面、墊圈與電加熱器接管內(nèi)壁的接觸面表面粗糙度均要在3.2以上。與電加熱器接管內(nèi)壁接觸的鋼制零件均采用不銹鋼材質(zhì),橡膠墊材質(zhì)也符合核電要求,有效地防止材質(zhì)污染,同時(shí)密封效果好,在使用中,不會(huì)產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞:城市軌道交通;回流電纜;鋼軌連接
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1 電纜與鋼軌連接的相關(guān)要求
一般情況下,軌道交通的鋼軌作為回流軌使用,為了降低鋼軌電位,減少雜散電流腐蝕以及旅客觸電事故的發(fā)生,要求鋼軌回路的電阻應(yīng)盡量小。在CJJ49-92《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中,對(duì)回流通路電氣連接的要求如下:“地鐵線路中的道岔與轍岔的連接部位應(yīng)設(shè)置銅引連接線,其截面面積不應(yīng)小于120mm2,銅引線與鋼軌之間應(yīng)焊接,接頭電阻不應(yīng)超過(guò)1m長(zhǎng)完整軌道的電阻值?!?/p>
所以,電纜與鋼軌的連接方式應(yīng)保證接頭處的接觸電阻處于規(guī)范要求的范圍內(nèi),從而降低鋼軌電位。
2 國(guó)內(nèi)軌道交通電纜與鋼軌連接方式概述
2.1快速銅熱焊接
快速銅熱焊接是鋁熱焊接的一種,此種連接方式在廣州地鐵、北京地鐵有應(yīng)用實(shí)例。
圖1 快速銅熱焊接
單根電纜分股焊接是將單根的軟電纜分成三股,每股電纜都進(jìn)行編扎,編扎后的末端使用終端頭固定,再將終端頭焊接至鋼軌腰部。由于快速銅熱焊接在工藝方面的要求較高,往往會(huì)造成焊接接頭鋼軌側(cè)熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織,導(dǎo)致鋼軌變脆變硬,而現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)焊接工藝較復(fù)雜,目前廣州地鐵已計(jì)劃對(duì)此連接方式進(jìn)行改造。故基本不推薦采用。
2.2放熱焊接
放熱焊接是從國(guó)外引進(jìn)直接應(yīng)用的焊接方法,其原理是通過(guò)鋁與氧化銅的化學(xué)反應(yīng)(放熱反應(yīng))產(chǎn)生液態(tài)高溫銅液和氧化鋁的殘?jiān)?,并利用放熱反?yīng)所產(chǎn)生的高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能電氣熔接的現(xiàn)代焊接工藝。武漢輕軌、北京地鐵四號(hào)線、十五號(hào)線、大興線、十三號(hào)線、上海地鐵、南京地鐵等均采用該焊接方法。
根據(jù)目前國(guó)內(nèi)地鐵的做法,放熱焊接分為兩種形式,一種為電纜銅芯與鋼軌直接焊接;另一種利用銅排與鋼軌的焊接,銅排再接電纜。
單根電纜焊接技術(shù)在城市軌道交通中應(yīng)用較為廣泛,歐美以及香港等地的軌道交通中多采用此種方式。此種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是在鋼軌上的焊接面積較小,現(xiàn)場(chǎng)施工精度要求較低,對(duì)鋼軌的影響較小,現(xiàn)場(chǎng)可控性高,電纜與鋼軌的連接牢固可靠。且過(guò)渡電阻小,且結(jié)合面無(wú)腐蝕。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)后,過(guò)渡電阻變化很小。上海地鐵和南京地鐵運(yùn)營(yíng)期間皆反映效果良好。
圖2 單根電纜直接焊接方式
銅排焊接目前在北京已建的工程中應(yīng)用較多。此種連接方式占用鋼軌長(zhǎng)度最小,在鋼軌上的單點(diǎn)焊接面積最大,銅排與鋼軌連接后要承受頻繁的動(dòng)載荷,容易在集中應(yīng)力處損壞,如果斷裂,載流面積大幅度降低,影響回流回路通暢。具體的連接方式主要是現(xiàn)將銅排按照放熱焊工藝焊接至鋼軌腰部,再將電纜連接至銅排上?,F(xiàn)場(chǎng)焊接照片詳見(jiàn)圖3:
圖3 利用銅排與鋼軌焊接方式
此種連接方式目前在北京地鐵工程中使用較為廣泛,此種連接方式缺點(diǎn)是在鋼軌上的單點(diǎn)焊接面積較大,且在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)受天氣、施工單位工藝水平的影響,可控性稍差,優(yōu)點(diǎn)是在鋼軌上焊接點(diǎn)少,焊接一塊銅排可連接多根電纜。
2.3栓接
栓接方式分為:?jiǎn)胃娎|栓接、銅排栓接。
一種為在鋼軌中軸打孔安裝脹釘;栓接方式需要在鋼軌上打孔,對(duì)鉆孔直徑和打孔間距都有嚴(yán)格的要求。根據(jù)調(diào)查的試驗(yàn)結(jié)果表明,栓接方式近期可以滿(mǎn)足過(guò)渡電阻不大于1米長(zhǎng)(標(biāo)準(zhǔn)60kg鋼軌)鋼軌電阻值的要求,單根電纜栓接往往用在電流較小的地段中。在軌道交通中,在長(zhǎng)時(shí)間的鋼軌運(yùn)行中受震動(dòng)影響較大,需要經(jīng)常檢修,測(cè)量連接電阻,如檢修不及時(shí)容易造成連接松動(dòng)、銹蝕等問(wèn)題引起接觸電阻增大,接觸面溫度升高,進(jìn)而再次導(dǎo)致電阻升高的后果,影響回路回流效果,同時(shí)也容易引起軌電位升高。
具體連接方式為在軌腰中部打19mm或22mm的孔,用液壓拉鉚機(jī)使銅套膨脹后緊帖在軌腰的孔內(nèi),然后用螺栓將電纜連接在銅套上?,F(xiàn)場(chǎng)照片如圖4所示:
圖4 單根電纜栓接方式
另一種連接方式為定制加工特殊鋼軌?mèng)~尾板,魚(yú)尾板與鋼軌栓接,魚(yú)尾板再接電纜。北京地鐵昌平線有采用。
圖5 鋼軌?mèng)~尾板栓接方式
3 連接方式比選
表1 連接方式比較
4 回流連接方案建議
目前國(guó)內(nèi)外城市軌道工程中,特別是大電流的供電系統(tǒng)中,普遍采用的連接方式為單根軟電纜直接焊接至鋼軌腰部的連接方式,如香港地鐵、上海地鐵等軌道交通,經(jīng)過(guò)已開(kāi)通工程的檢驗(yàn),此種連接方式安全可靠。此方式的特點(diǎn)是焊接時(shí)在鋼軌上的焊接面積較小,現(xiàn)場(chǎng)施工精度要求較低,對(duì)鋼軌的影響較小,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施質(zhì)量較容易控制,實(shí)施后電纜與鋼軌連接牢靠,有利于鋼軌回流通暢,從而抑制鋼軌電位升高,保證地鐵正常、安全運(yùn)行。建議優(yōu)先選擇放熱焊接方式,以滿(mǎn)足系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。
5 避免焊接時(shí)對(duì)鋼軌造成損傷的措施
(1)選擇高品質(zhì)的進(jìn)口放熱焊接材料,以有效控制放熱焊接溫度。
(2)焊接作業(yè)前應(yīng)對(duì)鋼軌焊接部位進(jìn)行探傷檢測(cè),排除鋼軌自身的材質(zhì)缺陷。
(3)正式施工之前,委托權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)焊接后的鋼軌進(jìn)行金相組織分析,以檢查是否其符合鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)要求。(南京地鐵做過(guò)類(lèi)似實(shí)驗(yàn))
(4)焊接作業(yè)人員應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格后才能上崗,嚴(yán)格執(zhí)行焊接操作規(guī)范。
(5)焊接時(shí)對(duì)鋼軌的加溫預(yù)熱必須滿(mǎn)足焊接工藝參數(shù)要求,放熱反應(yīng)結(jié)束后,對(duì)焊接位置的鋼軌進(jìn)行緩冷加熱處理。
(6)焊接完成后,對(duì)鋼軌進(jìn)行保溫處理。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:地鐵 均回流銅排 焊藥 焊接 方法
中圖分類(lèi)號(hào):U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2014)01(b)-0109-02
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,我國(guó)大中型城市交通擁堵?tīng)顩r日益加重,修建地鐵已成為大中城市緩解城市交通擁堵的最佳選擇。地鐵供電工程利用鋼軌進(jìn)行回流,由于電流大,均回流電纜根數(shù)多,所以采用在鋼軌軌腰處焊接均回流銅排來(lái)滿(mǎn)足接線的需要。均回流銅排和鋼軌材質(zhì)不同,焊接會(huì)導(dǎo)致鋼軌過(guò)燒、裂紋、斷軌以及回流不暢導(dǎo)致的燒軌事故。如何改進(jìn)均回流銅排與鋼軌焊接方法,消除地鐵運(yùn)營(yíng)安全隱患,指導(dǎo)后續(xù)地鐵的建設(shè)施工變得十分必要。
筆者結(jié)合多年工程實(shí)踐及有關(guān)試驗(yàn)研究情況,對(duì)地鐵均回流銅排與鋼軌焊接方法進(jìn)行研究,改進(jìn)了施工方法,消除了焊接導(dǎo)致的鋼軌過(guò)燒、裂紋、斷軌以及回流不暢導(dǎo)致的燒軌事故。
1 目前放熱焊接方法存在的問(wèn)題
目前地鐵均回流銅排與鋼軌焊接主要采用放熱焊接,工藝要求較高,存在預(yù)熱時(shí)溫度把握不好,焊藥劑量使用不當(dāng),回火(冷卻)環(huán)節(jié)控制不嚴(yán),導(dǎo)致鋼軌內(nèi)部金相組織發(fā)生變化,形成非常脆的馬氏體組織,對(duì)鋼軌造成一定的傷害,導(dǎo)致鋼軌斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。在某條地鐵運(yùn)營(yíng)線中,曾發(fā)生過(guò)因均回流焊接導(dǎo)致的鋼軌斷裂情況,如圖1。尤其是在高架區(qū)段,受溫差變化的影響,會(huì)給地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患。
2 改進(jìn)后的施工方法
2.1 工藝原理
通過(guò)鋁與氧化銅的化學(xué)反應(yīng)(放熱反應(yīng))產(chǎn)生液態(tài)高溫銅液和氧化鋁的殘?jiān)?,并利用放熱反?yīng)所產(chǎn)生的高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)均回流銅排與鋼軌熔接的焊接工藝。
3Cu2O+2Al點(diǎn)燃6Cu+Al2O3+熱量(2537℃)
2.2 工藝流程
地鐵均回流銅排焊接工藝流程見(jiàn)圖2。
2.3 操作要點(diǎn)
2.3.1 制作接線銅排
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況加工接線銅排,規(guī)格為10×100 mm的銅排,長(zhǎng)度現(xiàn)場(chǎng)確定,為保證電氣連接性能,銅排表面應(yīng)作鍍錫處理。
2.3.2 打磨焊點(diǎn)處鋼軌
根據(jù)均、回流點(diǎn)的位置,找到具體的焊點(diǎn),以該點(diǎn)為中心向兩邊在鋼軌上劃兩條豎線,兩條線之間的距離應(yīng)比接線板的寬度寬約40 mm。
用角磨機(jī)在劃定的區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)鋼軌進(jìn)行除銹處理,將鋼軌表面部分除銹,露出光亮部分即可。
2.3.3 預(yù)熱模具及鋼軌
用液化氣噴槍對(duì)模具的裝藥孔的內(nèi)壁進(jìn)行十秒鐘的烘烤,對(duì)模具的內(nèi)壁進(jìn)行預(yù)熱處理,如圖3。
用液化氣噴槍在鋼軌焊接點(diǎn)的背面對(duì)鋼軌進(jìn)行加熱至400 ℃;加熱過(guò)程中用專(zhuān)用的紅外線激光溫度測(cè)試儀對(duì)鋼軌實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),嚴(yán)格控制溫度,防止鋼軌過(guò)熱或溫度不夠,如圖4。
模具及鋼軌加熱完畢后,將模具安裝在焊點(diǎn)位置,將所焊接的接線銅排穿入模具。
2.3.4 安裝模具和接線銅排
焊接時(shí)均回流接線銅排的端部與鋼軌的間隙為2~5 mm,為控制間隙,所有的銅排在運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)前應(yīng)在接線銅排上畫(huà)出2 mm和5 mm間隙的刻度線,操作員到現(xiàn)場(chǎng)后只要保證露出一根刻度線即可保證間隙在2~5 mm之間,將模具與鋼軌固定牢固。如圖5、6所示。
2.3.5 放入焊藥及點(diǎn)火
將一專(zhuān)用墊片放入儲(chǔ)藥孔底部,防止藥放入后焊藥漏入穿線孔;墊片放入后,根據(jù)焊藥的使用說(shuō)明,放入儲(chǔ)藥孔內(nèi)相應(yīng)劑量的焊藥。每個(gè)焊點(diǎn)是750號(hào)焊劑用量,即3包200號(hào)焊劑加1包150號(hào)焊劑,如圖7。
將點(diǎn)火引藥放進(jìn)儲(chǔ)藥孔內(nèi)的焊藥上面,將少許引藥放在模具的儲(chǔ)藥孔的上部邊緣,然后將儲(chǔ)藥孔蓋上。
用點(diǎn)火槍將儲(chǔ)藥孔的上部邊緣的引藥點(diǎn)燃,引燃儲(chǔ)藥孔內(nèi)的焊藥,通過(guò)燃燒產(chǎn)生的高溫以及焊劑的作用,將鋼軌表面與熔解的均回流銅排端頭表面熔合在一起。
2.3.6 處理焊點(diǎn)及鋼軌
焊藥熔劑冷卻1分鐘后,將模具取下,將焊點(diǎn)上的殘?jiān)秒姾稿N敲下,同時(shí)將模具儲(chǔ)藥孔及穿線孔內(nèi)的殘?jiān)謇砀蓛?,并用電焊錘對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行敲打檢查焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。
在取下模具進(jìn)行焊點(diǎn)處理的同時(shí),用液化氣噴槍或乙炔氣焊槍對(duì)焊點(diǎn)背面的鋼軌表面進(jìn)行加熱,加熱時(shí)間為10 min,并應(yīng)對(duì)不同的季節(jié)控制不同的時(shí)間,以加熱至鋼軌軌溫達(dá)到400 ℃為宜,使鋼軌緩慢降溫(緩冷),即對(duì)鋼軌進(jìn)行正火處理來(lái)恢復(fù)鋼軌的金相組織,以防止焊接對(duì)鋼軌內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來(lái)變化損害鋼軌。
接線銅排焊接完成后需在鋼軌與銅排接觸處(焊點(diǎn)處)涂抹瀝青,以防止焊接處氧化。
2.3.7 安裝支撐絕緣棒
回流及均流接線銅排由于只有一端焊接在軌腰,在線路中心的另一端受電纜及本身的重力影響時(shí)間長(zhǎng)了以后會(huì)向下彎曲,為保證銅排的強(qiáng)度,在銅排端部的下方安裝一根絕緣棒作為支撐。根據(jù)焊接后接線板的高度,確定絕緣棒的高度。絕緣棒可采用環(huán)氧樹(shù)脂棒,根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)度的需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裁割。在絕緣棒的上端打孔,然后采用φ10×35熱鍍鋅螺栓與銅排連接即可。
2.3.8 焊點(diǎn)處探傷
依據(jù)《鋼軌超聲波探傷探頭技術(shù)條件》(TB/T 2634-1995),對(duì)焊點(diǎn)處進(jìn)行涂油、探傷,探傷儀顯示不允許出現(xiàn)馬氏體或明顯的貝氏體組織;金相組織檢驗(yàn),金相組織應(yīng)為珠光體,允許有少量鐵素體。
2.4 質(zhì)量控制措施
(1)焊接前必須對(duì)模具和鋼軌進(jìn)行預(yù)熱處理,焊接后必須對(duì)鋼軌進(jìn)行緩冷處理,鋼軌軌溫均應(yīng)達(dá)到400 ℃為宜,以防止溫度的劇烈變化對(duì)鋼軌帶來(lái)的傷害。模具在卸載后請(qǐng)及時(shí)用毛刷將模具腔內(nèi)的殘留物清除,以作好下一個(gè)焊接的準(zhǔn)備。模具在第一個(gè)焊接點(diǎn)結(jié)束后一個(gè)小時(shí)內(nèi)重新焊接新焊點(diǎn),可以不用進(jìn)行預(yù)熱處理。
(2)在焊接過(guò)程中,嚴(yán)格按照操作要求控制鋼軌的溫度。
(3)在焊接前必須用砂紙將銅排端頭的氧化層打磨掉。
(4)銅排穿入模具后,應(yīng)保證銅排與模具接觸密實(shí)無(wú)縫隙,當(dāng)模具使用幾次出現(xiàn)縫隙后,應(yīng)用防火泥進(jìn)行封嚴(yán),防止熔解的焊劑外流影響焊接質(zhì)量。
(5)對(duì)鋼軌進(jìn)行加熱時(shí)應(yīng)均勻,火焰應(yīng)不停來(lái)回移動(dòng),嚴(yán)禁火焰對(duì)準(zhǔn)一處持續(xù)加熱。
(6)嚴(yán)格按照要求控制焊藥用量。
(7)焊接只能在軌腰中部,焊接點(diǎn)應(yīng)距鋼軌接頭600 mm以上。
(8)嚴(yán)禁在同一焊點(diǎn)二次焊接。
(9)正式焊接前,須在試驗(yàn)軌上進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn),滿(mǎn)足《鋼軌焊接第1部分:通用技術(shù)條件》(TB/T 1632.1-2005)規(guī)定的落錘試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)的要求。還需進(jìn)行金相組織檢驗(yàn),金相組織應(yīng)為珠光體,允許有少量鐵素體,但不允許出現(xiàn)馬氏體或明顯的貝氏體組織,焊接熱影響的晶粒度與母體相比,差值不得大于一級(jí)。
(10)對(duì)每一處焊點(diǎn)進(jìn)行超聲波探傷,施焊處不得產(chǎn)生過(guò)燒、裂紋等有害缺陷,并滿(mǎn)足《鋼軌超聲波探傷探頭技術(shù)條件》(TB/T 2634-1995)的要求。
2.5 安全注意事項(xiàng)
(1)在進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后,施工人員必須配戴安全帽,穿工作服和防護(hù)服,不準(zhǔn)穿拖鞋及高跟鞋。嚴(yán)禁作業(yè)人員在鐵軌上坐臥、休息。
(2)放熱反應(yīng)瞬間完成,時(shí)間是3~4 s,模具的溫度較高,嚴(yán)禁用手拿或觸碰模具,卸載模具時(shí)一定要帶好手套,以免灼傷,并由專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。
(3)熱熔焊劑必須在專(zhuān)用的熱焊模具中使用,要嚴(yán)格按要求使用,以免引起意外。
(4)點(diǎn)火焊接時(shí),操作人員應(yīng)戴好手套和做好必要的防護(hù)措施,點(diǎn)燃反應(yīng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作人員與熱焊模具保持0.5 m的距離,同時(shí)操作人員和所有現(xiàn)場(chǎng)人員都不要站在熱焊模具反應(yīng)口的正面,以免少量火星噴射導(dǎo)致灼傷。
(5)嚴(yán)格按工序進(jìn)行焊接,不得顛倒施工工序,避免造成意外情況發(fā)生。
(6)焊接前要辦理動(dòng)火證,配備看火人員和滅火器。
3 結(jié)語(yǔ)
該焊接方法在北京地鐵10號(hào)線一期南段和北京地鐵9號(hào)線中得到了應(yīng)用和推廣。地鐵均回流銅排與鋼軌焊接方法工藝要求高,為了避免發(fā)生焊接導(dǎo)致鋼軌過(guò)燒、裂紋、斷軌以及回流不暢導(dǎo)致的燒軌問(wèn)題,必須嚴(yán)格遵守每道工藝流程,精心施工,方能滿(mǎn)足過(guò)渡電阻、載流溫升、短路溫升、落錘、疲勞以及金相組織等各項(xiàng)指標(biāo)要求,消除地鐵運(yùn)營(yíng)安全隱患,達(dá)到預(yù)期效果。
參考文獻(xiàn)
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氧氣的主要用途有供給呼吸、支持燃燒、反應(yīng)放熱。
1、供給呼吸:一般情況下,呼吸只需要空氣即可。但在缺氧、低氧或無(wú)氧環(huán)境,例如:潛水作業(yè)、登山運(yùn)動(dòng)、高空飛行、宇宙航行、醫(yī)療搶救等時(shí),常需使用氧氣。
2、支持燃燒:一般情況下,燃燒只需空氣即可。但在某些需要高溫、快速燃燒等特殊要求時(shí),例如鼓風(fēng)煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼等,則需使用富氧空氣或氧氣。
3、反應(yīng)放熱:氧化反應(yīng)特別是燃燒反應(yīng)時(shí),放出的大量熱可被利用。例如燃煤取暖、火力發(fā)電;工業(yè)上利用乙炔(C2H2)在氧氣里燃燒時(shí)產(chǎn)生的氧炔焰來(lái)焊接或切割金屬,氧炔焰能產(chǎn)生3000℃以上的高溫。
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