焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合工藝研究

彭高軍

（新譽(yù)集團(tuán)有限公司，213166，常州∥工程師）

焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合工藝研究

彭高軍

（新譽(yù)集團(tuán)有限公司，213166，常州∥工程師）

對(duì)焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌的結(jié)構(gòu)及其制造工藝進(jìn)行了分析。重點(diǎn)分析了焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌的復(fù)合工藝，并探討了專(zhuān)用焊機(jī)和夾具的設(shè)計(jì)。焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合工藝焊接專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)，使不銹鋼帶和鋁軌通過(guò)焊接和機(jī)械夾緊后成功復(fù)合，焊接熱冷卻時(shí)使鋼帶包得更緊，鋼鋁結(jié)合更緊密，有利于減少過(guò)渡電阻。其特殊焊接要求，在焊接領(lǐng)域是一個(gè)突破。焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌現(xiàn)已經(jīng)完全替代了碳鋼接觸軌。

鋼鋁復(fù)合接觸軌；復(fù)合工藝；專(zhuān)用焊機(jī)；專(zhuān)用夾具

Author'saddressNew United Group，213166，Changzhou，China

接觸軌，簡(jiǎn)稱(chēng)“三軌”，是地鐵牽引供電系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，它直接影響到地鐵供電系統(tǒng)甚至整個(gè)地鐵系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)。自1969年北京建成我國(guó)第一條地鐵線以來(lái)，伴隨著我國(guó)地鐵建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，接觸軌技術(shù)也走過(guò)了40多年的發(fā)展歷程。這期間接觸軌技術(shù)不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)為：安裝方式由單一的上部接觸授流方式發(fā)展成上部接觸授流方式與下部接觸授流方式并存；導(dǎo)電軌材料由低碳鋼發(fā)展成鋼鋁復(fù)合材料；防護(hù)罩（及支架）由木板材料發(fā)展成玻璃鋼材料；絕緣子材料除電瓷外還開(kāi)發(fā)出環(huán)氧樹(shù)脂材料及硅橡膠材料；相應(yīng)地一些施工安裝方法也有所改進(jìn)。對(duì)于更有整體優(yōu)勢(shì)的鋼鋁復(fù)合接觸軌，早期的線路（如武漢軌道交通1號(hào)線一期工程和天津地鐵1號(hào)線延伸工程）采用的是進(jìn)口產(chǎn)品。鑒于進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格高昂，接觸軌國(guó)產(chǎn)化要求比較迫切，2005年以來(lái)國(guó)內(nèi)相繼研發(fā)出焊接式、鉚接式和共擠式接觸軌產(chǎn)品，并在北京、廣州、天津和無(wú)錫等地鐵線路上得到應(yīng)用，同時(shí)產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也即將發(fā)布。本文重點(diǎn)介紹的是焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌。

1 鋼鋁復(fù)合接觸軌簡(jiǎn)介

鋼鋁復(fù)合接觸軌是供電系統(tǒng)的主體產(chǎn)品，相對(duì)于接觸網(wǎng)的柔性懸掛，鋼鋁復(fù)合接觸軌采用剛性接觸，保證集電靴滑行順暢及良好的電接觸，使機(jī)車(chē)穩(wěn)定取流。鋼鋁復(fù)合接觸軌采用不銹鋼-鋁復(fù)合方式。其中本體采用鋁合金，主要是為了提高接觸軌的導(dǎo)電性；而接觸面采用不銹鋼材料，則有效地提高了接觸軌的耐磨和防腐性能。接觸軌的不銹鋼帶采用滾軋成形，鋁軌本體則采用擠壓成形，均屬傳統(tǒng)工藝。但是不銹鋼帶和鋁軌本體的結(jié)合是一個(gè)全新的課題。本文介紹的是采用以焊接為主要工藝的復(fù)合方式。焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌其外形如圖1所示，其參數(shù)為：軌高105 mm，軌底寬80 mm，鋼帶有效接觸面寬65 mm，接觸面不銹鋼厚度6 mm，總寬92 mm，長(zhǎng)度18 m。

2 復(fù)合工藝分析

焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌先通過(guò)擠壓工藝成型鋁軌本體，不銹鋼帶則通過(guò)滾軋的方法制成2個(gè)“J”形；再將制好的“J”形鋼帶分別鉤在鋁本體兩側(cè)，對(duì)鋼帶的頂面和側(cè)面同時(shí)加壓，使其與鋁本體密貼，并使2個(gè)“J”形鋼帶的頂面處于一個(gè)平面內(nèi)；在保證以上工裝狀態(tài)條件下，通過(guò)專(zhuān)用焊機(jī)將2個(gè)“J”形鋼帶的接縫焊合，最后通過(guò)專(zhuān)用銑床將焊縫銑平即可。復(fù)合工藝示意圖如圖2所示。

圖1 鋼鋁復(fù)合接觸軌截面圖

此類(lèi)接觸軌為焊接式，接觸面是預(yù)先加工好的一對(duì)“J”形不銹鋼帶，其寬度可以覆蓋接觸軌的全部有效的接觸面；同時(shí)在軌頭圓角處，剛好利用”J”形不銹鋼帶的半圓包裹住鋁本體的軌頭，從而保證腐蝕性物質(zhì)不易進(jìn)入鋼鋁結(jié)合面之間，防腐性好。“J”形不銹鋼帶是用1Cr17材料制成的，厚度不小于4.8 mm，已經(jīng)在地鐵中有20年以上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，具有良好的防腐、防銹性能。這種特殊的不銹鋼材料具有最高的機(jī)械耐磨性（接觸軌的鹽霧試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)），而且即使在惡劣的條件（電火花、電弧作用）下也具有非常好的抗電腐蝕性。

圖2 焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合工藝示意圖

此項(xiàng)復(fù)合工藝還增加了在“J”形不銹鋼焊接后接觸面銑加工工藝（在保證不銹鋼帶厚度不小于4.8 mm的情況下），以保證受電器在工作過(guò)程中與接觸軌光滑接觸，可避免受電器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生拉弧、電火花等引起的接觸軌電腐蝕、電氣磨耗而造成不銹鋼層越來(lái)越薄，以及降低接觸軌和受電器使用壽命的情況。

由于接觸軌的主要技術(shù)性能考核指標(biāo)是導(dǎo)電性和耐磨性，因此，為了降低不銹鋼帶和鋁軌之間的接觸電阻，復(fù)合工藝必須保證不銹鋼帶和鋁軌之間密貼接觸。焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合工藝的特點(diǎn)就是：①將制好的2個(gè)“J”形鋼帶分別鉤在鋁本體兩側(cè)，對(duì)鋼帶的頂面和側(cè)面同時(shí)加壓，使其與鋁本體密貼；②通過(guò)專(zhuān)用焊機(jī)將2個(gè)“J”形鋼帶的接縫焊合，當(dāng)焊接熱冷卻的時(shí)候，不銹鋼帶收縮，從而使不銹鋼帶進(jìn)一步抱緊鋁本體，鋼鋁結(jié)合更加緊密。

3 專(zhuān)用焊機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題

3.1 專(zhuān)用焊機(jī)工作原理

由于接觸軌的長(zhǎng)度達(dá)18 m，所以首先需設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)達(dá)24 m的工作臺(tái)，并具有水平調(diào)節(jié)功能；其次，設(shè)置2臺(tái)可移動(dòng)的專(zhuān)用焊機(jī)分別置于端部和中間，便于分段焊接，提高加工效率；此外，由于焊接式接觸軌側(cè)壓力和垂直壓力的要求，在整個(gè)工作臺(tái)面上布置數(shù)個(gè)液壓加緊裝置。專(zhuān)用焊機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 焊接專(zhuān)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 專(zhuān)用焊機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

3.2.1 專(zhuān)用焊機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

從前面的工藝分析知悉，焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌著重關(guān)注的是鋼和鋁的結(jié)合要緊密，所以焊接專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)是焊前材料（包括鋁軌和鋼帶）整形符合裝機(jī)要求后的裝夾，給鋼鋁結(jié)合提供足夠的側(cè)壓力和垂直壓力。由于軌型設(shè)計(jì)的巧妙，2個(gè)“J”形鋼帶的圓角部分與鋁軌頭部圓角貼合，只要兩側(cè)液壓夾具加壓，同時(shí)上夾具扣緊，即可達(dá)到緊貼要求。

3.2.2 專(zhuān)用焊機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

由于鋼帶厚度不小于4.8 mm，而從前面的工藝分析知悉，2個(gè)“J”形鋼帶通過(guò)焊接成為一體后的結(jié)構(gòu)是一個(gè)長(zhǎng)達(dá)18 m的I型焊縫，而且根據(jù)緊密性要求，焊縫熔深不小于4.8 mm，同時(shí)要最大限度地減小焊接熱對(duì)鋁軌的影響，所以焊接技術(shù)的選擇是一個(gè)難點(diǎn)。解決這個(gè)難點(diǎn)，需要找到合理的焊接方法和合適的焊接材料，同時(shí)還要選取合適的保護(hù)液。不同的企業(yè)可以根據(jù)自己的軟硬件實(shí)力來(lái)選擇采用哪種合理配置。

4 結(jié)語(yǔ)

焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌復(fù)合工藝和焊接專(zhuān)機(jī)的設(shè)計(jì)，使不銹鋼帶和鋁軌通過(guò)焊接和機(jī)械夾緊后成功復(fù)合，效果不錯(cuò)，產(chǎn)品質(zhì)量高；焊接熱冷卻時(shí)使鋼帶包得更緊，鋼鋁結(jié)合更緊密，有利于減少過(guò)渡電阻。其特殊焊接要求，在焊接領(lǐng)域是一個(gè)突破，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前這種焊接方式成型的鋼鋁復(fù)合接觸軌在北京、天津和無(wú)錫等地的地鐵中得到廣泛應(yīng)用，為鋼鋁復(fù)合接觸軌的國(guó)產(chǎn)化做出了貢獻(xiàn)。焊接式鋼鋁復(fù)合接觸軌現(xiàn)已完全替代了碳鋼接觸軌，成為采用接觸軌方式供電的城市地鐵線路的主流。

［1］ 謝瀟.不銹鋼—鋁接觸軌復(fù)合工藝及模具設(shè)計(jì)［J］.模具工業(yè)，2006，32（7）：32.

［2］ 于松偉.我國(guó)地鐵接觸軌技術(shù)發(fā)展綜述與研發(fā)建議［J］.都市快軌交通，2004，17（4）：6.

［3］ 邢甲第，吳文軍.鋼鋁復(fù)合接觸軌的典型結(jié)構(gòu)及其制造工藝［J］.城市軌道交通研究，2004（4）：71.

Composite Technology for Welding Steel/Aluminum Conductor Rail

Peng Gaojun

The structure and manufacturing process of welding steel/aluminum composite conductor rail are analyzed，especially the composite technology itself，the special welding machine and special clamp，etc.In this technology，the design of special welding machine will fuse stainless steel belt and aluminium track successfully by using special clamps，in order to make the composite rail denser with less transition resistance.This special welding technology is a break through in the field of welding and in fact，the steel/ aluminum conductor rail has completely replaced the carbon steel conductor rail.

steel/aluminum conductor rail；composite technology；special welding machine；special clamp

U 213.9+2

2013-03-25）