关于钢轨与电缆放热焊接施工及维护的探讨

武玉传 苏境迎 黄滨能

摘 要：钢轨与电缆放热焊接采用的材料不含磷，无毒无危害，并且操作简单，便于现场施工。在线路开通运营后，该产品隶属于免维护检修项目，这样一来，就降低了运营部门的检修工作压力，因此国内70多条地铁线路的钢轨与电缆连接采用该技术，但是我们也发现在近年来沿海城市采用的该工艺，投入运营后，还是存在着一些问题。对此，我们通过一线现场的调查和分析，把现场经验做一总结，希望给今后的施工及维护工作提供一些有益的借鉴作用。

关键词：钢轨；电缆；放热焊接；施工维护

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）24-0056-02

1 引言

在1878年，德国人发明了铁基放热焊接于用结构性领域，在1938年，艾力高得到Charles CADWELL博士的帮助发明了铜基放热焊接用于电气化领域。在1954年，艾力高发明了铝基放热焊接用于电气化领域。

2 放热焊接施工

2.1 放热焊接技术描述

放热焊接模具图1所示。

放热：一种化学反应，当反应发生时释放出大量热量；焊接：铝被氧化时，把液体铜给释放出来并将导体连接。其反应机理为：

2.2 放热焊接操作流程

焊接前准备工作：先对模具进行加热，然后在钢轨焊接部位的表面锈蚀需彻底清除，可使用专用砂轮磨光。若钢轨上附有油脂和水分需先清除，再除锈。若钢轨表面有凸印需进行磨平。除锈完成后，再把电缆头做好后，放入模具，并把模具卡在钢轨上，调整到位。焊接操作流程：

注意：测量温度为300-400°，不能用任何液体对钢轨进行降温处理。

2.3 放热焊接注意事项

（1）不能在钢轨标记处焊接；（2）不能使用工具在焊接处敲击；（3）不能在同一焊接处进行再次焊接，焊接间距应保持200mm距离；（4）钢轨打磨时，应避免对钢轨进行深层打磨；（5）不能在钢轨打孔附件上焊接。（6）不能在钢轨轨底进行焊接。（7）放热焊接模具、焊药及相关附件应存储在干燥、避光的场所，以免环境中的湿气长时间侵入焊药包装，影响焊接质量，避免与火源接触。请不要在雨天进行露天场所放热焊接作业，因严格防止在焊接过程中有水汽进入模具，以免影响焊接效果及对模具造成损坏。

2.4 放热焊点检验标准

（1）焊点检测标准—目测。当铜接头有缺损，且已露出铜套，此接头不能被接受，铜接头与绞线部分联结，与钢轨接触面小于绞线面积需要重新焊接，新焊点需远离原接头20厘米以上。焊接铜接头标准示意图2所示。

当铜接头有缺损，且已露出铜套，此接头不能被接受，铜接头与绞线部分联结，与钢轨接触面小于绞线面积需要重新焊接，新焊点需远离原接头20厘米以上。焊接铜接头非标准示意图3所示。

（2）焊点气泡度检验。理论上焊点应当没有气孔，过度的气泡一般来说是由于被焊导体/模具含有污染物（水、油、尘土等）的结果。通常一些非常小的气孔可能会出现在冒口的表面，孔的深度一定不要延伸出被焊导体中心之外，可以这样检验：使用一根直径为0.08mm的线（或者其他坚硬线状材料）探孔，如果孔的深度超过被焊材料的（几何）中心，则该焊点作废。

（3）焊点检测标准—敲击。使用手锤简单敲击铜接头底部，如无任何松动现象，该接头合格。

（4）焊点检测标准—测量。如有条件，请使用微欧仪检测电缆导体与焊点旁10mm范围内钢轨的电阻值<30μΩ。

3 放热焊接施工现状及存在问题的研究

3.1 施工现状及问题

但是在沿海城市某条地铁线路露天场段，投入运营有8个月时间之久，经运营部门反馈信息，该场段共计焊点6000多处，截至目前，焊点脱落共计22处，道岔区域焊点脱落有18处，其他区段为4处，经跟踪分析得知80%均发生在道岔区域，现场脱落照片如图4所示。

3.2 经现场联合分析放热焊点脱落原因

主要原因：（1）标准的钢轨准备是在要进行接头焊接的位置打磨钢轨表面，去除锈蚀。对于保证连接与钢材接头的正确性，这是必要且重要的操作。（2）厂商焊药厂品是否考虑沿海城市气候潮湿因素，厂品批次投入是存在质量问题，需要出具焊药成分分析报告，并要在沿海潮湿地方进行放热焊接的钢轨本体内部是否影响焊点的牢固性也需要进行专项分析，并出具合理化的权威分析报告[1]。

间接原因：（1）道岔区域厂家提供的操作手册中不够重视，缺失该方面的作业注意事项。（2）未明确放热焊接前，钢轨除湿加热温度，只是描述个大概时间，现场不具备实际操作性。（3）道岔区车辆频繁运行，正极电流取流大小不稳定，由此引起的负极电流通过焊点的电流值无规律，是否存在电腐蚀。（4）沿海地段潮湿，钢轨本体锈蚀严重，是否影响焊点质量的牢固性。（5）道岔区车辆频繁运行，钢轨震动，是否影响焊点质量的牢固性。（6）其他专业在检修期间，因未发现检修作业方面对电缆采取保护措施，是否存在人为损坏。（7）电缆在施工阶段预留驰度过紧，列车通过时，引起钢轨震动，存在着焊点脱落隐患。

3.3 采取的有效措施

通过以上诸多原因分析，结合现场施工经验，在今后放热焊接作业及后续检修时的采取如下有效措施[2]：

（1）厂家应对沿海城市的放热焊接产品及工艺进一步深化，尤其重点研发道岔区焊接模具及工艺提升。（2）进场焊接作业人员需通过专业培训，并经厂商考核颁发合格证后方可进行作业。（3）现场作业人员稳定，每处焊点的每道关键工序均需填写《关键工序质量跟踪卡》，并形成质量奖罚制度，对不严格按照厂家操作手册进行作业的相关人员进行处罚。（4）建设单位将放热焊接纳入隐蔽工程管理，监理单位加强现场监督检查，并留存必要的影像资料。（5）厂商根据沿海潮湿特殊环境下，编制切实可行的日常巡检指南。（6）廠商研发专用探测焊点与钢轨连接内部的探测仪，以便于在后续运营后对放热焊接焊点质量的可控性。（7）根据现场焊点脱落现场分析，结合沿海地段环境潮湿，钢轨焊点附件表面锈蚀严重，建议在放热焊接电缆施工完成后，对钢轨焊点区域左右各50mm范围表面进行防腐防锈处理，采用纳米涂料技术进行表面涂刷，确保焊点连接牢固，质量可靠。（8）电缆敷设焊接前需预留一定驰度，以防止列车通过时，引起轨道震动，避免外力诱发放热焊点脱落。

4 结语

总之，放热焊接技术在国外早已投入使用，至今已有100多年的历史了，应该说该项技术成果是很成熟的，放热焊接产品最大的推广优势就是标榜该产品是免维护产品。但是我们也不能忽略某些个案的发生，应引起各方面的高度重视，因为一条30多公里的地铁线路，均回流电缆焊接点遍布全线，点多线长，总计有20000多个焊点，若放热焊接焊点质量不可靠，与钢轨连接不牢固，又没有可靠的运营后的日常检修防范措施，这样一来，不仅给运营人员增添许多工作压力。而且还会给地铁安全可靠运营带来很大的安全隐患。

参考文献

[1]沈春银，章忠秀，盛季生.聚合物/纳米粒子复合材料的制备及分散稳定机理[J].化学与粘合，2000，（4）：178-181.

[2]薛踦.放热焊接应用的不足和改进[J].山东工业技术，2015，（3）：21.