鐵路貫通地線用合金帶材接續工藝

【摘 要】鐵路貫通地線生產過程中所用合金帶材的接續方法是保證成品質量的關鍵過程之一，目前所用合金帶材主要接續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存在的不足，操作簡單，保證了合金地線產品質量，提高了生產效率。

【關鍵詞】貫通地線；合金帶材；接續工藝

0 引言

在鐵路貫通地線[1]生產過程中，所用合金帶材進行接續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，都存在一定的質量問題，主要表現在焊縫不完整、有凹陷、焊縫邊緣有缺口，使得接續后的合金帶材接續處的拉伸強度、伸長率不足，在焊接后拉拔過程中易斷裂，由于焊接處機械性能降低，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，可使接續后合金帶材接續處的機械性能、電性能、外觀質量與母材基本一致，完全符合使用要求。

1 概述

在高速鐵路建設中，要求沿鐵路干線全長敷設貫通地線，來保證通信、信號、電力、牽引、供電等各系統及設備之間實現等電位連接，消除不同設備及系統之間由于存在電位差而導致的電磁干擾和對人身及設備造成的安全隱患，確保系統設備運行安全、穩定、可靠。

目前鐵路貫通地線的護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長度一般為2000米或3000米左右，有時需根據客戶要求長度進行定長生產，為了使合金帶材滿足貫通地線生產長度要求，必須對合金帶進行接續生產。目前采用的電阻焊或氬弧焊均屬于熔融焊接，焊接時無專用定型焊接模具，不能保證接續后與母材尺寸一致，因此接續后的合金帶在縱包成圓管狀實施對縫焊接過程中，容易在合金帶接續處出現擊穿孔洞，不能保證合金護套的完整性，影響了產品質量，況且焊接時接續處即使無擊穿孔洞存在，由于機械強度降低，在隨后減徑拉拔時，也容易使合金護套斷裂或扭曲，導致出現短段或廢次品，有時會造成較大的浪費現象。

此外，采用電阻焊或氬弧焊的接續方式，每接續一次所用時間至少要40分鐘，嚴重降低了生產效率，增加了生產成本。為解決上述存在的工藝技術問題，在貫通地線用合金帶材接續過程中，采用冷壓接續工藝方法以及使用專用模具對金屬帶進行冷壓焊接接續，接續后合金帶的機械性能與母材基本相等；接頭處外觀質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現冷壓焊接所需的最小塑性變形量，它是控制焊接質量的關鍵參數，擠壓時金屬界面必須有足夠的塑性流動量才能獲得高質量的接頭。塑性變形要求滿足通過相當大的變形量來破壞界面的氧化層，使氧化層及其它雜質擠出結合界面；通過塑性變形克服界面的不平度，使被焊接表面達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，使被焊接的部位產生塑性變形。根據不同合金帶材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的設計結構、尺寸對焊接壓力的影響很大，它對能否成功焊接起著關鍵作用。但對于工藝操作來說，只要冷壓焊機3、配套模具1選擇適宜，給予冷壓焊接所需足夠的壓力，即可實現焊接。

3 接續步驟

3.1 接續端處理

焊接前，對合金帶材2的待焊接端進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到無油膜、無水膜、無其它有機雜質，如果存這些物質，在焊接前必須除去；清除方法可以選用化學方法或者物理方式，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，在清理完后的接續端表面不允許存在遺留殘渣或者氧化膜粉末，清理后的表面不準用手摸和再污染，并且應當盡快實施焊接。

3.2 冷焊機及模具選擇

根據不同合金帶材的厚度和寬度，選擇不同規格的焊接設備，由冷壓焊機型號及配套的焊接模具、焊接壓力來滿足焊接對應規格帶材要求。因此，對應不同橫截面的合金帶材，應選用與之相對應的冷壓焊機和焊接模具。

3.3 焊接準備

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，輕輕壓動焊機的壓力柄4，以校直合金帶材和檢驗接頭是否對齊，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的夾持力達到最佳，避免帶材在擠壓焊接過程中發生打滑現象導致無法焊接。

同時根據合金帶材2的的斷面面積，必須確保伸入模具1型腔的長度。如果太短使結合面處金屬塑性流動量不足，致使結合強度不夠；如果太長，將導致合金帶材2彎曲，致使焊接無法實現。

3.4 冷壓焊接

冷壓焊接可采用電動或手動兩種方式。液壓型冷壓焊機的液壓泵要確保能夠產生≥20噸的壓接力，該壓接力作用在圖1所示壓力柄4上；當手柄位置達到行程末端時，壓力達到最大值，壓力手柄4由最高位置處連續施壓至最低端即完成一次焊接。冷壓焊接施壓次數一般為3至5次，若次數少于3次，焊接所造成的晶間接合力偏小，達不到接續質量要求，若大于5次會造成毛邊太多，浪費原材料。

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處應力，改變了晶間結構，機械性能與母材相比會變硬變脆，需對其進行退火處理。

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

采用上述工藝完成一次接續所用時間一般不超過三分鐘，提高了效率。

4 接續質量

經接續前后黃銅帶橫截面的金相圖對比分析，采取冷壓接續工藝后合金帶的接續處強度與母材的強度基本相等，通過檢驗，接續前后黃銅帶的機械物理性能變化很小

5 結論

鐵路貫通地線用合金帶材接續工藝采用冷壓焊接方式，接續后合金帶材接續處的強度與伸長率同母材相比基本一致；接頭處的導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，提高了產品質量和生產效率，降低了生產成本。

【參考文獻】

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

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

[責任編輯：湯靜]