铁路贯通地线合金护套的工艺技术分析与控制

殷明顺 陈社 王冬梅

【摘要】合金护套作为铁路贯通地线的关键结构，其工艺实现直接影响贯通地线的使用安全。因此本文从工艺技术角度分析并确定了合金护套的材料及其工艺控制方法，满足贯通地线的使用要求，确保铁路运输行车安全。

【关键词】地线；合金；护套；工艺；分析；控制

一、概述

铁路贯通地线是铁路综合接地系统中的接地主线，用以实现铁路通信、信号、电力、牵引供电等各系统、设备之间的等电位连接，防止回流电流造成地网电位不相等而引发测量、信号装置的误动或拒动，确保设备安全稳定运行和人身安全，从而确保铁路运输行车安全。

铁路贯通地线工艺结构较为简单，由绞合铜导体外紧密包覆一层合金护套组成。合金护套是确保铁路贯通地线电性能、机械物理性能、环保性能、耐腐蚀性能和弯曲性能的关键结构，它的好坏直接影响贯通地线甚至于整个综合接地系统的使用安全，因此它的工艺实现在整个铁路贯通地线中至关重要。

本文着重从合金护套工艺技术角度逐一进行分析，并提出相应的控制实现方法。

二、合金护套材料的确定

1、铁路贯通地线合金护套的技术要求如表1：

2、根据表1的技术要求，同时考虑到材料的加工性能，确定合金护套采用的材料是黄铜合金材料。该材料的主要成份是铜和锌，它具有较高的耐腐蚀性能，同时具备较高的强度和塑性，能良好地承受冷、热压力加工，可以满足铁路贯通地线的使用要求。

三、合金护套的工艺控制

1、传统工艺

黄铜合金材料如何紧密包覆在导体外面目前还没有成熟的工艺。传统的工艺主要有两种：

1）连轧连铸工艺。此工艺可满足无缝、紧密包覆导体的工艺要求，但由于是合金材料，组成材料的熔点不一致，使其工艺温度控制很难达到要求，产品会出现厚度不均匀、偏心等质量问题，同时由于温度高，导致熔点低的材料成分有挥发现象，使材料性能有所下降，并且不具备连续生产条件。

2）传统的纵包焊接工艺。由于铜合金带材厚度为1.0mm，且硬度大，变形困难，传统的工艺变形方法易造成合缝不稳定，导致偏弧、穿洞等焊接缺陷，不能保证产品质量，甚至会造成很大浪费，再者焊接电流的大小和焊弧位置靠目测和人工调整，根本无法有效控制和跟踪焊接质量。

因此，目前传统的工艺方法还无法满足合金地线连续稳定正常生产的要求，对产品质量也会带来严重的影响。为确保铁路贯通地线合金护套能整体无缝紧密包覆在导体外，且满足合金护套的技术要求，我们根据黄铜合金材料的特点，确定铁路贯通地线合金护套的工艺控制按铜合金带分切面刮削处理、铜合金带纵包变形包覆导体、铜合金带纵包缝隙自动焊接以及铜合金护套的定形四个阶段进行。

1、铜合金带分切面刮削处理

由于铜合金带分切面有毛边，在受力纵包变形时，极易产生不规则翘起的铜合金细丝，导致合缝成形焊接时，焊弧瞬间短路产生很大的短路电流，造成焊缝表面产生穿透性的孔洞，因此在铜合金带变形前先利用两组带有稳定限位的刮刀组成刮削装置，分别刮削走行平稳的铜合金带左、右侧分切面，去除毛边，使铜合金带的左、右两侧分切面光滑平整，保证铜合金带变形合缝后缝隙均匀稳定。

2、铜合金带纵包变形包覆导体

由于铜合金带硬度大，厚度为1.0mm，因此它的纵包变形采用的是由优质模具钢制作并经调质处理而成的变形模具——轧辊来完成。轧辊由水平辊和立辊组成，它的圆弧尺寸、开槽位置和深度都是根据铜合金带宽和后续的变形外径来设计确定的。为保证合金带材变形走行平滑、顺畅且变形稳定，各变形辊之间的距离是按照一定比例间隔前后顺序排列的。

铜合金带纵包变形主要包含以下三个阶段。

1）铜合金带U形变形阶段

通过两道立辊、一道水平辊将铜合金带进行初步挤压变形，使铜合金带的左右两侧边沿向上翻起，且铜合金带的中部呈弧形下凹，最后由平板形变为U形。

2）铜合金带圆形变形阶段

采用三道立辊、四道水平辊将铜合金带进一步整形。通过水平辊左右圆弧尺寸由大到接近定径尺寸的渐变和立辊上下圆弧尺寸由大到接近定径尺寸的渐变，使铜带在变形过程中，受到上下、左右均匀的挤压力，逐渐将铜合金带材由U形变为圆弧状，随着圆弧合缝间隙的逐步缩小，最后变为类圆形状态，纵包于铜导体外表面。

3）合金护套成型阶段

铜合金带经过多次轧辊变形，纵向包覆于铜导体外表面后，经三道水平辊对合缝后的圆形铜合金管进行固定，确保圆形铜合金管的合缝位置控制稳定准确，为下一步的自动焊接作好了准备。

3、铜合金带纵包缝隙自动焊接

合金护套成型后，启动已设定好焊接工艺参数的焊接装置，将焊枪始终处于合缝的中心线上；对圆形铜合金管的合缝进行在线自动焊接；自动焊接的控制系统采用PLC可編程控制器为核心控制单元，对焊接速度、焊接电流通过可编程的PLC进行自动跟踪控制；合缝进行在线自动焊接时，焊枪与焊缝的相对位置实施自动跟踪和监视，控制信息经过显示器监视系统采集反馈到焊枪自动控制系统，焊枪可自动调整位置，保证焊弧始终处于焊缝中心位置，并使得在同一焊接速度下，焊接电流稳定，保证焊接质量。焊接时采用氩气作为保护气体，可以隔绝空气对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，确保焊缝平整、无缺陷。

4、合金护套的定形

焊接完成后的圆形铜合金管进入两道立辊组成的环形凹槽内，进行最终整形；再通过由硬质合金制作而成的缩径拉拔装置使铜合金护套紧密包覆在导体外，形成光滑圆整、线径均匀一致的铜合金护套，克服了变形焊接过程中可能导致的线径不均匀、不圆整的问题，确保铁路贯通地线接地电阻小于1Ω。

四、结束语

本文根据铁路贯通地线合金护套的使用要求，分别从护套材料的选择和护套工艺实现的角度进行了分析，确定了铁路贯通地线铜合金护套工艺控制的四个阶段分别为铜合金带分切面刮削处理阶段、铜合金带纵包变形包覆导体阶段、纵包缝隙自动焊接阶段以及合金护套定形阶段。该工艺控制采用的变形轧辊组成的变形装置使铜合金带变形合缝的稳定性大大提高；采用的自动跟踪焊接装置，操作简单，克服了人为因素对产品质量的影响，保证了焊接质量的稳定可靠，充分满足了铁路贯通地线产品技术要求，同时由于变形稳定可靠，焊接自动跟踪，有效提高生产速度，在提高产品质量的同时，提高了效率和经济效益。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.铁运〔2012〕241号.铁道部关于印发《铁路贯通地线暂行技术条件》的通知，2012.

[2]刘培兴，刘晓瑭，刘华鼐.铜与铜合金加工手册[J].北京：化学工业出版社，2008.4