劉勝林

摘要：介紹國內(nèi)軌道交通供電電纜與鋼軌的主要連接方式，并進(jìn)行比選。在總結(jié)焊接和栓接方案的基礎(chǔ)上，引入介紹一種新型連接方式，低溫釬焊銅排。

關(guān)鍵詞：電纜與鋼軌連接；低溫釬焊；銅排

0.引言

目前，國內(nèi)的連接方式有焊接和栓接兩種基本型式，應(yīng)用的城市和運(yùn)行經(jīng)驗也都比較豐富?？傮w而言，只要施工工藝控制得當(dāng)，兩種基本連接方式都能滿足供電系統(tǒng)的運(yùn)行要求。具體結(jié)合不同的地區(qū)環(huán)境、現(xiàn)場操作難易程度、施工質(zhì)量控制、運(yùn)營使用習(xí)慣等情況，不同的地鐵項目也反映存在一些問題。

1.國內(nèi)軌道交通電纜與鋼軌連接方式

1.1放熱焊

放熱焊是從國外引進(jìn)直接應(yīng)用的焊接方法，其原理是通過鋁與氧化銅的化學(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渣，并利用放熱反應(yīng)所產(chǎn)生的高溫來實現(xiàn)高性能電氣熔接的現(xiàn)代焊接工藝。武漢輕軌、北京地鐵、上海地鐵、南京地鐵等均采用。

根據(jù)目前國內(nèi)地鐵的做法，均回流電纜與鋼軌的焊接連接方式分為兩種，一種為電纜銅芯與鋼軌的放熱焊接，一種為銅排直接與鋼軌的放熱焊接，線纜再與銅排上的螺栓孔連接。

銅排與鋼軌直接焊接的方式，由于多根電纜連接到銅排后，受力較大，且處于頻繁的鋼軌低頻振動下，容易造成焊接處發(fā)生脫落甚至是斷裂，目前已經(jīng)基本淘汰。單根電纜焊接方式連接穩(wěn)定可靠，過渡電阻小，且結(jié)合面無腐蝕。經(jīng)過長期的運(yùn)營后，過渡電阻變化很小。但是從國內(nèi)實施的情況來看，放熱焊工藝容易對鋼軌產(chǎn)生馬氏體組織，導(dǎo)致鋼軌局部區(qū)域脆化，造成鋼軌損傷。

1.2電弧焊

電弧焊是利用電弧放電所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭。此種連接方式在廣州地鐵、北京地鐵有采用。

由于單根電纜外徑較大，先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。采用電弧焊工藝的優(yōu)點(diǎn)是無需對鋼軌溫度預(yù)熱，低溫下可操作。由于是點(diǎn)焊，回流電纜還需分成幾股分別與鋼軌焊接。這樣造成了電纜與鋼軌的連接點(diǎn)多，占用鋼軌長度長，個別點(diǎn)如果松脫不易發(fā)現(xiàn)，且連接強(qiáng)度不高，容易造成回路電阻增大，回流不暢。該連接方案目前僅在廣州地鐵有少量采用。

1.3脹釘栓接法

脹釘式栓接的主要原理：壓接。將脹釘裝入鉆好的孔中，利用液壓拉鉚機(jī)將銅脹套全表面密壓于鋼軌的孔壁上，再用防松螺母將電纜線鼻子通過螺桿與銅脹套壓接上緊。這樣一來，脹釘與電纜線鼻和鋼軌通過機(jī)械方式緊密連接，以達(dá)到電纜線鼻、脹釘及鋼軌之間的低阻值的電流傳輸。這三者之間的貼合面即為電流傳輸?shù)慕佑|面，如圖1-4脹釘法栓接工藝照片所示。

栓接方式需要在鋼軌上打孔，對鉆孔直徑和打孔間距都有嚴(yán)格的要求。栓接方式近期可以滿足過渡電阻不大于1米長（標(biāo)準(zhǔn)60kg鋼軌）鋼軌電阻值的要求，但是由于栓接方式存在松動、銹蝕等問題，所以在列車頻繁振動的情況下，可能會造成螺栓接頭處電阻增大，進(jìn)而抬高鋼軌電位。參考國外試驗報告表明，運(yùn)營一段時間后，采用栓接方式的連接處在長期低頻振動條件下或連接件銹蝕等原因會導(dǎo)致過渡電阻略微增大。該連接方案在北京地鐵、天津地鐵、青島地鐵、沈陽地鐵及長沙地鐵均有應(yīng)用。

1.4塞釘法

塞釘法原理：擠壓。通過外力將錐形塞釘強(qiáng)行釘入到鋼軌鉆孔中。在電氣化鐵路供電系統(tǒng)回流中使用較多。地鐵里的使用條件較特殊，電壓等級低，回流電流大。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。若采用塞釘方式，由于鉆孔與塞釘是錐形接觸，接觸電阻值不易達(dá)標(biāo)，容易造成連接處發(fā)熱燒損，影響回流路徑的暢通。

2.連接方式的比選

從上述分析可以看出，焊接與螺栓連接方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。從滿足供電系統(tǒng)功能以及便于運(yùn)營維護(hù)方面而言，焊接較好，但是存在施工工藝復(fù)雜，對鋼軌材質(zhì)具有一定要求的缺點(diǎn)。

3.新型連接方式-低溫釬焊銅排

天津地鐵、深圳地鐵早期嘗試過將銅排與鋼軌直接進(jìn)行螺栓連接，連接時先將鋼軌表面進(jìn)行打磨光滑，并在二者接觸面涂上導(dǎo)電膏，然后再用螺栓緊固。由于鋼軌軌腰表面并非規(guī)則的平整面，傳統(tǒng)螺栓連接銅排與鋼軌機(jī)械結(jié)合存在間隙，隨著溫度升高和運(yùn)行時間推移，導(dǎo)電膏失效，鋼軌振動和氧化加劇，導(dǎo)致接觸電阻加大，從而出現(xiàn)發(fā)熱和放電現(xiàn)象，給鋼軌帶來一定的損傷。

在上述問題基礎(chǔ)上，經(jīng)過研究改進(jìn)，近幾年個別城市地鐵出現(xiàn)了采用通過大面積低溫（≯350℃）釬焊工藝和電氣連接脹釘栓接工藝結(jié)合的連接方式。

首先根據(jù)載流量要求，選用規(guī)格合適的“L”型銅排，通過兩個電氣脹釘栓接固定在鋼軌上。安裝前，同樣先對鋼軌的接觸面進(jìn)行打磨除銹。銅排與鋼軌間設(shè)置了密封條，釬焊時，釬劑在加熱熔化后流入焊件的間隙，同時熔化的釬劑與母材表面發(fā)生物化作用，從而清凈母材表面，為釬料填縫創(chuàng)造條件。隨著加熱溫度的繼續(xù)升高，釬料開始熔化并填縫，釬料在排除釬劑殘渣并填入焊件間隙的同時，熔化的釬料與固態(tài)母材之間發(fā)生物化作用。當(dāng)釬料填滿間隙，經(jīng)過一定時間保溫后就開始冷卻、凝固，完成整個釬焊過程，從而達(dá)到銅排與鋼軌無間隙連接。

4.結(jié)束語

低溫釬焊銅排相比放熱焊接，降低了施工工藝要求，對鋼軌本體的影響也大大減少，同時又保留了焊接的特性，通過釬劑填補(bǔ)了鋼軌與銅排之間的空隙，并增加了導(dǎo)流截面，使得電氣回流通路上的接觸電阻值能夠滿足供電系統(tǒng)的要求。除了電氣性能滿足要求外，在疲勞振動性能要求上也能夠滿足地鐵里持續(xù)的低頻振動的運(yùn)行工況要求。它作為一種新型電纜與鋼軌的連接方式，值得關(guān)注和研究。

【參考文獻(xiàn)】

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