摘要：伴随我国铁路建设及相关技术的快速发展，钢轨闪光焊、焊后感应热处理等短时间大功率供电需求的施工作业装备越来越多地应用在铁路施工现场。闪光焊机现在已经成为国内外铁路钢轨焊接的一种最稳定的焊接工具，现在的移动式钢轨闪光焊机一般都是由柴油机交流发电机组、调压控制系统及焊接机头组成。

关键词：钢轨焊接; 储能供电; 大功率; 闪光焊机; 焊接工艺

引言

目前在国铁及城市轨道交通移动式闪光焊轨机施工，作为无法线路焊接施工过程控制的核心，焊接质量的过程控制将是整个焊接施工过程控制的重点，所以各焊接作业工序的规范和标准化将是质量控制的关键，不合理的焊接工序作业规范将导致焊接质量问题频出，以至于在焊接质量竣工验收中不能顺利通过，上述问题的困扰是焊轨施工行业且一直在研究和探讨的难题。

1超级电池储能供电系统方案

在焊接过程中采用超级电池储能供电系统全面取代传统柴油发电机组，需要解决以下3个主要方面的问题：（1）移动闪光焊机负载特性，整体用电需求：闪光焊机额定功率152kW，间歇式工作，峰值功率304kW;焊机辅助设备额定功率34kW;因此焊机总体负载特性为额定功率186kW，峰值功率338kW;（2）解决电池组供电、变压和稳压控制，针对移动闪光焊机焊接曲线电性能特征，确定焊接全过程用电需求，同时针对不同焊接工艺参数确定电源与负载的匹配规则，进而确定储能供电系统整体配置方案;（3）单体电芯组成后的安全性能、充放电特征及电池组均衡管理控制。解决以上几个主要问题，可以保证超级电池储能供电系统作为稳定的电源输出供移动钢轨闪光焊机持续工作，从而摆脱对传统柴油发电机组的依赖。根据移动钢轨闪光焊机用电需求，确定超级电池储能供电系统主体结构，由储能电池组、电池管理系统（BMS）、汇流柜、变流器、变压器、焊机及焊机辅助负载构成。经过系列试验验证，设计研发的超级电池储能供电系统可以满足一次充电焊接60个接头，电池均衡管理可以保证单体电芯电压综合SOC（State Of Charge）精度在8%以内。经过不断改进和优化，目前该套电源系统平均焊接一个接头耗电4～6kW·h，可以满足不同焊机、不同焊接工艺的需求，完全满足地铁或长大隧道单班作业的需求。

2电源结构设计

钢轨闪光焊负载特点为瞬时脉动电流及功率较大，要求供电电源具有高能量密度及高功率密度的特点。锂电池能量密度高但功率密度低，满足长时间焊接提供大容量储能的要求，但在焊接过程中，电池组不能满足钢轨闪光焊瞬时电流和大输出功率的要求，且频繁的电流变化对电池寿命有不利影响。超级电容功率密度高但能量密度低，满足钢轨闪光焊时瞬间大功率需求，但由于能量密度低无法单独制作钢轨闪光焊电源。因此，锂电池、超级电容难以作为单一能源在不影响自身寿命前提下，同时满足能量与功率的需求。文中将两者优势互补，采用电池—超级电容复合能源为焊机供电。电池—超级电容复合系统结构通常分为串联和并联形式。在串联形式中，直接将电池与超级电容串联，通过控制超级电容参与功率输出，此形式结构简单且易于控制，但系统对抗冲击电流的能力不强，并缺乏对电池组的保护;而电池组与超级电容组的并联形式，由于结构形式灵活，可有效减少瞬时大功率对电池组的冲击。基于钢轨闪光焊的瞬时脉动电流及大功率，为延长电池寿命并为焊接提供瞬时脉动大功率且响应速度快，选择超级电容通过DC/DC转换器与电池并联结构。此结构中，电池组负责为超级电容组充电，超级电容组负责完成功率输出进行钢轨焊接，电池组不参与功率输出。超级电容组寿命长，瞬时输出功率大，能够满足闪光焊瞬时功率需求。

3焊接技术在高速铁路钢轨实践中的应用价值探讨

（1）强调焊接技术在高铁实践中的应用，满足钢轨有效焊接操作的要求，不断优化钢轨在高铁应用中的性能;（2）强调焊接技术在高速铁路实践中的应用，有利于提高铁路焊接效率和质量，使其在高速铁路应用中的焊接效果更显着;（3）重视焊接技术在高铁轨道焊接中的应用，也可以为提高钢轨潜在应用价值提供技术支持，使其能够在高铁轨道应用中发挥应有的作用。

4高速铁路钢轨的焊接技术

4.1脉动闪光焊接工艺

（1）轨道闪络焊接是塑料应变再结晶过程。两条轨道之间存在接触电阻，当电流穿过轨道时，产生的热量与电阻大小成正比，并且与电流大小的平方成正比。在轨道末端，热量是由电流通过电阻产生的，轨道末端迅速加热、加热和加热，形成一个进一步加热的金属束，束加速，爆炸形成金属火花，从轨道间隙出来，即闪电，变得越来越多 轨道末端逐渐达到熔体温度，高温下，压力很大，在轨道接触界面上产生塑性变形结晶过程，使两条轨道连接在一起形成焊接接头的质量与化学成分、轨道种类和 （2）脉冲闪光焊接工艺分为不稳定脉冲闪光、稳定脉冲闪光、连续闪光、加速燃烧和头部锻造五个阶段。

4.2电阻点焊

作为不锈钢轮毂中常用的焊接方法之一，电阻点焊主要是将焊接元件连接到搭接接头中，使用两个电极施加压力，通过接头接触面及其周围流动电流，并通过公正的强度铸造基本金属对于车辆车身结构中比点焊困难的位置，可通过塞焊实现，并可用于电弧焊。如果位置不同，所用的焊接方法也可能会有一定的不同：侧壁和下部底盘组均采用卷绕点焊接方法，侧壁和机车车顶更采用单面点焊接方法， 端墙组合、侧墙组合和机车屋顶组合采用双侧点焊，端墙组合和底部框架组合采用电弧焊。 完成整个车辆本体的熔接后，您可以将熔接方法套用至电弧焊，以熔接组成车辆本体的小内部零件。

4.3铝合金车体焊接工艺

铝合金车体常用材料主要有5000、6000、7000种，其中5000种属于热处理强化铝合金，主要是钢板，常用于地架、内架等部位，焊接良好;6000是用于热处理的强化铝合金，主要用于型材，通常用于地板、侧壁、车顶等部位;7000系列是铝、锌、镁和铝的结合体，主要是板材和简单型材，具有较高的材料强度，通常用于车身的重要支撑部分，但由于添加了锌，焊接效果较差。考虑到车身结构、材料、成本控制等因素，铝合金车体的常用焊接方法主要有MIG（非常惰性熔焊）、电阻点焊、摩擦焊接等。MIG焊接应用最广泛，电阻点焊也得到应用，FSW也作为铁路运输领域的一种新焊接方法得到推广。

4.4摩擦焊接

搅拌摩擦焊接技术性能非常好，需要提高焊接质量，降低能耗，实现节能环保。搅拌摩擦焊接技术已在许多领域得到有效应用。在车辆的物理焊接过程中，混合摩擦焊接技术主要插入快速旋转的搅拌头焊接中，因此可能存在热摩擦，热可以使材料热塑性，使连接更加流畅，混合摩擦焊接可以从根本上保证材料性能在焊接过程中，为了有效避免焊接过程中的损失，必须确保焊接部分高于其他部分，这主要是由于焊接过程中的摩擦预测。

结束语

目前，移动钢轨闪光焊机均采用柴油发电机组供电，主要是由于钢轨闪光焊接需要在瞬时短路状态下加热钢轨，焊接过程中存在电流大、负载变化剧烈、功率因数cosφ变化大、谐波大等问题，要求电源能在此种条件下稳定、可靠的输出电能。因此虽然柴油发电机组在工作时由于短时过载造成压缩比下降，燃油燃烧不充分，柴油机发生冒黑烟、噪声增大、寿命缩短、一氧化碳等有毒气体排放量增加等诸多问题。

参考文献

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