钢轨闪光接触焊焊接接头的常见病害与防治分析

刘东+朱峰

摘 要 本文针对钢轨闪光焊接头的几种常见病害，进行了病理分析，结合多年基地焊轨生产实践，找出防治焊接接头病害的相应措施，为减少接头病害提出了建议。

关键词 钢轨；闪光焊；焊接接头；病害；防治

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0072-02

近年来，随着国内铁路建设的快速发展，全路相继开通了时速300 km的高速线路，高速线路的铺设对钢轨焊接质量提出了更高的要求。钢轨焊接是无缝线路铺设的关键技术之一，钢轨焊接质量和无缝线路的安全性密切相关，直接关系到无缝线路的使用寿命和行车安全。钢轨焊接接头的强度、韧性等力学性能与母材不同，无缝线路钢轨断裂，大部分发生在焊接接头处。据统计，济南铁路局自1986年至今，焊缝失效折断占断轨总数的75%以上，是线路断轨的主要断裂方式。本文参考既有的教材、资料，结合基地焊轨多年生产实践，针对钢轨闪光焊焊接接头的常见病害，进行病理分析，提出相应的防治措施，以减少钢轨焊接接头断裂，保障线路运输安全。

1 钢轨闪光接触焊接头常见病害

钢轨接触焊是一种质量稳定可靠、生产效率较高的钢轨焊接方法，也是国内外运用最为广泛的一种钢轨焊接工艺，如何减少钢轨闪光焊接头病害，取得优质的焊接接头，是一个比较复杂的问题，涉及焊接设备状态，工艺参数选择，钢轨母材成分偏析，焊轨作业环境和操作人员的技能等诸多因素。这要求我们在从事钢轨焊接工作时，不仅要考虑焊接设备、焊接工艺方面的问题，还要注意钢轨焊前的准备、焊接过程监控、焊后焊头的处理和焊头质量的检测等环节，多方面入手减少焊接接头病害，从而获得质量可靠的焊接接头。在钢轨闪光接触焊焊接生产实践中，比较常见的焊接接头病害主要有以下几种：

1）疏松。疏松问题一般发生在半熔化区位置，由于钢轨含碳量增加，虽然这有助于改善钢轨的韧性与强度，但是却大大降低了钢轨的可焊性能。特别是当钢轨的含碳量超过0.4%时，常规的900℃-1200℃的焊接温度已经难以满足要求，当钢轨含碳量接近0.8%时，需要将钢轨加热至1100℃，因此焊接温度的变化区间缩短，这就进一步的扩大了钢轨焊接的半熔化区，因此容易造成疏松这种接头病害发生，直接降低焊接接头质量。

2）未焊透。未焊透主要是由于金属键结合部分未能通过焊接完全形成，这种病害对于钢轨的质量影响非常严重，其病害特点就是局部呈现平坦区域，接头强度、塑形、冲击力大大降低，是一种较为严重的焊接接头病害。

3）夹渣。造成夹渣出现的主要原因是在金属烧化与顶锻过程中，没有将高熔点氧化物在焊缝中挤压出去，进而残留在内部形成夹渣问题的发生。此外，如果钢轨质量不合格，非金属夹杂物含量较多，也容易造成夹渣问题的发生。

4）错边。如果钢轨焊接过程中断面积和尺寸偏差过大或者是钢轨扭曲变形严重，再或者选配轨和焊接过程中协调配合不当，都容易造成错边问题的发生。特别是焊接再用轨时，由于轨顶面及原工作面难以避免的存在一些变形与磨耗，因此焊接时极易产生错边这种病害。如果错边超标，不允许使用超范围打磨或者硬性矫直的方法纠正接头错边，必须切掉重焊。

5）电击伤。电击伤在闪光焊接头中常出现在钢轨和电极接触的部位，是一种很严重的病害，它是由于钢轨与导电电极之间接触不良，或电极表面没有清理干净，导致钢轨局部打火熔化，呈现深蓝色。若钢轨存在电击伤，不仅静弯实验和落锤检验不能达标，疲劳性能也会快速劣化失效。对于已造成电击伤的钢轨，可根据具体情况采取补救措施，轻者通过二次正火即可消除，重者则必须切掉重焊。

6）灰斑。灰斑属于钢轨焊接中最为常见的焊接质量病害，由于在焊接过程中液态金属过梁爆破，因此会产生相对较大的火坑，此时如果顶锻闭合不及时或者是未将杂质及时挤出，则容易造成灰斑问题的发生。灰斑对于钢轨接头性能有着严重的影响，一般出现在钢轨轨底脚和三角区里，这往往也是造成焊接接头断裂的主要产生原因。

2 钢轨闪光接触焊接头质量缺陷产生原因分析

影响钢轨焊接接头质量的因素较多，例如钢轨材料质量、钢轨化学成分、焊接工艺、焊接施工人员能力或者是焊接设备都会对焊接质量产生影响。钢轨母材中硅锰元素含量较高或硅锰元素偏析严重时；设备状态不良或响应能力较差时；焊接工艺参数选取不当时，都容易产生病害。钢轨焊接过程中，产生的内在病害，有一些病害诸如夹渣、疏松、灰斑等难以直接观察到，必须借助于一些先进的试验，例如超声波无损探伤检验、落锤实验（破坏性实验）等手段才能判别；然而一些如接头错边、局部亏损或麻坑、表面裂纹、划伤、电击伤等表面缺陷，通过操作人员认真操作，是可以避免的。现就针对常见的几种接头病害进行病理分析，找出其产生的原因，以便及时的预防与整治。见表1。

3 钢轨闪光接触焊焊接接头病害防治

钢轨闪光焊接触焊焊接过程中，因为种种原因，接头会产生一些病害。就K系列焊机而言，我们在日常闪光接触焊焊轨作业中常遇到的接头病害断口如图1-6所示。

表1 接头病害产生的原因分析

序号 缺陷种类 原因分析

1 疏松 半熔化区的温度范围变宽，由于这种状态下固液相同时存在，因此如果焊接过程中的顶锻不足，容易造成冷却收缩后产生一些较小的空隙，进而造成疏松问题的发生，并导致钢轨力学性能严重下降。

2 未焊透 1、顶锻前温度不足或者是温度范围过窄。2、顶锻力不够和顶锻量过小，或在顶锻时钢轨在电极处未夹紧，打滑。3、顶锻速度太小或有电顶锻时间太短。4、焊接加热时间不足。5、过热或过烧。

3 夹渣 1、在钢轨闪光焊过程中烧化不稳定，闪光间断，顶锻力不足和顶锻速度太小，推瘤刀不锋利、损伤等都有可能产生夹渣。2、钢轨本身存在非金属夹杂物。

4 错边 钢轨轨端几何尺寸不标准，中心不对称，焊机夹紧对中装置不良，焊接人员在选配钢轨和焊接时，未能协调配合好，都会产生错边。endprint

5 电击伤 焊接除锈打磨不干净或除锈后钢轨放置时间过长，钢轨被油水等污染，轨端除锈不彻底，钢轨与导电电极接触不良有间隙，电极没有清理干净表面不平，电极压渣。

6 灰斑 1、焊接时施工作业参数控制不合理，例如二次电压设置过高，造成电流密度以及过梁较大，容易造成爆破时留下较深的活口，进而在顶锻时氧化物难以排出，造成灰斑发生。2、钢轨材质本身含有的硅、锰、铝等合金元素是产生灰斑的先天性条件。灰斑只能减少，无法彻底消除。

图1 疏松（1区有熔融状表层。 图2 未焊透（1轨腰未熔合。

2区断口为脆性断裂） 2轨底未焊透）

图3 夹渣（轨底焊缝处有孔洞 图4 错牙（再用轨端面

和夹渣，为断裂源） 几何尺寸不吻合）

图5 灰斑（箭头所指为灰斑） 图6 电击伤（轨顶电击伤）

这些接头病害如果不能及时消除，不仅影响钢轨焊接的质量和长钢轨使用寿命，而且会产生接头裂纹甚至钢轨断裂，给列车运行埋下安全隐患。现就钢轨闪光接触焊焊接接头中常见的这几种病害，对症下药，制定出相应的防治措施，减少接头伤病，提高接头质量。见表2。

表2 接头病害的防治措施

1 防治疏松的措施 减少伸出量及导热时间，加大顶锻力及延长无电顶锻时间，减少焊接时间来减少疏松产生的机会。

2 防治未焊透的措施 增大顶锻力和带电顶锻时间，调整送进速度可以控制未焊透的产生。

3 防治夹渣的措施 在烧化过程中尽量保持稳定，减少氧化，再采用合适的顶锻力和顶锻速度可以减少夹渣的产生。

4 防治错边的措施 加强焊前选轨作业控制，用专用样板和塞尺，实测出上、下、左、右的偏差值，进行严格的配轨，挑选出几何尺寸符合焊接要求的钢轨来焊接，焊接再用轨时尤其注意选好轨；及时检修保养焊机以保证焊机对中良好；操作人员在焊接时加强协调与配合。

5 防治电击伤的措施 及时清理导电电极油污、渣滓、锈蚀物；检查导电电极的磨损并及时维护更换；焊前钢轨的除锈除彻底。

6 防治灰斑的措施 在焊接时尽量采用较慢的烧化速度，降低二次电压，提高顶锻压力和顶锻量。

4 结束语

钢轨闪光接触焊接头病害的存在，不仅会严重影响铁路轨道的平整度以及行车安全，而且会造成钢轨焊接接头力学性能以及机械性能的大幅降低，特别是在列车运行通车阶段，这些问题会造成钢轨裂纹甚至断裂问题的发生，对于铁路行车安全是非常大的安全隐患。因此在今后的钢轨焊接生产作业中，取得零病害的焊接接头是我们的奋斗目标。我们决心不断研究与探索，通过不懈努力，总结分析接头病害产生的各种原因，并通过严格的焊接作业，确保结构焊接质量，进而避免病害接头用于钢轨施工，确保铁路高速、重载的发展需要。

参考文献

[1]董平禹，刘伟，王玉辉.钢轨闪光焊质量问题的探讨[J].铁道建筑，2005（8）：41-43.

[2]张建新，郭俊文.钢轨接触焊灰斑的生成及减少方法[J].铁道建筑，2005（8）：39-40.

[3]郭鸿年，薛继仁，刘书华.钢轨闪光焊接缺陷及其对接头性能的影响[J].焊接技术，1991（6）：14-18.endprint

5 电击伤 焊接除锈打磨不干净或除锈后钢轨放置时间过长，钢轨被油水等污染，轨端除锈不彻底，钢轨与导电电极接触不良有间隙，电极没有清理干净表面不平，电极压渣。

6 灰斑 1、焊接时施工作业参数控制不合理，例如二次电压设置过高，造成电流密度以及过梁较大，容易造成爆破时留下较深的活口，进而在顶锻时氧化物难以排出，造成灰斑发生。2、钢轨材质本身含有的硅、锰、铝等合金元素是产生灰斑的先天性条件。灰斑只能减少，无法彻底消除。

图1 疏松（1区有熔融状表层。 图2 未焊透（1轨腰未熔合。

2区断口为脆性断裂） 2轨底未焊透）

图3 夹渣（轨底焊缝处有孔洞 图4 错牙（再用轨端面

和夹渣，为断裂源） 几何尺寸不吻合）

图5 灰斑（箭头所指为灰斑） 图6 电击伤（轨顶电击伤）

这些接头病害如果不能及时消除，不仅影响钢轨焊接的质量和长钢轨使用寿命，而且会产生接头裂纹甚至钢轨断裂，给列车运行埋下安全隐患。现就钢轨闪光接触焊焊接接头中常见的这几种病害，对症下药，制定出相应的防治措施，减少接头伤病，提高接头质量。见表2。

表2 接头病害的防治措施

1 防治疏松的措施 减少伸出量及导热时间，加大顶锻力及延长无电顶锻时间，减少焊接时间来减少疏松产生的机会。

2 防治未焊透的措施 增大顶锻力和带电顶锻时间，调整送进速度可以控制未焊透的产生。

3 防治夹渣的措施 在烧化过程中尽量保持稳定，减少氧化，再采用合适的顶锻力和顶锻速度可以减少夹渣的产生。

4 防治错边的措施 加强焊前选轨作业控制，用专用样板和塞尺，实测出上、下、左、右的偏差值，进行严格的配轨，挑选出几何尺寸符合焊接要求的钢轨来焊接，焊接再用轨时尤其注意选好轨；及时检修保养焊机以保证焊机对中良好；操作人员在焊接时加强协调与配合。

5 防治电击伤的措施 及时清理导电电极油污、渣滓、锈蚀物；检查导电电极的磨损并及时维护更换；焊前钢轨的除锈除彻底。

6 防治灰斑的措施 在焊接时尽量采用较慢的烧化速度，降低二次电压，提高顶锻压力和顶锻量。

4 结束语

钢轨闪光接触焊接头病害的存在，不仅会严重影响铁路轨道的平整度以及行车安全，而且会造成钢轨焊接接头力学性能以及机械性能的大幅降低，特别是在列车运行通车阶段，这些问题会造成钢轨裂纹甚至断裂问题的发生，对于铁路行车安全是非常大的安全隐患。因此在今后的钢轨焊接生产作业中，取得零病害的焊接接头是我们的奋斗目标。我们决心不断研究与探索，通过不懈努力，总结分析接头病害产生的各种原因，并通过严格的焊接作业，确保结构焊接质量，进而避免病害接头用于钢轨施工，确保铁路高速、重载的发展需要。

参考文献

[1]董平禹，刘伟，王玉辉.钢轨闪光焊质量问题的探讨[J].铁道建筑，2005（8）：41-43.

[2]张建新，郭俊文.钢轨接触焊灰斑的生成及减少方法[J].铁道建筑，2005（8）：39-40.

[3]郭鸿年，薛继仁，刘书华.钢轨闪光焊接缺陷及其对接头性能的影响[J].焊接技术，1991（6）：14-18.endprint

5 电击伤 焊接除锈打磨不干净或除锈后钢轨放置时间过长，钢轨被油水等污染，轨端除锈不彻底，钢轨与导电电极接触不良有间隙，电极没有清理干净表面不平，电极压渣。

6 灰斑 1、焊接时施工作业参数控制不合理，例如二次电压设置过高，造成电流密度以及过梁较大，容易造成爆破时留下较深的活口，进而在顶锻时氧化物难以排出，造成灰斑发生。2、钢轨材质本身含有的硅、锰、铝等合金元素是产生灰斑的先天性条件。灰斑只能减少，无法彻底消除。

图1 疏松（1区有熔融状表层。 图2 未焊透（1轨腰未熔合。

2区断口为脆性断裂） 2轨底未焊透）

图3 夹渣（轨底焊缝处有孔洞 图4 错牙（再用轨端面

和夹渣，为断裂源） 几何尺寸不吻合）

图5 灰斑（箭头所指为灰斑） 图6 电击伤（轨顶电击伤）

这些接头病害如果不能及时消除，不仅影响钢轨焊接的质量和长钢轨使用寿命，而且会产生接头裂纹甚至钢轨断裂，给列车运行埋下安全隐患。现就钢轨闪光接触焊焊接接头中常见的这几种病害，对症下药，制定出相应的防治措施，减少接头伤病，提高接头质量。见表2。

表2 接头病害的防治措施

1 防治疏松的措施 减少伸出量及导热时间，加大顶锻力及延长无电顶锻时间，减少焊接时间来减少疏松产生的机会。

2 防治未焊透的措施 增大顶锻力和带电顶锻时间，调整送进速度可以控制未焊透的产生。

3 防治夹渣的措施 在烧化过程中尽量保持稳定，减少氧化，再采用合适的顶锻力和顶锻速度可以减少夹渣的产生。

4 防治错边的措施 加强焊前选轨作业控制，用专用样板和塞尺，实测出上、下、左、右的偏差值，进行严格的配轨，挑选出几何尺寸符合焊接要求的钢轨来焊接，焊接再用轨时尤其注意选好轨；及时检修保养焊机以保证焊机对中良好；操作人员在焊接时加强协调与配合。

5 防治电击伤的措施 及时清理导电电极油污、渣滓、锈蚀物；检查导电电极的磨损并及时维护更换；焊前钢轨的除锈除彻底。

6 防治灰斑的措施 在焊接时尽量采用较慢的烧化速度，降低二次电压，提高顶锻压力和顶锻量。

4 结束语

钢轨闪光接触焊接头病害的存在，不仅会严重影响铁路轨道的平整度以及行车安全，而且会造成钢轨焊接接头力学性能以及机械性能的大幅降低，特别是在列车运行通车阶段，这些问题会造成钢轨裂纹甚至断裂问题的发生，对于铁路行车安全是非常大的安全隐患。因此在今后的钢轨焊接生产作业中，取得零病害的焊接接头是我们的奋斗目标。我们决心不断研究与探索，通过不懈努力，总结分析接头病害产生的各种原因，并通过严格的焊接作业，确保结构焊接质量，进而避免病害接头用于钢轨施工，确保铁路高速、重载的发展需要。

参考文献

[1]董平禹，刘伟，王玉辉.钢轨闪光焊质量问题的探讨[J].铁道建筑，2005（8）：41-43.

[2]张建新，郭俊文.钢轨接触焊灰斑的生成及减少方法[J].铁道建筑，2005（8）：39-40.

[3]郭鸿年，薛继仁，刘书华.钢轨闪光焊接缺陷及其对接头性能的影响[J].焊接技术，1991（6）：14-18.endprint