钢轨闪光焊接轨腰横向裂纹产生原因分析

范猛

（中铁二十三局集团第二工程有限公司铺轨架梁分公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

闪光焊利用的原理是两端钢轨之间接触，然后，通过电流产生的热量使金属融化，使杂质飞溅，形成闪光，完成焊接。在闪光焊的过程中，因为工艺的参数比较复杂，并且随着不同阶段的进行，参数在峰值与平值之间会产生不断的变化，因此在焊接的过程中，需要考虑多方面的因素。会有很多引起焊接质量的问题产生。焊接轨腰出现横向裂纹是一种比较典型的问题。这些裂纹不仅降低钢轨质量影响使用寿命，还会形成安全隐患。因此，解决焊接轨腰横向裂纹这一问题十分重要。

1 闪光焊裂纹原因简述

1.1 裂缝情况概析

闪光焊在我国的轨道焊接中占有90%的比例，这主要是因为闪光焊是一项操作简便，并且生产效率极高的焊接技术。在焊接的过程中，确保钢轨焊接的无缝是首要目标，但是，由于钢轨焊接的位置和工艺比较复杂多样，因此在进行焊接的过程中，仍然会出现一些裂纹。这些裂纹可以按照断口的形状和微观形貌，以及金相组织来进行分析，找出其断裂的原因，从而进行解决。

1.2 裂缝位置的分析

在钢轨裂缝最低的地方，我们把它称作轨腰焊缝中部，如图1。该处的裂缝长度通常在185毫米左右，这种裂缝的产生与焊瘤具有一定的关系，通常来说，裂缝较大，其焊瘤程度也较高。裂缝越大的位置，在焊接的过程中，则会受到更多铁水的灌注，进而金属产生溶解，在冷却后则会形成更大的焊瘤。

图1 钢轨裂缝位置

1.3 断口的分析

为了确保对钢轨裂纹部位的分析，采用切割实验。如图2，将钢轨裂纹部位用人工技术来进行纵向切割后会发现，会发现两侧的焊瘤高度不同，造成焊瘤处所承受的力不同。通常在整个裂纹的断口处会出现环状扩散，这说明在裂纹起源的地方已经出现疲劳断裂形式。而在焊缝中心两侧的裂纹，则呈现树形的扩散模式。当然，在离焊缝中心更近的地方，则呈现河流状扩散的方式。裂纹起源点的微观状态通常与灰色斑点并存。而且在灰色斑点区域中，可以清楚地看到裂纹可见裂纹起源于焊瘤的拐角点。轨腰断裂面的中部位置，也存在一定的裂纹，这些裂纹呈现河流扩展的方式，因此，存在一定的断裂特性。

图2 断口的分析

1.4 金相显微分析

对焊接裂缝的热影响区进行组织分析可以发现，如图3，在裂纹区域存在珠光体和网状铁素体的结构，除此之外，还能发现马氏体和贝氏体组织，这些组织通常为非异常组织，而且也属于我国对钢轨焊接技术条件要求中的合理组织。

图3 金相组织分析

2 裂纹产生的原因分析

2.1 焊接工作人员的因素

焊接工作是一项精度要求非常高的工作，尤其在焊接的过程中，对于焊瘤的残留度必须保证在一定的范围内。但是，部分焊接工作人员，在工作的过程中，因为操作熟练度的问题和操作专业度的问题，往往无法保证焊瘤的残留度，进行焊接的过程中，焊缝两侧的焊瘤有可能存在一定的杂质的残留，当残留度较高时，一侧的焊瘤则会有较长的拖延。钢轨母材轨腰的位置很容易夹杂其他的硫化物，但是，硫化物的熔点又不高，容易形成结晶。这也就导致接头强度出现一定的弱化，一旦在焊瘤转折处，很容易导致裂纹的形成。

2.2 高寒地区的加护措施不当

闪光焊的工作需求比较复杂，尤其对于高寒地区的作业而言，在焊接的过程中，必须配备必要的加护措施。因本单位实际作业地点集中在东北地区，气温相对较低，尤其在冬季，如果要进行焊接工作，就必须考虑周围恶劣的自然环境，进行一定的加护或预热工作。防止由于温度降低过快导致钢轨焊头位置内部结构不稳定，容易出现裂缝。

2.3 焊接后的打磨工作进行不佳

通常在焊接完成后，其焊瘤的高度很难精确的控制在规定的范围内，这就需要在焊接工作完成后进行一定的打磨。但是打磨的过程由于工作人员的操作失误也存在一定的误差，造成高低接头或者错边的情况发生，使焊头两侧所承受的力不同，就会引发断裂。

2.4 裂纹探测工作不到位

在焊接的过程中，积极地进行裂纹探测，能够有效避免横向裂纹的发展与深化。但是，许多焊接工程在进行的过程中，并没有进行良好的裂纹探测工作，这就很容易导致在焊接的过程中，虽然只是出现了微小的裂纹，但是，在没有被探测出的情况下，裂纹会深入发展，继而形成巨大的横向裂纹。

2.5 焊接技术需要不断提升

我国的焊接技术在近年来获得了较快的发展，但是，与西方发达国家相比，焊接技术仍然存在一定的进步空间。之所以会出现横向裂纹的另一个重要因素，就是闪光焊的技术并不足够成熟。因此，焊接工程单位应该积极引进先进的焊接技术，同时，对于裂纹的消除技术也应该进一步演进，除此之外，要不断吸纳优秀的焊接工作人才。这样才能不断提升我国的焊接技术水准，减少横向裂纹的产生。

3 减少轨腰横向裂纹产生的策略方法

为了减少轨腰横向裂纹的产生，首先，要不断优化焊接流程和焊接质量。良好的焊接制度和焊接流程才能确保焊瘤的残留度在标准范围内，从而减少横向裂纹的产生。其次，要加强对焊接工作人员的培训，注重提升焊接人员的技术水平和焊接技能。像东北地区这样，自然环境恶劣，气候寒冷的焊接工程，加护以及预热工作更应该仔细谨慎的进行。而在焊接后的打磨过程中，要着重对应力集中的位置点进行打磨。这样才能保证在焊接过程中产生的焊瘤高度在一定的范围内，预防横向裂纹的产生。最后，及时必要的裂纹探测工作也能很好地避免横向裂纹的产生。这是因为，在探测的过程中，如果发现微裂纹的出现，则可进行一定的补救工作，而避免裂纹的进一步扩大。

4 结语

闪光焊所产生的裂纹，会影响钢轨的质量，如处理不及时，造成钢轨断裂，还有可能对车辆以及人员造成一定的安全威胁。除此之外，如果钢轨出现横向裂纹，证明焊接质量未达标。焊接工程企业的工程信誉度会受到影响。长此以往，还会影响企业的经济效益。因此，分析横向裂纹的产生原因，提出解决方案，更有利于企业的长久发展。为了确保焊接质量的提升，应该不断对焊接过程中的每个因素进行控制。减少焊接过程中横向裂纹的产生，以便于提升焊轨机的工作效率和工作质量。