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[摘要]：针对钢轨闪光焊焊接接头存在内部缺陷、外部缺陷和金属组织缺陷，分析产生的原因并提出预防方法。
[关键词]：闪光焊接 缺陷 原因 预防
中图分类号：Tm 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2012）10-0087-01
现代铁路正朝高速、重载方向发展，无缝线路运用来来越多，对钢轨焊接接头提出更高的要求。闪光焊是将两被焊件分别夹紧在动夹具和静夹具上，在动夹具和静夹具之间通电，同时动夹具送进，使被焊件端面接触，由于钢轨端面凹凸不平，因此只是局部接触，局部加热形成过梁，剧烈加热爆破形成闪光，过梁不断形成、爆破，被焊件端面不断被加热，当加热到一定温度时动夹具快速送进，实施顶锻，形成接头。闪光焊受各种因素影响，在施工过程中不可避免产生各种缺陷，通过对焊缝的检查，落锤、静弯试验接头断面的检查及小件试验的金相组织分析，闪光焊存在的缺陷包括内部缺陷、外部缺陷和金属组织缺陷。其中外部缺陷包括：错位、低塌和电极灼伤等；内部缺陷包括：灰斑、未焊合、裂纹、过烧、焊缝夹杂物等；金属组织缺陷包括晶粒粗大等。
1 焊接焊接外部缺陷
1.1 错位产生的原因及预防办法
错位可分为高低错位和左右错位，高低错位是指焊接的两根钢轨端面上下偏差超过规定允许值，左右错位是指焊接的两根钢轨端面左右偏差超过规定允许值。产生的原因有顺轨时顺直距离不够、垫轨不实，钢轨端面垂直度未达到要求以及钢轨端头本身的硬弯、扭曲等。预防方法：保证顺轨的顺直距离达到25米，对轨完成后，检查垫轨的枕木是否垫实，严格控制钢轨端面垂直度。
1.2 低塌产生的原因及预防办法
在工程运输车轮载荷作用下，由于钢轨焊接接头硬度偏低产生了接头低塌的缺陷。产生的原因是钢轨焊接和正火加热后，接头焊缝区出现软化，硬度相对母材而偏低，钢轨接头在正火后没有及时进行喷风或喷雾强制冷却，导致焊接接头硬度低于母材。预防方法就是钢轨焊接时，在正火加热后应采用喷风或喷雾冷却，提高焊接接头的硬度。
1.3电极灼伤产生的原因及预防办法
电极灼伤是指焊接时，当钢轨与电极接触不良时，局部电阻增大，焊接电流导致该处局部温度升高超过相变温度而导致局部融化，该处周围金属温度低，使该处冷却快，形成马氏体淬火组织，同时产生残余应力。
根据实践，产生电极灼伤的原因有以下几方面：⑴ 钢轨表面除锈不良；⑵电极压紧钢轨过程中，有焊渣或异物落入；⑶电极质量问题；⑷输轨滚道绝缘不好；⑸作业环境不好，如周围空气湿度大或雨雪天气。
预防方法：⑴加强焊接前的除锈工作，使钢轨表面完全漏出金属光泽；⑵在电极压紧钢轨前，及时清扫焊渣等异物；⑶经常检查并更换电极，在更换新电极前，需检查电极与钢轨表面的耦合情况，对耦合情况不好的及时处理；⑷设置输轨滚道绝缘系统；⑸特殊环境下采取特殊措施，如周围空气湿度大或雨雪天气可用抹布查擦干或用风机擦干钢轨和电极表面。
2 焊接焊接内部缺陷
2.1灰斑产生的原因及预防办法
灰斑产生的原因是由于钢轨中存在Si、Mn、Al等合金元素的氧化，加之焊接工艺参数选择不合理，使得焊接时尤其是连续闪光末期保护不好，导致Si、Mn、Al等元素被氧化而形成夹杂物缺陷，在顶锻时，熔化的金属与这些夹杂物一起被挤压，沿工件径向流动，未被排挤干净而残留在焊缝中的氧化物，就形成了断口上的灰斑。预防方法可通过调整焊接参数以减少灰斑。
2.2未焊合产生的原因及预防办法
未焊合是指两个接头端面局部或部分焊合，产生的原因：⑴轨端除锈不彻底，有污物；⑵两个接头端面间隙过大，顶断量过小或过早，加热时间短，焊接温度达不到要求；⑶闪光不稳定。
预防方法：可通过严格执行钢轨打磨除锈工艺、对轨操作，掌握好顶断时间及温度，顶断量达到要求等方法来预防。
2.3裂纹产生的原因及预防办法
裂纹一般产生轨脚端部，轨脚端部裂纹是在焊缝轨脚两端出现开裂的现象。这种缺陷对焊接接头的整体强度影响很大，会大大降低接头的抗冲击强度，轨脚端部裂纹多数与焊接工艺有关，例如，焊接顶锻量不足，使轨脚部位的挤压面积小于钢轨端面；推凸和保压的时间过短，造成塑性变形量不足；焊接加热的时间不够长，造成加热的范围过窄等。另外，电源电压的大幅度波动也是一个不可忽视的因素，例如大幅度下降，使得焊接接头的热输入大幅度下降，也有可能产生这类缺陷。
预防方法：克服轨脚端部裂纹的主要方法是进行焊接工艺参数的调整，提高焊接的顶锻量，延长推凸和保压的时间，或者延长焊接加热的时间等。
2.4过烧产生的原因及预防办法
过烧是焊接时加热温度过高，局部金属熔化或接近熔化状态而造成的晶界偏析和烧熔。过烧是焊接接头最危险的缺陷之一，常出现在轨底两侧的轨脚位置。轻度过烧时出现细小炭黑斑点，严重过烧时出现黑色蜂窝状组织。
钢轨闪光焊产生过烧的原因有：⑴高电压阶段的电压设置过高；⑵高电压阶段焊接时间过长；⑶带电顶锻时间设置过长；⑷顶锻时间设置过短；⑸加速烧化阶段的最高电压设置过高。
预防方法：优化焊接工艺参数，通过试验调整合适工艺参数。
2.5焊缝夹杂物产生的原因及预防办法
焊缝夹杂物是指分布在熔化焊縫的非金属氧化物颗粒。这种夹杂物在钢轨闪光焊的分布特点是：分布在焊缝之中，并且颗粒状，将焊缝打断后，在宏观下观察，颜色较深。闪光焊氧化物夹杂的产生原因较多，并且规律比较难以掌握，一般认为是钢轨在焊接过程中，焊缝处有时形成硅酸盐类的非金属物质，少量聚集在闪光弧坑的底部，当最终的顶锻完成后，没有将非金属物质挤出，使其滞留在焊缝中，这样就形成了焊缝夹杂物。夹杂物的产生与以下几种原因有关：⑴与钢轨母材的成分有关，实践表明，硅（Si）含量高的钢轨，闪光焊缝中的灰斑出现的概率也相应提高。⑵与焊接时所用的顶锻力有关，顶锻力过小，钢轨端面的表面氧化物颗粒未完全挤出，使用它们存留在接头中。
预防方法：⑴母材钢轨中Si含量应在标准要求的范围内，不应含量超标或分布不均匀，⑵调整合适的焊接工艺参数，钢轨端面加热要均匀，顶锻位移量和压力要保证。
3金属组织缺陷
晶粒粗大导致钢轨塑性、任性及强度降低，硬、脆导致不能使用。
产生的原因：焊接后未等轨温降至500oC以下就进行正火处理导致焊缝金属晶体继续长大形成粗晶。
预防方法：严格控制正火前轨温温度，必须使轨温降至500oC以下才允许正火处理，可借助光电测温仪或红外测温仪判定轨温。
4 结束语
影响无缝钢轨连续闪光焊接质量的主要因素就是焊接参数，选用合适的焊接参数可以避免大部分的焊接接头缺陷，能大大提高焊接接头的质量，延长无缝线路钢轨的使用寿命，杜绝无缝线路病害，保证列车的行车安全。
参考文献：
（1）高新平，习年生，高文会 钢轨焊接接头低踏的原因分析与对策 铁道建筑 2007
（2）张永胜，赵清全 浅析闪光焊中电极灼伤产生的原因及预防措施 哈尔滨铁道科技
（3）王子儒 移动式钢轨气压焊接头缺陷分析与应对措施 研究探讨 2011
[关键词]：闪光焊接 缺陷 原因 预防
中图分类号：Tm 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2012）10-0087-01
现代铁路正朝高速、重载方向发展，无缝线路运用来来越多，对钢轨焊接接头提出更高的要求。闪光焊是将两被焊件分别夹紧在动夹具和静夹具上，在动夹具和静夹具之间通电，同时动夹具送进，使被焊件端面接触，由于钢轨端面凹凸不平，因此只是局部接触，局部加热形成过梁，剧烈加热爆破形成闪光，过梁不断形成、爆破，被焊件端面不断被加热，当加热到一定温度时动夹具快速送进，实施顶锻，形成接头。闪光焊受各种因素影响，在施工过程中不可避免产生各种缺陷，通过对焊缝的检查，落锤、静弯试验接头断面的检查及小件试验的金相组织分析，闪光焊存在的缺陷包括内部缺陷、外部缺陷和金属组织缺陷。其中外部缺陷包括：错位、低塌和电极灼伤等；内部缺陷包括：灰斑、未焊合、裂纹、过烧、焊缝夹杂物等；金属组织缺陷包括晶粒粗大等。
1 焊接焊接外部缺陷
1.1 错位产生的原因及预防办法
错位可分为高低错位和左右错位，高低错位是指焊接的两根钢轨端面上下偏差超过规定允许值，左右错位是指焊接的两根钢轨端面左右偏差超过规定允许值。产生的原因有顺轨时顺直距离不够、垫轨不实，钢轨端面垂直度未达到要求以及钢轨端头本身的硬弯、扭曲等。预防方法：保证顺轨的顺直距离达到25米，对轨完成后，检查垫轨的枕木是否垫实，严格控制钢轨端面垂直度。
1.2 低塌产生的原因及预防办法
在工程运输车轮载荷作用下，由于钢轨焊接接头硬度偏低产生了接头低塌的缺陷。产生的原因是钢轨焊接和正火加热后，接头焊缝区出现软化，硬度相对母材而偏低，钢轨接头在正火后没有及时进行喷风或喷雾强制冷却，导致焊接接头硬度低于母材。预防方法就是钢轨焊接时，在正火加热后应采用喷风或喷雾冷却，提高焊接接头的硬度。
1.3电极灼伤产生的原因及预防办法
电极灼伤是指焊接时，当钢轨与电极接触不良时，局部电阻增大，焊接电流导致该处局部温度升高超过相变温度而导致局部融化，该处周围金属温度低，使该处冷却快，形成马氏体淬火组织，同时产生残余应力。
根据实践，产生电极灼伤的原因有以下几方面：⑴ 钢轨表面除锈不良；⑵电极压紧钢轨过程中，有焊渣或异物落入；⑶电极质量问题；⑷输轨滚道绝缘不好；⑸作业环境不好，如周围空气湿度大或雨雪天气。
预防方法：⑴加强焊接前的除锈工作，使钢轨表面完全漏出金属光泽；⑵在电极压紧钢轨前，及时清扫焊渣等异物；⑶经常检查并更换电极，在更换新电极前，需检查电极与钢轨表面的耦合情况，对耦合情况不好的及时处理；⑷设置输轨滚道绝缘系统；⑸特殊环境下采取特殊措施，如周围空气湿度大或雨雪天气可用抹布查擦干或用风机擦干钢轨和电极表面。
2 焊接焊接内部缺陷
2.1灰斑产生的原因及预防办法
灰斑产生的原因是由于钢轨中存在Si、Mn、Al等合金元素的氧化，加之焊接工艺参数选择不合理，使得焊接时尤其是连续闪光末期保护不好，导致Si、Mn、Al等元素被氧化而形成夹杂物缺陷，在顶锻时，熔化的金属与这些夹杂物一起被挤压，沿工件径向流动，未被排挤干净而残留在焊缝中的氧化物，就形成了断口上的灰斑。预防方法可通过调整焊接参数以减少灰斑。
2.2未焊合产生的原因及预防办法
未焊合是指两个接头端面局部或部分焊合，产生的原因：⑴轨端除锈不彻底，有污物；⑵两个接头端面间隙过大，顶断量过小或过早，加热时间短，焊接温度达不到要求；⑶闪光不稳定。
预防方法：可通过严格执行钢轨打磨除锈工艺、对轨操作，掌握好顶断时间及温度，顶断量达到要求等方法来预防。
2.3裂纹产生的原因及预防办法
裂纹一般产生轨脚端部，轨脚端部裂纹是在焊缝轨脚两端出现开裂的现象。这种缺陷对焊接接头的整体强度影响很大，会大大降低接头的抗冲击强度，轨脚端部裂纹多数与焊接工艺有关，例如，焊接顶锻量不足，使轨脚部位的挤压面积小于钢轨端面；推凸和保压的时间过短，造成塑性变形量不足；焊接加热的时间不够长，造成加热的范围过窄等。另外，电源电压的大幅度波动也是一个不可忽视的因素，例如大幅度下降，使得焊接接头的热输入大幅度下降，也有可能产生这类缺陷。
预防方法：克服轨脚端部裂纹的主要方法是进行焊接工艺参数的调整，提高焊接的顶锻量，延长推凸和保压的时间，或者延长焊接加热的时间等。
2.4过烧产生的原因及预防办法
过烧是焊接时加热温度过高，局部金属熔化或接近熔化状态而造成的晶界偏析和烧熔。过烧是焊接接头最危险的缺陷之一，常出现在轨底两侧的轨脚位置。轻度过烧时出现细小炭黑斑点，严重过烧时出现黑色蜂窝状组织。
钢轨闪光焊产生过烧的原因有：⑴高电压阶段的电压设置过高；⑵高电压阶段焊接时间过长；⑶带电顶锻时间设置过长；⑷顶锻时间设置过短；⑸加速烧化阶段的最高电压设置过高。
预防方法：优化焊接工艺参数，通过试验调整合适工艺参数。
2.5焊缝夹杂物产生的原因及预防办法
焊缝夹杂物是指分布在熔化焊縫的非金属氧化物颗粒。这种夹杂物在钢轨闪光焊的分布特点是：分布在焊缝之中，并且颗粒状，将焊缝打断后，在宏观下观察，颜色较深。闪光焊氧化物夹杂的产生原因较多，并且规律比较难以掌握，一般认为是钢轨在焊接过程中，焊缝处有时形成硅酸盐类的非金属物质，少量聚集在闪光弧坑的底部，当最终的顶锻完成后，没有将非金属物质挤出，使其滞留在焊缝中，这样就形成了焊缝夹杂物。夹杂物的产生与以下几种原因有关：⑴与钢轨母材的成分有关，实践表明，硅（Si）含量高的钢轨，闪光焊缝中的灰斑出现的概率也相应提高。⑵与焊接时所用的顶锻力有关，顶锻力过小，钢轨端面的表面氧化物颗粒未完全挤出，使用它们存留在接头中。
预防方法：⑴母材钢轨中Si含量应在标准要求的范围内，不应含量超标或分布不均匀，⑵调整合适的焊接工艺参数，钢轨端面加热要均匀，顶锻位移量和压力要保证。
3金属组织缺陷
晶粒粗大导致钢轨塑性、任性及强度降低，硬、脆导致不能使用。
产生的原因：焊接后未等轨温降至500oC以下就进行正火处理导致焊缝金属晶体继续长大形成粗晶。
预防方法：严格控制正火前轨温温度，必须使轨温降至500oC以下才允许正火处理，可借助光电测温仪或红外测温仪判定轨温。
4 结束语
影响无缝钢轨连续闪光焊接质量的主要因素就是焊接参数，选用合适的焊接参数可以避免大部分的焊接接头缺陷，能大大提高焊接接头的质量，延长无缝线路钢轨的使用寿命，杜绝无缝线路病害，保证列车的行车安全。
参考文献：
（1）高新平，习年生，高文会 钢轨焊接接头低踏的原因分析与对策 铁道建筑 2007
（2）张永胜，赵清全 浅析闪光焊中电极灼伤产生的原因及预防措施 哈尔滨铁道科技
（3）王子儒 移动式钢轨气压焊接头缺陷分析与应对措施 研究探讨 2011