鋼軌閃光接觸焊焊接接頭的常見病害與防治分析

劉東+朱峰

摘 要 本文針對鋼軌閃光焊接頭的幾種常見病害，進行了病理分析，結合多年基地焊軌生產實踐，找出防治焊接接頭病害的相應措施，為減少接頭病害提出了建議。

關鍵詞 鋼軌；閃光焊；焊接接頭；病害；防治

中圖分類號：U213 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0072-02

近年來，隨著國內鐵路建設的快速發展，全路相繼開通了時速300 km的高速線路，高速線路的鋪設對鋼軌焊接質量提出了更高的要求。鋼軌焊接是無縫線路鋪設的關鍵技術之一，鋼軌焊接質量和無縫線路的安全性密切相關，直接關系到無縫線路的使用壽命和行車安全。鋼軌焊接接頭的強度、韌性等力學性能與母材不同，無縫線路鋼軌斷裂，大部分發生在焊接接頭處。據統計，濟南鐵路局自1986年至今，焊縫失效折斷占斷軌總數的75%以上，是線路斷軌的主要斷裂方式。本文參考既有的教材、資料，結合基地焊軌多年生產實踐，針對鋼軌閃光焊焊接接頭的常見病害，進行病理分析，提出相應的防治措施，以減少鋼軌焊接接頭斷裂，保障線路運輸安全。

1 鋼軌閃光接觸焊接頭常見病害

鋼軌接觸焊是一種質量穩定可靠、生產效率較高的鋼軌焊接方法，也是國內外運用最為廣泛的一種鋼軌焊接工藝，如何減少鋼軌閃光焊接頭病害，取得優質的焊接接頭，是一個比較復雜的問題，涉及焊接設備狀態，工藝參數選擇，鋼軌母材成分偏析，焊軌作業環境和操作人員的技能等諸多因素。這要求我們在從事鋼軌焊接工作時，不僅要考慮焊接設備、焊接工藝方面的問題，還要注意鋼軌焊前的準備、焊接過程監控、焊后焊頭的處理和焊頭質量的檢測等環節，多方面入手減少焊接接頭病害，從而獲得質量可靠的焊接接頭。在鋼軌閃光接觸焊焊接生產實踐中，比較常見的焊接接頭病害主要有以下幾種：

1）疏松。疏松問題一般發生在半熔化區位置，由于鋼軌含碳量增加，雖然這有助于改善鋼軌的韌性與強度，但是卻大大降低了鋼軌的可焊性能。特別是當鋼軌的含碳量超過0.4%時，常規的900℃-1200℃的焊接溫度已經難以滿足要求，當鋼軌含碳量接近0.8%時，需要將鋼軌加熱至1100℃，因此焊接溫度的變化區間縮短，這就進一步的擴大了鋼軌焊接的半熔化區，因此容易造成疏松這種接頭病害發生，直接降低焊接接頭質量。

2）未焊透。未焊透主要是由于金屬鍵結合部分未能通過焊接完全形成，這種病害對于鋼軌的質量影響非常嚴重，其病害特點就是局部呈現平坦區域，接頭強度、塑形、沖擊力大大降低，是一種較為嚴重的焊接接頭病害。

3）夾渣。造成夾渣出現的主要原因是在金屬燒化與頂鍛過程中，沒有將高熔點氧化物在焊縫中擠壓出去，進而殘留在內部形成夾渣問題的發生。此外，如果鋼軌質量不合格，非金屬夾雜物含量較多，也容易造成夾渣問題的發生。

4）錯邊。如果鋼軌焊接過程中斷面積和尺寸偏差過大或者是鋼軌扭曲變形嚴重，再或者選配軌和焊接過程中協調配合不當，都容易造成錯邊問題的發生。特別是焊接再用軌時，由于軌頂面及原工作面難以避免的存在一些變形與磨耗，因此焊接時極易產生錯邊這種病害。如果錯邊超標，不允許使用超范圍打磨或者硬性矯直的方法糾正接頭錯邊，必須切掉重焊。

5）電擊傷。電擊傷在閃光焊接頭中常出現在鋼軌和電極接觸的部位，是一種很嚴重的病害，它是由于鋼軌與導電電極之間接觸不良，或電極表面沒有清理干凈，導致鋼軌局部打火熔化，呈現深藍色。若鋼軌存在電擊傷，不僅靜彎實驗和落錘檢驗不能達標，疲勞性能也會快速劣化失效。對于已造成電擊傷的鋼軌，可根據具體情況采取補救措施，輕者通過二次正火即可消除，重者則必須切掉重焊。

6）灰斑。灰斑屬于鋼軌焊接中最為常見的焊接質量病害，由于在焊接過程中液態金屬過梁爆破，因此會產生相對較大的火坑，此時如果頂鍛閉合不及時或者是未將雜質及時擠出，則容易造成灰斑問題的發生。灰斑對于鋼軌接頭性能有著嚴重的影響，一般出現在鋼軌軌底腳和三角區里，這往往也是造成焊接接頭斷裂的主要產生原因。

2 鋼軌閃光接觸焊接頭質量缺陷產生原因分析

影響鋼軌焊接接頭質量的因素較多，例如鋼軌材料質量、鋼軌化學成分、焊接工藝、焊接施工人員能力或者是焊接設備都會對焊接質量產生影響。鋼軌母材中硅錳元素含量較高或硅錳元素偏析嚴重時；設備狀態不良或響應能力較差時；焊接工藝參數選取不當時，都容易產生病害。鋼軌焊接過程中，產生的內在病害，有一些病害諸如夾渣、疏松、灰斑等難以直接觀察到，必須借助于一些先進的試驗，例如超聲波無損探傷檢驗、落錘實驗（破壞性實驗）等手段才能判別；然而一些如接頭錯邊、局部虧損或麻坑、表面裂紋、劃傷、電擊傷等表面缺陷，通過操作人員認真操作，是可以避免的。現就針對常見的幾種接頭病害進行病理分析，找出其產生的原因，以便及時的預防與整治。見表1。

3 鋼軌閃光接觸焊焊接接頭病害防治

鋼軌閃光焊接觸焊焊接過程中，因為種種原因，接頭會產生一些病害。就K系列焊機而言，我們在日常閃光接觸焊焊軌作業中常遇到的接頭病害斷口如圖1-6所示。

表1 接頭病害產生的原因分析

序號 缺陷種類 原因分析

1 疏松 半熔化區的溫度范圍變寬，由于這種狀態下固液相同時存在，因此如果焊接過程中的頂鍛不足，容易造成冷卻收縮后產生一些較小的空隙，進而造成疏松問題的發生，并導致鋼軌力學性能嚴重下降。

2 未焊透 1、頂鍛前溫度不足或者是溫度范圍過窄。2、頂鍛力不夠和頂鍛量過小，或在頂鍛時鋼軌在電極處未夾緊，打滑。3、頂鍛速度太小或有電頂鍛時間太短。4、焊接加熱時間不足。5、過熱或過燒。

3 夾渣 1、在鋼軌閃光焊過程中燒化不穩定，閃光間斷，頂鍛力不足和頂鍛速度太小，推瘤刀不鋒利、損傷等都有可能產生夾渣。2、鋼軌本身存在非金屬夾雜物。

4 錯邊 鋼軌軌端幾何尺寸不標準，中心不對稱，焊機夾緊對中裝置不良，焊接人員在選配鋼軌和焊接時，未能協調配合好，都會產生錯邊。endprint

5 電擊傷 焊接除銹打磨不干凈或除銹后鋼軌放置時間過長，鋼軌被油水等污染，軌端除銹不徹底，鋼軌與導電電極接觸不良有間隙，電極沒有清理干凈表面不平，電極壓渣。

6 灰斑 1、焊接時施工作業參數控制不合理，例如二次電壓設置過高，造成電流密度以及過梁較大，容易造成爆破時留下較深的活口，進而在頂鍛時氧化物難以排出，造成灰斑發生。2、鋼軌材質本身含有的硅、錳、鋁等合金元素是產生灰斑的先天性條件。灰斑只能減少，無法徹底消除。

圖1 疏松（1區有熔融狀表層。 圖2 未焊透（1軌腰未熔合。

2區斷口為脆性斷裂） 2軌底未焊透）

圖3 夾渣（軌底焊縫處有孔洞 圖4 錯牙（再用軌端面

和夾渣，為斷裂源） 幾何尺寸不吻合）

圖5 灰斑（箭頭所指為灰斑） 圖6 電擊傷（軌頂電擊傷）

這些接頭病害如果不能及時消除，不僅影響鋼軌焊接的質量和長鋼軌使用壽命，而且會產生接頭裂紋甚至鋼軌斷裂，給列車運行埋下安全隱患。現就鋼軌閃光接觸焊焊接接頭中常見的這幾種病害，對癥下藥，制定出相應的防治措施，減少接頭傷病，提高接頭質量。見表2。

表2 接頭病害的防治措施

1 防治疏松的措施 減少伸出量及導熱時間，加大頂鍛力及延長無電頂鍛時間，減少焊接時間來減少疏松產生的機會。

2 防治未焊透的措施 增大頂鍛力和帶電頂鍛時間，調整送進速度可以控制未焊透的產生。

3 防治夾渣的措施 在燒化過程中盡量保持穩定，減少氧化，再采用合適的頂鍛力和頂鍛速度可以減少夾渣的產生。

4 防治錯邊的措施 加強焊前選軌作業控制，用專用樣板和塞尺，實測出上、下、左、右的偏差值，進行嚴格的配軌，挑選出幾何尺寸符合焊接要求的鋼軌來焊接，焊接再用軌時尤其注意選好軌；及時檢修保養焊機以保證焊機對中良好；操作人員在焊接時加強協調與配合。

5 防治電擊傷的措施 及時清理導電電極油污、渣滓、銹蝕物；檢查導電電極的磨損并及時維護更換；焊前鋼軌的除銹除徹底。

6 防治灰斑的措施 在焊接時盡量采用較慢的燒化速度，降低二次電壓，提高頂鍛壓力和頂鍛量。

4 結束語

鋼軌閃光接觸焊接頭病害的存在，不僅會嚴重影響鐵路軌道的平整度以及行車安全，而且會造成鋼軌焊接接頭力學性能以及機械性能的大幅降低，特別是在列車運行通車階段，這些問題會造成鋼軌裂紋甚至斷裂問題的發生，對于鐵路行車安全是非常大的安全隱患。因此在今后的鋼軌焊接生產作業中，取得零病害的焊接接頭是我們的奮斗目標。我們決心不斷研究與探索，通過不懈努力，總結分析接頭病害產生的各種原因，并通過嚴格的焊接作業，確保結構焊接質量，進而避免病害接頭用于鋼軌施工，確保鐵路高速、重載的發展需要。

參考文獻

[1]董平禹，劉偉，王玉輝.鋼軌閃光焊質量問題的探討[J].鐵道建筑，2005（8）：41-43.

[2]張建新，郭俊文.鋼軌接觸焊灰斑的生成及減少方法[J].鐵道建筑，2005（8）：39-40.

[3]郭鴻年，薛繼仁，劉書華.鋼軌閃光焊接缺陷及其對接頭性能的影響[J].焊接技術，1991（6）：14-18.endprint

5 電擊傷 焊接除銹打磨不干凈或除銹后鋼軌放置時間過長，鋼軌被油水等污染，軌端除銹不徹底，鋼軌與導電電極接觸不良有間隙，電極沒有清理干凈表面不平，電極壓渣。

6 灰斑 1、焊接時施工作業參數控制不合理，例如二次電壓設置過高，造成電流密度以及過梁較大，容易造成爆破時留下較深的活口，進而在頂鍛時氧化物難以排出，造成灰斑發生。2、鋼軌材質本身含有的硅、錳、鋁等合金元素是產生灰斑的先天性條件。灰斑只能減少，無法徹底消除。

圖1 疏松（1區有熔融狀表層。 圖2 未焊透（1軌腰未熔合。

2區斷口為脆性斷裂） 2軌底未焊透）

圖3 夾渣（軌底焊縫處有孔洞 圖4 錯牙（再用軌端面

和夾渣，為斷裂源） 幾何尺寸不吻合）

圖5 灰斑（箭頭所指為灰斑） 圖6 電擊傷（軌頂電擊傷）

這些接頭病害如果不能及時消除，不僅影響鋼軌焊接的質量和長鋼軌使用壽命，而且會產生接頭裂紋甚至鋼軌斷裂，給列車運行埋下安全隱患。現就鋼軌閃光接觸焊焊接接頭中常見的這幾種病害，對癥下藥，制定出相應的防治措施，減少接頭傷病，提高接頭質量。見表2。

表2 接頭病害的防治措施

1 防治疏松的措施 減少伸出量及導熱時間，加大頂鍛力及延長無電頂鍛時間，減少焊接時間來減少疏松產生的機會。

2 防治未焊透的措施 增大頂鍛力和帶電頂鍛時間，調整送進速度可以控制未焊透的產生。

3 防治夾渣的措施 在燒化過程中盡量保持穩定，減少氧化，再采用合適的頂鍛力和頂鍛速度可以減少夾渣的產生。

4 防治錯邊的措施 加強焊前選軌作業控制，用專用樣板和塞尺，實測出上、下、左、右的偏差值，進行嚴格的配軌，挑選出幾何尺寸符合焊接要求的鋼軌來焊接，焊接再用軌時尤其注意選好軌；及時檢修保養焊機以保證焊機對中良好；操作人員在焊接時加強協調與配合。

5 防治電擊傷的措施 及時清理導電電極油污、渣滓、銹蝕物；檢查導電電極的磨損并及時維護更換；焊前鋼軌的除銹除徹底。

6 防治灰斑的措施 在焊接時盡量采用較慢的燒化速度，降低二次電壓，提高頂鍛壓力和頂鍛量。

4 結束語

鋼軌閃光接觸焊接頭病害的存在，不僅會嚴重影響鐵路軌道的平整度以及行車安全，而且會造成鋼軌焊接接頭力學性能以及機械性能的大幅降低，特別是在列車運行通車階段，這些問題會造成鋼軌裂紋甚至斷裂問題的發生，對于鐵路行車安全是非常大的安全隱患。因此在今后的鋼軌焊接生產作業中，取得零病害的焊接接頭是我們的奮斗目標。我們決心不斷研究與探索，通過不懈努力，總結分析接頭病害產生的各種原因，并通過嚴格的焊接作業，確保結構焊接質量，進而避免病害接頭用于鋼軌施工，確保鐵路高速、重載的發展需要。

參考文獻

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[2]張建新，郭俊文.鋼軌接觸焊灰斑的生成及減少方法[J].鐵道建筑，2005（8）：39-40.

[3]郭鴻年，薛繼仁，劉書華.鋼軌閃光焊接缺陷及其對接頭性能的影響[J].焊接技術，1991（6）：14-18.endprint

5 電擊傷 焊接除銹打磨不干凈或除銹后鋼軌放置時間過長，鋼軌被油水等污染，軌端除銹不徹底，鋼軌與導電電極接觸不良有間隙，電極沒有清理干凈表面不平，電極壓渣。

6 灰斑 1、焊接時施工作業參數控制不合理，例如二次電壓設置過高，造成電流密度以及過梁較大，容易造成爆破時留下較深的活口，進而在頂鍛時氧化物難以排出，造成灰斑發生。2、鋼軌材質本身含有的硅、錳、鋁等合金元素是產生灰斑的先天性條件。灰斑只能減少，無法徹底消除。

圖1 疏松（1區有熔融狀表層。 圖2 未焊透（1軌腰未熔合。

2區斷口為脆性斷裂） 2軌底未焊透）

圖3 夾渣（軌底焊縫處有孔洞 圖4 錯牙（再用軌端面

和夾渣，為斷裂源） 幾何尺寸不吻合）

圖5 灰斑（箭頭所指為灰斑） 圖6 電擊傷（軌頂電擊傷）

這些接頭病害如果不能及時消除，不僅影響鋼軌焊接的質量和長鋼軌使用壽命，而且會產生接頭裂紋甚至鋼軌斷裂，給列車運行埋下安全隱患。現就鋼軌閃光接觸焊焊接接頭中常見的這幾種病害，對癥下藥，制定出相應的防治措施，減少接頭傷病，提高接頭質量。見表2。

表2 接頭病害的防治措施

1 防治疏松的措施 減少伸出量及導熱時間，加大頂鍛力及延長無電頂鍛時間，減少焊接時間來減少疏松產生的機會。

2 防治未焊透的措施 增大頂鍛力和帶電頂鍛時間，調整送進速度可以控制未焊透的產生。

3 防治夾渣的措施 在燒化過程中盡量保持穩定，減少氧化，再采用合適的頂鍛力和頂鍛速度可以減少夾渣的產生。

4 防治錯邊的措施 加強焊前選軌作業控制，用專用樣板和塞尺，實測出上、下、左、右的偏差值，進行嚴格的配軌，挑選出幾何尺寸符合焊接要求的鋼軌來焊接，焊接再用軌時尤其注意選好軌；及時檢修保養焊機以保證焊機對中良好；操作人員在焊接時加強協調與配合。

5 防治電擊傷的措施 及時清理導電電極油污、渣滓、銹蝕物；檢查導電電極的磨損并及時維護更換；焊前鋼軌的除銹除徹底。

6 防治灰斑的措施 在焊接時盡量采用較慢的燒化速度，降低二次電壓，提高頂鍛壓力和頂鍛量。

4 結束語

鋼軌閃光接觸焊接頭病害的存在，不僅會嚴重影響鐵路軌道的平整度以及行車安全，而且會造成鋼軌焊接接頭力學性能以及機械性能的大幅降低，特別是在列車運行通車階段，這些問題會造成鋼軌裂紋甚至斷裂問題的發生，對于鐵路行車安全是非常大的安全隱患。因此在今后的鋼軌焊接生產作業中，取得零病害的焊接接頭是我們的奮斗目標。我們決心不斷研究與探索，通過不懈努力，總結分析接頭病害產生的各種原因，并通過嚴格的焊接作業，確保結構焊接質量，進而避免病害接頭用于鋼軌施工，確保鐵路高速、重載的發展需要。

參考文獻

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[3]郭鴻年，薛繼仁，劉書華.鋼軌閃光焊接缺陷及其對接頭性能的影響[J].焊接技術，1991（6）：14-18.endprint