淺析閃光焊頭過燒缺陷的解決辦法

樊世平

【摘?要】隨著我國鐵路和城市軌道交通的高速發展，對無縫線路鋼軌焊接接頭質量的要求也越來越高，它質量的好與壞關乎著線路的平穩性，列車運行的安全性。施工單位在線路上一般都采用移動式閃光焊接的方式，但在正式上線前，我們都要先進行焊接接頭的型式試驗，只有試驗通過了，才能施工;型式試驗中最為直觀的一項就是落錘試驗，通過此項試驗，可以檢驗接頭的抗錘性和斷口是否合格。通過對焊接完成的試頭進行落錘，我們會遇到鋼軌閃光焊內部常見的灰斑、未焊透、過燒、夾渣等缺陷，這些缺陷會嚴重降低接頭的性能，所以我們只有通過外部手段和焊接工藝參數的調整，來控制和消除內部缺陷，充分提高焊接接頭的質量，生產出合格的產品。

【關鍵詞】閃光焊接頭;內部缺陷;原因;危害

Analysis of the solution to the flashing head overburning defect

Fan Shi-ping

（China Railway First Bureau Group New Transportation Engineering Co.， Ltd?Xianyang?Shanxi?712000）

【Abstract】With the rapid development of China's railway and urban rail transit， the requirements for the quality of seamless rail welded joints are also getting higher and higher. The quality of the joints is related to the stability of the line and the safety of train operation. The construction unit usually adopts the mobile flash welding method on the line. However， before the official launch， we must first carry out the type test of the welded joint. Only after the test is passed can the construction be carried out; the most intuitive one in the type test is the drop hammer. Test， through this test， can verify the joint resistance and fracture of the joint. By performing the drop hammer on the welded test head， we will encounter the common gray spots， incomplete penetration， over-burning， slag inclusion defects in the flash welding of the rail. These defects will seriously reduce the performance of the joint， so we only pass the outside. Means and adjustment of welding process parameters to control and eliminate internal defects， fully improve the quality of welded joints， and produce qualified products.

【Key words】Flash solder joint;Internal defect;Cause;Hazard

1. 閃光焊接頭內部缺陷產生的原因

閃光焊是焊軌機的導電以及夾緊鉗口夾持鋼軌，利用電流通過鋼軌端部產生的熱量，不斷地形成過梁、爆破，使鋼軌融化，最后在頂鍛的作用下相互結晶，形成焊頭。焊接接頭的內部質量與鋼軌的材料和化學成分，設備的性能，焊接工藝參數，人員的技術水平，施工環境等有很大關系。在焊接接頭的過程中，可能因為焊軌設備的不穩定和性能不過關，鋼軌母材的成分偏析，設備操作人員的技能，焊接參數的設置不合理等原因，在焊頭內部形成不同種類的缺陷。

2. 過燒產生的原因及危害

頂鍛前的鋼軌端面液態金屬層薄厚不均勻，焊接端頭的加熱溫度過高，晶粒急劇增大，縱向沒有足夠的塑性變形區，頂鍛時鋼軌端面過熱熔渣未完全擠凈形成過燒組織。過燒常常出現在軌底和軌底上下位置，輕度的過燒呈細小黑灰斑點，重度過燒則呈黑色蜂窩狀組織，產生過燒的焊縫無法通過其他辦法補救，只能鋸切重新進行焊接。

3. 過燒的解決對策

3.1?背景。

焊軌機在成都艾格科技有限公司完成設備的大修以后，出場前，技術人員要對焊機的進行調試，通過焊接試頭，進行落錘試驗，來檢驗整機的機械性能和穩定性。通過初步對焊接工藝進行調整，連續12個無論用什么樣的不同工藝都是抗不住2錘，然后基于這樣的境況展開了各種各樣不同方面的探索，落錘結果如表1（工藝落錘結果統計表見表1）。

3.1.1?分析原因。

（1）我們對這12個焊頭的斷口進行了統計和分析，發現斷口都有一個共性，軌底角都有或多或少的過燒現象，如圖1：

（2）為了能有效地提高焊頭的抗錘性，所有的問題都聚焦到解決軌底角過燒的問題上面，首先懷疑過燒是推瘤時推瘤刀擠入造成，于是更換新刀，結果問題得不到解決，再更換別的焊機使用過的推瘤刀，問題依然存在。試頭焊接完畢，推瘤后焊縫處存在一個縫隙，打磨平順后縫隙處理不掉，砸開之后就是看到的過燒現象（焊帶有縫隙見圖2）。

（3）焊接完成后，在焊帶軌底角中心位置，會出現一條縫隙，經過分析，得出是因為參數設置的不合適，留在鋼軌上的熱量不足，頂鍛時頂鍛量偏小造成的結果。需在參數方面進行改善，于是嘗試各種增加熱量的方法，加熱的電壓，階段的位移，燒化速度，還有頂鍛量的設置，雖然消除了焊帶中間的縫隙，但抗錘性依然不理想（焊帶無縫隙見圖3）。

3.2?對于解決過燒問題的研究。

3.2.1?硬件方面檢查原因。

（1）重新更換PLC程序和采集程序重新標定速度和電壓之后試焊，斷口仍有過燒，抗錘性仍得不到提高。

（2）檢查焊機的頂鍛油缸是否有內泄，結果合格（頂鍛油缸內泄測試見圖4）。

（3）檢查發現電腦控制柜里面500：100的兩個交流小變壓器的變比分別是5.538和5.456，與標準相差10%和9%，偏差較大，于是將該兩個變壓器更換，更換之后的變比分別為5.02和5.04，接著試焊，斷口仍有過燒，抗錘性仍然得不到提高。

（4）焊軌機兩只頂鍛油缸的同步性，也直接影響設備的性能，當出現油缸不同步時，伺服閥的響應會受到影響，從而對PLC里面設置的燒化速度造成影響，工藝參數的不穩定，會造成焊頭的不穩定，經過維修人員的測量，同步性滿足施工的要求（頂鍛軸同步性測量表見表2）。

（5）自耦變壓器高壓接線端子從原來的420V改接到440V端子處，重新標定電壓，試焊2個試頭，效果不明顯之后又返回到420V端子上（焊接自耦變壓器接線方式見圖5）。

（6）經過一系列的檢查、軟件硬件的更換后，最后還是沒有解決斷口軌底角邊緣的過燒現象，但是可以下定結論：接頭不抗錘的根源出現在焊接過程的頂鍛階段。

3.2.2?優化焊接工藝參數。

（1）對其他原因的分析，是在沒有調整工藝參數的前提下進行的，焊接參數如表3（UN5-150ZB焊軌機工藝焊接參數設置表見表3）。

（2）為了排除其他因素的干擾，在調整工藝參數前，我們更換了新的頂鍛電磁閥，頂鍛油缸的壓力表，系統壓力經多次確認后，無明顯波動。

經過和技術人員的研究，我們對工藝參數做如

下調整：

高壓二位移：5.8mm增加到6.2mm;

頂鍛量：11.5mm增加到15mm;

焊接曲線如圖6、圖7所示。

（3）由焊接曲線圖可以看出：焊接過程穩定，位移曲線順滑，電流密度均勻，未出現異常現象，焊接時間約120秒，修改后的工藝累計焊接試驗頭15根，落錘斷口未出現超標灰斑和過燒缺陷， 15根落錘試驗結果均達到2錘不斷的規定，穩定性很好，落錘結果如表4所示（工藝落錘結果統計表見表4，斷口照片見圖8）。

3.3?解決過燒工藝在K922系列焊機中的推廣應用

通過查找硬件原因和調整工藝參數，成功地消除了過燒缺陷對于焊頭的影響，這些工藝在UN5-150ZB焊軌機上已成熟應用，經過近幾年來不斷的型式落錘試驗和摸索實踐后，該套工藝在K922型焊軌機的型檢試驗和現場焊接中得以借鑒和推廣應用，事半功倍地避開了過燒對于型式落錘試驗的危害，這套工藝在K922型焊軌機的焊接中焊接穩定性好，焊接質量優良，探傷合格率高。如圖9、圖10中K922系列焊機焊接工藝曲線圖、圖11中K922系列焊機焊接接頭斷口圖所示（K922系列焊機焊接工藝曲線圖全過程見圖9，K922系列焊機焊接工藝曲線圖加速階段見圖10，斷口照片見圖11）。

4. 結束語

（1）文中對比分析了在鋼軌閃光焊接過程中，引起過燒缺陷的各種原因，通過對硬件原因的排除和對焊接工藝參數調整，成功地在型檢落錘試驗中消除了過燒，不僅提高了落錘試驗的通過率，還給焊接接頭的質量奠定了堅實的基礎，在UN5-150ZB型和K922系列焊機中得到應用和成功推廣。

（2）閃光焊接接頭的質量，對于線路的平穩，行車的安全至關重要，能夠消除過燒缺陷對于接頭質量的危害，對于鐵路建設具有顯著的社會經濟效益，具有廣闊的推廣和應用前景。

參考文獻

[1]?盧慶華，鋼軌焊接技術及質量控制[J].焊接技術：2010，39（1）：66～68.

[2]?郭洪年，薛繼仁，劉書華。鋼軌閃光焊接缺陷及其對接頭性能的影響。焊接技術。1991;23（1）24～29.

[3]?王治平，王克爭，何方殿。閃光焊接工藝與設備發展。焊接學報1985年6月，（1）20～26.

[4]??TB/T1632.2-2014《第二部分閃光焊接》.

[5]?TB/T2344-2012《鋼軌訂貨技術條件》.

[6]?TB/T3276-2011《高速鐵路用鋼軌》.