鋼軌閃光焊接軌腰橫向裂紋產生原因分析

范猛

（中鐵二十三局集團第二工程有限公司鋪軌架梁分公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

閃光焊利用的原理是兩端鋼軌之間接觸，然后，通過電流產生的熱量使金屬融化，使雜質飛濺，形成閃光，完成焊接。在閃光焊的過程中，因為工藝的參數比較復雜，并且隨著不同階段的進行，參數在峰值與平值之間會產生不斷的變化，因此在焊接的過程中，需要考慮多方面的因素。會有很多引起焊接質量的問題產生。焊接軌腰出現橫向裂紋是一種比較典型的問題。這些裂紋不僅降低鋼軌質量影響使用壽命，還會形成安全隱患。因此，解決焊接軌腰橫向裂紋這一問題十分重要。

1 閃光焊裂紋原因簡述

1.1 裂縫情況概析

閃光焊在我國的軌道焊接中占有90%的比例，這主要是因為閃光焊是一項操作簡便，并且生產效率極高的焊接技術。在焊接的過程中，確保鋼軌焊接的無縫是首要目標，但是，由于鋼軌焊接的位置和工藝比較復雜多樣，因此在進行焊接的過程中，仍然會出現一些裂紋。這些裂紋可以按照斷口的形狀和微觀形貌，以及金相組織來進行分析，找出其斷裂的原因，從而進行解決。

1.2 裂縫位置的分析

在鋼軌裂縫最低的地方，我們把它稱作軌腰焊縫中部，如圖1。該處的裂縫長度通常在185毫米左右，這種裂縫的產生與焊瘤具有一定的關系，通常來說，裂縫較大，其焊瘤程度也較高。裂縫越大的位置，在焊接的過程中，則會受到更多鐵水的灌注，進而金屬產生溶解，在冷卻后則會形成更大的焊瘤。

圖1 鋼軌裂縫位置

1.3 斷口的分析

為了確保對鋼軌裂紋部位的分析，采用切割實驗。如圖2，將鋼軌裂紋部位用人工技術來進行縱向切割后會發現，會發現兩側的焊瘤高度不同，造成焊瘤處所承受的力不同。通常在整個裂紋的斷口處會出現環狀擴散，這說明在裂紋起源的地方已經出現疲勞斷裂形式。而在焊縫中心兩側的裂紋，則呈現樹形的擴散模式。當然，在離焊縫中心更近的地方，則呈現河流狀擴散的方式。裂紋起源點的微觀狀態通常與灰色斑點并存。而且在灰色斑點區域中，可以清楚地看到裂紋可見裂紋起源于焊瘤的拐角點。軌腰斷裂面的中部位置，也存在一定的裂紋，這些裂紋呈現河流擴展的方式，因此，存在一定的斷裂特性。

圖2 斷口的分析

1.4 金相顯微分析

對焊接裂縫的熱影響區進行組織分析可以發現，如圖3，在裂紋區域存在珠光體和網狀鐵素體的結構，除此之外，還能發現馬氏體和貝氏體組織，這些組織通常為非異常組織，而且也屬于我國對鋼軌焊接技術條件要求中的合理組織。

圖3 金相組織分析

2 裂紋產生的原因分析

2.1 焊接工作人員的因素

焊接工作是一項精度要求非常高的工作，尤其在焊接的過程中，對于焊瘤的殘留度必須保證在一定的范圍內。但是，部分焊接工作人員，在工作的過程中，因為操作熟練度的問題和操作專業度的問題，往往無法保證焊瘤的殘留度，進行焊接的過程中，焊縫兩側的焊瘤有可能存在一定的雜質的殘留，當殘留度較高時，一側的焊瘤則會有較長的拖延。鋼軌母材軌腰的位置很容易夾雜其他的硫化物，但是，硫化物的熔點又不高，容易形成結晶。這也就導致接頭強度出現一定的弱化，一旦在焊瘤轉折處，很容易導致裂紋的形成。

2.2 高寒地區的加護措施不當

閃光焊的工作需求比較復雜，尤其對于高寒地區的作業而言，在焊接的過程中，必須配備必要的加護措施。因本單位實際作業地點集中在東北地區，氣溫相對較低，尤其在冬季，如果要進行焊接工作，就必須考慮周圍惡劣的自然環境，進行一定的加護或預熱工作。防止由于溫度降低過快導致鋼軌焊頭位置內部結構不穩定，容易出現裂縫。

2.3 焊接后的打磨工作進行不佳

通常在焊接完成后，其焊瘤的高度很難精確的控制在規定的范圍內，這就需要在焊接工作完成后進行一定的打磨。但是打磨的過程由于工作人員的操作失誤也存在一定的誤差，造成高低接頭或者錯邊的情況發生，使焊頭兩側所承受的力不同，就會引發斷裂。

2.4 裂紋探測工作不到位

在焊接的過程中，積極地進行裂紋探測，能夠有效避免橫向裂紋的發展與深化。但是，許多焊接工程在進行的過程中，并沒有進行良好的裂紋探測工作，這就很容易導致在焊接的過程中，雖然只是出現了微小的裂紋，但是，在沒有被探測出的情況下，裂紋會深入發展，繼而形成巨大的橫向裂紋。

2.5 焊接技術需要不斷提升

我國的焊接技術在近年來獲得了較快的發展，但是，與西方發達國家相比，焊接技術仍然存在一定的進步空間。之所以會出現橫向裂紋的另一個重要因素，就是閃光焊的技術并不足夠成熟。因此，焊接工程單位應該積極引進先進的焊接技術，同時，對于裂紋的消除技術也應該進一步演進，除此之外，要不斷吸納優秀的焊接工作人才。這樣才能不斷提升我國的焊接技術水準，減少橫向裂紋的產生。

3 減少軌腰橫向裂紋產生的策略方法

為了減少軌腰橫向裂紋的產生，首先，要不斷優化焊接流程和焊接質量。良好的焊接制度和焊接流程才能確保焊瘤的殘留度在標準范圍內，從而減少橫向裂紋的產生。其次，要加強對焊接工作人員的培訓，注重提升焊接人員的技術水平和焊接技能。像東北地區這樣，自然環境惡劣，氣候寒冷的焊接工程，加護以及預熱工作更應該仔細謹慎的進行。而在焊接后的打磨過程中，要著重對應力集中的位置點進行打磨。這樣才能保證在焊接過程中產生的焊瘤高度在一定的范圍內，預防橫向裂紋的產生。最后，及時必要的裂紋探測工作也能很好地避免橫向裂紋的產生。這是因為，在探測的過程中，如果發現微裂紋的出現，則可進行一定的補救工作，而避免裂紋的進一步擴大。

4 結語

閃光焊所產生的裂紋，會影響鋼軌的質量，如處理不及時，造成鋼軌斷裂，還有可能對車輛以及人員造成一定的安全威脅。除此之外，如果鋼軌出現橫向裂紋，證明焊接質量未達標。焊接工程企業的工程信譽度會受到影響。長此以往，還會影響企業的經濟效益。因此，分析橫向裂紋的產生原因，提出解決方案，更有利于企業的長久發展。為了確保焊接質量的提升，應該不斷對焊接過程中的每個因素進行控制。減少焊接過程中橫向裂紋的產生，以便于提升焊軌機的工作效率和工作質量。