钢轨接触焊灰斑的生成机理及控制
U71Mn钢轨闪光焊接头暗色灰斑成因及消除方法
2020年6月（总第404期）·38·质量管理QUALITY MANAGEMENT第48卷Vol.48第6期No.6铁道技术监督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2020-03-23作者简介：陈志强，工程师1概述灰斑作为钢轨闪光焊接头的一种常见缺陷，在很大程度上影响着钢轨接头的力学性能。
内部无缺陷的闪光焊接头，在不做任何处理的前提下，实施高度为3.1m 的落锤试验，可抗3次锤击的概率超过90%；而内部存在灰斑缺陷的闪光焊接头，抗锤能力有所下降，尤其是灰斑面积超过15mm 2，或灰斑处于轨底脚轮廓边缘（露头）的位置时，1次锤断的概率几乎为100%。
对于移动式钢轨闪光焊而言，受施工环境、焊接设备动态性能的影响，很难彻底消除灰斑，只能参考落锤试验和超声波探伤结果，不断优化焊接工艺参数，最终选择1组焊接接头灰斑相对较少、性能满足标准要求的焊接参数用以生产。
在现场落锤试验过程中，调试人员通常通过肉眼观察钢轨接头落锤试验断口，根据颜色，将灰斑分为2类，一类为暗色灰斑，一类为亮色灰斑。
一般情况下，当成分偏析导致烧化过程中形成的硅酸盐、锰酸盐等较多时，灰斑为暗色；当保护气氛被破坏，产生氧化时，灰斑为亮色。
青岛—连云港铁路正线使用的是“攀钢U71Mn G ”钢轨，在进场的2台移动式闪光焊焊机前期焊接工艺调试中，试验接头均出现不同程度的暗色灰斑。
试验结果显示：①暗色灰斑主要分布在距离轨底脚边缘20mm ～30mm 处，三角区与轨腰出现较少，轨顶几乎没有出现；②当暗色灰斑面积较小，所处位置距离断面轮廓边缘较远时，无法用超声波探伤手段探测到这种暗色灰斑。
暗色灰斑虽然面积小，并且位置远离轮廓边缘，对接头的性能影响很小，但是，以移动式焊机的性能，无法保证每个接头的灰斑位置、大小都完全相同。
鉴于暗色灰斑通过无损检测手段很难发现，为防止暗色灰斑对线路安全质量造成影响，必须通过调试焊接工艺，将暗色灰斑出现概率尽可能降到最低。
钢轨闪光焊灰斑缺陷形成原因及预防方法
钢轨闪光焊灰斑缺陷形成原因及预防方法丁韦;李力;赵国;王莹莹;高振坤;宋宏图【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2018(058)010【摘要】在钢轨闪光焊接过程中,母材中的MnS夹杂物从焊接过热区溶于焊缝金属.在焊接末期的连续闪光阶段,出现大的过梁爆破,形成暴露于空气的空洞,使焊缝金属中的Mn和Si在高温下与氧气发生反应,形成硅酸盐夹杂物,构成灰斑缺陷,其中Mn约占40％～50％.对比试验发现,U71Mn钢轨的MnS夹杂物和Mn含量分别是U75V钢轨的2倍和1.2倍;对U71Mn和U75V钢轨闪光焊接头分别进行静弯和落锤试验,经统计,U71Mn钢轨断口灰斑面积分别是U75V钢轨的4.5倍和2.3倍.试验结果表明,钢轨母材中的MnS含量与焊缝金属中灰斑面积成正比.控制母材中的MnS含量可有效降低焊缝断口灰斑面积,从而提高钢轨闪光焊接头强度.【总页数】4页(P128-131)【作者】丁韦;李力;赵国;王莹莹;高振坤;宋宏图【作者单位】中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U213.9+2【相关文献】1.钢轨闪光焊接亮灰斑的成因及消除 [J], 吴九阳2.钢轨闪光焊接灰斑分析与控制 [J], 黎伟3.钢轨闪光焊接头灰斑特性及成因分析 [J], 高伟4.U71Mn钢轨闪光焊接头暗色灰斑成因及消除方法 [J], 陈志强5.钢轨闪光焊灰斑缺陷的形成过程 [J], 王莹莹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【豆丁-精品】-钢轨接头病害成因及其整治方法探讨
１ 力学模型
在定向井中 带 有 扶 正 器 的 抽 油 杆 柱 ， 可以简化为有初 弯曲的纵横弯 曲 连 续 梁 。 每 一 个 扶 正 器 相 当 于 一 个 球 铰 相邻的扶正器与中间 的 杆 柱 段 ， 组 成 一 个 简 支 梁。各 个 支， 简支梁相互首尾 衔 接 地 连 接 起 来 ， 象一条长长的多节鞭往 复运动在油管 中 间 。 同 时 ， 在该杆柱上还作用着各种纵向 （ 、 、 力 如轴向力 摩 擦 力 重 力 的 切 向 分 力 等 ） 和横向力（ 如正 ， 支反力 、 重 力 的 法 向 分 力 等） 从 整 体 和 宏 观 上 看， 由 压力 、 于长细比极大 ， 它可以作为柔 杆 处 理 ； 但是从局部和某个微 它又 是 具 有 刚 度 的 一 段 钢 杆 。 将 抽 油 杆 柱 插 进 元段来看 ， 一个狭长 、 弯曲的管子中 时 ， 会 使 它 形 成 初 弯 曲。这 种 初 弯 曲的挠度曲线 ， 一般认为是和定向井的井眼轨迹中心线相 重合的 ， 这是一种常规的 简 化 处 理 方 法 。 在 此 基 础 上 ， 在杆 横 载 荷 的 联 合 作 用 下， 杆 柱 发 生 进 一 步 变 形， 柱的各种纵 、 即形成了它在油管中的实际状态 。 ） 及时 清 筛 接 头 范 围 内 的 脏 污 道 床。特 别 是 接 头 的 ５ （ 也 可 换 填 优 质 较 小 的 道 碴。 因 此 两根或六根轨 枕 下 道 床 ， 接头道碴要有计划的清筛 ， 及时消除边坡土垅 。 ２． ２ 及时消灭钢轨接头错牙 （ ） 调整垫片的形状 ， 垫片的长度 为 ３ 形状 １ ６ ０～４ ０ ０ ｍｍ， 其 上 有 ３ 个 螺 栓 孔， 空距与鱼尾板孔相 和鱼 尾 板 相 匹 配 ， 同， 孔的大小与 钢 轨 相 同 ， 板 厚 为 １． 可调整为 ２～２． ５ ｍｍ（ 。使 用 方 法， 根据调查出的接头左右错 ２． ４～５ ｍｍ 的错牙 ） 牙的数值 ， 选择不通厚度的调 整 垫 片 ， 安装时先将其病害处 的鱼尾板卸下 ， 根据错牙的方向在鱼尾板两内侧对向安设 调整垫片 ， 再上齐鱼尾板 和 螺 栓 ， 拧 紧 扣 压 力。即 可 使 接 头 恢复到标准状 态 。 对 因 接 头 硬 弯 而 造 成 的 错 牙 ， 必须采取 先直后调整的方法来解决 。 （ ） 拧紧夹 板 螺 栓 ， 保 证 夹 板 与 轨 额 间 密 贴， 经常保持 ２ 接头坚固 ， 减少 夹 板 和 轨 端 的 磨 耗 。 最 好 是 月 维 修 公 里 全 面拧紧一次 ， 其他线路应随着 补 修 地 段 而 拧 紧 ， 巡道工及时 发现及时拧紧 。 ） （ 及 时 更 换 失 效、 伤 损 轨 枕。 更 换 接 头 部 位 伤 损 轨 ３ 枕， 要两根一起换下 ， 以保 证 受 力 均 衡 。 重 载 线 路 应 更 换 重 量、 枕底 、 枕侧面积大的 Ｉ 一个接头应 换 上 ４ 根 Ｉ Ｉ Ｉ型轨枕 ， Ｉ Ｉ 型轨枕 ， 减缓道床的积累变 形 。 要 利 用 “ 天 窗” 作 业， 确保行 车安全 。 要保证锚固的工艺 质 量 ， 加 强 扣 件 螺 栓 紧 固， 以有 效预防螺栓及扣件崩断 、 失 效。加 强 钢 轨 接 头 病 害 整 治， 要 工艺和 方 法 ， 必 须 进 行 综 合 整 治。要 以 保 重视采用新设备 、
钢轨接头病害的成因及整治方法
钢轨接头病害的成因及整治方法摘要：钢轨接头是轨道线路设备薄弱之一，在城市轨道交通运营中接头病害是影响设备质量的重要原因之一。
所以，需要结合接头病害情况进行成因分析，制定出有效的解决方案，对症下药的开展综合整治，从源头上去控制钢轨接头的病害发生，提升轨道接头的质量，增强轨道设备总体稳定性。
本文对导致钢轨接头病害产生的原因进行了分析和介绍，并整理了对应的综合整治方法，供相关人士参考交流。
关键词：钢轨接头；病害成因；整治方法；引言：钢轨的接头经过长期的使用后，就会发生各种各样的病害。
因此，除了开展必要的维修和保养，还要分析病害的成因，同时采取有效的措施去减少病害的出现，综合治理病害。
钢轨接头处的质量不良会严重影响到轨道线路的综合水平，同时，还会对列车的安全运行产生一定程度的影响。
所以，一定要重视对钢轨接头的养护工作，减少病害的产生，及时纠正不恰当的养护维修方法。
一、造成钢轨接头病害的成因（一）接头轨面破损、裂纹产生的原因钢轨不均匀磨耗、轨端掉块、压溃、擦伤、螺孔裂纹、夹板弯曲或裂纹等病害是由于钢轨接头处轮轨冲击力大，致使连接零件功能降低甚至失效引起线路爬行，接头出现了大轨缝。
正是因为钢轨接头处轨缝的存在，导致其受到冲击荷载的作用大于钢轨的其他部位，从而产生接头病害。
普通钢轨接头承受的冲击荷载是其他部位的的1.5倍左右，而轨缝增大4mm，钢轨接头承受的冲击荷载则增大到其他部位的三倍左右。
由于钢轨接头冲击荷载的增加，加大了接头轨面破损、夹板弯曲折断或混凝土轨枕损坏破裂等病害的形成机率，另外列车不均匀制动时，车轮在轨面上产生有害滑动，轨面会出现擦伤等现象，这些病害的出现，又增加了接头处线路的不平顺性从而使机车车辆对接头的冲击力再次增大，线路变形加剧，并导致接头病害的进一步发展，更是增加了维修养护工作的工作量。
1.道床翻浆、厚度、碴肩宽度不足等病害由于接头病害的产生，未及时得到处置，从而增大接头处的附加动力，轨缝愈大，台阶愈大，轮轨之间的冲击力愈大，从而引发道床脏污翻浆冒泥、道床板结坍塌，导致碴肩宽度不足，道床失去弹性和排水功能、轨枕间距不正、歪斜等病害，这些病害如果处理不及时，列车在通过接头，特别是曲线接头时产生的离心力增大而形成接头支嘴，破坏线路方向，引起轨距递变率超标造成轨道不平顺、几何尺寸超限、轨枕空吊、折断，改变了车轮的运行轨迹增加了车轮对轨道的冲击力和破坏，使线路状况恶化。
钢轨焊接缺陷的产生及预防
氧化所造成的。
其主要的一些断口缺陷形貌如下图所示:
图1图2
图3图4
图1和图4所示的缺陷在闪光焊中比较常见,主要表现为成片白色条斑和断口平齐,是由于参数配置不合理造成的,平齐断口一般是由于热输入不足造成的。
图2所示的为比较大的灰斑,这种缺陷有的时候虽然很大,但一般不会成为裂源,图3所示的缺陷虽然不大,对焊缝强度影响却很大,尤其是当其缺陷延伸到边缘时,则很容易成为裂。
祛除灰斑缺陷一直是闪光焊参数调试过程中不可忽视的一个重要环节。
焊接缺陷的危害及预防方法
焊接缺陷对钢轨焊接接头的强度影响很大,不同的缺陷会带来不同的影响,但对于火车运行来说都是非常危险的。
所以我们要明确每一种焊接缺陷所带来的危害,并制定相应的预防措施来保证安全。
气孔减少了焊缝的有效截面积使焊缝疏松,从而降低了接头的强降低塑性,同时还会引起应力集中,而点状夹渣的危害与气孔相似
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,决不能应付了事。
因此二者的联合控制。
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采用切实可行措施和方案。
钢轨接触焊灰斑的生成机理及控制
钢轨接触焊灰斑的生成机理及控制铁路钢轨接触焊质量检查结果表明，灰斑已成为无缝线路钢轨焊接接头中最突出的缺陷。
在落锤和静弯试验中，灰斑是主要的断裂源。
目前，由于在各国焊轨生产中还没有行之有效的灰斑无损检测手段，也不能借助热处理来消除，因此，必须加强对其生成机理的研究，寻求在工艺上消除灰斑的办法。
1灰斑形貌特征灰斑缺陷主要出现在轨底和三角区部位，形状极不规则，常见的有长圆形和长条形，其中长条形的原貌仍是圆形，只是由于顶锻作用使阻力小的边拉长所致。
在焊接接头断口上，灰斑典型的颜色是浅灰色和深灰色，表面较周围基体平坦，有时表面上还有大量的反光亮点。
颜色越暗，韧窝组织越多，属于硅酸盐夹杂型灰斑;灰斑颜色发亮则属于枝晶露头型灰斑，即空洞型灰斑;若反光亮度呈银白色，属氧化铁型灰斑。
硅酸盐夹杂型灰斑对小试样拉伸强度影响不大，强度只比母材下降5%;空洞型灰斑对拉伸强度影响较大;氧化铁型灰斑强度很低，一般出现时面积较大，静弯、落锤试验均不合格。
大多数灰斑属硅酸盐同化型，静弯试验易合格，但强度较难满足落锤试验要求。
2灰斑产生机理1)灰斑源于火坑残留物。
接触焊的本质是液态金属过梁的爆破，爆破后过梁的两端各留下一个圆形的坑，称为火坑。
如果爆破剧烈，出现的火坑则较大较深，随后该处即不参与后续闪光过程，而坑内硅锰铝三种元素的电机电位均高于铁，与侵人空气中的氧反应生成硅铝酸盐，由于硅铝酸盐熔点高，生成后呈固态，流动性差，易固结在融化面上，如果火坑比较深，硅锰铝在顶锻时不易排挤出而残留在坑内，从而生成硅酸盐夹杂型灰斑;如果坑中的硅锰铝来不及氧化，顶锻力不够大，则为枝晶露头型灰斑，其特征是，如果将闪光中断，可以见到接触焊两端密密麻麻大小对称的圆坑，因此焊接时要求闪光不能过于剧烈，且应细密而不中断。
K系焊机(乌克兰焊机)和Z系焊机(瑞典焊机)都采用脉冲闪光技术，产生灰斑的几率较低。
而G系焊机(瑞士焊机)采用电流反馈控制，在闪光过程中电流已经超出预设值，由于液压滞后的原因，出现持续12.2 s的大电流，易产生较多灰斑。
浅谈钢轨接头病害的成因和整治措施
一种是线路存在暗坑吊板和道床不均匀的弹性下沉 � 这 2 种不平顺只有在动态情况下才能表现出来 �线路 的动态不平顺增大了列车运行中的冲击和振动 �有的 养护单位使用厚度不等 �弹性不均的轨下垫板以及线 路养护质量不良，都加剧了轨道动态不平顺� 1. 2 钢轨低接头的主要原因 �接头出现压堆� 破损和马鞍形病害，增大了列 车冲击； �接头捣固不实，有空吊板； �接头轨枕失效，抗压能力减弱； �夹板有上下弯，过车时轨头上下摆动； �线路爬行，轨枕位置移动； �轨缝过大，轨头高低不平 � 1. 3 钢轨接头病害分类 （ 1 ） 按接头轨面状态分：低扣接头� 磨耗不均匀 接头 �错牙接头� 金属剥离接头 �大轨缝 � （ 2 ） 按接头道床状态分：翻浆接头 � 翻白接头 � 溜塌接头 �硬结接头� （ 3 ） 按接头的结构状态分：接头夹板下弯 �上缘 磨蚀 � 夹板螺栓的螺帽扭矩不足；扣件螺帽扭矩不 足 �扣板或轨距挡板不密贴 �扣件失效等 � 2 钢轨接头的养护及病害整治 钢轨接头病害的成因是多方面的，其整治也应采 取综合整治方式，才能有效控制接头病害的发生和发 展 � 钢轨接头的养护及病害整治可以 从 5 个方面着 手� 2. 1 加强轨缝及接头零部件的养护 及时调整轨缝 �大轨缝是造成接头病害的重要原 因，因此轨缝必须符合规定要求 �包括轨缝要始终保
第 4期 （总第 122 期 ）
同
煤
科
技 � 13�
� � � � � 200 9 年 12 月
浅谈钢轨接头病害的成因和整治措施
毛一凡 摘 要 分析认为钢轨接头病害的根本原因在于轨道接头存在轨道结构上的不连续和轨面的不平顺 �指出
接头的养护及病害整治可以从加强轨缝及接头零部件的养护� 合理起道捣固作业 �整治接头部位的道床 �整修 轨面打磨鞍形接头� 改善轨下垫层弹性来着手� 关键词 钢轨接头；接头病害；接头养护；病害整治 中图分类号 213. 4+ 6 文献标识码 文章编号 1000-4866 （ 2009） 04-0013-02
浅析钢轨闪光接触焊接缺陷的产生及预防
在焊接过程 中，熔化 的液态金属过梁爆破 ，形成 大 的火坑 ，在顶锻时来不及 闭合 ；或者某些杂质元素
时未夹紧 、打滑 ；顶锻速度太低或带 电顶锻时 间过小
等 。增 加 顶锻 压 力 和 带 电顶 锻 时 间 ，调 整 送 进 速 度 可 以控 制 未 焊透 的产 生 。
（ 四）疏松
二 、焊 接 接 头 内部缺 陷 的产 生 原 因和预 防 措施
内部缺 陷的产 生往往和母材材质 、焊接工 艺参数 及 设备有关，有些 内部缺 陷我们可 以通过调整焊接 生
程 中尽量保持稳 定，减 少氧 化，再采用合 适的顶锻力 和顶端速度 能减少夹渣 的产生 。 （ 未焊透 三） 未焊透是指钢轨母材之 间未 能完全结合 的部 分，
济南焊轨基地 白建立 以来 ，就用Ｇ Ａ ８ ／ ８ 焊机 Ａ Ｓ０５ ０ 采用闪光焊工艺焊接钢轨 ，这是一种 生产 效率高，质 量最为稳定可靠 的钢轨焊接方法 ，也是 目前国 内外使
用 最 为 广 泛 的一 种 钢 轨 焊 接 方 法 。但 在 焊 接 过程 中 ，
பைடு நூலகம்
氧化后没被挤 出，从而形成灰斑 。灰斑 是钢 轨闪光接 触焊工艺 中一种特有缺 陷，也是焊 缝中出现最多的缺 陷。灰斑 的存在使得钢轨成 为非连 续均匀 介质，使得
通过 增大推 凸余量 ，增加打磨厚度 ，当推土余粮打磨 掉后 ，多数微裂纹 即被消除。
（ 表 面划 伤 四） 钢 轨 被 利 器 划 伤 ，在 划 伤 部 位 产 生 应 力 集 中 ，如
疏松一般发 生在半熔 化区里 ，这个区域液相和 固 相 并存 ，在顶锻 力不足 的情况下 ，冷却收缩产生 的细
ｄ ： 隙 不 能 够 被 及 时 弥 补 ，则 会 形 成 疏 松 。 由于 疏 松 ，Ｌ ｆ
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钢轨接触焊灰斑的生成机理及控制
通过对钢执接触焊灰斑形貌特征的描述和灰斑生成机理的分析，介绍钢轨接触焊工艺中控制灰斑产生的方法。
铁路钢轨接触焊质量检查结果表明，灰斑已成为无缝线路钢轨焊接接头中最
突出的缺陷。
在落锤和静弯试验中，灰斑是主要的断裂源。
目前，由于在各国焊
轨生产中还没有行之有效的灰斑无损检测手段，也不能借助热处理来消除，因此，必须加强对其生成机理的研究，寻求在工艺上消除灰斑的办法。
1 灰斑形貌特征
灰斑缺陷主要出现在轨底和三角区部位，形状极不规则，常见的有长圆形和长条形，其中长条形的原貌仍是圆形，只是由于顶锻作用使阻力小的边拉长所致。
在焊接接头断口上，灰斑典型的颜色是浅灰色和深灰色，表面较周围基体平
坦，有时表面上还有大量的反光亮点。
颜色越暗，韧窝组织越多，属于硅酸盐夹
杂型灰斑;灰斑颜色发亮则属于枝晶露头型灰斑，即空洞型灰斑;若反光亮度呈银白色，属氧化铁型灰斑。
硅酸盐夹杂型灰斑对小试样拉伸强度影响不大，强度只比母材下降5%;空洞型灰斑对拉伸强度影响较大;氧化铁型灰斑强度很低，一般出现时面积较大，静弯、落锤试验均不合格。
大多数灰斑属硅酸盐夹杂型，静弯试验易合格，但强度较难满足落锤试验要求。
2 灰斑产生机理。