钢轨闪光对焊接头断口金相分析

闪光对焊试验报告1. 引言闪光对焊（Flash Welding）是一种常见的金属焊接技术，通过在金属接头处施加电流和压力，使金属迅速加热至熔点，然后迅速冷却，实现金属接头的连接。

本次试验旨在通过对闪光对焊进行参数调整和检测，探究其焊接效果和影响因素。

2. 实验方法2.1 材料准备本次试验所用材料为两块相同材质的金属样品，样品的尺寸为10cm × 5cm × 0.5cm。

2.2 试验步骤1.将两块金属样品准备好，保持表面清洁。

2.在样品的接头位置涂抹金属焊接剂，以提高接触和导电性能。

3.将两块样品固定在试验架上，确保样品之间的接触良好。

4.调整闪光对焊设备的参数，包括电流大小、施加时间和压力大小。

5.进行闪光对焊，记录下焊接时的参数以及实际焊接时间。

6.观察焊接接头的质量，并进行检测和分析。

3. 实验结果3.1 参数调整在本次试验中，我们尝试了不同的参数组合，如表1所示：参数名称参数1参数2参数3电流大小10A15A20A施加时间0.5s1s2s压力大小5kg10kg15kg3.2 焊接质量评估通过检测焊接接头的外观和内部结构，我们评估了不同参数下的焊接质量。

基于观察和测试，我们将焊接质量分为以下三个等级：1.优：焊接接头无明显的裂纹和孔洞，金属结合紧密，焊接强度高。

2.良：焊接接头表面有细微的裂纹或孔洞，但不影响焊接强度。

3.差：焊接接头有明显的裂纹和孔洞，金属结合松散，焊接强度差。

根据实验结果，我们得到了不同参数下的焊接质量如下：•参数组合1：电流大小10A，施加时间0.5s，压力大小5kg，得到的焊接质量为良。

•参数组合2：电流大小15A，施加时间1s，压力大小10kg，得到的焊接质量为优。

•参数组合3：电流大小20A，施加时间2s，压力大小15kg，得到的焊接质量为差。

3.3 结果分析通过对不同参数下的焊接质量评估，我们可以得出以下结论：•电流大小对焊接质量有较大的影响，较大的电流可以提高焊接强度。

高强度热处理钢轨闪光焊接头断裂原因分析自75 kg/m 高强度热处理钢轨大批量生产以来，其以优越的综合服役性能受到国内外重载铁路用户的较高评价［1-5］。

但其性能也存在不足之处，导致在实际应用中出现了接头病害。

国内某厂生产的75 kg/m高强度热处理钢轨在一重载铁路服役过程中，钢轨闪光焊接头处发生断裂。

为查明钢轨出现接头伤损的原因，避免类似事故再次发生，本文对接头断口进行了检验和分析。

1 接头断口理化检验1.1 宏观检验试样为75 kg/m 高强度热处理钢轨闪光焊伤损接头，接头断口的断裂面位于轨底闪光焊缝处，并斜向轨头母材扩展［6］。

钢轨生产日期、炉号和焊接日期不详。

图1 为接头断口宏观及局部放大形貌。

可知，断口宏观显示的河流花纹样为断裂源区，位于接头左轨底角的黑色锈蚀氧化区，该区域长度约62 mm。

局部放大该区域，肉眼可见呈圆弧状的疲劳辉纹从轨底扩展至轨底与轨腰交界圆弧处发生瞬断。

轨底角处可见长约25 mm 的较为平整的光滑区域，疲劳扩展区长约37 mm。

图1 接头断口宏观及局部放大形貌1.2 体视显微镜检验采用LEICA M80 体视显微镜对轨底角黑色氧化区的宏观形貌（见图2）进行观察。

图2（a）为放大7.5倍视场下的平滑区宏观形貌；图2（b）为放大20倍视场下的平滑区局部宏观形貌；图2（c）为放大7.5 倍视场下的平滑区与扩展区交界处宏观形貌；图2（d）为放大7.5 倍视场下的扩展区与瞬断区交界处宏观形貌。

可知：因氧化严重无法观察到轨底角平滑区金属断口特征；疲劳扩展区出现呈圆弧状的疲劳辉纹，并从轨底角向轨底中心区扩展；疲劳辉纹扩展至轨底与轨腰交界圆弧处时接头发生瞬断，瞬断区具有新鲜金属断口特征。

图2 断口体视显微镜检验宏观形貌体视显微镜观察结果表明，闪光焊接头的断裂源区为轨底角处的平滑区。

该区域表面平滑，氧化严重，说明该区域出现的时间较长，接头轨底处的韧塑性较好，裂纹扩展速率缓慢。

1.3 扫描电镜检验采用电火花线切割长度约为65 mm 的轨底角断裂源黑色氧化区试样，用丙酮浸泡并用超声波震荡清洗后，采用2%的盐酸（HCl）水溶液清洗断口表面的锈蚀氧化物，再用丙酮清洗后烘干，制备成电镜观察试样。

浅谈钢轨闪光接触焊工艺参数的选择及常见缺陷的预防措施王洪钢轨闪光接触焊是一种生产效率高、质量稳定可靠的钢轨焊接方法，也是目前国内外运用最为广泛的一种，在我国发展高速铁路事业中起到不可或缺少的作用。

如何取得优质的钢轨闪光焊焊头，是一个复杂的问题，这其中包括设备问题等等。

我们从事钢轨焊接的过程中，除了要考虑焊机的问题外，还要在生产过程中注意钢轨焊前的准备、钢轨焊接过程，焊后焊头的处理和焊头质量的检控等问题，要解决这些问题，从而获得质量可靠的焊接接头，就要建立一个好的焊接工艺参数。

一、钢轨闪光接触焊的可焊性钢轨闪光接触焊是一种以塑性变形再结晶过程为基础的压力焊接方式。

两个待焊轨本身存在电阻，接触处存在接触电阻，当电流流经钢轨时就会产生电阻热量，接触电阻在闪光加热过程中起主要作用，所产生的热量和电阻大小成正比，与电流大小的平方成正比。

在钢轨端部由于电流流经电阻产生热量，使钢轨端部迅速加热、触点被加热烧化，形成金属“过梁”进一步加热，“过梁”加速，“爆炸”形成金属火花从钢轨间隙中射出，这就是闪光，随着钢轨端部温度的提高，闪光就会愈来愈激烈，在闪光加热过程中，钢轨端部逐渐达到溶化温度，在高温下，迅速施加相当大的挤压力，在钢轨相接触的界面上，就会产生塑性变形再结晶过程，使两根钢轨连接成为一个整体，形成焊接接头。

焊接接头质量是与钢轨材料的化学成分、轨种、生产厂家有密切联系，并不是所有的钢轨材料都具有同样的良性的可焊性。

钢轨闪光接触焊的可焊性一般是就工艺可焊性而言的，选择使用合理的焊接工艺过程，使钢轨得到优质焊接接头的能力，在接近或邻近区域内没有裂缝，未焊透，非金属夹杂物等缺陷，并且有良好的综合性能。

对工艺原则可焊性来讲，并不是钢轨材料固定不变的性质，看起来不甚好焊的钢轨，通过新工艺参数的调整后，不好焊接的钢轨也可以变成较好焊接的钢轨了。

二、钢轨闪光接触焊的特点钢轨的种类很多，以化学成分来分，碳钢和合金钢轨使用较多。

钢筋闪光对焊接头脆断质量通病原因分析及防治措施1.通病现象低应力状态下，接头处发生无预兆的突然断裂。

脆断包括淬硬脆断，过热脆断和烧伤脆断,以断口齐平、晶粒很细为特征（图2.3-7）o2.规范标准相关规（(）)《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ 2—20086.5.3受力钢筋连接应符合下列规定：3钢筋焊接接头质量应符合国家现行标准《钢筋焊接及验收规程》JGJ 18的规定和设计要求。

检查数量：外观质量全数检查；力学性能检验按本规范第6.3.4、6.3.5条规定抽样做拉伸试验和冷弯试验。

（2）《钢筋焊接及验收规程》JGJ 18-20125.1.9闪光对焊每批接头取3个做拉伸试验，有2个及以上接头断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，并且其中有1个及以上的抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度，或者符合复验条件的，再取6个接头做拉伸，经复验有3个及以上试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，均判定该批接头不合格。

3.原因分析(1)闪光焊接工艺不当，或焊接电流太强导致温度梯度陡降，冷却速度加快，因而产生淬硬缺陷。

(2)对于某些焊接性能较差的钢筋，焊后热处理效果不良（温度过低，未能取得应有的效果），形成脆断。

（3）次级空载电压（闪光电流密度）过大，导致接头热影响区过热形成过热脆断。

(4)钢筋端头与电极接触处，在焊接时产生熔化状态（局部过热），导致过热脆断。

4.预防措施（1）重视预热作用，掌握预热要领，增加预热程度，力求扩大沿焊件纵向的加热区域,减少温度梯度。

(2)采取正常的烧化过程，使焊件获得符合要求的温度分布。

尽可能平整的端面以及较均匀的熔化金属层，为提高焊件质量创造条件；避免采用过高的变压器级数施焊,提咼加热效果。

(3)正确控制热处理程度，对准焊的IV级钢筋，焊后热处理。

第一，避免快速加热或冷却；第二，正确控制加热温度。

(4)加快临近顶锻时的烧化程度，加快顶锻速度，增大顶锻压力。

（5）在保证稳定闪光的前提下尽量选择较低的次级空载电压（闪光电流密度）,以防止焊接热影响区过热。

焊接接头的⾦相分析实验⼀焊接接头的⾦相分析⼀、实验⽬的1.初步掌握焊接接头⾦相试样的制备⽅法。

2.了解低碳钢、管线钢焊接接头各区域⾦相组织及分布特点。

⼆、实验内容1.⾃制低碳钢焊接接头试样，观察与分析其⾦相组织。

2.对实验室制备好的低碳钢、管线钢试样进⾏⾦相组织观察、分析和⽐对。

三、实验原理⾦属材料焊接成型的过程中，焊接接头的各区域经受了不同的热循环过程，因⽽所获得的组织也有很⼤的差异，从⽽导致机械性能的变化。

对焊接接头进⾏⾦相分析，是对接头性能进⾏分析和鉴定的⼀个重要⼿段，它在科研和⽣产中已得到了⼴泛的应⽤。

焊接接头的⾦相分析包括宏观和显微分析两⽅⾯。

宏观分析的主要内容为：⽤⾁眼、放⼤镜、或低倍显微镜（＜100×）观察与分析焊缝成形、焊缝⾦属结晶⽅向和宏观缺陷等。

图1-1是在50倍显微镜下所观察到的焊接接头的宏观照⽚：图1-1 焊接接头的宏观照⽚ 50X显微分析是借助于光学显微镜或电⼦显微镜（＞100×）进⾏观察、分析焊缝的结晶形态、焊接热影响区的组织、分布特点以及微观缺陷等。

焊接接头由焊缝⾦属、焊接热影响区及母材等三部分组成。

焊缝⾦属的结晶形态及焊接热影响区的组织变化不仅与焊接热循环有关，也和所使⽤的焊接材料及被焊材料有密切的关系。

1.焊缝的交互结晶熔化焊是通过加热使被焊⾦属的联接处达到熔化状态，焊缝⾦属凝固后实现⾦属的联接。

联接处的母材和焊缝⾦属具有交互结晶的特征，图1-2为母材和焊缝⾦属交互结晶的⽰意图。

图1-2 母材和焊缝⾦属的交互结晶由图可见，焊缝⾦属与联接处的母材具有共同的晶粒，即熔池⾦属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中⼼成长的。

这种结晶形式称为交互结晶或联⽣结晶。

当晶体最易长⼤⽅向与散热最快⽅向⼀致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被抑制，这就是所谓的选择长⼤，并形成焊缝中的柱状晶。

2.不易淬⽕钢焊接热影响区⾦属的组织变化不易淬⽕钢包括低碳钢和热轧、正⽕低合⾦钢等。

U71Mn钢轨闪光焊对接接头断裂原因分析钟英华【摘要】随着列车行车速度的提高,钢轨的损坏由过去的磨损转变为各种形式的疲劳损坏,而夹杂物往往被视为显微裂纹的发源地,疲劳裂纹与夹杂物的存在关系密切.非金属夹杂物降低了钢轨的塑性、韧性和疲劳寿命.夹杂物对钢轨疲劳性能影响的具体程度取决于一系列因素,如夹杂物的数量、颗粒大小、形态及分布等.应用肉眼观察、光镜、电镜和能谱分析等方法从宏观和微观两个方面分析成昆线闪光对焊U71Mn钢轨断件的断裂原因.结果表明,本钢轨断件的破坏是由于疲劳裂纹扩展引起的横向断裂,即钢轨核伤；而疲劳裂纹是由闪光焊后残留在焊缝中的硅酸盐非金属夹杂物引起的.%As the train speed increased,damage to rail is changed from wear to various forms of fatigue.Inclusions are often seen as the birthplace of micro cracks, fatigue cracks and inclusions have a close relationship.The inclusions can reduce the plasticity, toughness and fatigue life of the rail.The concrete influence intensity that the performance of the inclusion to rail are decided by a series of factors,such as quantity,particle magnitude,shape and distribution and so on.The fracture of U71Mn rail welded butt jioints was analyzed by visual observation,metallographic microscope,SEM and EDS from macro and micro.The results show that:the cracking of the rail is fatigue-crack propagation,fatigue cracking is caused by silicate-non-metallic inclusions which are residues in the weld after flash welding.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2011(041)012【总页数】5页(P48-52)【关键词】U71Mn钢轨;疲劳断裂;硅酸盐夹杂【作者】钟英华【作者单位】成都铁路局工务处,四川成都 610082【正文语种】中文【中图分类】TG441.7近年来，我国高速铁路快速发展，特别是客专行车速度不断提高。

断口金相分析一、实验目的1、掌握断口宏观分析的方法，了解断口宏观分析的意义及典型宏观断口的形貌特征。

2、了解扫描电镜在断口分析中的应用，识别几种常见断口的微观形貌。

二、实验设备及试样1、实验设备：低倍体式显微镜、扫描电子显微镜。

2、试样：铸铁及低碳钢拉伸断口、氢脆断口、疲劳断口、系列冲击断口，过热过烧断口等等。

四、实验内容钢材或金属构件断裂后，破坏部分的外观形貌通称断口。

断裂是金属材料在不同情况下当局部破断发展到临界裂纹尺寸，剩余截面不能承受外界载荷时发生的完全破断现象。

由于金属材料中的裂纹扩展方向总是遵循最小阻力路线，因此断口一般也是材料中性能最弱或零件中应力最大的部位。

断口型貌十分真实地记录了裂纹的起因、扩展和断裂的过程，因此它不仅是研究断裂过程微观机制的基础，同时也是分析断裂原因的可靠依据。

断口分析中分宏观断口分析与微观断口分析两类，它们各有特点，相互补充，是整个断口分析中互相关联的两个阶段。

（一）宏观断口分观宏观断口分析：用肉眼、放大镜、低倍实体显微镜来观察断口形貌特征，断裂源的位置、裂纹扩展方向以及各种因素对断口形貌特征的影响称断口宏观分析。

从断裂机理可知，任何断裂过程总是包括裂纹形成，缓慢扩展、快速扩展至瞬时断裂几个阶段。

通过宏观断口分析人们可以看到，由于材质不同，受载情况不同，上述各断裂阶段在断口上留下的痕迹也不相同，因此我们掌握了常见宏观录了裂纹的起因、扩展和断裂的过程，因此它不仅是研究断裂过程微观机制的基断口特征以后，就可在事故分析中根据宏观断口特征来推测断裂过程和断裂原因，本实验主要观察下列几种断口：a）拉伸试样断口：材料为：低碳钢、铸铁。

断口特征：低碳钢拉伸断口外形呈杯锥状，整个断口可分三个区，中心部位为灰色纤维区，纤维区四周为辐射状裂纹扩展区，边缘是剪切唇区，剪切唇与拉伸应力轴交角为 45°。

铸铁拉伸试样断口为结晶状断口，呈光亮的金属光泽，断口平齐。

b）疲劳断口断口特征：轴类零件多在交变应力下工作，发生疲劳断裂后宏观断口上常可看到光滑区和粗糙区两部分，前者为疲劳裂纹形成和扩展区，有时可见贝纹线，蛤壳状或海滩波纹状花样，这种特征迹线是机器开动和停止时，或应力幅发生突变时疲劳裂纹扩展过程中留下的痕迹，是疲劳宏观断口的重要特征。