钢轨接触焊灰斑的生成机理及控制

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。

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。

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。

将进一步对科学化、成本化。

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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。

钢轨接头病害的成因与防治措施浅析1导论我国的铁路建设事业已经走在了世界的先进行列，如今随着高铁事业的腾飞发展，钢轨建设工作也成为了重要的关注点。

尽管我国已经在该项领域达到了世界先进水平，但在钢轨接头的工作上仍有待改进。

作为我国铁路线路检修工作中的薄弱环节之一，钢轨接头的工作就成为了维修、保养工作的重要组成部分。

钢轨接头病害的现象大量存在，产生钢轨接头的病害因素有很多，以下笔者将一一进行分析和探讨。

2钢轨接头病害的原因引起钢轨接头病害的原因有很多，主要是以下几点：（1）钢轨接头构造不规范钢轨接头的构造应该严格规范，每一个接头的构造都要严格遵守轨道建造标准指标。

钢轨接头构造如果不符合构造时的要求，就会造成钢轨接头病害。

车轮经过时，就会造成台阶和折角问题，而且这种现象也增大了接头处的压力，最终使轨道出现问题。

这是钢轨接头病害产生的先天性原因，是在构造时就存在的隐患[1]。

（2）钢轨接头附加不平顺钢轨接头附加不平顺是指在运营时造成的钢轨接头病害的原因，相比于先天性的因素，运营时的问题隐患更加复杂。

它可能是因为钢轨结构薄弱、磨损消耗太大，而且钢轨材质弹性差的原因所致。

这些问题在检查时，需要逐一考虑、逐一纠正。

（3）钢轨接头动态不合理钢轨接头动态不合理主要体现在两个方面：一是轨道线路存在暗坑吊板和道床的问题，致使轨道弹性不均匀，造成轨道下沉。

另一方面是，轨道弹性和荷载波动不在正常范围内，致使轨道接触轨迹的波形难以控制，也不在预期的正常范围内。

（4）维修工作质量低日常的维修工作也是保证钢轨正常运行、接头正常的保障。

钢轨接头病害的另一大因素就是钢轨维修工作的质量低，主要是：一维修人员工作方法不当，没有严格按照钢轨接头的维修检查工作的标准。

例如，接头轨枕空吊不能及时处理、接头捣固工作完成质量低、石砟密实工作不到位等[2]。

二是维修人员工作态度不够，对于检查、维修工作执行力度低，对列车运行造成的钢轨接头松懈、弹条崩断、接头螺栓断裂、胶垫压溃等问题没有很好解决。

钢轨接头病害的成因分析和整治措施摘要：钢轨接头夹板的强度、刚度的不足会造成钢轨接头结构薄弱，而接头养护维修工作中，接头螺栓扭拒不足、接头轨枕扣件不密靠等因素，加大了轨道结构的不连续性。

钢轨接头结构上的不平顺主要是接头轨缝，轨缝愈大，台阶愈大，折角愈大，轮轨间的冲击愈大。

轨面在接头区的不均匀磨耗是轨面不平顺的另一种形式。

钢轨接头在结构上的不连续和轨面不平顺是接头病害的成因。

加强轨缝和接头部位零部件的养护，保持合理的轨缝值、定期检查螺检扭矩和扣件，进行起道捣固作业，整治道床板结和翻浆，轨面打磨和焊补整修、改善轨下垫层弹性等综合整治措施，能够有效控制接头病害的产生和发展。

关键词：钢轨接头病害；轨道结构；轨面；不平顺；工务维修；养护Abstract：The strength and stiffness of rail joint splints deficiency can cause rail joint structure is weak, and the joint in the maintenance and repair work, joint bolt twisting rejected insufficiency, the fastener is not close by factors such as joint sleeper, increases the discontinuity of the track structure. Rail joint structure on the rail irregularity mainly joint seam, the greater the rail gap, the greater the steps, the greater the Angle, the greater the impact between wheel/rail. Rail surface uneven abrasion in the joint area is another form of rail surface irregularities. Rail joint on the structure of discontinuous and rail surface irregularities are the cause of joint disease. Strengthen rail gap and joint parts parts maintenance and keep the reasonable rail gap value, regularly check the screw torque and fasteners, way tamping operations, regulation harden and ballast pumping, rail surface grinding and weld repair, improve the comprehensive improvement measures, such as rail pad under elastic can effectively control the emergence and development of joint disease.Keypoint：Rail joint diseases; Track structure; Rail surface; Not smooth; Public works maintenance; maintenance钢轨接头是轨道的薄弱环节，是工务部门日常维修的重点，接头的养护维修工作量占到轨道维修工作量的60%~70% 。