钢轨接触焊灰斑的生成机理及减少的方法

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1、钢轨接触焊灰斑的生成机理及减少的方法

2、第1第1钢轨接触焊灰斑的生成机理及减少的方法张建新郭俊文（摘要：本文对钢轨接触焊灰斑的生成机理进行了论述，同时还就在工艺上如何减少灰斑进行了方向性的分析。关键词：钢轨接触焊、灰斑、生成机理、焊接工艺、减少0引言1.概说：灰斑是钢轨接触焊工艺中一种特有缺陷，也是该工艺中的主要缺陷。在落锤试验（或静弯试验）中，沿着断裂脊的方向，可以看到灰斑经常是断裂源。由于钢轨钢向高合金高强度的方向发展。灰斑对于落锤试验的合格已形成越来越大的威胁。一个面积不超限的灰斑也会使试验不合格。观察到灰斑产生的位置常在钢轨中和轴以下，特别是在轨底两脚

3、处和轨底三角区上，但这并不表明轨头上没有，因为钢轨正立位断裂的走向，在中和轴以上不是正断，而是剪断断裂离开了熔合线，所以我们观察不到。在役钢轨的核伤（白核黑核）也许与轨头的灰斑有关。但由于疲劳过程裂口的反复张合，已使灰斑形貌荡然无存。在分析接触焊断口时，我们也常以灰斑来确定熔合面的位置，然后观察两边过热区晶粒张大交错撕裂的情况。如果焊缝经过正火，则断面的撕裂状就不明显了。2．灰斑形貌的分析灰斑的平面几何形状，出现的位置和反光亮度（灰斑面的平滑度）是不相同的，其危害也不相同。铁科院陈大中等对灰斑的电镜形态做了详细的研究，这里试图把宏观形貌和显微形貌结合分析。灰

4、斑在断口上明显地与周围金属的断裂面不同，但应与硫化物夹杂相区别，钢中硫化物夹杂在顶锻时，受纵向向横向挤压，其缺陷面与熔合面有近似45度的角度，且缺陷面上有木纹状条带。通常我们不认为它是灰斑。从灰斑的几何形态来说，有圆形，常出现在挤出阻力各向均等的轨底三角区，还有长圆形，长条形，由于顶锻的作用向流出阻力小的方向拉长的迹象，我们可以看出它们原来是圆形。其反光的亮度，从暗灰，灰，至发亮，也表征灰斑面上的平整度。颜色越暗表明电镜下的韧窝组织越多。即硅酸盐夹杂型灰斑，这种灰斑在小试样拉伸时强度下降不多，只比母材下降5%左右。而至发亮则属于枝晶露头型灰斑，既空洞型灰斑，

5、它的Rm下降就很多。一般大多数灰斑均属前者，所以做静弯试验易合格，而做落锤这样的冲击试验，加载速度很快，则不易合格。还有一种灰斑几何形状在顶锻挤出方向，呈大片直向挤出，其挤出方向边线非常直，看不出原来是由圆形演变而成。且反光亮度呈银白色，这是熔合面上液态层的残留电镜分析是氧化亚铁，属氧化铁型灰斑。它的强度也很低。一般出现时面积较大，静弯，落锤均不合格。1．灰斑产生的机理1.1概说关于灰斑产生的机理，国外文献很少提到，这可能是因为a.国外只做静弯试验，灰斑对静弯影响小，达到合格值后不压断。b.国外钢轨硅锰铝金属含量低，一般强度级较低，且有相当多的铬镍合金轨，接

6、触闪光焊时不易产生灰斑。c.国外冶金技术水平高，钢中夹杂物含量少。在中国用接触方法焊接钢轨仅有三十多年的历史，对灰斑的产生机理还处在经验阶段，因此有不同的看法，归纳起来有三种：a.火坑残留说b.顶锻挤出说c.钢材疏松杂质说。1.2火坑残留说接触闪光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，称火坑。如果爆破剧烈出现火坑较大较深。随后该处即不参与后续闪光过程，而坑内的硅锰铝三种元素，电极电位均高于铁，与侵入空气中的氧反应成硅铝酸盐，该盐熔点高，生成后呈固态流动性差，钉扎在融化面上，如果坑深，在顶锻时不易排挤出而残留，从而生成硅酸盐夹杂型

7、灰斑，如果坑中来不及氧化（形成离顶锻时很近）顶端力不够大则为枝晶露头型灰斑。支持这种说法的是，如果将闪光中断，可以见到接触焊两端面密密麻麻的大小对称的圆坑，从断口的灰斑几何形状看，也可看出是圆形挤压形成。从以上分析来看，就要求闪光不能过于剧烈，要求细密而不中断,K系焊机（乌克兰机）和Z系焊机（瑞典机）都采用脉冲闪光技术，对大闪光电流进行干扰不使它生成。因此这两种焊机产生灰斑的几率较低。而G系焊机（瑞士机）采用电流反馈控制由于液压反应的滞后和电路系统滞后，我们常见到闪平过程中电流已经超出予设值，而液压滞后不能后退，持续12.2秒的大电流。这就是G系列焊机灰斑较

8、多的原因。因此对它在烧化阶段的几个参数的匹配是很重要的。在这方面侯启孝等采用正交法优化参数是一个很好的方法。在笔者单位对G系焊机的电路系统滞后问题进行成功的改进，它的基本原理是焊机是一个变化电流的感性负载，感性负载的特点是反馈控制要降电流时，磁场反而要产生一个暂短的升电流，使闪光更剧烈，这样就需要接入电容，使负载电感量下降。但是由于电路中反馈控制的晶闸管不断变化导通角，产生高次谐波电流通过电容，使电容负荷加大，电容很快被击穿。因此要补入电容首先要消除高次谐波，才能使这个功能实现，经过改进后的供电，闪光阶段的电流高峰显著削低，过剧烈的闪光被抑制。此后将出专文介

9、绍这项改进。从以上分析可见，闪光接触焊中火坑是必然要