作者單位：中國鐵路廣州局集團有限公司廣州工務大修段，廣州510100

作者簡介：鄒良甫，男，工程師。

摘要：灰斑是鋼軌閃光焊接頭的常見內在缺陷，很大程度影響著接頭的內在質量，具有發(fā)生率高、出現(xiàn)部位不確定、難以檢測出來等特點。多年來，灰斑缺陷消除的方法一直是焊軌生產(chǎn)中的重點和難點，在焊接工藝參數(shù)調試中進行了諸多嘗試，可在一定程度上降低灰斑面積和產(chǎn)生的概率，但無法消除閃光焊接頭中的灰斑缺陷。因此，通過檢測發(fā)現(xiàn)并有效地判定灰斑具有重要意義。本文對閃光焊接頭典型灰斑缺陷進行超聲波檢測，結合磁粉探傷、著色滲透探傷、落錘試驗進行分析，能夠檢測出軌底角、軌底三角區(qū)、三角區(qū)靠近軌底下表面部位的一些典型灰斑，為及時檢測閃光焊接頭灰斑缺陷提供了新的參考，實現(xiàn)了鋼軌焊接質量的提高。

關鍵詞：閃光焊；灰斑缺陷；超聲波探傷；磁粉探傷；滲透探傷

在基地鋼軌焊接應用中，消除焊縫缺陷、穩(wěn)定焊接質量是焊軌基地質量控制的主要課題，多種焊接缺陷（如未焊合、灰斑、過燒等）都會影響焊接質量。隨著焊軌技術的不斷發(fā)展，新型探傷儀器及工裝的研發(fā)（如單探頭探傷儀、雙探頭掃查架、固定式探傷設備等），鋼軌焊接超聲波探傷水平也在不斷進步，目前可以有效檢測出未焊合、過燒、島狀馬氏體等對接頭質量危害較大的缺陷。但是對閃光焊接頭最常見的灰斑缺陷，也是當下影響焊接質量的主要缺陷，暫無成功檢測的案例［1］，如何檢測出灰斑是一個新的焊軌命題。

本文對日常生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)探傷異常波形的接頭進行統(tǒng)計分析，通過疑似傷損的排除和真實傷損的確定，結合周期性檢驗、型式檢驗、工藝優(yōu)化試驗等，選擇出現(xiàn)率高、波幅高而典型的接頭，采用靜彎、落錘、金相分析等檢驗項目，利用磁粉探傷和滲透探傷等輔助手段，分析接頭斷口缺陷特征，發(fā)現(xiàn)軌底角、軌底三角區(qū)、三角區(qū)靠近軌底下表面典型灰斑的檢測規(guī)律，并總結經(jīng)驗，從灰斑檢測的角度，為后續(xù)閃光焊接生產(chǎn)過程中的質量控制提供參考。

1閃光焊接頭灰斑缺陷的危害以及探傷檢測特點

行業(yè)內對閃光焊接頭灰斑的產(chǎn)生形成有“火口說”和“成分說”兩種說法，但比較一致的觀點是閃光焊接頭的灰斑難以消除，會存在于閃光焊接頭內部。結合生產(chǎn)實際過程對接頭內部不同部位的灰斑缺陷以及危害統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：在周期性檢驗或者工藝試驗時，往往會出現(xiàn)較多軌底部位的灰斑。以國內某焊軌基地為例，對其近兩年的生產(chǎn)檢驗或者工藝試驗的接頭情況進行統(tǒng)計，斷口不同部位灰斑比例見表1，斷口不同部位缺陷落錘性能統(tǒng)計見表2。

相比于灰斑存在于軌腰和軌頭部位，軌底部位有灰斑的接頭占比是89%，而軌底存有灰斑導致一錘斷接頭數(shù)占一錘斷接頭總數(shù)的82%，即無論是灰斑出現(xiàn)在接頭軌底部位的概率還是軌底部位的灰斑對接頭落錘性能的影響，都遠遠大于軌頭和軌腰部位。

前文說到，閃光焊接頭的灰斑難以消除，且危害很大，若能有效檢測出灰斑或發(fā)現(xiàn)危害性較大的灰斑缺陷，對于提高接頭質量也有很大的幫助?；野呷毕菔欠植荚诤附咏宇^內部、有明顯輪廓、形狀不規(guī)則、呈灰暗色或深灰色的面積型缺陷［2］，因此閃光焊灰斑具有難以檢測的特點。本文嘗試從檢測的角度對生產(chǎn)實際過程中出現(xiàn)的一些典型的、對接頭破壞性較大的灰斑進行研究。

2典型灰斑的探傷檢測

2.1軌底角、軌底三角區(qū)、三角區(qū)靠近軌底下表面典型灰斑的檢測

探傷檢測人員在生產(chǎn)過程中，采用GHT-2B型探傷儀［3］及配套掃查架檢測作業(yè)時發(fā)現(xiàn)較多接頭出現(xiàn)異常高波，其中以軌底角部位出現(xiàn)的波形較為典型，如圖1所示。

首先排除其他干擾因素，采用校正儀器參數(shù)、更換儀器、接頭表面打磨處理、接頭熱處理等方式，排除了人為和儀器誤差、外觀不平順產(chǎn)生棱角等原因，也排除了粗晶波和焊筋波的可能。排除干擾因素后的探傷如圖2所示，確定為焊縫內部存在缺陷。為了進一步驗證此類傷損特點，采用CTS-1010H型探傷儀單探頭探傷驗證，檢測探傷波形如圖3所示，在該部位仍然出現(xiàn)異常高波。

焊接生產(chǎn)過程中，探傷人員檢測發(fā)現(xiàn)軌底三角區(qū)和三角區(qū)靠近軌底下表面部位出現(xiàn)異常高波，由于異常高波出現(xiàn)部位比較固定且數(shù)量較多，對此進行統(tǒng)計歸類分析。采用上述兩種探傷儀器、單雙探傷方法對比驗證的方式，軌底三角區(qū)傷損波形如圖4和圖5所示，三角區(qū)靠近軌底下表面部位傷損波形如圖6和圖7所示。

2.2磁粉探傷及滲透探傷輔助鑒定

為進一步對傷損進行檢測和分析，采用磁粉探傷及滲透探傷進行輔助鑒定。首先對以上典型接頭采用磁粉探傷方式檢測，觀察其顯現(xiàn)特征，其中軌底角出現(xiàn)高波波幅的典型接頭，在軌底角上表面、沿著鋼軌橫向、焊縫熔合線位置顯現(xiàn)線性磁痕［4］，長度約為4 mm，如圖8所示。為了驗證此缺陷是表面缺陷還是近表面缺陷，進一步采用著色滲透檢驗，如圖9紅色線性缺陷顯示［4］，長度約4 mm，說明該缺陷是表面開口缺陷或者露頭缺陷。表面缺陷或者露頭缺陷是致命的焊縫缺陷，在基地內落錘檢驗項目不能達標，出廠后鋪設到線路會引起鋼軌折斷，嚴重影響行車安全［4］。結合閃光焊接工藝特性，推測此露頭缺陷是露頭灰斑，需落錘后觀察斷口缺陷進行驗證。

3落錘斷口分析

在采用了GHT-2B型探傷儀掃查確定，GTS-1010H型探傷儀單探頭探傷復核、磁粉探傷、著色滲透探傷驗證之后，選取典型的試驗接頭，在接頭出波部位顯示標記，通過落錘試驗打開斷口［5］，確認接頭內部缺陷具體形狀和特點，接頭斷口情況如圖10～圖12所示，圖10所示軌底角灰斑位置對應了圖9紅色線性缺陷指向位置。

軌底角異常高波接頭的斷口如圖10所示，引起斷裂的原因為軌底角灰斑，面積約為2 mm×9 mm，顏色較暗，呈不規(guī)則長條狀，灰斑延伸至軌底角上表面邊界。由圖9可以看出異常高波顯示位置、灰斑位置、表面缺陷位置吻合［6］，可以進一步判定此灰斑為露頭灰斑。

軌底三角區(qū)異常高波接頭的斷口如圖11所示，落錘斷裂源為三角區(qū)灰斑，3個長條狀灰斑聚集在接頭斷口三角區(qū)中心部位，面積分別為2 mm×3 mm、1 mm×7 mm、1.5 mm×8 mm，灰斑與周圍組織區(qū)分不明顯，顏色基本一致，灰斑位置與出波位置一致。

三角區(qū)靠近軌底板異常高波接頭斷口如圖12所示，接頭落錘試驗一錘未斷，經(jīng)過切口后落錘砸斷，發(fā)現(xiàn)三角區(qū)靠近軌底下表面存在黑色蜂窩狀灰斑，表面積約為1.5 mm×2 mm，其顏色與周圍組織明顯不一致。因接頭軌底打磨平整，可排除其為殘余焊瘤，確定為接頭內部組織缺陷，位于三角區(qū)靠近軌底下表面，與出波位置一致。

綜上所述，結合超聲波檢測出波位置和落錘斷面形態(tài)，對應的接頭斷面存有灰斑，并且灰斑位置與出波位置基本吻合，由此得出：軌底角露頭灰斑、三角區(qū)聚集灰斑、三角區(qū)靠近軌底下表面灰斑可以通過超聲波探傷檢測出來。

4結語

（1）灰斑缺陷是閃光焊接頭的主要缺陷，對接頭質量危害大，難以消除，檢測難度大。

（2）閃光焊接頭軌底部位典型灰斑的超聲波準確判定是針對灰斑探傷檢測的一大突破，從質量檢測的角度提供了確保接頭質量的有效方案。

（3）為后續(xù)焊接質量控制提供了灰斑檢測模板，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)此類波幅，即可判定不合格，防止缺陷接頭出廠。

（4）本文提出的通過超聲波探傷檢測出一些典型灰斑，總結經(jīng)驗，進而推廣。

參考文獻

［1］ 高偉.鋼軌閃光焊接頭灰斑特性及成因分析［J］.鐵道建筑，2020，60（5）：119-122.

［2］ 王瑩瑩.鋼軌閃光焊灰斑缺陷的形成過程［J］.鐵道建筑，2020，60（11）：136-139.

［3］ 畢超，涂占寬，史啟帥.焊軌基地鋼軌焊縫自動化超聲波探傷工藝的研究［C］//廈門大學，福建省特種設備協(xié)會，福建省特種設備檢驗研究院，等.2018遠東無損檢測新技術論壇論文集.北京：中國鐵道科學研究院，2018：662-664.

［4］ 涂占寬.鋼軌焊縫平面狀缺陷超聲波檢測研究［C］//中國科學技術協(xié)會，廣東省人民政府.第十七屆中國科協(xié)年會——分7綜合軌道交通體系學術沙龍論文集.北京：中國鐵道科學研究院，2015：252-256.

［5］ 高文會.解讀鋼軌焊接鐵道行業(yè)標準［J］.鐵道技術監(jiān)督，2016，44（5）：6-12.

［6］ 史啟帥，羅國偉，涂占寬，等.溫度變化對超聲爬波檢測表面裂紋的影響研究［J］.高速鐵路新材料，2023，2（2）：69-73.