文档介绍：闪光焊工作原理及钢轨焊头
一、什么是闪光焊
闪光焊也称接触焊，是在电阻对焊的基础上发展起来的。焊接开始时，两 个金属工件端面接触，通过端面的接触点导电，接触电阻产生的电阻热加热 工件端部，当温度达到一定程度时，工件接触面的金属熔化形成液减小，火口的深度加大，端面温度分布不均匀，不能形 成良好的焊接接头；反之，当焊接电压较低时，焊接电流减小，将导致钢轨 送进速度大于闪光烧化速度，易出现短路。
反馈电流的调节
稳定的闪光烧化是通过焊接电流的反馈进行控制。闪光初期，可能出现 一次或几次较大的短路电流，它与焊接电源功率、钢轨焊接回路阻抗、钢轨 端面接触面积、及钢轨初始温度有关。在以后的低电压闪光阶段一般不应出 现闪光中断；在加速烧化闪光阶段也不应出现闪光中断。顶锻前出现闪光电 流短路或断路都会影响焊接接头质量。
加速烧化
加速闪光烧化过程是焊接循环必不可少的一个阶段，也是顶锻前的重要 阶段，加速时间和加速末速是重要的焊接参数。加速使钢轨端面接触的触点 增多，形成过梁的爆破也逐渐激烈，可以看到激烈的火花飞溅。激烈的闪光 能够形成良好的保护气氛，为顶锻创造了良好条件。加速闪光烧化阶段通常 是切断电流反馈控制，或加大反馈电流值。预热闪光焊加速程度应比连续闪 光焊和脉动闪光焊的加速程度大一些。
顶锻和锻压
顶锻量、顶锻时间、顶锻力是重要的焊接参数。顶锻过程分为两个阶段：（1） 有电流顶锻。该阶段是在通电状态下进行的，以保证钢轨端部的温度并有利 于液态金属及氧化物夹杂的排出。〜, 时间长一点有利于液态金属及氧化物夹杂的排出。（2）无电流顶锻。该阶段 是在切断电压（实际上是切断电流）后，继续保持顶锻压力，使液态金属及 氧化物夹杂彻底被挤出，并排除过热金属，使焊缝继续产生塑性变形，形成 致密的焊接接头。
顶锻压力的大小取决于钢轨材质的高温性能和钢轨的加热状态及加热区 的分布。国外资料介绍，
900 MPa的高碳轨顶锻压力为60 MPa（60kg/m钢轨 顶力约为46〜47吨）；1100 MPa的合金轨顶锻压力为70〜80MPa （60kg/m钢 轨顶力约为54〜62吨）。顶锻力过小，夹杂物不容易排净，塑性变形不足； 顶锻力过大，则塑性区被过分挤压，晶纹弯曲，接头冲击性能下降。
顶锻开始的合缝速度（顶锻速度）应越快越好，以防止端面氧化。顶锻速 度应大于30mm/s □
四、钢轨焊接热循环
钢轨焊接是焊接回路的电流通过钢轨内部电阻和端部电阻所产生的电阻 热来实现的，遵循焦耳-楞次定律的变化，其热量可以近似用如下公式表示：
Q=（Rc+2Rg）t
式中：Q一总热量（cal）
1—通过钢轨的电流（A）
此一焊件端面的接触电阻（Q）
七一焊件内部电阻（Q）
f一通电时间（t）
焊接开始时，钢轨处于环境温度下的冷态，内部电阻冬很小，接触电阻 代相对较大，随着加热温度的升高，并在焊接压力作用下，接触端面产生塑性 变形，促使接触表面氧化膜破坏和纯金属接触面积不断扩大，导致接触电阻 很快减少，焊接电流增大。随着加热温度的升高，又使得钢轨端部电阻增大, 导致钢轨端部热量最大，温度也最高。
在焊接热源作用下，钢轨焊接端头某一点的温度随时间变化过程称为“焊接 热循环”。钢轨纵向距离焊缝不同位置各点被快速加热、冷却的速度是不相同 的，最高加热温度（峰值温度）也是不相同的。图5是GAAS80/580焊机焊接 60kg/m钢轨距离焊缝1mm处的热循环曲线。
通过焊缝热循环曲线可以观察到焊接峰值温度、冷却速度（800°C冷却到 500°C的平均冷却速度）。
图5 60kg/m U76NbRE钢轨预热闪光焊热循环记录曲线（预热14次）
试验表明，无论采用哪种闪光焊方式，焊缝的峰值温度均在1300°C左右, 而冷却速度与焊接工艺和环境温度有关。根据铁科院金化所以往的科研试验 结果统计，60kg/°C〜°C/s,低于U71Mn、 U75V（PD3）、U76NbRE（BNbRE）钢轨钢出现马氏体组织的临界冷却速度。不同牌 号钢轨的临界冷却速度是通过钢厂提供焊接CCT图获取的。高合金钢轨在低 温环境焊接时，需要增加后热来降低焊缝冷却速度。
焊接接头是由焊接区和毗邻的钢轨母材构成的，焊接区又划分为焊缝和 热影响区，其力学性能差于钢轨母材。
（1） 焊缝：焊缝很窄，宽度只有零点几毫米，宏观照片上焊缝是一条白 线（见图6a）,是一层氧化脱碳的贫碳层，金相组织是珠光体和少量的网状铁 素体（见图6b）,硬度低落较大。
（2） 热影响区（HAZ）：热影响区分为粗晶区、细晶区、不完全重结晶 区。粗晶区是