本文主要基于数字成像技术即利用高速摄影系统、红外热像系统等手段,从闪光过梁爆破、端面状态、加热效率、焊接温度场等方面研究交流和直流两种焊接模式下机理方面的不同。文中主要针对移动式钢轨闪光焊机进行研究,因此主要研究工频交流和中频逆变直流焊接过程;同时,采用了一种新型的全数字IGBT感应加热系统,对闪光焊后接头正火进行了试验分析,在验证这种新型设备可用于钢轨焊后热处理的同时,也进一步验证了焊接热处理对闪光焊接接头性能的改善。通过以上这些方面的试验和分析研究,主要得到以下成果:(1)两种模式下焊接闪平阶段面积较大的火口多分布于轨头上,且面积大、深度大的火口的形成原因主要是由于粘连造成的;对于深度较小、面积较小的火口,多是由于过梁爆破造成的;火口形状因子与其形成因素相关,闪光和粘连同时作用时,火口形状较为规则,而过梁爆破会造成形状脱离基本圆形,当过梁爆破结合了粘连一并发生时,形成的火口形状更不规则,且多发生在轨底,这与观察到的灰斑出现型式较为贴合;(2)加速烧化阶段具有几个阶段中最高的闪光频次,脉动闪光阶段的闪光频次最低;连续闪光阶段具有最强的闪光烈度,脉动阶段的闪光烈度最弱;脉动阶段闪光加热因子最高,加速烧化阶段闪光加热因子最低;闪光均匀度方面,最不均匀的是闪平阶段,最均匀的是脉动阶段;(3)各阶段的闪光特征值均与各阶段机理相匹配,定量的验证了所述理论分析;在整个闪光过程,闪光带来的加热效果远低于脉动时短路的加热效果;(4)在被焊两端面相互靠近未发生接触时,两端面间存在非常微小的电弧放电现象,持续时间非常短暂;在闪光发生过程的前期,闪光飞溅的金属液滴有一定的方向性,但随后就转变为向四周均匀飞溅的方式,未观测到受电磁力等作用下的飞溅方向性偏移;(5)两种模式下焊接,闪光阶段初期均存在不稳定闪光的情况;脉动闪光阶段结束时,两种模式焊接的加热区温度均达到最高,但在温度梯度方面,直流模式下稍大于交流模式;(6)直流焊接各阶段的平均闪光频次均高于交流焊接的对应阶段,闪光烈度与闪光加热因子均小于交流焊接;(7)直流焊接短路阻抗值远低于交流焊接,更有利于焊接过程中的闪光稳定,对提高焊接质量有利;(8)从断口观察和断口灰斑扫描结果看,两种模式焊接所产生的灰班成分并无明显区别;(9)采用新型的全数字串联谐振IGBT钢轨热处理设备能够有效降低热处理电源的尺寸,解决了以往热处理电源维护要求高,体积庞大的问题;热处理工艺方面采用恒功率法进行热处理时温度均匀性较好、加热重现性较好;该热处理设备可以满足钢轨闪光焊后热处理需求,并通过性能试验,验证了热处理后接头性能明显改善。