普速铁路钢轨探伤及伤损原因分析

普速铁路钢轨探伤及伤损原因分析

李莉

中国铁路乌鲁木齐局有限公司 奎屯工务段 

摘要

本文旨在探讨普速铁路运行中钢轨可能遭受的各类伤损，包括轨头磨耗、剥离与剥离掉块、核伤、钢轨裂纹、轨端碎裂、擦伤以及焊缝伤损等。提到了铁路工务钢轨探伤作业的不同类型，包括轨底、轨头和螺孔裂纹的探伤，以及在探伤作业中需要注意的事项。这为铁路管理者提供了指导，强调了及时发现和处理钢轨伤损的重要性，以确保铁路运输的持续安全。

关键词：普速铁路；钢轨探伤；伤损原因

1前言

普速铁路在现代交通中扮演着不可替代的角色，然而，列车运行中与钢轨的冲击、弯曲、挤压和摩擦作用容易导致钢轨发生各类伤损，如裂纹、疲劳和变形，严重威胁铁路运输的安全性。这些伤损若未及时发现和处理，可能引发钢轨折断，导致列车脱轨事故。因此，进行钢轨探伤工作成为确保铁路安全运输的主要措施之一。

2普速铁路主要伤损类型

2.1轨头磨耗和压溃

钢轨与车轮接触表面发生塑性变形、碾堆以及疲劳磨损，导致轨头几何形状变化，表现为侧面磨耗、垂直磨耗、踏面压宽和碾边。这些磨损和变形过程降低了钢轨的强度，增加了疲劳伤损，同时引起轨距的变化，对列车运行状态产生不良影响。磨损和压溃的效应共同导致钢轨性能下降，成为潜在的安全隐患，需要及时检测和修复，以确保铁路运输的安全性和可靠性。

2.2剥离与剥离掉块

在钢轨轮轨接触表面的整个长度范围内，观察到了呈现不同程度的鱼鳞状裂纹，逐渐演变为薄片状的剥离和大块的脱落。这些鱼鳞状裂纹的方向与列车的行进方向相关，特别在小半径曲线上的轨头轨距角部位更容易发生剥离伤损。当轮轨接触面的压应力超过了钢轨的屈服强度时，接触面金属将经历塑性变形，疲劳裂纹会在塑性变形层表面产生并沿着变形流线方向扩展。

2.3核伤

铁路轨道上出现的核伤主要包括起源于轨头内部的纵横裂型核伤、横向疲劳裂纹型核伤，以及起源于轨头表面的横向疲劳裂纹型核伤。纵横裂型核伤通常位于踏面下5至12mm深的区域，形成原因是轮轨接触剪应力分布区内存在沿轨道轧制方向的非金属夹杂物，导致纵横向疲劳裂纹的发展。横向疲劳裂纹型核伤源于轨头内部，其裂纹通常位于踏面下深度超过12mm，需在内部发展到较大面积或快速扩展阶段后，才会延伸到轨头表面或导致横向断裂。

2.4钢轨裂纹

裂纹伤损主要分为以下几类：首先是内部缺陷引起的轨头纵裂，源于钢中的夹层或缩孔残余，经轧制后形成轨头内部纵向夹杂物，其处逐渐形成裂缝并贯穿整个轨头，导致纵向劈裂。其次是螺栓孔裂纹，通常属于疲劳断裂性质，裂纹源起源于螺孔边角或轨端轨腰部位，可能导致轨头揭盖，构成对行车安全的危险伤损。螺栓孔裂纹的形成受到多种因素的影响，如钻孔后的强度削弱、缺陷存在、轨腰锈蚀、冶金缺陷等，都会在列车荷载冲击下加速裂纹的发展。

2.5轨端碎裂、掉块

在对钢轨端头进行淬火处理时，由于受到加热温度不均匀和冷却速度过快的影响，导致轨头帽型不规则，并在淬硬层中形成了不均匀的马氏体组织。这样的处理缺陷在钢轨使用中可能引发轨端的碎裂和掉块问题。淬硬层中不均匀的马氏体组织使得轨头处于不稳定状态，增加了在列车运行时发生碎裂和掉块的风险。因此，确保淬火处理过程中的均匀加热和适度冷却速度对于预防钢轨轨端在使用中出现的裂纹和掉块问题至关重要。

2.6钢轨擦伤

这类伤害主要是由机车车轮发生空转、紧急制动或轮轨接触面相对滑动引起的。擦伤通常呈椭圆形，其间距等于机车动轮的轴距，在左右股钢轨踏面上成对出现，擦伤表面容易引发疲劳断裂。在小半径曲线上，当列车减速行驶时，轮轨接触面发生相对滑动，产生的摩擦导致高温，若达到变相温度，就在轮轨接触面形成较薄的马氏体白层，其厚度约为0.1至0.2mm。由于组织发生变化，受轮轨接触应力作用下，擦伤部位出现可见的微裂纹，这些微裂纹的形态呈弧线或短线纹，即龟裂。

2.7焊缝伤损

焊接引起的缺陷主要包括闪光焊灰斑、气压焊光斑和铝热焊缺陷伤损。首先，闪光焊灰斑产生于焊接工艺参数选择不当或设备状态不良，导致钢轨接头部位金属在高温熔化时形成的氧化物或未能完全排除的硅酸盐夹杂，形成灰斑。其次，气压焊光斑是一种未焊透的缺陷，可能发生在轨端面的任何部位，具有不规则的形状和银灰色的断口表面。在气压焊中，由于不均匀的火焰加热引起局部过烧，形成裂缝或蜂窝状缺陷。

3 铁路工务钢轨探伤作业

3.1 钢轨轨底探伤

首先，需进行伤损部位的准确定位和探测。对于钢轨轨底的探伤作业，使用零度探头，通过其内部晶片发射纵波，该纵波沿着钢轨从轨头传播到轨腰，再到达轨道底部。在纵波反射时，零度探头内部的另一晶片接收反射信号。如果钢轨上存在裂纹，超声波传递将中断，导致零度探头无法接收到返回的纵波。其次，在裂纹探测中，由于多次反射，裂纹的定位主要以第一次接收到的波纹为参考。

3.2 钢轨轨头探伤

在进行钢轨轨头探伤时，使用70度探头，为确保覆盖范围并避免几何图形干扰，要保持探头位置和前进方向之间的夹角在18度到20度之间。同时，为了在探伤过程中使横波从轨道头的下颚反射到轨面上，需要同时使用二次波和一次波。通过同时检测二次波和一次波，可以多角度、多位置地探测钢轨头部的损伤情况。

在探测过程中，如果轨头没有损伤，横波将不产生回波信号；只有存在损伤时才会显示回波。然而，对于损伤的定位和大小，需要依赖具体的回波显示情况来确定。在实际探伤中，如果探伤仪器的灵敏度控制不佳，或者钢轨头部情况复杂，可能会出现虚假信号，导致探伤工作人员误判。因此，在探伤作业中，对回波信号需要仔细甄别，尤其是在回收过程中。

3.3 钢轨螺孔裂纹探伤

在钢轨螺孔裂纹探伤中，使用37度探头发射超声波，覆盖底部横向、特殊位置水平和轨腰斜裂纹。每仪器配备两个探头，后方为37度和0度组合，前方为37度和70度组合，实现全方位覆盖。前置37度探头检测第一和第四象限水平裂纹，同时探测第二和第三象限斜裂纹。后置双探头检测第二和第三象限水平裂纹，以及第一和第三象限斜裂纹。前置探头对第一和第四象限水平裂纹进行检测时，裂纹周围形成反射角，使水平裂纹显现。由于螺孔内部裂纹波与螺孔波非常接近，因此在显示时可能同时显现，全面检测螺孔裂纹需注意反射和干扰问题。

3.4 探伤作业中的注意事项

在钢轨探伤作业中，由于覆盖范围广，需沿着铺设路线分区域进行，具有高流动性。然而，在实际探伤操作中，所有步骤必须符合铁路工务安全规则。专业人员必须参与探伤作业的防护，尤其在条件不佳的区域，需要增加中间防护员，并为探伤人员配备对讲机。在进行拆检时，需密切观察铁路上的车辆，以确保操作人员的安全。这些安全操作措施是为了有效保障探伤作业的顺利进行。

结论

对钢轨进行探伤是确保铁路运输安全、防止断轨事故的关键任务。在严寒地区，防断安全一直是铁路管理的核心。作为探伤工作的管理者和执行者，必须认真思考并清晰整理工作方向。结合实际情况，制定切实可行的政策和制度，并严格执行，持续规范和提高安全风险管理的制度标准，全面提升防断管理水平。这是确保铁路安全、防范断轨风险的持续努力。

参考文献

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