钢轨探伤

提高重栽铁路钢轨探伤质量摘要：通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析，确定出钢轨伤损的主要类型和规律，在此基础上提出了预防断轨，提高探伤质量的措施，结果表明；钢轨探伤工作是一项直接关系生产运输的重要工作，只有对管辖线路所有钢轨伤损形成原因有一个正确的认识，包括伤损的种类和形成时间，并制定出相应的探伤周期和合适的钢轨探伤仪的各项指标，在此基础上，提高探伤人员的业务素质和工作责任心，从而在探伤工作中提高伤损的检出率，提高了探伤质量，防止断轨的出现。

引言朔黄铁路是我国西煤东运的第二大通道，西起山西省神池南站，与神朔铁路相连，东至河北省黄骅港，全长588Km，设计为我国一级双线，电气化重载铁路，2000年开通，到2010年。

实际年运量1.7亿吨，随着线路运量和轴重的逐年的增加，钢轨伤损日益严重，钢轨段轨事件时有发生，钢轨病害问题不是一个单一的问题，产生的原因很多，像朔黄线上行线用的是75轨，但由于国内对75KG/M钢轨掌握的基础资料比较有限，无法科学准确的判定，因此加强对重载铁路钢轨病害钢轨伤损原因的深入研究是非常有必要的，但由于该项目是一个系统性工作，收集数据较多，涉及范围较广，需要多部门研究，作为探伤部门，在现有基础上，提高探伤质量，也是迫切需要研究的重要课题，本文对近年来钢轨使用和主要的出伤情况进行调查基础上，通过观察分析钢轨伤损类型，提出了钢轨伤损检出率，提高探伤质量的对策及措施。

所谓重载铁路是用于运输大宗散货的总重大、轴重大的列车，货车行驶或行车密度和运输量特大的铁路，运输量5000t以上，总重1～2万吨，轴重25t以上，年运量2亿吨以上，重载铁路是一种效率甚高的运输方式，钢轨是轨道结构是重要组成部分，它直接承受着车轮的压力，突击力。

制动力等各种外力及温度的作用，受力i情况十分复杂，在长期地列车运行和大自然的作用下，在钢轨轧制，焊接和运输过程中出现的杂质，气泡，伤痕等伤损原，会日渐扩大，使用中产生的擦伤。

磨耗，疲劳掉快等伤损，会由表及里扩展，最终形成钢轨的裂纹，核伤以至钢轨折断，直接危及行车的安全。

由于断轨而影响列车正常运行的事情经常发生，断轨造成的行车重大，大事故也不少，随着铁路重载，高速的发展，钢轨的伤损将会急聚增加，所以，防止断轨已成为铁路防止行车事故的重要方面，纳入安全基础建设的重要技术措施，得到了各级领导的重视。

这就需要及时的排除伤损隐患，目前对钢轨探伤都是采用的钢轨超声波探伤法，它的原理是超生波束定向辐射到缺陷界面上产生反射，测量回波时间和声能变化指示缺陷的存在，他的优点是穿透能力强，可测量厚度大，检出缺陷灵敏度高，可以检出各种取向的缺陷，缺点就是，受材料晶粒结构和组织均匀性限制，定量精度差，所以这项技术还有不足之处有待进一步提高。

重载线上的伤损和普通线路上的伤损类别是相同的，不外乎核伤，螺孔裂纹，轨腰，轨底裂纹，但是他的出伤特点是不一样的，由于重载线路上钢轨的受力大，一个小的裂纹在普通线路上或许半年甚至一年都不会有所发展，但是在重栽线上或许一个星期就有可能发展到轨头引发断轨，发展速度相当快，在与朔黄铁路一样都是重载的大秦线就做过这样的实验，在上一个周期内发现轨头内部经理论测定相当于黄豆大的核伤，做好监控，在运行到20天的时候已经发展到核桃大，快接近表面了，所以说探伤之前要把他出伤情况了解清楚。

2 重栽铁路钢轨伤损的原因分析要想把伤损准确的探测出来，首先要对各种伤损有一个正确全面的了解。

钢轨伤损主要有钢轨核伤，螺孔裂纹，钢轨水平和纵向裂纹，钢轨轨底裂纹，钢轨焊接接头伤损2.1 钢轨核伤钢轨核伤，又称轨头横向裂纹，国际上称轨头横断面裂纹，核伤又分为白核和黒核，多数发生在钢轨轨头内，它是各类伤损中危害最大的钢轨伤损。

实验表明，当核伤面积占轨头5%—15%，静力强度只有正常轨的16%—40%；当核伤面积占轨头10%—15%，疲劳强度下降90%以上；当核伤面积发展到轨头截面的20%—30%（相当于φ21—φ40）将发生断轨。

钢轨核伤形成的主要原因是钢轨本身存在白点、气泡、非金属夹杂或严重偏析等缺陷，在列车的重复载荷作用下，使这些细微疲劳源逐渐扩大而形成疲劳斑痕（即核伤），当疲劳斑痕没有和外界空气接触时，具有平整光亮的表面，通常称为白核，当这种疲劳斑痕发展至轨头表面而被氧化时，称为黒核。

核伤的形成除上述材质因素外由于表面接触疲劳，侧磨挤压，轨面剥离，表面鱼鳞破损、擦伤焊补等都有可能引起核伤的形成。

核伤一般发生在受冲击力较大的处所，如曲线上股，轨头内侧，轨头小腰和道岔基本轨等处所最容易产生疲劳核伤，应引起重伤和加强这些部位的探伤2.2钢轨螺孔裂纹钢轨螺孔是接头的组成部分，钢轨接头是线路的最薄弱环节，车轮作业在钢轨接头上的最大惯性要比其它部位大60%左右，钢轨接头的主要伤损是螺孔裂纹，根据统计分析，钢轨螺孔裂纹占钢轨伤损总数的70%左右，可见螺孔裂纹居所有伤损之首。

螺孔裂纹产生的主要原因有以下几条；1.) 轨道结构不合理国产P50、P60、P75钢轨接头均采用斜坡支撑夹板，当螺栓拧紧后，使轨头受向上拉力，容易导致螺孔裂纹。

2.) 接头冲击力过大根据统计第一孔裂纹占各孔裂纹的78%。

尤其是岔后引轨，复线区段迎着列车运行方向轨端第一孔裂纹的发生频率更高，因而应特别注意对第一孔的探测。

3.) 接头养护不良根据实测钢轨接头高低错牙1㎜大大增加对钢轨的冲击力，2㎜以下的接头使第一孔的拉应力增加30%道床板结，轨下弹性的优劣，使第一孔的冲击力也成倍的变化。

此外接头螺栓的松紧程度，以及螺孔孔壁未倒棱，有尖角，毛刺或是插短轨钻孔孔位有误差等都会导致应力集中。

特别是绝缘接头因受结构限制，螺栓扭矩不足，造成大缝，低头空吊等病害，螺孔裂纹的发生率大大高于普通接头。

2.3钢轨水平和纵向裂纹这是由于钢轨制造工艺不良，留下疲劳源，没有完全切除铸锭中带有的严重偏析、缩孔、夹杂物等，经轧制后，在轨头或轨腰中会形成水平或纵向垂直裂纹以及轨腰鼓包或劈裂等，在无缝线路工段，因长期受到过大的偏心负载，水平推力及轨头挠曲应力的复合作用，产生焊接接头下颚水平裂纹。

2.4钢轨轨底裂纹表现形式有以下三种1.)轨底坑径（或划痕）发展形成的轨底横向裂纹2.)轨腰纵向裂纹向下发展成轨底裂纹3.)焊接工艺不良造成轨底横向裂纹，尤其是铝热焊接头轨底焊筋与母材呈直角，应力集中在轨底热影响区极易产生此类裂纹。

2.5钢轨焊接接头伤损不同的焊接方法产生不同的焊接缺陷，包括夹杂、气孔、夹砂、缩孔、疏松、未焊透、裂纹、灰斑、过烧等，通过把控好焊接过程可减少伤损的产生。

3 提高重栽铁路钢轨探伤质量的措施3.1掌握伤损规律, 合理安排探伤周期造成钢轨折断的主要伤损是轨头核伤和螺孔裂纹, 我们对以往的核伤和螺孔裂纹统计分析发现, P50 钢轨早期核伤在通过总重为1. 2亿t 左右开始出现, 早期螺孔裂纹在通过总重为1. 0亿t 左右开始出现,然后出现平稳期, 当通过总重达到2. 5亿t 左右时, 孔裂和核伤有所增加, 当通过总重达到3. 0亿t 以后, 伤损直线上升, 见图1。

从上图可以看出, 钢轨通过总重在2. 5亿t 以下时, 由于钢轨疲劳强度高, 伤损发展较缓。

根据几年来的实践, 这个时期按30天的周期进行探伤比较合理( 指年通过总重在5 000～8 000万t km 的主要干线) 。

这个时期轨面状态较好, 核伤易于发现, 主要以曲线上股核伤, 螺孔裂纹探测为主, 注重道岔引轨和自钻孔钢轨接头检查。

钢轨通过总重在2. 5亿t 以上时, 钢轨渐渐疲劳, 探测周期安排在10～15天较为适宜, 这个时期曲线钢轨鱼鳞掉块、磨耗严重, 接头各种病害增多, 核伤和孔裂发展速度加快, 是探伤的关键时期。

我段根据钢轨不同的通过总重, 合理安排探伤周期, 曾在30天的探伤周期内检出折断钢轨1根, 在15天的探伤周期内发现折断钢轨2根, 取得了较好的探伤效果。

3.2 轨头核伤和螺孔裂纹的探测方法及现场仪器灵敏度调试1) 核伤探测:现用钢轨探伤仪一般采用两个70°探头探测钢轨核伤, 根据核伤形成后与钢轨横断面成一定夹角的特点, 两个70°探头以前70°向内向后扫射( 面向来车方向为前进方向) , 70°向前向外扫射为最佳组合。

探头方向与前进方向成14°夹角时, 伤损具有最佳反射面。

核伤探测主要用二次波检查, 一次波校对, 但由于线上钢轨鱼鳞较多, 一个深度在1 mm 以下的鱼鳞伤, 在荧光屏上的伤损二次回波可达20～30小格, 鱼鳞伤严重时, 报警声不断, 往往给判伤带来困难, 根据现场实践: 伤损二次回波在荧光屏上一次波与二次波交替位置开始出现, 移动15～20小格时, 即进行一次波校核, 校出核伤率在60% 以上。

弯断检验, 最小核伤直径为7 mm。

70°探头现场灵敏度调整方法: 调整增益旋扭, 调至荧光屏70°通道基线前沿无杂波的灵敏度最大状态。

在接头断面处一、二次波起落清淅, 达到荧光屏核定刻度。

对钢轨核伤的探测, 探伤工要做到一听、二看、三分析、四校对, 注意倾听报警声, 观察分析波型显示, 必要时要进行校核, 在现场作业中, 不看波型显示, 必要时不进行伤损校核是造成核伤漏检的主要原因。

2) 螺孔探测:现用钢轨探伤仪一般采用一个单37°探头和一个37°+0°组合探头进行螺孔探伤, 探头的组合方式以如下图示组合为最佳组合。

图2前37°探头向前扫射, 检完6个螺孔后, 后37°探头才向后扫射到螺孔, 这样波型清淅, 探伤工易于分辨伤损波型。

37°探头螺孔裂纹判伤方法是: 换波法, 即正常螺孔在荧光屏上37°探头基线螺孔反报井小方门内只有一个正常螺孔波, 波型起落清淅, 如正常螺孔波未显示完毕又出现第二个波或同一个螺孔出现二个回波, 则螺孔可能有伤, 拆卸该孔螺栓, 如果是正常标准螺孔, 又看不出裂纹,则有可能是暗裂。

对于非标准螺孔, 也有反报警小方门内换波的现象, 这样的螺孔, 要做好记录, 经常拆卸螺栓检查螺孔是否有伤。

我段采用换波法判伤, 现场检出的最小螺孔裂纹为5 mm半边孔裂, 几年来共发现16根螺孔暗裂, 跟踪检查3～4个月后, 明裂出现的螺孔裂纹轨。

取得了较好的探测效果。

现场37°探头灵敏度调整方法: 仪器在P50钢轨断面处, 调整增益旋扭, 使仪器探测到钢轨断面底角, 回波高度满刻度再提高4～6 dB, 即为螺孔探伤灵敏度。

在螺孔探伤时, 应以前后37°探头为主。

0 °探头主要探测钢轨水平裂纹和轨底纵向裂纹等,0°探头探测螺孔只起辅助作用。