钢轨接头螺孔裂纹产生的原因及探伤方法 蒋海超

钢轨接头螺孔裂纹产生的原因及探伤方法蒋海超

摘要：钢轨螺孔裂纹是危及行车安全的主要伤损之一，而且在钢轨伤损中所占

的比例很大，如不及时发现，它会迅速发展成钢轨头部揭盖，严重影响列车的行

车安全。因此，加强对螺孔裂纹的探测十分重要。

钢轨大修周期与钢轨伤损密切相关，延长钢轨大修周期，必须减少钢轨伤损

或延长钢轨伤损发生时间。因此，必须调查研究占钢轨伤损主要部分螺孔裂纹的

伤损原因、发生特点和规律，并提出预防孔裂伤损的措施。

关键词：钢轨螺孔裂纹；原因；措施

1孔裂伤损的特点和规律

线路上螺孔裂纹可能发生在任何一个螺孔，按孔裂发生方向可分为水平裂纹、斜上裂纹和斜下裂纹。

为了掌握螺孔裂纹的发生位置、方向及其各孔产生裂纹的比例，我收集了近

两年的钢轨伤损数据，进行了孔裂伤损的统计。分析发现，一孔孔裂要远多于二

孔和三孔的孔裂，并且孔裂大多发生在春秋两季。

2.孔裂伤损的原因

螺孔裂纹伤损主要是与钢轨的冶金质量或螺栓孔的加工质量有关。螺栓孔裂

纹大量出现的原因除钢轨本身的制造质量外，主要是与线路接头的受力状态及线

路接头养护质量（包括接头夹板）有关。

螺栓孔裂纹大部分萌生于与钢轨纵向轴线成30°～50°夹角的第一螺栓孔内壁上，螺栓孔裂纹萌生与孔的内壁加工和冶金质量、接头装配状态（螺栓扭力矩是

否达到标准要求等）、线路运营状况等多种因素有关，其裂纹可能在孔壁一处或

多处发生；螺栓孔裂纹产生的时间随机性较大，在钢轨铺设后的早期、中期或晚

期都可能出现。

螺栓孔裂纹的裂纹源通常位于螺栓孔边角处，有时是位于螺栓孔孔壁的中问

部位（轨腰中心成分偏析）处。起源于螺栓孔处的疲劳裂纹多数与钢轨纵轴成30°～50°，疲劳裂纹的临界尺寸通常为10mm左右，随后裂纹开始快速扩展和其

断口具有脆性扩展形貌特征。裂纹可以扩展到轨底或轨头，也可能扩展到轨头下

颚后改变方向呈水平裂纹，导致轨头与轨腰分离。

螺栓孔裂纹萌生与孔的内壁加工和冶金质量、接头装配状态（螺栓扭力矩是

否达到标准要求等）、线路运营状况等多种因素有关，其裂纹可能在孔壁一处或

多处发生；螺栓孔裂纹产生的时间随机性较大，在钢轨铺设后的早期、中期或晚

期都可能出现。

钢轨轨腰在钻螺栓孔后强度被削弱，螺栓孔周围产生较高的局部应力，在列

车载荷的冲击力作用下有可能形成疲劳裂纹。如果接头养护不良、螺栓孔边角未

倒棱、螺栓孔周边存在局部冶金缺陷、螺栓孔锈蚀、轨端或螺栓孔周边的打字标

记造成的应力集中和接头夹板螺栓扭距不够或松动等，在列车载荷的作用下都会

加速螺栓孔裂纹的形成。当轨腰中心线严重成分偏析时，会导致在孔壁中心线部

位形成裂纹源。

3.螺孔波的显示规律

为检查发现不同趋向的螺孔裂纹，探伤仪均配置二只37°探头，前37°为单探头，后37°为37°+0°的组合探头。由于探测方向不同，探头组合相异，在螺孔波

的显示及探头的位置上略有差异，受探头的结构影响，后37°探头的入射点比前37°后移约10mm，所以在测定螺孔波波位时的探头中心的距离相应差10mm，由

于探测方向不同，虽螺孔波波位相同，但显示过程相反。

3.1各探头的探测范围

将螺孔划成四个象限，各象限都有可能产生螺孔裂纹，按其探测方向，前37°探头能发现Ⅱ、Ⅳ象限的斜裂纹及Ⅰ、Ⅳ象限的水平裂纹。后37°探头能发现Ⅰ、Ⅲ象限斜裂纹及Ⅱ、Ⅲ象限的水平裂纹。

3.1.1螺孔向下裂纹

前37°探头遇到Ⅳ象限向下斜裂纹，因为裂纹在螺孔后方，声程远，所以先显示螺孔裂纹波，再显示螺孔波，且伤波和孔波间距较大。

3.1.2螺孔向上斜裂纹

前37°探头探测遇到第Ⅱ象限向上斜裂纹时，因为裂纹方向在螺孔的前方，所以先显示螺孔波，再显示裂纹波。当向上裂纹高度低于螺孔顶面时，则伤波显示

在螺孔波范围内，当向上裂纹较长，且超过螺孔顶面时，则裂纹的回波超过螺孔

波显示范围，随着裂纹的延长，回波逐渐向0刻度靠近。

3.1.3螺孔水平裂纹

前37°探头遇到第Ⅰ、Ⅳ象限间的螺孔水平裂纹时，由于螺孔周边和裂纹之间构成角反射，也能显示螺孔水平裂纹波。裂纹波的波位在螺孔波后方，且和螺孔

波靠得很近，并有一个同时显示的过程。

3.2 137°探头的基本要求

①探头一定要置于轨面，轨头中心线上，使声束通过轨墙整个宽度。

②增益不要太高，太高易出端面轨头顶角波。

③裂纹位置、长度要根据出波顺序、刻度位置波的移动量和探头移动距离，

综合分析判断一般情况下回波的显示刻度值越大则伤越深，波滚动距离也最大，

裂纹也越长。

④对Ⅰ、Ⅱ象限小于7mm上斜裂纹波在小方门内不报警，超过7mm时波才移动出方门前沿并报警，所以检查时应细看视屏内的回波分辨。

⑤螺孔的横向产生裂纹，回波距方门后沿0.2格以外起波，平裂与孔的交点

波束正好打在角上反射最强，此时降低仪器灵敏度依然可见此波随着仪器前移，

波在跳跃，此时可用0°探头校对。

⑥因更换钢轨时，有时改钻轨孔易“∞”字孔，发现后用37°探头校对，出波与波移位一样，可确认双孔。

⑦对于氧气场割的轨孔，一般波移位较大，并都出现两个象限以上有伤波显示，但位移不大。发现后即判定伤。

⑧“棺材头”钢轨，断面回波及倒打螺孔波由小方门外移到后沿以里。

⑨对于轨缝处的斜裂纹，具有很好的发现能力，在无缝线路小方门要移出大

方门外，以免轨墙上的小裂纹落入小方门内不报警而引起漏检

3.3 637°探头使用的注意事项

（一）重视现场探伤灵敏度调节和修正。上道检测前做好37°探头现场探伤灵敏度调节，使用正常接头螺孔进行调节，在孔波最强、波高80%的前提下，增益14dB以上，增益量越多越有利于较短螺孔裂纹的发现；当轨面锈损严重时，应及时修正探伤灵敏度，保证钢轨不良地段螺孔裂纹检出。

（二）注意异常波形的分析。遇仪器显示螺孔裂纹回波，拆检未见裂纹，有

可能是螺孔周边的毛刺、黄油、钢轨生产标记引起，若排除上述因素，可作成记录，以便探伤人员观察波形变化。

（三）注意钢轨接头检查的“三看”。一看接头状态，是否翻浆冒泥、空吊板、