钢轨探伤基础知识----钢轨伤损

粒子微生活

一、钢轨伤损的定义、标准和标记

二、钢轨伤损分类

三、钢轨伤损产生原因及分布

一、钢轨伤损的定义、标准和标记

钢轨缺陷包括制造中遗留的缺陷（白点、气泡、缩孔、偏析、非金属夹杂等）和使用过程中发生的缺陷两类、后者简称为钢轨伤损。

（一）钢轨伤损定义：钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生的折断、裂纹及其他影响和限制钢轨使用性能的各种状态。

1、钢轨折断是指发生下列情况之一者：

（1）钢轨全截面至少断成两部分；

（2）裂纹已经贯通整个轨头截面：

（3）裂纹已经贯通整个轨底截面；

（4）钢轨顶面有长度大于30mm且深度大于5mm的掉块；

断裂分两种形式：钢轨折断后在断口上能观察到较明显的疲劳断口时称为疲劳断裂；钢轨折断后在断口上没有明显的疲劳断口时称为脆性断裂。

2 钢轨裂纹是指钢轨表面或内部的部分金属发生分离。

3 钢轨其他伤损是指裂纹、折断以外，影响钢轨使用性能的磨耗、压溃、压陷（或凹陷）、波浪磨耗、弯曲变形、表面缺陷、外伤腐蚀等伤损。

　　4 钢轨伤损状态是指钢轨伤损的宏观形貌（或形状）特征，它直接记录和反映了伤损的发展过程和结果。

（二）钢轨伤损标准

250km/h（不含）~~350km/h。

钢轨伤损按程度分为轻伤、重伤、折断三类。

1 钢轨头部磨耗重伤标准:

（1）区间、导轨钢轨头部：垂直磨耗10mm，侧面磨耗12mm。

（2）基本轨、翼轨钢轨头部：垂直磨耗8mm,侧面磨耗10mm。

（3）尖轨、心轨、叉跟尖轨钢轨头部：垂直磨耗6mm，侧面磨耗8mm。

2 钢轨伤损重伤标准：

（1）钢轨顶面擦伤：深度>0.5mm。

（2）轨面剥离掉块：有剥离掉块。

（3）波形磨耗：谷深≧0.2mm。

（4）焊接接头低塌：低塌≧0.4mm。（1m直尺测量）

（5）钢轨表面裂纹：轨头下颚水平裂纹、轨腰水平裂纹、轨头纵向裂纹、轨底裂纹等。（不含轮轨接触疲劳引起轨顶面表面或近表面的鱼鳞裂纹）

（6）内部裂纹：横向、纵向、斜向及其他裂纹和内部裂纹造成的踏面凹陷（隐伤）。

（7）钢轨锈蚀：经除锈后，轨底厚度不足8mm或轨腰厚度不足12mm。

3 焊接接头伤损标准

（1）钢轨焊头不得有未焊合、过烧、气孔、夹渣等有害缺陷。

（2）接触焊焊头的断口允许有少量灰斑。单个灰斑面积不得超过10mm²；灰斑总面积不得超过20mm²；相邻两灰斑间距尺寸小于较小灰斑尺寸时，应将中间区域与两个灰斑合并计算面积；若有灰斑露头出现时，应将灰斑面积加倍计算。

（3）气压焊焊头断口除轨底角外允许有少量光斑。暂按单个光斑最大面积为8mm²；光斑个数不限，但总面积不得超过50mm²；若有光斑露头出现时，应将光斑面积加倍计算。

（三）钢轨伤损标记

1 轻伤： 连续伤损∣←∆→∣，一点伤损↑∆。

2 轻伤有发展：连续伤损∣←∆∆→∣，一点伤损↑∆∆。

3 重伤：连续伤损∣←∆∆∆→∣，一点伤损↑∆∆∆。

二 、钢轨伤损分类

钢轨伤损分类编号采用五位数字表示。

第一位数字，有0~8共9个数字，表示伤损在钢轨长度上的位置。

0--钢轨全长范围（或全长的大部分）

1--轨身的局部区域

2--夹板接头（轨端、螺栓孔和夹板长度范围的钢轨）区域

3--焊补区域

4--接续线焊接头区域

5--闪光焊接头

6--铝热焊接头

7--气压焊接头

8--其他形式焊接的焊缝和热影响区

第二位数字，有0~6共7个数字，表示伤损在钢轨横截面上的位置。

0--整个钢轨截面或外表面

1--轨头表面（踏面、轨距角、轨头侧面）

2--轨头内部

3--轨头下颚

4--轨腰

5--螺栓孔

6--轨底（轨底下表面、轨底边缘或轨底角侧面）

第三位数字，有0~9共10个数字，表示伤损状态。

0--弯曲变形

1--磨耗、压溃、压陷（或凹陷）

2--波浪磨耗

3--接触疲劳裂纹（剥离裂纹）及其引起的掉块和疲劳断裂

4--内部裂纹或内部缺陷（白点、夹杂、偏析，淬火缺陷、焊接缺陷、焊补缺陷等）及其引起的疲劳断裂。5--表面缺陷及其引起的疲劳断裂

6--外伤（擦伤、碰伤等）及其引起的疲劳断裂

7--锈蚀及其引起的疲劳断裂

8--没有明显疲劳裂纹的脆性断裂

9--其他

第四位数字，有0~6共7个数字，表示伤损状态的细化。

0--没有细化

1--曲线上股轨头磨耗超限

2--曲线下股轨头全长压溃和辗边

3--直线钢轨交替不均匀侧面磨耗

4--轨距角处鱼鳞状剥离裂纹、掉块和疲劳断裂

5--轨头踏面处斜线状裂纹、局部凹陷和疲劳断裂

6--曲线下股轨头踏面剥离裂纹和浅层剥离掉块

第五位数字，有1~4共4个数字，表示不同的伤损程度

1--不到轻伤

2--轻伤

3--重伤

4--折断

三、钢轨伤损产生原因及分布情况

钢轨伤损从超声波钢轨探伤专业上可分为五大类：钢轨核伤、钢轨接头部位伤损、钢轨纵向水平和垂直裂纹、钢轨轨底裂纹、钢轨焊缝缺陷。

（一）钢轨核伤

钢轨核伤又称轨头横向裂纹。

钢轨核伤产生原因是由于钢轨冶炼和轧制过程中材质不良或使用过程中的缺陷，在列车重复荷载作用下形成应力集中，疲劳源不断扩展、逐渐发展而形成。

核伤主要产生的部位在钢轨头部内侧，随着核伤直径增大，钢轨承载能力

急剧下降，在高速重载的使用环境下极易发生钢轨折断。因此，它是钢轨

伤损中危害最大者之一。

1 材质缺陷形成的核伤

钢轨在制造过程中，由于冶金缺陷和钢锭切除不够，钢锭内部在白点、

气泡、非金属夹杂物、偏析和缩孔残余等缺陷，经辊压后成片状存在于

轨头中，在列车载荷的重复作用下，这些缺陷产生的疲劳源逐步扩展，形成有危害的核伤。

2 接触疲劳形成的核伤

大运量区段，由于车轮与钢轨间接触应力过大，在列车荷载多次作用下

先产生轨头顶面剥离或其他表面伤损，然后发展成核伤。一般核源位于轨头内侧上角距顶面和侧面5--15mm范围内。

3 侧磨严重形成的核伤

在曲线地段由于钢轨偏载现象，使钢轨承载量上升，曲线上股钢轨侧磨

严重，轮缘对轨鄂的挤压，以及水平推力与挠曲应力的复合作用，使下颚尖端产生微裂纹，成为疲劳源，在列车往复作用下，裂纹扩展形成核伤。

4 鱼鳞破损形成的核伤

车流密度高，行车速度快的重载区段，由于列车在复线中单向运行，小

半径曲线上股轨头内侧经常发生鱼鳞状破损。

5 擦伤（焊补）形成的核伤

车轮爬坡空转或制动时车轮与钢轨间剧烈摩擦产生高温，使轨顶面金属

组织变硬、变脆，在列车荷载作用下，形成网状裂纹，并向下发展成核伤。当焊补轨面擦伤和掉块时，因焊面未打磨干净，留有微裂纹或焊补工艺不良产生核伤。

（二）钢轨接头伤损

车轮作用在钢轨接头上的最大惯性力要比其他部位大60%左右。

钢轨接头的主要伤损有螺孔裂纹，其次是下颚裂纹和马鞍型磨耗等。

1 螺孔裂纹产生原因

（1）钻孔不良

（2）接头冲击力过大

（3）线路养护不良

2 轨头下颚裂纹的形成

主要是长期受到过大的偏载，水平推力以及轨头挠曲应力的复合作用；其次是钢轨接头采用斜坡支撑夹板，使轨鄂承受向上拉力；再加上养护作业不良，以及机车车辆的蛇形运动产生的横向作用力等多方面因素同时作用的结果。

3马鞍型磨耗的特征

钢轨端接头淬火工艺不良，淬火区与非淬火区之间硬度过渡不均匀，在列车荷载多次作用下该部分产生压陷，形成钢轨接头区两侧凸，中间凹下的马鞍型

（三）钢轨纵向水平和垂直裂纹

由于钢轨制造工艺不良，没有切除钢锭中带有严重偏析、缩孔、夹杂物

等缺陷，在钢锭轧制成钢轨后，缺陷成片状残留在轨头、轨腰、轨底中

，与钢轨纵向平行、呈水平或垂直状态。

（四）钢轨轨底裂纹

1 轨腰垂直纵向裂纹向下发展成轨底裂纹。

2 轨底锈坑或划痕发展形成的轨底横向裂纹。

3 在制造钢轨时，轨底存在轧制缺陷或因轨底与垫板轨枕间不密贴，使用中轨底局部产生过大的应力，造成轨底裂纹或破损。

4 焊接工艺不良，产生过烧、未焊透、气泡、夹杂，以及光斑或灰斑等内部缺陷，造成轨底横向裂纹。

（五）钢轨焊缝缺陷

目前钢轨焊接方式主要有接触焊、气压焊和铝热焊三种，因焊接设备、焊接材料、气温条件和操作工艺等因素都会影响焊接质量，在焊缝内产生缺陷。

1 接触焊

（1）灰斑:接触时间短，次级电压高、连续闪光发生中断，顶压力小等造成，多发于轨底角边。

（2）裂纹：可焊性差和端面切割不良或存在重皮，多发生在焊缝腰部和热影响区。

（3）烧伤 钳口部位不洁，通电后电阻加大或加热时间过长，一般离焊缝中心130∽330mm区域。

（4）未焊合 加热温度低、顶锻量不够，缺陷一般发生轨头中心、轨底三角区。

2 气压焊

（1）光斑 温度低或顶锻力不足，造成钢轨接触面的不连续性。一般发生焊缝的轨头和轨底部位。

（2）过烧 加热温度过高，在钢轨表面产生松散的微粒组织。一般产生两端底角和轨头与轨腰接合处的凸出量部位。

（3）未焊合 端面不洁，间歇过大，顶端量过小，顶端过焊或加热器火焰不正，摆动量不均匀。

3 铝热焊

（1）夹渣 未上浮的熔渣、氧化皮及夹杂物进入焊缝。缺陷产生任何部位。

（2）气孔 焊接工艺不当，渗水、漏油，轨端端面不洁或焊剂受潮，缺陷可产生任何部位。

(3) 夹砂 砂模封口不准，使混入溶液中的砂粒无法溢出。

4）缩孔 预热不够或浇注口散热过快，导致溶液的凝固收缩。多产生浇注部位或端面中心。

（5）疏松 溶液凝固时，因体积收缩或气体上浮造成晶间空隙。一般产生轨底三角区。

（6）未焊合 预热温度不够，焊缝间隙不一，一般产生轨底角二侧居多。

（7）裂纹 焊接时冷热分布不均匀或加热时金属体积改变，组织应力破坏。一般产生在焊缝与母材间。

思考：

钢轨接头螺孔裂纹产生的原因有哪些？轨头下颚裂纹形成的原因和特点是什么？

钢轨焊接有哪几种？它们焊接原理是什么？