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

蒋海超

呼和浩特铁路局集团公司包头工务段内蒙古包头014040

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。

3.2137°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

3.3637°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、高低、打塌、擦伤、掉块和塌碴接头，因这些病害造成接头列车冲击力加大，裂纹发生机率上升，探伤时应加大水量，确保探头与轨面耦合；二看波形显示，注意对各种回波位移大小、波幅强弱的观察，认真分析，从中发现异常回波显示，并做出准确判断；三看探头位置，根据接头区域各种回波与探头位置的对应关系，对异常回波进行判别，防止轨颚波与轨颚裂纹波、轨腰裂纹与螺孔波的混淆而发生漏检。

（四）注意道岔群钢轨接头的检查。岔后引轨接头是螺孔裂纹的高发部位，应通过双人复查、探头位置调整等方法来提高检查质量；加强对基本轨轨撑螺孔、尖轨活接头螺孔和顶铁螺孔的探测，必须慢走细看听警报，防止前后37°探头干扰，而产生螺孔裂纹漏检。

参考文献：

[1]《钢轨探伤管理规则》

[2]铁路职工岗位培训教材钢轨探伤工中国铁道出版社2012年.北京

[3]钢轨失效分析和伤损图谱中国铁道出版社2010年.北京

[4]钢轨伤损B显图册（内部资料）

[5]钢轨探伤工刘焕刚中国铁道出版社2002北京

[6]钢轨伤损的分类冯先沛《铁道建筑》1978年03期