曲線地段軌頭傷損的產生及探傷注意事項

王宇 中國鐵路北京局集團公司北京工務段

鋼軌是鐵路軌道組成的重要部件，起著導向并承載車輪作用力的作用。隨著鐵路飛速的發展，對鋼軌的磨損也越來越嚴重，防止斷軌、保證運輸平穩、安全是工務部門的一項重點工作，而提高鋼軌超聲波探傷的檢測能力是防止發生斷軌、保證安全工作的重中之重。然而面對當前列車提速、運量加大的這一運輸要求，導致的結果是鋼軌承受的磨損加大，尤其是曲線鋼軌磨耗、剝離和壓潰日趨嚴重，并對鋼軌超聲波探傷造成了極大的檢測難度。如何能及時檢測出曲線磨耗軌存在的傷損是我們每一名探傷工面臨的一個技術難題，下面我就鋼軌磨耗產生的原因及如何能夠更好的對曲線磨耗鋼軌進行探傷闡述一下我的觀點。

一、鋼軌磨耗產生的原因

軌頭磨耗是鋼軌與車輪接觸時軌頭表層金屬發生磨耗和塑性變形，使軌頭斷面的幾何尺寸、形狀發生變化。軌頭磨耗傷損主要有曲線鋼軌軌頭磨耗以及直線鋼軌的交替不均勻磨耗。

1.曲線設計不合理。線路在鋪設時更多的是考慮當時的運量以及運行速度，但是隨著鐵路的快速發展已經不適應當前的運輸形勢，曲線半徑、超高及加寬與當前運量、車速不匹配從而導致曲線地段鋼軌磨耗情況加重。

2.養護不良。曲線狀態的好壞，對鋼軌磨耗也會產生極大的影響，如果曲線養護到位，導致鋼軌磨耗嚴重的發展速度就慢；反之，如果發生曲線方向不圓順、搗固不良、翻漿冒泥和軌距超限等養護問題就會造成曲線上股鋼軌軌頭磨耗、下股鋼軌軌頭壓潰凹心。

3.除了上面所述的兩方面原因以外，還有其它方面也能夠造成該軌的磨耗。例如鋼軌有硬彎、防爬設備和聯接零件缺少或失效、鋼軌本身硬度不足等都會造成鋼軌本身的磨耗加劇產生。

二、曲線鋼軌磨耗后造成的危害

1.曲線上股鋼軌產生磨耗以后，就會造成鋼軌本身承受應力下降，在經受列車車輪的沖擊、擠壓后極易發生鋼軌脆性折斷從而引發列車脫軌事故。

2.軌頭踏面在輪軌接觸應力作用下形成的沿鋼軌全長密集分布的表面裂紋稱為輪軌接觸疲勞裂紋通常稱“剝離裂紋”。剝離裂紋形成疲勞源，在列車往復作用下，導致裂紋向下發展逐步形成魚鱗狀剝離而形成軌頭核傷或者軌頭橫向疲勞裂紋，造成鋼軌折斷。

3.波形磨耗是指軌頂出現的波浪狀不均勻磨耗，波磨使列車振動加劇，增大行車噪音，產生很大的輪軌相互作用力，加速機車車輛及軌道部件的損壞，列車的劇烈振動，也威脅行車安全。

4.軌頭壓潰是指鋼軌全長軌頭踏面表面金屬發生塑性變形、踏面被碾平，軌頭兩側出現不同程度的碾邊，曲線下股鋼軌軌頭踏面的輪軌接觸應力過大或鋼軌的強度偏低，都會造成明顯的剝離裂紋和淺層狀剝離掉塊等接觸性疲勞傷損。

三、曲線鋼軌探傷時存在的問題

1.探測范圍的影響。當前我們所用的儀器的探頭配置為5 個獨立70°探頭，1 個37°探頭和1 個37°+0°的組合探頭的配置。70°探頭采用橫波在軌頭內部進行反射式探傷，主要發現軌頭核傷和鋼軌焊縫軌頭的夾渣、氣孔和裂紋等；37 度探頭其發射的超聲波從軌頭以折射角37°方向傳播至軌底，主要探測軌腰投影范圍的螺孔裂紋、斜裂紋和特殊部位水平裂紋，以及軌底橫向裂紋；0°探頭放置在鋼軌頂面中心位置，發射聲束從軌面至軌底，具有探測軌頭至軌底間的水平裂紋、縱向裂紋和斜裂紋的能力。但是由于鋼軌磨耗后，探測面減小，導致探頭與軌面接觸面積隨之減小導致探頭超聲波束無法對鋼軌進行全斷面掃查，極易造成傷損漏檢。

2.耦合不當造成的影響。當鋼軌表面形成嚴重垂直磨耗及側面磨耗時，由于軌面偏斜，造成軌面不規則形狀，將會造成探頭與軌面接觸不良，在進行探傷檢查時，探頭懸空，導致超聲波束不能正常傳遞到鋼軌內部，導致對鋼軌無法進行正常檢查。

3.靈敏度偏低。當探頭運行至曲線磨耗部位時，由于軌頭磨耗造成探測面減小，超聲波束無法全部入射至軌頭內部，造成反射波減弱；而探頭靈敏度如果偏低就會造成超聲波發射強度減弱，導致對較小缺陷無法產生回波造成漏檢。

四、曲線地段軌頭探傷時應注意

1.保證耦合充足。在曲線地段探傷作業時，要增大水量，保證給予探頭與軌面有充足的耦合條件，使探頭發出的超聲波束能夠入射至鋼軌內部，從而確保傷損的檢出率。

2.及時調整探頭位置。由于進入曲線后，曲線上股鋼軌側面磨耗、垂直磨耗比較嚴重，各通道探頭無法進行正常探傷工作，在進入曲線后，要針對曲線磨耗情況及時調整各個探頭在作業時的位置，確保探頭入射點置于軌面中心位置，以保證各通道能夠正常工作，最大能量發現鋼軌內部傷損。

3.定期調換70°探頭的發射角度。長期使用同樣位置及同樣角度的70°探頭進行探傷會造成對一些特殊形狀、特殊位置傷損的漏檢，定期調整探頭位置及偏角能夠最大限度的彌補因超聲波定向發射而造成缺陷的漏檢。

4.適當提高靈敏度。上線探傷作業前要對儀器各通道靈敏度進行檢查修正，確保靈敏度符合要求。當探傷至曲線區段時，要針對鋼軌軌頭磨耗情況對各通道靈敏度適當提高2-4db，以彌補發射強度減弱造成回波變弱導致漏掉缺陷。

5.加強手工檢查。曲線磨耗嚴重時將直接影響各通道探頭的工作狀態，為了彌補這一缺陷，加強手工檢查就尤其重要。由于鋼軌嚴重磨耗后，軌面將呈現圓弧狀，致使各通道探頭懸空，超聲波束無法全部入射至鋼軌內部或造成回波強度減弱等，在手工檢查時，要把檢查重點放在針對軌頭下顎的檢查上，要采取錘敲、鏡照等方法等彌補措施，重點對軌頭下顎透銹、軌頭掉塊以及曲線上股鋼軌焊縫接頭的軌頭、軌底進行檢查。

6.加強對原有傷損的校對。由于鋼軌磨耗以后，相應的硬度、承受應力等各方面條件相對下降，將會導致較小缺陷也會造成鋼軌折斷從而造成事故。因此，當檢查到原有傷損時，要對傷損進行復核，根據上一周期同位置傷損位移情況和此時的位移顯示情況進行比對，一旦有所發展要根據發展情況重新進行判定。

7.加強對曲線區段的數據分析。充分發揮數字探傷儀數據分析優勢，根據當日作業區間曲線必須當日進行重點分析，對發現的疑似傷損及時進行校對，確定傷損后立即通知進行處理。

8.線路車間、工區及工務段技術科應掌握曲線鋼軌傷損數量、垂直磨耗、側面磨耗及魚鱗剝落掉塊情況，并根據情況及時對曲線鋼軌進行更換，以確保行車安全。