钢轨鱼鳞伤及探伤方法研究

1、钢轨鱼鳞伤及探伤方法研究（来源 电气化铁道论坛）摘要：对现场鱼鳞伤损的发生发展趋势进行调查，分析鱼鳞伤损的特性、分类，针对不同情况，通过解剖、疲劳试验等手段，提出鱼鳞伤判伤的标准和方法。近两年来，我局由于鱼鳞伤引起的钢轨折断发生多起，主要干线上的鱼鳞伤发生发展都很严重。通过对津浦、浙赣、鹰厦（原上海局管）等线进行调研，了解各单位对现场鱼鳞伤判伤情况及鱼鳞伤发展规律，重点在金华工务段对浙赣线鱼鳞伤进行现场探测，校对解剖，并和金华工务段探伤领工区一起对此进行技术攻关。一、鱼鳞伤的成因：鱼鳞伤主要分布于曲线、坡道地段，直线也有，但很少。基本上是由于轮轨接触形成的疲劳裂纹。轮轨接触面表层金属发生塑性变

2、形，使钢轨的几何形状发生变化。表现为轨头踏面压宽、碾边、垂直磨耗和侧面磨耗。钢轨塑性变形程度和磨耗速率，与轮轨接触应力和摩擦力成正比，与钢轨的硬度成反比。钢轨表面的塑性变形一方面使金属加工硬化，硬度提高，另一方面疲劳裂纹易在表面萌生和沿变形流线方向发展。当塑性变形达到一定深度时，在表面形成的疲劳裂纹将在接触剪应力作用下沿变形流线方向倾斜向下发展，当疲劳裂纹的扩展速率大于磨耗速率时，在钢轨的作用边（特别是曲线上股）出现程度不同的鱼鳞状裂纹和剥离掉块。这种鱼鳞状的剥离裂纹的方向与行车方向一致。在长大坡道、信号机前后线路上，列车爬坡、制动、启动，轮轨剧烈摩擦，使钢轨表面产生淬火马氏体金相组织，硬度高

3、、韧性低，在轮轨接触应力作用下易产生龟裂和剥离。目前我们统称为鱼鳞伤或因鱼鳞伤引起的剥落掉块。二、鱼鳞伤的发展趋势据我们调研结果，在我局的范围内鱼鳞伤的发展趋势有以下三种：1、 随着列车的运行磨掉，鱼鳞伤不发展，如津浦、沪宁线。2、 随着塑性变形的流线方向扩展，达到的一定深度时，在水平方向的对称脉环正交剪应力作用下形成水平帽，水平帽继续扩展，有的形成轨面掉块，有的遇到钢轨本身存在的链 状夹杂物，向下形成纵横向型核伤。3、鱼鳞裂纹直接向下倾斜形成核伤三、目前我局钢轨鱼鳞伤的形势经过对津浦、沪宁、沪杭、浙赣、鹰厦等主要干线的调研，情况如下：1、 津浦线在曲线地带大面积存在鱼鳞伤，成密集状分布，属于

4、典型的鱼鳞伤，由于津浦线运量大、速度快使得磨耗速率近似或大于鱼鳞裂纹的扩展速率，普遍深度不深，只有12mm。同时因为侧磨严重，更换侧磨轨较快，鱼鳞伤控制的较好。jgt-6b型探伤仪的鱼鳞伤出波较好辨认，一般呈跳跃状、波虚，基本无位移量。2、 沪宁线曲线少，鱼鳞伤较少，同时，列车运量大、速度快，发生了鱼鳞裂纹很快就磨掉了。基本不发展。3、 沪杭线在曲线地带也大面积存在鱼鳞伤，主要形成轨面的水平掉块，或者是龟裂。4、 浙赣线比较复杂，大面积存在鱼鳞伤。既有鱼鳞伤引起的水平掉块和剥离，也有鱼鳞伤引起的纵横向型核伤和直接形成核伤。5、 鹰厦线属于单线地段，列车往复运行，两个趋向的鱼鳞裂纹扩展相交，主要

5、形成轨面的剥离。由于鹰厦线半径小，曲线上股的轮轨接触挤压力很大，所以往往很小的轨面剥离就形成突发断轨，这和我们使用弯轨器解剖核伤的原理很相近。四、鱼鳞伤带来的问题：1、 干扰探伤。其一，鱼鳞伤有的深度虽然不深（4-6mm），但由于伤损趋向良好，所以在仪器上显示的波形也很强，与早期小核伤的出波位置、位移量近似。同时由于鱼鳞伤连续分布，相同波形连续出现，严重干扰了我们的判伤，造成早期的小核伤漏检。其二，由于水平帽的存在，阻挡了超声波，对于水平帽下的核伤无法检测。我局近几年探伤漏检造成的核伤断轨绝大部分是由于钢轨表存在鱼鳞伤。所以，区分鱼鳞伤和核伤的仪器检查波形是一个关键。2、 鱼鳞伤进一步发展会形

6、成核伤，直接造成钢轨折断。严重影响行车安全。因此，对于鱼鳞伤本身制订一定的伤损标准也很关键。综上所述，我们对鱼鳞伤的研究应该朝两个方向努力。1、根据各条线路的情况对鱼鳞伤本身制定伤损程度标准，量化到仪器出波上，当深度超过重伤标准时即判重伤，避免发展成核伤造成突发性断轨，影响运输生产。2、去伪存真，制定出合适的校对标准，既不能让早期小核伤漏掉，又尽量减少工作量。通过总结各单位的管辖地段鱼鳞伤的出波情况，找出一定规律，制定现场校对标准，对异常波形进行有效校对。为此，我们进行了专门的疲劳试验，试图通过疲劳试验找到鱼鳞伤轨的扩展速率，与现场情况经过换算后，确定在一个探伤周期内它扩展为横向裂纹时我们能发

7、现。现场鱼鳞伤的再次调查。           钢轨伤损图片 7 张默认分类 2008-12-19 20:25:54 阅读323 评论8 字号：大中小 钢轨伤损图片                     钢轨伤损图片(4张)默认分类 2008-03-30 08:18:17 阅读263 评

8、论0 字号：大中小       伤损的部位都是在焊缝部分比较有特点         钢轨铝热焊缝轨头下鄂轨腰表面伤损的超声波检测(来源默认分类 2008-09-27 23:04:58 阅读705 评论13 字号：大中小 钢轨铝热焊缝轨头下鄂轨腰表面伤损的超声波检测钢轨铝热焊缝轨头下颚轨腰表面伤损的超声波检测刘景利钢轨铝热焊缝边缘在轨头下颚轨腰表面与溢流飞边的交界根部出现的伤损，是一种十分危险的缺陷。这类缺陷的存在已导致多次发生断轨事故的发生。为此进行了超声

9、波检测方面的初步研究。一.  缺陷的形态及特点图（一）             1.此类缺陷的疲劳裂纹源是位于轨头下颚轨腰表面与溢流飞边交界的根部，裂纹由表面向内部发展。对以往个案在断口疲劳裂纹源处取金相样，以检验分析裂纹处的金相组织及焊接质量，并对母材化学成分及组织进行检验分析表明，溢流飞边的存在是导致轨头下颚轨腰表面形成的疲劳裂纹的主要原因。这类缺陷的 外貌形态如图（一）所示。二.超声波检测我们利用济宁模具厂生产的疑难轨yn-1试块上的模拟的1#此类缺

10、陷，进行了超声波探伤方面的研究。1.试块上的模拟1#缺陷在焊缝上的位置如图（二）所示，模拟裂纹垂直于钢轨表面。宏观形貌如图（三）所示。   图（二）                  图（三）2.在钢轨断面上模  拟缺陷（1#）  尺寸为12*6mm，如图（四）所示 。       

11、60;           图（四）2.超声检测；使用数字式探伤仪cts-2020型仪器，探头规格为2.5z8*12k2.5。在csk-a试块上，用6mm长的1横通孔制作dac曲线；根据tb/t2658.21-2007工务作业钢轨焊缝超声拨探伤作业标准，再在ght-5试块上分别利用1#5#的 12鈭r'> 3横通孔，确定判废线；利用yn-1试块上深度60mm的 12鈭r'> 3横通孔标定探伤灵敏度。因为是在同一试块上标定探伤灵敏度和探测，因此未进行表面藕合补

12、偿。如图（五）所示。       图（五）将探头置于轨面中心，向裂纹方向偏转一定角度，模拟缺陷的检测回波如图（六）所示。            图（六）根据dac曲线对该模拟缺陷进行定量分析，其当量接近为1*6mm当量的横通孔。以上是裂纹垂直于钢轨表面的情况。若裂纹方向与垂直方向产生偏角，缺陷回波则会急剧增加。使用的探头晶片尺寸加大，检测回波的幅度会增加。图（七）是在同一探伤灵敏度的情况下，使用2.5z12*12k2.5探头检测模拟缺陷

13、回波的情况。其回波比与使用2.5z8*12k2.5探头图（六）相比高出3db。                                       图（七）    

14、0;                                                 

15、0;                                               图（八）为提高检测此类缺陷的可靠

16、性，可适当在dac曲线的“增益校正”中，提高增益。图（八）为比探伤灵敏度提高4db的缺陷检测回波。 为此建议：在使用通用探伤仪检测焊缝作业时，根据探头的k值不同，当发现焊缝边界位置有缺陷回波，且判定缺陷位于轨头下颚与轨腰表面圆弧处时，即使未达到 12鈮垍'> 3长横孔的判废条件，但根据这类缺陷的危害性质，建议判废。    使用钢轨探伤仪探测时，当对回波定位在焊缝边界处时，可确认为存在上述缺陷并进行正确处理。    数字化钢轨探伤仪的前后直打70°探头可以发现上述缺陷，当此类裂纹与垂线形成一定角度时，前、后37°探头中的一只，也能发现这类缺陷。&#