钢轨伤损-标准-检测与维修

钢轨伤损（机理、检测、维修）报告内容

1.钢轨伤损机理及减缓措施

2.钢轨技术条件

3.钢轨检测与维修1.钢轨伤损机理及减缓措施1.1钢轨伤损概况钢轨伤损随运量的变化大致符合浴盆曲线，早期伤损较快、中期较为稳定、晚期较快。造成钢轨早期伤损的原因主要是由于钢轨制造或焊接、热处理等工艺不良造成的缺陷以及或轮轨磨合。随着钢轨生产技术水平提高，因制造缺陷造成的早期伤损大幅下降。随着列车速度、轴重和密度提高，钢轨后期伤损日趋严重。伤损发展的浴盆曲线钢轨伤损分类缺陷类疲劳类剥离掉块核伤裂纹断裂磨损类垂磨侧磨波磨变形类压溃波磨钢轨轨腰裂纹典型钢轨伤损-缺陷类铝热焊接头气孔缺陷典型钢轨伤损-缺陷类焊接接头裂纹典型钢轨伤损-缺陷类轨头鱼鳞状剥离典型钢轨伤损-疲劳类钢轨表面剥离典型钢轨伤损-疲劳类轨头剥离严重时引发的掉块典型钢轨伤损-疲劳类轨头核伤及断轨典型钢轨伤损-疲劳类钢轨侧面磨耗典型钢轨伤损-磨耗类钢轨波磨典型钢轨伤损-磨耗类1.2焊接接头伤损伤损现象裂纹气泡材质不均匀形成原因焊接种类选择焊接工艺控制热处理工艺伤损现象及形成原因采用长定尺钢轨、减少焊接接头采用质量稳定的焊接方式能用基地闪光焊，则不用移动闪光焊；能用移动闪光焊，则不用气压焊；能用气压焊，则不用铝热焊；尽量减少铝热焊，尤其在重载铁路上。减缓焊接伤损的措施采用稳定的焊接工艺按规定进行型式检验，确定合理的钢轨焊接工艺；重视焊接接头的周期性生产检验（落锤、硬度），稳定钢轨焊接工艺。严格工艺操作认真检查母材，避免不合格母材焊接出厂铺设上道；避免焊接过程中出现钳口打火；避免焊接过程中推凸不当伤及钢轨；采用良好的焊后热处理技术合理控制焊接后的正火温度。在焊接后冷却至500℃以下进行重新加热；正火升温轨头部位应达到900℃，轨底应达到800℃。合理控制正火后冷却方式及冷却速度。采用轨头喷风冷却，保证焊接接头轨头硬度与母材匹配；对热处理钢轨应采用较高的喷风冷却强度（喷风压力0.2MPa）；对热轧钢轨应采用较低的喷风冷却强度（喷风压力0.1MPa）。1.3轨头侧面磨耗轮轨两点接触及超前距

超前距与轮轨冲角成正比。B点发生轮缘在轨侧的快速滑动。钢轨侧面磨耗的形成机理磨耗成份粘着、切削、塑性流动磨耗阶段性早期剧烈磨耗期、中期稳定磨耗期及晚期快速磨耗期磨耗因子磨耗速率与各主要力学参数的关系提高钢轨硬度钢轨耐磨性能随硬度增加。采用轨头全长淬火热处理钢轨或合金钢轨，将钢轨头部硬度提高到340-370HB，可显著延长曲线钢轨使用寿命。钢轨侧面磨耗的减缓措施科学合理的轮缘润滑采用固体润滑。采用固体润滑时，曲线钢轨侧磨可维持在0.02mm/Mt左右且基本无剥离。使用车载喷脂润滑时，减磨效果相当但钢轨剥离严重。采用间断润滑。观察钢轨表面及侧面的剥离情况，当剥离出现时，停止润滑。设置合理轨道参数，可取得一定的减磨效果适当增加轨道弹性尽量减小轨道几何不平顺设置10-15%的欠超高设置略大的轨距1.4钢轨疲劳伤损（剥离、掉块、裂纹、断轨）钢轨疲劳的形成机理改善钢轨材质提高钢轨材料的纯净度。减少夹杂物，减少有害元素及气体含量。改进热处理工艺。轨头应具有足够深度和均匀的淬火硬化层，细化珠光体晶粒。采用优质合金钢轨。钢轨疲劳的减缓措施合理地进行钢轨大机打磨采用钢轨预打磨去除钢轨表面脱碳层；采用钢轨定期打磨，提高钢轨磨耗速率，去除钢轨表面疲劳层。加强轨道的维修养护增加和保持轨道弹性，减小轨道不平顺，改善钢轨受力状态。1.5钢轨波形磨耗钢轨波形磨耗普遍出现重载线路线上高速客运专线上城市地铁上长波和短波短波30-80mm，长波150－500mm列车速度较高时，常出现短波磨耗，重载线路上主要出现长波磨耗。钢轨波磨的现象波磨的形成和发展波磨的形成原因和发展原因可能是相同的，也可能是不同的，目前尚无定论；短波磨耗发展到一定程度时，波深和波长趋于稳定；长波磨耗随着车轮作用，波长趋于稳定，波深持续加大。波磨的危害短波引起剧烈振动长波引起剧烈振动的同时，危害行车安全。波磨成因理论分类动力类。认为轮轨振动在一定条件下致使钢轨产生波磨，波磨可能是不均匀磨耗、塑性变形或两者的混合。非动力。认为即使轮轨作用力为常值，也会因为不均匀塑性变形及磨损等原因形成波磨。钢轨波磨的成因理论钢轨波形磨耗动力类成因理论轮轨接触共振理论轮轨系统垂向共振理论轨枕弯曲振动理论轮对横向振动理论轮对扭转张驰振动理论车轮弯曲弹性波理论钢轨表面超声波理论钢轨波形磨耗非动力类成因理论钢轨冶金性能理论残余应力理论不均匀磨损和理论不均匀塑性变形理论接触疲劳理论应力限值理论轮轨廓形匹配理论主要措施提高钢轨材质强度及耐磨性能钢轨打磨其他措施减少轨道不平顺提高轨道的弹性和阻尼适当降低曲线地段外轨超高钢轨倒换反向行车钢轨波磨的减缓措施2.钢轨技术条件2.1钢轨技术条件相关文件为满足铁路提速、高速运输的需要，借鉴国外先进标准，结合我国的实际，近年来制定了系列钢轨技术条件，涵盖了高速铁路、提速线路以及既有线钢轨，形成了我国铁路钢轨的系列技术条件。不同钢轨的技术条件高速钢轨技术条件TB/T3276-2011：“350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件”（铁科技[2004]120号）“250km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件”（铁科技[2005]298号）“250km/h和350km/h客运专线钢轨检验及验收暂行标准”（铁建设函[2005]402号）“350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件”等3个技术条件局部修订条文（铁科技[2007]164号）。提速及既有线钢轨技术条件TB/T2344-2003:43-75kg/m热轧钢轨订货技术条件（用于既有线时速160公里以下的线路）TB/T2635-2004:热处理钢轨技术条件（用于既有线时速160公里以下的线路）。2.2高速铁路钢轨技术条件钢轨化学成分标准钢种CSiMnPSTB/T2344U71Mn0.65~0.760.15~0.351.10~1.40≤0.030≤0.030U75V0.71~0.800.50~0.800.70~1.05≤0.030≤0.030250km/hU71Mn0.65~0.760.15~0.351.10~1.40≤0.025≤0.025cU71Mnk0.65~0.750.10~0.500.80~1.30≤0.025≤0.025cU75V0.71~0.780.50~0.700.75~1.05≤0.025≤0.025c350km/hU71Mnk0.65~0.750.10~0.500.80~1.30≤0.025≤0.025cU75V0.70~0.780.50~0.700.75~1.05≤0.025≤0.025c高铁钢轨的主要改进，在于提高抗疲劳的性能。显著提高钢质洁净度

严格控制钢中的有害元素。如P、S含量，要求P≤0.025%，S≤0.025%。严格控制钢中气体含量。氢、氧含量分别小于2.5×10-4%和20×10-4%，钢轨成品氢含量小于2.0×10-4%。严格控制钢中残留元素

Mo<0.02%,Ni<0.10%,Cr<0.15%,Cu<0.15%,Ti<0.025%,Sb<0.040%,Sn<0.040%,Cu+10Sn<0.35%,Cr+Mo+Ni+Cu<0.35%；严格控制钢中铝含量。为了有效减少钢中的氧化铝夹杂，采用无铝脱氧，要求钢中铝含量≤0.004%；严格控制钢中夹杂物含量。要求A类（硫化物）夹杂物≤2-2.5级，B类（氧化物）、C类（硅酸盐）、D类（球状氧化物）夹杂物≤1.0-1.5级。轨钢中非金属夹杂物要求/级标准A类（硫化物）B类（氧化铝）C类（硅酸盐）D类（球状氧化物TB/T2344≤2.5 ≤2.0≤2.0≤2.0250km/h≤2.5≤1.5≤1.5≤1.5350km/h≤2.0≤1.0≤1.0≤1.0严格控制钢轨表面缺陷

在热状态下形成的钢轨纵向导卫板刮伤、磨痕、热刮伤、纵裂、氧化皮压入等的最大允许深度：钢轨踏面0.35mm，钢轨其他部位0.5mm。在冷状态下形成的钢轨纵向划痕最大允许深度：钢轨踏面和轨底下表面0.3mm；钢轨其他部位0.5mm。表面缺陷深度要求项目TB/T2344250km/h350km/h热轧状态下刮伤、轧痕、纵向线纹、折叠、氧化皮压入深度（mm）轨头踏面及其它部位≤0.50mm轨头踏面≤0.35mm其它部位≤0.50mm冷态下形成的纵、横向划痕、碰伤深度（mm）轨头踏面和轨底下表面≤0.40mm其它部位≤0.50mm轨头踏面和轨底下表面≤0.30mm其它部位≤0.50mm表面缺陷修磨（最大允许修磨深度）表面缺陷清理宽度不应小于深度的5倍。踏面0.35mm，其它部位0.5mm。每25m钢轨可修磨2处。踏面0.35mm，其它部位0.5mm。每10m可修磨一处。浅的脱碳层深度

钢轨表层脱碳，造成表面硬度降低，耐磨、耐剥离性能下降，会导致波磨等表面伤损的过早出现。要求铁路在开通运行前进行预打磨。打磨深度一般不得超过0.20-0.3mm。因此，钢轨的脱碳层深度应不大于0.3mm。高断裂韧性和低疲劳裂纹扩展速率

在试验温度-20

C下测得的断裂韧性KⅠC的最小值及平均值应分别不小于26MPam1/2和29MPam1/2。疲劳裂纹扩展速率da/dN规定为：当△K=10MPam1/2时，da/dN≤17m/Gc；当△K=13.5MPam1/2时，da/dN≤55m/Gc。严格控制钢轨几何尺寸精度和平直度

钢轨的几何尺寸高精度、高平直度是提速线路实现平顺运行的重要保证。系列技术条件规定了客运专线及提速线路用钢轨严格的几何尺寸公差、钢轨端头和本体平直度、扭曲等指标。钢轨尺寸允许偏差/mm项目TB/T2344-2003（50~75kg/m钢轨）250km/h客运专线钢轨技术条件350km/h客运专线钢轨技术条件钢轨高度

0.6

0.6

0.6轨头宽度

0.5

0.5

0.5轨头顶部断面未规定

0.6+0.6，–0.3轨底宽度+1.0，–1.5

1.0

1.0轨腰厚度+1.0，–0.5+1.0，–0.5+1.0，–0.5轨底边缘厚度+0.75，–0.5+0.75，–0.5+0.75，–0.5接头夹板安装面斜度+1.0，–0.5+1.0，–0.5

0.35接头夹板安装面高度+0.6，–0.5+0.6，–0.5+0.6，–0.5轨底凹陷a≤0.4≤0.3≤0.3端面斜度≤0.8≤0.6≤0.6断面不对称±1.2±1.2±1.2长度≤25m:

6.0（有孔）、10.0（无孔）

6.0

30>25m:供需双方协商;双方协商100m:

30螺栓孔直径

0.8

0.7

0.7螺栓孔位置

0.8

0.7

0.7部位项目允许偏差TB/T2344-2003（50~75kg/m）250km/h客运专线350km/h客运专线轨端垂直（向上）≤0.5/1m≤0.5/1.5m≤0.3/1m;≤0.4/2m垂直（向下）≤0.2/1m≤0.2/1.5m≤0.2/2m；水平(左右)≤0.5/1m≤0.7/1.5m≤0.6/2m轨端与轨身重叠区垂直--距轨端1m~2.5m≤0.4/1.5m距轨端1m~3m≤0.3/2m水平--距轨端1m~2.5m≤0.6/1.5m距轨端1m~3m≤0.6/2m轨身部位除轨端各1m的其他部分除轨端各1.5m的其他部分除轨端各2m的其他部分垂直≤0.5/3m，≤0.4/1m≤0.4/3m，≤0.3/1m≤0.3/3m，≤0.2/1m水平≤0.7/1.5m≤0.6/1.5m≤0.45/1.5m全长扭曲≤全长1/10000全长≤2.5mm全长≤2.5mm--轨端1m内≤0.45mm轨端1m内≤0.45mm上、下弯曲--≤10mm≤10mm侧弯曲--弯曲半径R>1500m弯曲半径R>1500m

钢轨平直度要求/mm低的轨底残余拉应力

为减小钢轨使用过程中的变形，并提高钢轨抵抗断裂的能力，以保证高铁铁路的行车安全，对轨底残余拉应力做必要的限制高铁钢轨技术条件规定，轨底最大纵向残余拉应力应不大于250MPa。2.3高速铁路钢轨维修技术条件钢轨轨头磨耗重伤标准钢轨(kg／m)垂直磨耗(mm)侧面磨耗(mm)υmax＞160km/h正线160km/h≥υmax

＞120km/h正线υmax≤120km/h正线及到发线及其他站线υmax＞160km/h正线160km/h≥υmax

＞120km/h正线υmax≤υmax≤120km/h正线及到发线及其他站线7510111212162175以下～6010111112161960以下～50101750以下～4391543以下813钢轨轨头磨耗轻伤标准钢轨(kg／m)总磨耗(mm)垂直磨耗(mm)侧面磨耗(mm)υmax＞160km/h正线160km/h≥υmax

＞120km/h正线υmax≤120km/h正线及到发线其他站线υmax＞160km/h正线160km/h≥υmax

＞120km/h正线υmax≤120km/h正线及到发线其他站线υmax＞160km/h正线160km/h≥υmax

＞120km/h正线υmax≤120km/h正线及到发线其他站线7591216188910111017161875以下～609121416899101012141660以下～50121489121450以下～43101278101243以下910779113.钢轨检测与维修3.1钢轨断面磨耗检测钢轨侧面磨耗与垂直磨耗钢轨磨耗针式检测仪游标式钢轨磨耗测量仪MiniProf钢轨断面接触测量非接触式钢轨断面测量仪

钢轨断面非接触高速检测装置检测系统由三部分组成，包括激光摄像组件、数据处理单元、波形编辑单元。安装在构架上由4对激光器、摄像机组成的激光摄像组件将钢轨轮廓图像采集并传输至图像处理计算机。满足安装在时速160km车辆上的正常检测采样间隔为1、2、3、5m等间距采样，可根据需要调整；磨耗精度为0.2mm。激光非接触式钢轨断面测量装置激光非接触式钢轨断面测量装置原理图测量得到的钢轨轮廓图形3.2钢轨平直度与波磨检测钢轨平直度测量仪

钢轨平直度测量仪适用于轨面纵向不平顺测量，可检测波磨、焊接接头等短波不平顺。采用非接触测量方法，利用激光CCD三角测距技术。因测量过程中采用了重叠法，测量长度可超过设备本身的长度。可用于0.03-0.3m及1-3m距离内轨面不平顺测量。高低测量范围为±100mm

，示值误差为±0.1mm。钢轨波磨连续检测装置钢轨波浪磨耗检测系统是安装在检测车上对钢轨波浪磨耗进行动态在线检测的装置。采用惯性基准法原理，在列车运行过程中对安装在轴箱上的加速度信号进行在线处理和分析，输出代表钢轨波浪磨耗状况的RMS值。目前该系统还处于试用阶段。波磨检测系统组成波磨检测系统数据处理流程3.3钢轨探伤钢轨探伤管理的技术要点

年通过总重大于80Mt的60kg/m钢轨线路探伤频度为10遍/年。有以下来种情况时适当增加检测次数：冬季、桥梁隧道小半径大坡道地段、钢轨伤损数量异常、大修初期。手推探伤车工作速度不应大于3km/h，在对接头、曲线、隧道、道口、桥梁等重点地段进行探伤时，要注意观察波形慢速推行。焊缝探伤应于打磨后温度低于40℃，范围为焊缝两侧各200mm。我国探伤车的应用情况第1台探伤车1989年到位，澳大利亚生产，探伤车最高检测速度仅30km/h。20世纪90年，开始引进GTC-40型探伤车，检测速度40km/h。在“十五”期间新购GTC-60型探伤车检测速度60km/h；“十一五”期间购置GTC-80型探伤车，检测速度为80km/h。1994年从美国引进SYS-1000型探伤车，检测速度40km/h；2000年以后，SPERRY公司在SYS-1000型检测系统基础上开发了Frontier型检测系统，检测速度达60km/h；近年来，SPERRY公司针对中国铁路最新开发了1900型检测系统，在声学设计上借鉴我国铁路小型钢轨探伤仪的技术特点，增加偏转70°超声波探头。检测速度80km/h。GCT-8型钢轨超声波探伤仪

GCT-8型钢轨超声波探伤仪具有８路独立的发射、接收通道，其中7个通道用于钢轨探伤，1个通道用于校对伤损或作为焊缝探伤仪使用，一台探伤仪可同时获得钢轨探伤、焊缝探伤功能。探伤仪具有波形记忆功能、自动记录探伤作业参数功能、探伤灵敏度自动控制、探头自动检测等。GCT-8型钢轨超声波探伤仪的主要技术特点：8路独立的发射、接收通道。可对钢轨颚部三角区重点检测，提高伤损检出率，预防轨头中心部位重伤的形成。存贮、回放功能。仪器可记录A型固定脉冲、活动的波形、B超图像、卫星定位参数、探伤作业参数。大屏幕、高亮度EL显示屏。可在强光下(在无遮光罩的情况)、隧道或夜间工作。探头自检功能。仪器能对探头的灵敏度偏低、耦合状态不好、探头故障等情况进行音频报警提示。理想的补偿曲线。仪器内置多套适用于不同轨型的增益补偿曲线。该补偿曲线多达160个补偿调整点，它将极大的加强缺陷的检出能力，同时抑制特定噪波的显示。环境适应性好。仪器主机外壳为防雨、防风沙设计，电池组、探头插座屏蔽在主机机壳内部，可以适应多雨天气和风沙气候；整机可在-40～50℃环境温度范围正常工作。SYS-1000大型钢轨探伤车SYS-1000系统为安装于铁路专用车辆上的，具有友好用户界面的钢轨伤损检测系统。SYS-1000钢轨检测系统可分为两个子系统：机械子系统和数据处理子系统。机械子系统为探测架，装有超声波轮式探头、液压装置、喷水装置及喷漆标记装置。超声波轮式探头4个安装有超声波换能器的轮式探头安装于车外的探测架上，轮探头外包橡胶轮胎，内充耦合液。每个轮探头内有6个换能器，1个0度、3个70度、1个37.5度(通常称之为45度)和1个侧打换能器。可覆盖钢轨轨头、轨腰和轨底。换能器发射2.25MHz超声波并接收回波信号。超声波通过轮探头与轨面的耦合液进入钢轨。0度换能器。0度声束垂直于轨面进入钢轨，通过轨腰到达轨底，可探测到那些挡住轨底回波的缺陷，如轨头和轨腰水平裂纹、轨头纵向劈裂、螺孔裂纹。45度换能器。主要用于探测轨腰部分缺陷，尤其是螺孔裂纹，还可探测70度换能器漏掉的特殊取向的缺陷。70度换能器。探测轨头及轨腰上部区域，如轨头核伤、焊缝缺陷、轨头中的垂直劈裂。侧打换能器。用于探测轨头垂直劈裂缺陷。3.4钢轨打磨钢轨打磨的作用矫正轨头廓形；去除钢轨表面缺陷，如波磨、剥离等；去除轨头表面因轧制或轮轨接触造成的脱碳层；改善轮轨接触关系。打磨的效益显著减小轮轨系统的振动；提高列车运行平稳性；显著延长钢轨的使用寿命，2－3倍；打磨的投入产出可达到1/8-1/10。打磨的种类新轨预打磨；预防性打磨；维修性打磨；矫正性打磨。打磨机具磨轨列车：Speno,16、24、48、96个磨轮创轨列车：Plus,采用创削去除轨头表层或肥边适用于我国高速动车轮踏面的钢轨预打磨设计廓面钢轨预打磨轨头廓形设计适用于我国高速动车轮踏面的钢轨预打磨设计打磨值按原始廓面进行钢轨预打磨后，轮轨走行光带不理想，有的线路还