无缝线路钢轨探伤的影响因素分析

李杰 李晓娜

摘要：无缝线路承担运量繁重的铁路客运、货运运输任务，经历数年的服役后，开始出现疲劳状态，钢轨内部材质中的细微裂纹、焊缝部位的气孔夹杂等伤损逐渐发展扩大，逐步形成影响列车运营的安全隱患，因此对线路钢轨进行无损检测非常重要。影响轨道的因素有很多种，应当根据实际情况，适当调整轨道探伤周期，促使列车行驶的安全。

关键词：无缝线路;钢轨探伤;影响因素

无缝线路钢轨探伤的影响因素

1母材的影响

1.1尺寸方面

无缝线路钢轨在使用过程中会受到各种因素影响，比如：轨道结构、线路几何尺寸等都会影响到线路钢轨状态，在列车行驶过程中，会对钢轨产生一定的冲击，进而导致钢轨产生微小的形变，并且列车带来的荷载力也会对钢轨内部产生影响，而这个影响的程度与钢轨尺寸、受力面积、截断面等位置有关。为此，需要对钢轨受力范围和受力点进行精准可靠的测算，制定出合理的探伤周期。在列车经过以后，所产生的应力到达钢轨内部后，钢轨受到应力的方式有动应力、接触应力、附加应力、残余应力等，并且线路钢轨会应用在各种环境中，由于环境的不同钢轨也会受到各种温度应力的影响，钢轨的受理范围、内部损伤应力特征等带来的影响具体见表1。

1.2螺孔受力的影响

在钢轨接头至接头两侧各延伸3m范围内，列车会对接触面形成正应力及剪应力，正应力沿横断面传递，剪应力沿纵断面传递，两股应力传递至轨腰处，在螺孔位置形成应力集中。在两股应力长期反复作用下，螺孔附近极易产生疲劳伤损，且细微裂纹发展较快，根据力的传递规律，第一螺孔受影响最大，第二孔较小。当内部细微裂纹发展至钢轨表面时成为表面裂纹，在螺孔所在的几何面中，人为添加一条正线一条法线，将几何面沿逆时针方向分割为第Ⅰ象限、第Ⅱ象限、第Ⅲ象限及第Ⅳ象限，裂纹沿横断面不断发展，会成为第Ⅰ、Ⅲ象限螺孔裂纹;沿纵断面不断发展，会形成第Ⅱ、Ⅳ象限螺孔裂纹。螺孔裂纹继续发展会直接造成钢轨折断。

1.3温度的影响

线路钢轨由于会应用到各种环境中，面对不同环境产生的温度应力影响也不同，由于钢轨材质自身的性质，在外界温度发生改变时，会随着温度产生一定的变化。当外界出现高温、低温、温度突然变化的情况时，会加快钢轨受伤程度，而这种温度影响最大的是我国北方城市，尤其是在冬季阶段，钢轨损伤程度比较严重。为此，在北方地区入冬和春融时期，将会是轨道探伤工作的重要时间节点。

1.4线路曲线的影响

为平衡铁路线路对生活、生产的需要，不仅存在直线线路，还需铺设曲线线路。在曲线线路上，接触面承受的纵向冲击力远高于直线线路。而且为满足列车通过时的平衡、减少倾斜，专门为线路设计了超高，以保障列车平稳通过。但是曲线超高的存在会在列车通过时形成转动惯性，对钢轨形成弯曲应力，弯曲应力容易使钢轨轨头内部形成核状伤损，我们称之为核伤，弯曲应力与钢轨型号成反比，但形成的核伤与钢轨型号不成比例，整体上呈无规律分布。

1.5钢轨型号的影响

目前我国普遍使用的钢轨型号有60kg/m轨、50kg/m轨及43kg/m轨。整体来说，钢轨的刚度随型号的增大而提高。列车通过时会在列车轮对与钢轨的接触面（后文简称接触面）形成剪应力，剪应力会对钢轨造成弯曲形变，钢轨刚度越高，弯曲形变越小;形变越小，伤损发展越缓慢。

1.6其他特殊区段的影响

除上述线路区段外，还有部分区段的特性会对线路钢轨造成影响，如桥梁、隧道、涵洞等，应根据具体区段的特性针对性地定制钢轨探伤周期。

2焊缝的影响

无缝线路一般应用在钢轨之间的链接，是通过焊接的方式促使钢轨与钢轨之间相连接，是组成电气化铁路的一个主要部分。现阶段，钢轨焊接方式只要有铝热焊、闪光焊、气压焊这3种方式，其中铝热焊是使用最广泛的一种焊接方式。在应用铝热焊接的过程中，对焊接工艺和工作人员专业技能具有较高的要求，焊接过程中，工作人员焊接操作水平、焊接温度、密贴闭合空间不严密等因素都会造成焊接工作出现各种问题，常见的焊接缺陷有气孔、夹渣、裂缝、表面凹凸不平等，这些问题的存在都会为后期列车使用带来安全隐患。完成焊接步骤以后，焊接口处会留有一定形状的焊筋，这就需要工作人员对其进行打磨，只有经过打磨并且符合列车通行以后才允许投入使用。随着使用时间的不断增加，焊缝位置的钢轨很容易存在产生疲劳裂纹的安全隐患，为此需要对其进行探伤工作，一般情况下，对钢轨的探伤范围起始于焊缝，沿着焊缝两侧向延伸200mm，该范围内就是探伤检测工作中的主要位置。钢轨焊接采用铝热焊缝方式的，探伤周期通常情况下是180天，开展探伤工作一般采用超声波仪器进行检测。另外，针对钢轨曲线阶段和重载地段采用焊接方式连接的，应当合理地对探伤周期进行调整，适当缩短探伤周期。

3结语

综上所述，轨道探伤工作对轨道正常运行起到至关重要的作用，轨道使用过程中，会受到焊缝、母材等方面的影响，常温情况下对轨道探伤通常要求一个季度1次，特殊季节可适当缩短或延长探伤周期，找到轨道容易出现损伤的关键点，结合实际情况，根据相关标准要求调整探伤周期，保证列车行驶安全性。

参考文献

[1]钢轨轨头探伤不合原因分析[J].刘晓卫，欧阳珉路，周剑华，王瑞敏，赵国知.武汉工程职业技术学院学报.2021（03）

[2]钢轨探伤车对钢轨焊缝缺陷的检测能力[J].李培，石永生，张玉华，马运忠，钟艳春，熊龙辉.无损检测.2021（04）