提高钢轨探伤车核伤检出率的研究

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【摘 要】根据多年的钢轨探伤车检测和机械设备维修保养经验，结合济南铁路局2014年全年伤损统计数据，对核伤产生的原因和危害以及如何提高钢轨探伤车对核伤的检出率进行了分析和研究，最终给出了一些有益的建议与方法，对同类型检测车辆具有借鉴意义。

【关键词】核伤；检出率；钢轨探伤车

钢轨探伤车是装有检测钢轨伤损设备的专用车辆，具有高速性、可靠性、可重复性等优点，对保障铁路运输安全起了重要作用。其具有独立行走功能，并可与国内准轨车辆连挂，肩负着主要线路的钢轨探伤检测任务。

1 核伤对钢轨的危害

钢轨核伤也称为轨头横向裂纹，多出现在钢轨头部内侧，其方向与钢轨纵剖面接近垂直。核伤可导致钢轨横向断裂，是最危险的钢轨疲劳缺陷之一。一般说来一旦发现核伤则要求立即通知工务段地面小仪器探伤相关人员进行复核和处理，只要现场确认是核伤，要求立即组织进行换轨处理。从对核伤的重视度也能看出核伤在所有伤损中的危害性是很大的。如何正确判别出核伤直接关系到大型钢轨探伤车能否承担起保障线路安全责任问题，核伤的检出率直接影响到行车安全。

2 核伤的分类和产生原因

2.1核伤根据断口颜色分为白核和黑核两类。

（1）白核疲劳核伤裂纹源产生于轨头内部，起裂后成疲劳扩展，形成疲劳核伤断口。当疲劳扩展裂纹于钢轨表面不相连通时，疲劳断口无氧化现象，有金属光泽。

（2）黑核疲劳核伤裂纹源产生于轨踏面的接触疲劳裂纹处或剥离掉块凹坑处，裂纹呈疲劳扩展形成疲劳核伤断裂，裂纹断口呈暗褐色。

2.2钢轨核伤产生的原因

（1）由于材料缺陷形成。钢轨在制造过程中由于冶金缺陷和钢锭切除不够，钢锭内部存在白点、气泡、非金属夹杂、偏析和缩孔残余等缺陷，经辊压后成片状存在于轨头，在列车荷载的反复作用下，这些缺陷产生的疲劳源逐步扩展，形成危害的核伤。从冶金工艺角度来说，它起源于钢轨头内部的细裂纹，裂纹的产生是因为在钢轨的浇注过程中高温的钢水把冶炼中的水气分解成氢气和氧气。氢气在轧钢过程中冷却到临界温度前，一直留在钢中，当温度低于200℃后，氢气被封闭在气孔内，小孔里的气压很高，而要放散这些氢气，就必将出现细小的裂纹。在车辆运行时钢轨踏面以下的轨头内部出现复杂的应力组合，使细小裂纹首先形成核，然后向轨头四周发展，直至伤损周围的钢材在反复应力作用下折断。

（2）由于接触疲劳形成。由于车轮与钢轨间接触应力过大，在列车荷载多次作用下，先产生轨头顶面剥离或其他表面伤损，然后发展成核伤。

（3）由于擦伤形成。机车启动或爬坡时车轮空转，以及机车制动滑行时车轮与钢轨间剧烈摩擦产生高温，使轨顶面金属组织变硬，在列车荷载作用下，形成网状裂纹，并向下发展为核伤。

（4）由于鱼鳞破损形成。在车流密度高，行车速度快的重载区段，列车在复线单向运行，在小半径曲线上股轨头内侧表面经常发生鱼鳞状破损，与轨头金属破碎、剥离不同。鱼鳞伤损以裂纹间断为疲劳源逐步形成核伤。

（5）由于侧磨严重形成。如今随着铁路运量的加大和速度的提高，曲线地段超高设置无法满足各种车速的要求，因此造成钢轨偏载现象，使钢轨承载量上升。曲线上股钢轨侧磨严重，轮缘对轨颚挤压，以及水平推力与挠度应力的复合作用，使下颚尖端产生微裂纹，形成疲劳源，在列车往复作用下，裂纹扩展形成核伤。

3 济南铁路局2014年核伤在所有伤损中所在比例统计

2014年全年共检出307处伤损，其中轨头核伤131处，螺栓孔裂纹85处，轨腰裂纹6处，其他伤损85处。其中轨头伤损占总伤损数量的42.6%，螺栓孔裂纹占总伤损数量的27.7%，轨腰裂纹占总伤损数量的2%，其他伤损类型占总伤损数量的27.7% 。轨头核伤工务段复核130处，复核确认数31处，伤损确认率23.8%。螺栓孔裂纹工务段复核83处，复核确认数13处，伤损确认率15.7%。轨腰裂纹工务段复核6处，复核确认数2处，伤损确认率33.3%。其他伤损工务段复核76处，复核确认数11处，伤损确认率14.5%。 通过对济南铁路局2014全年伤损检测数据统计分析，对比了伤损检出数量和地面小仪器复核确认数，可以看出核伤在探伤车检测发现的所有伤损类型中占到42.6%，是探伤车检测发现的最多的伤损。可以看出对核伤的探伤小仪器复核确认率为23.8% ，比轨腰裂纹的确认率33.3%还有很大差距。由此可以看出核伤的检出率直接影响了钢轨探伤车的伤损检出率，而且轨头核伤的检出率还有很大的提高空间。

4 如何提高探伤车对核伤的检出率

（1）制定合理的探伤检测计划。按照铁路总公司各项文件精神和具体线路的探伤需求制定合理的检测计划，为工务段提供准确详实的伤损资料。现在很多工务段探伤组的存在执机人员不足的现状，因此制定合理的探伤计划尤为重要。合理的制定检测计划能更加充分利用探伤车的优点，节约生产成本，有效利用探伤车这一现代化大型机械化检测设备。

（2）加强探伤车机械设备技术状态维护。按照作业规程进行检修保养和定期检查保养。尤其应当加强液压伺服系统和探轮自动对中系统的调试。

（3）做好检测前动态标定。探伤车按最高检测速度对实验线路的人工伤损进行连续不间断10次检测，统计平均检出率、误报率。如果平均检出率大于90%且平均误报率小于10%，则动态标定合格，否则应对探伤检测系统的检测小车进行调试直到技术状态合格为止。

（4）重视现场探伤灵敏度调节和修正。检测前做好现场0°晶片的灵敏度调节，在无杂波情况下尽可能提高探伤灵敏度，确保轨头小核伤及时发现。当钢轨轨面有锈蚀时，应及时提高增益，保证钢轨不良地段轨头核伤及时检出。新铺轨地段为提高穿透式探伤灵敏度，应选择较低增益，旧轨地段为提高反射式探伤灵敏度，应选择较高的增益量，有利于核伤的发现。

（5）提高探伤人员自身业务素质，加强与地面探伤人员的交流。加强理论学习，定期组织伤轨练兵。加强探伤车与地面小仪器人员的伤损图谱的比对，及时掌握伤损的现场情况，保持良好沟通，不断总结现场经验。

5 结语

核伤的判定直接影响着铁路运输安全，尤其在冬季钢轨断轨高发季节，钢轨探伤车的检测作业有效的保障了铁路畅通，探伤车是现今铁路形势下必不可少的无损检测设备，提高探伤车核伤的检出率是一个重要的研究方向。随着科学技术的发展和新材料、新工艺、新技术的推广和应用，对钢轨核伤的分析判断会有更多的研究成果，钢轨的超声检测技术水平会有更大的提高。

参考文献：

[1]何学科.钢轨探伤[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]董洪志.高技术铁路与钢轨[M].北京：冶金工业社，2003.

[3]铁路职工岗位培训教材编审委员会[M].北京：中国铁道出社，2010.

作者简介：

朱永辉（1974.4-） 男，籍贯 山东济南 单位 济南铁路局工务检测所，学历本科 北京交通大学05级 电气工程及自动化专业。

王琦（1981.6-） 男，籍贯 山东泰安 单位 济南铁路局工务检测所，学历本科 兰州交通大学05级 计算机科学与技术专业。

逯斌（1976.9-） 男，籍贯 山东章丘 单位 济南铁路局工务检测所，学历本科 山东工会干部管理学院08级 计算机科学与技术专业。