第六讲 钢轨伤损的分类和形成原因课件讲解

目录CONTENTS钢轨伤损的分类123钢轨核伤456钢轨接头部位伤损钢轨纵向水平和垂直裂纹钢轨轨底裂纹钢轨焊缝缺陷1钢轨伤损的分类2014年“6.13”广铁集团沪昆线27062次货运列车脱轨一般C类事故。概况：2014年6月13日1时28分，广铁集团沪昆线27062次货运列车运行至怀化南站到达场7道准备停车时，因机1号道岔存在尖轨核伤，且多处线路质量不良，导致钢轨折断，造成机车脱轨，中断行车1小时56分。怀化工务段全部责任。钢轨伤损的概念是什么？常见的钢轨伤损有哪些？产生原因？钢轨伤损：钢轨发生折断、裂纹及其他影响和限制钢轨使用性能的各种状态。钢轨裂纹：钢轨表面或内部的部分金属发生分离。钢轨其他伤损：除裂纹、折断以外，影响钢轨使用性能的磨耗、压溃、压陷(或凹陷)、波浪磨耗、弯曲变形、表面缺陷、外伤，腐蚀等伤损，钢轨伤损程度：指伤损轻重，分为不到轻伤、轻伤、重伤、折断四类。1钢轨伤损的分类1.钢轨伤损的定义

钢轨伤损是指钢轨在使用过程中发生的钢轨折断和钢轨裂纹，以及其他影响和限制钢轨使用性能的缺陷。（1）钢轨折断是指发生下列情况之一者：1.钢轨全截面至少断成两部分；2.裂纹已贯通整个轨头截面；3.裂纹已贯通整个轨底截面；

4.轨头顶面上有长度大于50mm，深度大于10mm的掉块。（2）钢轨裂纹是指除钢轨折断情况之外，钢轨部分材料发生分离形成裂纹。钢轨伤损分类编号采用四位数字及一位英文字母表示。第一位为数字，有0~7和9共9个数，分别表示伤损在钢轨长度上的起始位置;第二位为数字，有0~6共7个数，分别表示伤损在钢轨横截面上的起始位置；第三位为数字，有0~9共10个数，分别表示不同的伤损状态；第四位为数字，表示对伤损状态的细化，细化顺序以1、2、3、4…编号依次类推，没有细化的可以不写。第五位为为英文字母，有A~E共5个字母，分别表示不同的伤损程度。

钢轨伤损从超声波钢轨探伤专业上可分为五大类，有钢轨核伤、钢轨接头部位伤损、钢轨纵向水平和垂直裂纹、钢轨轨底裂纹、钢轨焊接缺陷。

白核黑核

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、非金属夹杂物、偏析和缩孔残余等缺陷，经辊轧后成片状存在于轨头中，在列车载荷的重复作用下，这些缺陷生产的疲劳源逐步扩展，形成有危害的核伤。

材质缺陷形成的核伤接触疲劳形成的核伤

大运量重载区段，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。一般核源位于轨头内侧上角距顶面和侧面5~15mm的范围内。接触疲劳形成的核伤

目前部分客车与货车运行速度相差较大，曲线上股钢轨侧磨严重，轮缘对轨颏的挤压，以及水平推力与挠曲应力的复合作用，使下颏尖端产生微裂纹，成为疲劳源，在列车往复作用下，裂纹扩展形成核伤。侧磨严重形成的核伤侧磨形成的核伤

车流密度高，行车速度快的重载区段。由于列车在复线中单向运行，小半径曲线上股轨头内侧表面经常发生鱼鳞状破损。它不同于一般的轨头金属碎裂和剥离，常以裂纹尖端为疲劳源，逐步形成核伤，其特点是发展快，且呈多面核。鱼鳞破损形成的核伤鱼鳞破损形成的核伤焊补形成的核伤2钢轨伤损的形成原因机车起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、变脆，在列车荷载作用下，形成网状裂纹，并向下发展成为核伤。当焊补轨面擦伤和掉块时，因焊面未打磨干净，留有微裂纹或焊补工艺不良产生缺陷，这些缺陷在机车荷载作用下，极有可能在焊补层下形成核伤擦伤（焊补）形成的核伤1、伤损说明：轨底角边有17×12mm核伤。2、伤损形成原因：钢轨本身存在白点、气泡、非金属夹杂或严重偏析等缺陷，在列车动荷载的重复作用下，使这些微细疲劳源逐步扩展而形成核伤。1、伤损说明：铝热焊缝轨头内侧下颚有40×17mm的月牙形核伤。2、伤损形成的原因：由于钢轨存在非金属夹杂或严重偏析等缺陷，在车轮荷载重复作用下，使这些微细疲劳源扩展而形成斑痕，逐渐发展成核伤。1、伤损说明：轨头表面有连续鱼鳞伤，鱼鳞伤深11mm，长为40mm。轨面下有34*11mm的核伤。2、伤损形成的原因：在大运量重载区段，由于接触应力过大，形成接触疲劳核伤。1、伤损说明：轨头表面有连续鱼鳞伤，鱼鳞伤深12mm，长为45mm。轨面下有17*15mm的核伤。2、伤损形成的原因：由于列车在复线单向运行，曲线上股内侧表面经常发生鱼鳞状破损，常以裂纹尖端为疲劳源，逐步形成核伤。1、伤损说明：由非作业边向作业边呈30°角向下延伸，宽30mm，深15mm。2、伤损形成的原因：由于车轮对钢轨踏面的强烈冲击，使钢轨踏面严重擦伤或产生网状裂纹。1、伤损说明：轨底三角区有一高27mm、宽14mm的核伤（白核）。2、伤损形成原因：钢轨本身存在的白点、气泡或严重偏析等，在列车荷载重复作用下，使这些微细疲劳源逐步扩展形成平坦光亮的斑痕。1、伤损说明：轨头表面有连续鱼鳞伤，轨面下有62*57的核伤。2、伤损形成的原因：由于列车在复线单向运行，曲线上股内侧表面经常发生鱼鳞状破损，常以裂纹尖端为疲劳源，逐步形成核伤。

钢轨接头是线路的薄弱环节，车轮作用在钢轨接头上的最大惯性力要比其他部位大60%左右。钢轨接头的主要伤损是螺孔裂纹，其次是下颏裂纹和马鞍型磨耗等。（1）钻孔不当

钢轨轨腰在钻螺栓孔后，强度被削弱，螺孔周边产生较高的局部应力；其次螺孔钻制不良，螺孔周边有毛边缺口或钢轨锈蚀，螺孔周边有锈蚀缺口。（2）接头冲击力过大

在有缝线路中，机车车轮跃过钢轨轨缝时，对迎端轨产生较大的冲击力，其中P1

、P2

大于静态力P3，因此，接头区钢轨本已因钻螺孔强度被削弱，又承受更大的冲击荷载力，致使裂纹发生率上升。

接头状态

螺孔位置高

低错

牙1mm低接头

>2mm鞍

型磨

耗0.75mm鞍

型磨

耗1mm道

床

板

结钢筋混凝土枕与木枕(板结状态)第一孔40%30%

81.5%102%第二孔

4.3%17.1%

各种条件下螺孔拉应力增量（3）线路养护不良

由于钢轨接头养护工作不到位，产生大轨缝等，这些不良的接头状态都会增加机车对接头的冲击力。第一螺孔各象限产生螺孔裂纹概率（%）（1）受长期受到过大的偏载，水平推力以及轨头挠曲应力的复合作用；（2）钢轨接头采用斜坡支承夹板，使轨颏承受向上拉力；（3）养护作业不良，以及机车车辆的蛇形运动产生的横向作用力等多方面因素同时作用的结果。钢轨轨端接头淬火工艺不良，淬火区与非淬火区之间硬度过渡不均匀，在列车荷载多次作用下，该部分产生压陷，形成钢轨接头区两侧凸，中间凹下的马鞍形。钢轨水平和纵向裂纹焊接接头下颏水平裂纹由于钢轨制造工艺不良，没有切除钢锭中带有严重偏析、缩孔、夹杂等缺陷，在钢锭轧制成钢轨后，缺陷成片状残留在轨头、轨腰、轨底中，与钢轨纵向平行，呈水平或垂直状态出现。纵向垂直的裂纹经机车长时荷载作用后，会向外膨起成为膨泡裂纹。无缝线路区段，曲线地段钢轨长期受到过大的偏载，在钢轨颏部或轨腰上会产生水平裂纹。1．轨腰垂直纵向裂纹向下发展成轨底裂纹（a）；2．轨底锈坑或划痕发展形成的