【《铁路钢轨的无损检测需求分析综述》1900字（论文）】

铁路钢轨的无损检测需求分析综述铁路作为国家的重要基础设施，是支撑国民经济高速发展的重要基础和保障。到2020年终，我国的铁道营运总公里数已达到14.6万公里，成为了世界铁路建设以及运营总里程数最大的国家。根据国务院发布的《中长期铁路网规划》ADDINNE.Ref.{33546675-262D-42F9-9EA9-9850A9BE45B3}[1]，到2025年，铁道网规模将达到17.5万公里。该规划的实施和铁道网的快速建设对铁道基础方面设施的安全检测与监控技术进行研究在确保铁道网正常运转方面有着至关重要的意义。现阶段我国铁路行业根据钢轨每米的质量，将钢轨划分为43kg/m、50kg/m、60kg/m、以及75kg/m等型号，而目前主要线路上所采用的是60kg/m型钢轨，因此本文的研究都是基于该型号的钢轨展开的。钢轨的横断面采用工字形结构断面，主要由轨头、轨腰以及轨底三部分构成。钢轨在工作运行过程中反复受到车轮载荷作用力产生的伤损会破坏其结构的完整性，降低其机械特性ADDINNE.Ref.{C16DB239-0E63-4ABD-9FE5-A5C1EDFD6510}[2]。钢轨上存在的缺陷类型丰富，分布在轨头部位、轨腰处和轨底处，如图1.1所示。本文研究的钢轨损伤主要包括以下几种形式：（1）轨头表面滚动接触疲劳损伤及裂纹，如图1.2所示；（2）轨头内部核伤，如图1.3所示；（3）轨底腐蚀及腐蚀疲劳裂纹等，如图1.4所示。这些隐患会导致列车运行途中出现脱轨等事故，进而造成重大的经济损失；而且，这些缺陷主要位于轨距角附近或轨底两侧，都为钢轨的复杂形貌处，检测难度大。因此，合理运用无损检测技术，及时展开对钢轨不同位置、不同类型缺陷的检测对确保铁路运行安全具有重要意义。图1.SEQ图\*ARABIC1钢轨缺陷损伤分布（1）钢轨轨头表面滚动接触疲劳裂纹列车车轮在滚动过程中与钢轨表面互相接触，在接触斑处产生循环反复的冲击载荷，在这种载荷的作用下，会造成钢轨轮廓或者次表面的磨损从而产生裂纹如滚动接触疲劳损伤。此类疲劳裂纹损伤的走向与列车行驶的方向一致，同时会呈一定角度朝着钢轨下表面发展，继而在一定程度下还会在轨头里面发生偏折，最终扩展严重从而引起钢轨的折断，威胁了铁道的运行安全ADDINNE.Ref.{B2B8D084-E35E-4A7F-9011-9B527E34A496}[3-8]，如图1.1（a）所示。如图1.2（b）（c），疲劳裂纹产生的过程包含多个时段。初期的萌芽疲劳裂纹会随着时间的推移逐渐扩展，待其发展到深度约6mm-8mm，横向长度25-28mm时ADDINNE.Ref.{4F0637D3-B0C0-4855-8DC6-1C3A581072AF}[8]，裂纹就会引发钢轨断裂，造成事故ADDINNE.Ref.{28D635CA-3D2B-45AA-9D56-AB1CC019D408}[9,10]。通过现有的NDT技术可以及时有效地发现裂纹，同时以打磨等有利手段来维护检出的伤损表面，对于避免裂纹的进一步延伸以及维持钢轨现有结构的机械性能具有重大意义ADDINNE.Ref.{2644CA20-37F2-4C5D-9D2F-132BA2F38A6F}[11-14]。（a）钢轨轨距角疲劳斜裂纹(b)疲劳裂纹扩展状态(c)裂纹尺寸及危害性图1.SEQ图\*ARABIC2钢轨轨头表面疲劳裂纹及其扩展状态ADDINNE.Ref.{3E4A0FD1-19DD-46B8-BF10-0759E18F0487}[15]（2）钢轨轨头内部核伤一般将轨头出现的横断面裂纹称之为钢轨核伤，常常出现在钢轨的轨头内部，主要类型包括白核与黑核。这类伤损普遍集中于踏面与侧边向下距离4~10mm的部位，如图1.3所示ADDINNE.Ref.{6A1B6692-C5E6-4A20-86A5-02A4ED36DB8A}[16]。其产生的过程主要是因为钢轨内存在的白点、气泡等夹杂物在受到列车机动载荷的反复影响下，导致微细疲劳源进一步的扩展延伸，从而在断面产生了既平整又发亮的缺陷，即为白核。白核随着时间的推移进一步扩展延伸至轨面，此时的疲劳斑痕暴露在空气中，在氧化作用下不断发展，最终形成另一种类型缺陷，即为黑核ADDINNE.Ref.{AA3A445F-8785-4897-9338-79D19B51819F}[17,18]。（a）轨头斜裂纹发展为核伤(b)轨头核伤断口的宏观形貌图1.SEQ图\*ARABIC3钢轨轨头内部核损伤示意图（2）钢轨轨底表面腐蚀损伤钢轨受到大气环境中水、氧、温差和污染性气体等共同作用下的电化学反应则会产生腐蚀缺陷ADDINNE.Ref.{7B4C4AAF-C98F-49F9-AC0F-BBD0B0E389B3}[19,20]，钢轨底座腐蚀会使钢轨的寿命从几十年缩短到1年或更少ADDINNE.Ref.{6488844E-FFB0-4C91-909D-D016BFE87F07}[21,22]。轮轨接触和打磨机打磨可抑制轨头和轨腰的腐蚀，而轨底的腐蚀则会进一步扩展形成孔洞。轨底腐蚀会损害钢轨的完整性，并可能导致灾难性故障。其中，点蚀是一种局部形式的腐蚀，其危险性超过了均匀腐蚀损伤，体现在它更难以检测，同时也会导致应力腐蚀开裂ADDINNE.Ref.{9CB73A7B-9F07-4747-AF75-54E194BC43A5}[23]。点蚀产生的凹坑主要体现为款而浅或窄而深，如图1.4所示。图1.SEQ图\*ARABIC4钢轨轨底表面腐蚀损伤示意图综上所述，随着铁道蓬勃迅速的发展，提高了钢轨无损检测评估方面的需求，同时丰富的裂纹损伤种类和变化复杂的扩张形式，这些都对识别、定位和量化缺陷提出了更高的要求。为了能够实时有效对服役中的钢轨进行维修和保养，避免安全隐患的出现，有必要准确有效地对钢轨不同部位进行无损检测。首先，位于钢轨顶面由于车轮作用力产生的接触疲劳裂纹非常容易地钢轨内侧倾斜延伸，危害极大ADDINNE.Ref.{4BC1F554-5FDB-4CA1-925F-4C86F3A3A4D9}[24,25]。对于钢轨轨距角表面斜裂纹和内部的小缺陷，迫切需要实现精准量化检测ADDINNE.Ref.{CE3DC114-AFAC-41BE-B639-9A48E3B3AF93}[26,27]的评价方法。其次，实现钢轨疲劳早期萌芽微裂纹的快速有效评估，针对钢轨存在的隐患实现提早的预防以及提供具有参考性的维修和保养是至关重要的ADDINNE.Ref.{D86CE50C-93D3-46E5-A31C-1BFF729CFFEA}[15,28]；此外，钢轨底部是现有超声波探伤设备的盲点ADDINNE.Ref.{547D124B-D234-42B5-91F6-57BA62D042AD}[29]，所