基本介紹
- 中文名：軌頭核傷
- 外文名：Rail head transverse cracks
- 簡稱：核傷
- 屬性：鋼軌傷損
- 形成原因：鋼軌本身存在白點、氣泡等缺陷
- 分類：白核、黑核
基本介紹,特點及其危害,探測方法,對比分析,
基本介紹
軌頭核傷起源於軌頭內部的細小裂紋，由於軸重、速度、運量的不斷提高，在鋼軌走行面以下的軌頭內部出現極為複雜的應力組合，使細小裂紋先是成核，然後向軌頭四周發展，直至核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗，鋼軌在毫無預兆的情況下猝然折斷。加強軌道及機車車輛的養護，能減少核傷的發展，但無法完全消滅。軌頭內部細小裂紋是因為鋼水中含有氫氣。高溫的鋼水，把冶煉中的水氣分解成氫氣和氧氣。氫氣在軋鋼過程中冷卻到臨界溫度前，一直留在鋼中，當溫度低於200℃後，氫氣被封閉在微小的氣孔內，這些小孔里的氣壓很高，而要放散這些氫氣，就必將出現細小的裂紋。
特點及其危害
軌頭橫向疲勞裂紋俗稱軌頭核傷，簡稱核傷。一般出現在距踏面8~12 mm和距內側5~10 mm處，其方向與鋼軌縱剖面接近垂直，對踏面多有10°~25°傾角(單行線)或接近垂直(復行線)。核傷又分為白核和黑核，多數發生在軌頭。其形成的主要原因是鋼軌本身存在白點、氣泡、非金屬夾雜或嚴重偏析等缺陷，在列車的重複載荷作用下，使這些細微裂紋疲勞源逐漸擴大而形成疲勞斑痕(即核傷)，當疲勞斑痕沒有和外界空氣接觸時，具有平整光亮的表面，通常稱為白核；當這種疲勞斑痕發展至軌頭表面而被進入的水氣氧化時，稱為黑核。核傷可導致鋼軌橫向斷裂，是最危險的鋼軌疲勞缺陷之一。西方國家鐵路以無縫線路為主，鋼軌缺陷主要為核傷，多數國家在核傷面積超過軌頭面積30%以上時才要求換軌，法國甚至放寬到55%才換軌，而我國的標準要求比國外要嚴得多，只要確認是傷，就要求必須換軌。
探測方法
我國在役鋼軌探傷設備主要有鋼軌探傷車和鋼軌探傷儀兩種，探傷車探傷速度快、適應性強，但靈活性差，探傷後需要人工複查。探傷儀靈敏度高，靈活性好，但穩定性差，受操作者人為因素影響大。隨著鐵路運輸發展，高效率的鋼軌探傷車承擔起了越來越多的探傷檢測任務，尤其在高鐵線路、高原線路上，由於區間裡程長、環境惡劣等原因造成人工探傷作業困難，將主要採用鋼軌探傷車進行探傷。
各國對核傷均採用折射角為65°~70°的超聲橫波探頭進行探傷。我國根據核傷多出現在軌頭內側上角的特點，多年來探傷儀一直採用二次波法，即將探頭向內側偏轉14°~20°，利用經軌顎反射後的二次波進行檢測。但這些年也逐漸增加了中心直打70°（探頭向內側偏轉0°）探傷檢測通道。我國和歐美的探傷車採用直打70°通道一次波、偏斜70°通道（向內側偏轉14°~20°）一次波和二次波進行檢測。線路軸重大的前蘇聯曾經採用內側偏轉35°的一次波檢測法。
對比分析
探傷車與探傷儀對軌頭核傷檢測的對比分析
人工傷損檢測能力對比
探傷儀檢測核傷靈敏度：φ 4 mm平底孔當量，其超聲反射回的聲壓：
。
探傷車檢測核傷靈敏度：φ 3 mm橫通孔當量，其超聲反射回的聲壓：
。
取鋼軌超聲聲程（探輪內聲程折算到鋼軌中）100 μs ，探頭頻率2.25 MHz，則統一到超聲檢測靈敏度為φ 4 mm平底孔當量時，探傷車檢測靈敏度還需補償
。
考慮探傷車為動態檢測，傷損在間隔採樣和自動識別時會降低檢測靈敏度，還需要補償識別靈敏度6 dB（試驗測算在最低標定靈敏度的基礎上增加6 dB時，探傷車在最高檢測速度下形成3點連續報警反射，能夠有效識別）。此時測算出的靈敏度探傷車與探傷儀相同。
但在探傷車現場檢測過程中，由於探傷車高速運行，其動態耦合、鋼軌表面狀態不良、自動對中不佳、電路干擾等不能得到足夠補償，為3~6 dB。因此探傷車在高速檢測和自動識別後，對傷損的檢出靈敏度要比探傷儀低3~6 dB。
另外，超聲檢測對傷損取向非常敏感，探傷車與探傷儀核傷探測的超聲方向不同，因此對於小核傷的檢測靈敏度而言，由於探傷工藝的不同就不能簡單的用增益值的補償來解決，出現互相不能檢測出的小核傷也是正常。
軌形正常情況下較大軌頭核傷
對於較大軌頭核傷，探傷車會出現多個通道反射情況，如直打70°內側、中間和外側，有時還有0°的底波消失，探傷儀在一個通道會出現明顯傷損走波。在一處道岔核傷，探傷車和探傷儀均能有效發現，對比分析見圖1。
圖1
圖1軌形正常情況下偏於垂直的較小軌頭核傷
對於偏於垂直的較小軌頭核傷，探傷車的直打GC 70°能夠有效檢測，偏斜70°沒能有效檢測，在探傷車檢測前進行的探傷儀檢測也沒能有效檢測出來（見圖2）。
圖2
圖2軌形正常情況下帶有偏斜角的較小軌頭核傷
對有一定偏斜角的較小軌頭核傷，探傷車不能有效發現。圖3是探傷儀檢測的較小軌頭核傷並落錘的照片，探傷車沒有有效反射報警。
圖3
圖3軌頭分離層下核傷檢測
軌頭內部沿鋼軌縱向存在分離層（見圖4（a））。這種分離層經檢驗為氧化物夾層，已發現的分離層在軌頭內縱向延伸，接近水平狀態，短的有30～40 mm，長的超過100 mm。無論是探傷車還是探傷儀，都無法檢測到氧化物夾層。含有氧化物夾層的鋼軌鋪設上線後，以夾層為傷損源，經過列車重複作用，在氧化層下部又發展出軌頭橫向裂紋（核傷）（見圖4（b））。對於分離層下的核傷，由於分離層的阻隔，探傷車直打70°不能有效發現，但探傷車的偏斜70°通道和探傷儀偏斜檢測方式能夠發現此類傷損。
圖4
圖4嚴重磨耗下的軌頭核傷檢測
嚴 重 磨 耗 的 鋼 軌 （ 見 圖 5（a））本身就是重傷軌，需要馬上更換。因種種原因沒有及時更換的鋼軌，其探傷檢測非常困難。對於嚴重磨耗鋼軌內側產生的核傷（見圖5（b）），探傷車直打70°基本不能發現該類傷損。這類較大傷損，探傷車偏斜70°和探傷儀在一定條件下能夠檢測到，但往往還未能檢出便發生斷軌。這需要放寬檢測指標，縮短檢測周期。
圖5
圖5