呼和浩特局集团公司包头工务段探伤车间 内蒙古包头 014040
摘要：钢轨接头是轨道结构的薄弱环节之一，病害多且复杂，容易发生钢轨螺孔裂纹，如果不能及时的检出，会给行车安全带来较大隐患，也是钢轨探伤检测的重点和难点。
关键词：螺孔裂纹;原因；探伤
1.螺孔裂纹产生的原因
螺孔裂纹产生的原因主要是钢轨接头状态不良，接头受到的冲击力过大，养护不良等。
1.1接头状态不良
主要原因是螺孔钻制不良；螺孔周边有毛刺和缺口；在使用过程中产生螺孔锈蚀；螺孔钻制的位置不正确，有高度差，这些缺陷都会使螺孔周边产生应力集中，在列车重复荷载作业下将较快的产生螺孔裂纹。
1.2接头冲击力过大
列车通过有缝线路，机车车辆跃过钢轨轨缝时，对迎轨端的接头产生较大的冲击力，接头受到的冲击力远远大于钢轨静态力，又因钢轨轨腰钻孔后本身钢轨螺孔强度被削弱，又承受了更大的冲击荷载力，致使裂纹发生的概率上升。
1.3线路养护不良
由于钢轨接头日常养护工作不到位，造成接头道床板结、低接头、接头错牙、空吊、接头螺栓扭力不足等病害的存在，造成接头受到更大的冲击力，加大了裂纹的产生率。如：接头高低错牙1mm，第一孔承受的拉应力增加40％，道床板结第一孔承受的拉应力增加81.5％。
2.正常螺孔的探测
正常螺孔及裂纹是利用超声波探伤仪37°探头检测，37°探头属于反射式探伤，其发射的超声波从轨头以折射角37°的方向传播到轨底。主要探测轨腰投影范围的螺孔裂纹、斜裂纹和特殊部位水平裂纹，以及轨底横向裂纹。探测螺孔时首先必须了解正常情况下钢轨接头内的回波显示规律，在熟知各种回波与探头位置对应关系的基础上，才能识别异常回波或裂纹回波。
2.1螺孔回波
37°探头探伤扫查中距离螺孔中心约73mm，A型显示的荧光屏刻度4.2左右出现螺孔回波，前37°探头（朝仪器推行前方发射的探头）螺孔回波由刻度大向刻度小的方向移动，后37°探头螺孔回波由刻度小向刻度大的方向移动，由于两个探头声束方向不同，螺孔波显示移动过程正好相反；B型显示在轨颚线下方显示与螺孔回波深度相对应的图像。
2.2第一螺孔至轨端部回波
37°探头探测钢轨接头第一螺孔至轨端间，因钢轨类型、螺孔位置和轨面状的影响，以及钢轨端面、颚部、腰部等反射作用，会产生很多固有回波，容易与第一螺孔裂纹或轨端裂纹混淆。
2.2.1探头入射点移至轨端约40mm左右时，A型显示的荧光屏刻度2.8左右显示轨端颚部反射波，该回波由轨端面与轨颚面形成的端角，37°探头扩散声束在端角上的反射；B型显示在轨颚线上，靠近轨端位置显示轨端鄂部波图像。正常探测条件下，每个钢轨接头都会显示轨颚波，且波幅较强，如果无显示，除轨面状态不良外，一般为探伤灵敏度偏低，应及时进行修正。
2.2.2探头入射点移至距轨端5mm左右（一般探头外壳1/3已移出本轨），超声波经过轨端端面反射至第一孔，A型显示的荧光屏刻度4.3左右显示不完整螺孔波，又称倒打螺孔波;B型显示在轨端位置的另一侧，螺孔图的位置，显示长度小于正常螺孔图。该螺孔波与正常螺孔波不同，是受第一螺孔至轨端距离、轨端反射面平整度、轨端顶面等的影响。
2.2.3当探头入射点刚过轨缝进人另一根轨面时，A型显示的荧光屏刻度约3.9左右显示半个螺孔波，它和倒打螺孔波一样都属于不完整螺孔波，都是受一孔至轨端的距离影响，不能满足一个完整螺孔波显示的探测距离，只能显示螺孔波一部分；B型显示在轨端位置的另一侧，螺孔图的位置，显示位置高于倒打螺孔波。
3.裂纹波显示规律
为叙述方便，以前37°探头为例，后37°探头可按其探测方向依理类推。根据钢轨接头的回波显示情况以及受力状态，第一螺孔朝轨端的向下斜裂纹（或水平裂纹），以及第一螺孔朝第二螺孔向上斜裂是探测的重点和难点，这些裂纹不仅发生频率高，而且是导致轨端揭盖的主要裂纹。
3.1螺孔向下斜裂纹，因为裂纹在螺孔中心下方，反射面比螺孔声程更远，A型显示的荧光屏对应基线5.0以后先显示螺孔向下裂纹波，裂纹波消失后，在5.0以前显示螺孔波，伤波位移长短与裂纹长度有一定的对应关系，一般为裂纹越长，显示裂纹波的起点刻度值越大、回波位移越长；B型显示螺孔向下裂纹显示在螺孔图下方，图示裂纹长度与A型显示的回波位移长度和仪器推行距离呈正比关系。若裂纹与人射声束不正交，侧显示的比例关系不成正比。
3.2螺孔向上斜裂纹，因为裂纹处于螺孔的后方，A型显示特点为先螺孔波，后显示裂纹波，在螺波还没有消失时，在螺孔波之后就出现裂纹波。当向上斜裂纹端点低于螺孔顶面时，则伤波显示在螺孔波范围内；当向上斜裂纹较长，且裂纹点超过螺孔顶面时，则裂纹的回波失落点超过螺孔波显示范围，裂纹回波位移长，回波失落点刻度值越小；B型显示为螺孔图先显示，裂纹图后显示，与实际检测时，出波顺序相同。
3.3螺孔水平裂纹，由于螺孔周边和裂纹面之间构成角反射作用，能显示螺孔水平裂纹波。探头声束先射及水平裂纹角反射点，后射及螺孔反射面，因此，A型显示的荧光屏先显示裂纹回波后显示螺孔回波，因水平裂纹角反射点与螺波反射面高差小，则两个回波间隔很小，并有裂纹波未消失螺孔波就出现的同时显示过程；B型显示在螺孔图下方紧接着显示裂纹图，位置比向下裂纹要高。
3.4一孔向轨端向下（或水平）裂纹，根据超声波反射原理，前37°探头发射的超声波，经轨端面按人射角等于反射角的方向朝轨腰下方传播。前37°探头显示轨端颚部波同时，若声波射及螺孔向下（或水平）裂纹，A型显示的荧光屏5.0左右会显示裂纹波，这时探头入射点距轨端10〜40mm范围，如果斜裂纹越长，探头距轨端也越大，裂纹波显示的刻度也越大。
3.5第一螺孔朝第二螺孔向上裂纹，前37°探头人射点进入另一根钢轨顶面时，显示不完整螺孔波。探头继续向前移动10mm左右，显示向上裂纹波，探头人射点离轨端约20mm。由于轨端顶面不平，多数情况下第一螺孔波不能正常显示，因此，一旦发现荧光屏显示螺孔波的刻度上有回波，则要以观察探头位置方法来鉴别，认真区分是螺孔回波还是向上裂纹回波，防止误将向上裂纹波当成螺孔波来处理；B型显示对此伤损容易判断，无论不完整螺孔图是否出现，只要采用前后37°探头回波组合显示方式，很容易判断出是否存在第一螺孔朝第二螺孔向上裂纹。
4.探伤注意事项
4.1重视现场探伤灵敏度调节和修正。上道检测前做好37°探头现场探伤灵敏度调节，使用正常接头螺孔进行调节，在孔波最强、波高80%的前提下，增益14dB以上，增益量越多越有利于发现较短螺孔裂纹；当轨面锈损严重时，应及时修正探伤灵敏度，保证钢轨不良地段螺孔裂纹检出。
4.2注意异常波形的分析。遇仪器显示螺孔裂纹回波，拆检未见裂纹，有可能是螺孔周边的毛刺、黄油、钢轨生产标记引起，若排除上述因素，可作成记录，以便探伤人员观察波形变化。
4.3注意钢轨接头检查。一看接头状态，是否翻浆冒泥、空吊板、高低、打塌、擦伤、掉块和塌渣接头，因这些病害造成接头列车冲击力加大，裂纹发生机率上升,探伤时应加大水量，确保探头与轨面耦合;二看波形显示，注意对各种回波位移大小、波幅强弱的观察，认真分析，从中发现异常回波显示，并做出准确判断。
4.4注意道岔群钢轨接头的检查。岔后引轨接头是螺孔裂纹的高发部位，应通过双人复查、探头位置调整等方法来提高检查质量；加强对基本轨轨撑螺孔、尖轨活接头螺孔和顶铁螺孔的探测，必须慢走细看听警报，防止前后37°探头干扰，而产生螺孔裂纹漏检。
4.5注意绝缘接头螺孔的检查。绝缘接头的尼龙片明显高于轨面，使第一螺孔至轨端间检查困难;绝缘衬垫加大了对螺孔周边的挤压，容易产生螺孔裂纹。探伤时应注意探头的耦合，掌握伤损发生规律，一般单线区段螺孔裂纹多数发生在第一孔，复线区段发生在迎着列车运行方向的轨端(简称迎端轨)第二孔。
4.6注意迎端轨第一螺孔裂纹的检查。复线区段，由于列车单向运行，迎端轨第一螺孔裂纹多，尤其道岔区域的连接短轨，曲线更换后的下股接头、道口、小钢梁桥的两端接头和无缝线路区段长轨末端等接头更应加强检查。
4.7注意薄弱地段、异常螺孔的检查。隧道、道口、灰坑、水沟地段是螺孔裂纹多发区域，要注意变形螺孔和螺孔裂纹回波的鉴别；有缝线路大修换轨和工程施工区段，要注意氧乙焕气割和烧孔的检查，发现气割螺孔，应立即通知养路工区更换。
参考文献：
[1]钢轨探伤[M]. 中国铁道出版社 , 何学科, 2009
[2]铁路探伤工(钢轨探伤)[Z].中国铁道出版社.