[科普中国]-轨底沉陷

轨底沉陷属于轨条损伤，是指由于钢轨老化、列车的压力和振动等因素带来的钢轨结构性破坏。轨条损伤主要分为钢轨核伤、钢轨接头损伤、钢轨纵向与垂直水平裂纹、钢轨轨底裂纹。目前常用的轨条探伤的方法是超声波、磁粉、涡流等。

研究轨条损伤的重要性作为铁路现代化的一个标志，重载运输大幅度提高了铁路运输能力，适应了现代化运输要求。重载线路货运量增加，给国民经济带来发展的同时，也造成轮轨严重损伤，这不仅大大增加了铁路运输成本，更严重影响了铁路运输安全，因此对铁路钢轨损伤进行分析研究显得尤为重要。

分类钢轨伤损是铁路轨道交通中较为严重的问题，直接影响了列车运行的安全与平稳，与运输成本、钢轨材料的选定以及相关的设计制造有着密切的关系。钢轨需要支持并且引导机车按照规定的方向来行驶。然而在长期的使用过程中，钢轨会出现损伤，例如常见的折断、裂纹以及其他影响性能的各种情况。只有明确钢轨伤损及其成因，才能更好地提高钢轨探伤的工作质量。

钢轨核伤主要是因为钢轨在冶炼或者是轧制的过程中，所使用的材质比较差，或者是在使用过程中存在着缺陷，使得机车在反复荷载的作用下，应力得以集中，疲劳源不断增加并且扩展。钢轨核伤主要发生在钢轨的头部位置内侧，并且伴随核伤的直径加大，钢轨所承载的能力便会随之降低。因此在高速重复载荷的作用下，钢轨极其容易发生折断。

钢轨接头损伤这是线路当中最为薄弱的一个环节，机车车辆车轮不断作用于钢轨的接头上，使得承受最大的惯性力要比其他部位增加55%左右。因此在平常的钢轨探伤过程中，经常会发生螺孔裂纹或者是马鞍形磨耗等。

钢轨纵向与垂直水平裂纹钢轨纵向与垂直水平的裂纹主要是因为钢轨制造工艺较差，没有重视钢锭中存在的严重偏析、缩孔、夹杂等问题。使得钢锭在轧制成为钢轨之后，那些缺陷就会成片状地残留在钢轨头部、钢轨轨腰部位还有钢轨轨底部位，相反地与钢轨纵向平行，呈现水平或者是垂直的状态。

钢轨轨底裂纹从钢轨腰垂直纵向裂纹向下发展，便成为了钢轨轨底裂纹。钢轨轨底锈坑或者是划痕便会形成钢轨轨底横向裂纹。另外在制造钢轨的过程中，钢轨轨底有轧制、与垫板轨枕间不密贴等缺陷，使得钢轨底部受到极大的应力，从而导致钢轨轨底横向裂纹或者破裂。1

轨条损伤的探测超声波探伤超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

磁粉探伤磁粉探伤利用了钢铁制品表面和近表面缺陷（如裂纹，夹渣，发纹等）磁导率和钢铁磁导率的差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变，形成部分磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。

涡流探伤涡流探伤是以交流电磁线圈在金属构件表面感应产生涡流的无损探伤技术。涡流磁场方向与外加电流的磁化方向相反，因此将抵消一部分外加电流，从而使线圈的阻抗、通过电流的大小相位均发生变化。管的直径、厚度、电导率和磁导 率的变化以及有缺陷存在时，均会影响线圈的阻抗。若保持其他因素不变，仅将缺陷引起阻抗的信号取出，经仪器放大并予检测，就能达到探伤目的。2

轨条损伤的处理(1)钢轨在使用一段时间后采用打磨方法将钢轨踏面形状打磨成更接近钢轨原有的型(状)线，这样可将轮轨接触点转移到钢轨的踏面中央部位，减小接触应力，控制接触疲劳裂纹的形成和扩展。改变轮轨接触的位置和形态，也可以将火车的车轮打磨成磨耗形踏面来改变轮轨接触的位置和形态。采用磨耗形车轮后将原来的锥形接触变成圆弧接触，减小了横向压力同时也降低了轮轨接触应力磨耗形踏面由于与钢轨面的接触是圆弧接触，因而它的接触应力较锥形踏面降低了70%，防止了钢轨头部疲劳裂纹的形成和扩展。

(2)通过改善线路条件(如线路参数的设置可根据线路的实际情况改变原线路下股轨底坡的设计，将原1/40改为1/20可以降低上股的横向压力，即减轻了轮轨接触间的接触应力;提高道床的平顺度，加强道渣的清理等措施完善线路的维修与养护，维修与养护的好坏直接关系到轮轨接触应力的大小，即直接影响钢轨产生接触疲劳损伤的时间)，也可以达到改变轮轨接触形态，改善和降低轮轨接触应力和横向压力，从而达到减少和消除接触疲劳伤损的目的。

(3)在线路上可选用耐磨性一般的U71Mn钢轨即可。1

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学