1 发生断轨的原因
1.1 钢轨工厂焊接、推凸(除瘤)工艺不良
从某单位3年来发生的16起钢轨折断事件来看,再用轨焊接接头缺陷较多。其中,危害性最大也是最常见的有由焊接不良带来的“电击伤(也称电灼伤)”和焊接后的“推凸(除瘤)”工艺缺陷。
在工厂焊接钢轨时,由于钢轨轨底与电极板之间的异物未清除干净,大电流在这里产生超过钢轨金属相变温度的电阻热,该点冷却后得到马氏体组织,称之为“电击伤”。“电击伤”有3种表现形式:(1)轻度“电击伤”,击伤部位呈蓝色斑点;(2)重度“电击伤”会在钢轨轨底的对应部位出现由于钢水流失而形成的孔洞;(3)电极板材料熔融附着。“电击伤”的存在,破坏了钢轨的机械性能,属钢轨焊接接头的恶性缺陷。一般会在铺设1到2年间发生折断。
钢轨闪光焊接头推凸工艺不良的表现形式:
(1)多孔状焊渣附着在钢轨轨底表面;(2)推凸(除瘤)刀推凸时将轨底划伤;(3)除瘤刀推过时将挤出的焊渣压进钢轨轨底。由于焊瘤层组织(结构疏松的多孔状组织)的附着、划伤和嵌入等,破坏了钢轨的力学性能,在轨底形成疲劳源。列车车轮通过时,多周次大应力的剪切作用力,极易在轨底焊瘤附着、划伤和嵌入处形成应力集中,进而导致钢轨折断。有资料表明,此类接头抗疲劳循环次数仅为正常焊头强度的35%左右。造成“推凸(除瘤)”缺陷的主要原因是再用轨垂磨不一致,钢轨高低不同和推瘤刀太钝所致。
1.2 钢轨铝热焊工艺不良
钢轨在铝热焊施工过程中,由于焊剂受潮、预热不均匀、封箱不严和对模不齐等原因,会在焊缝铸态金属中产生气孔、缩松及跑铁烧伤钢轨等缺陷,减小了焊头有效截面的同时,降低了钢轨焊头的强度。
1.3 钢轨材质不良
由于钢轨在冶炼过程中存在“白点”、“气泡”和“夹渣”等微观或宏观缺陷,在使用中发展成为疲劳源,形成“核伤”。
1.4 设备超期服役
由于钢轨超期服役,强度降低,疲劳伤损严重的区段也是断轨易发区段。超期服役钢轨的轨底多有锈蚀,而轨底III区又是钢轨探伤小车的盲区,列车车轮碾过时钢轨轨底受拉,一旦在某个锈蚀坑点处形成应力集中极易造成钢轨突然断裂,轻则影响行车,重则发生事故,给铁路运输安全带来损失。
1.5 线路关键处所
伸缩区和固定区的衔接处、曲线、道口、桥梁、大坡道、隧道口附近,由于列车冲击力和离心力较大,钢轨承受较为频繁的拉伸应力,很容易导致钢轨、钢轨焊缝在低应力下折断;复线地段列车单向行驶,钢轨顶面在车轮滑动和碾搓力作用下,轮轨作用面出现鱼鳞伤,逐步形成“核伤”,造成钢轨折断。
1.6 线路冻结地段
线路冻结后,轨缝消失,车轮施加的水平推力和向下剪切力使接头2个钢轨的轨头挤压,受到向各方向的推力。再加上钢轨拉伸应力的作用,在钢轨螺栓孔上产生较大的应力,有可能发生螺栓孔裂纹甚至钢轨揭顶。
1.7 钢轨调边使用
曲线钢轨调边使用后,原作用边的鱼鳞状疲劳缺陷磨耗停止,在以后的使用中由于车轮的复合作用力导致原鱼鳞纹伤损扩展,形成折断。
1.8 基础不牢固
无缝线路钢轨焊缝处低接头、暗坑掉块,接头处高度坍碴、板结、空吊板、三角坑、翻浆、轨枕间距过大、隧道漏水、线路零配件缺损、扣压力不足等病害造成线路不均匀沉降,造成线路不稳、枕下弹性不均匀等,在列车荷载反复作用下,钢轨发生折断。
1.9 无缝线路锁定轨温失当
由于铺轨条件不适宜或不恰当养护维修,致使实际的锁定轨温大于设计的理论锁定轨温,造成“高温锁定”。低温条件下钢轨内部产生的巨大拉应力,在列车作用下易造成钢轨折断。
1.10 气温变化
进入秋季昼夜温差较大,钢轨承受频繁拉伸应力外,还要受到其他附加力作用,当这些作用力超过钢轨强度时,就要发生折断,尤其凌晨1∶00—5∶00是断轨高发时段。
1.11 养护不当
一些工区在线路养护时,起、拨、改量过大,造成钢轨不均匀变形受损;在作业时,可能提高原锁定轨温,从而降低允许轨温变化的幅度;进行机械化捣固时,机械捣镐不慎捣伤钢轨。此外,由于曲线的外轨超高设置不合理,存在未被平衡的加速度,使曲线上股钢轨受力较大,导致断轨。
1.12 管理不到位
从工区来讲,对线路设备暴露的问题和隐患,缺乏“轻重缓急”统筹安排,加之日常养护维修的不到位,只重视轨检车动态检查,对线路上存在的空吊及暗坑等病害处理不及时。特别是巡道工的岗位责任心不强,业务技术差,未能及时发现线路上存在的病害,不能真实有效地提供线路状态信息。
2 预防断轨的措施
2.1 把好钢轨焊接质量
工务焊轨厂要建立质量控制体系,提高焊缝焊接质量,在进行工厂焊接时,严格作业标准,焊接前彻底打磨钢轨对应电钳口的部位,及时修理、调整和更换除瘤刀和电极板,适当延长焊头保压时间,认真进行仿形打磨等,从根本上消除工厂焊“电击伤”和“除瘤不净”造成的缺陷;现场铝热焊施工,要严格施工工艺,保证铝热焊头的焊后缓冷,放行列车必须待焊头温度降至300℃以下。
2.2 做好线路日常检查和线路保养工作
(1)严格观测制度。养路工长每月、车间主任每季应全面观测并分析1次钢轨位移情况,发现钢轨位移爬行超过10mm时,提早妥善处理、整治。
(2)严格落实手工检查制度。巡道工要认真履行伤损轨(含加固后的伤损钢轨及焊缝)点名制度,每个巡道组至少有1份伤损轨资料,在日常巡检中,加强对钢轨、夹板、焊缝热影响区的检查,并认真做好记录,有异常变化及时处理、上报。
(3)线路车间要根据当地气候、钢轨轨道结构和状态等,定期对职工进行“防三折”教育,“防三折”措施要切实落到实处。
(4)加强对焊缝两端各150mm范围内的探伤检查和线路设备巡检力度,车间主任、工长在设备检查时,应将对焊缝的检查纳入重点。
(5)入冬前要全面复紧扣件螺栓,特别是无缝线路缓冲区、隧道口前后50m、绝缘接头、道岔前后接头螺栓,要打紧防爬器及浮离道钉,锁定线路;力争焊缝处道床无板结、翻浆,无枕木失效、暗坑、吊板,无零配件失效,无几何尺寸超限,以延长焊缝服役期。加强钢轨接头的养护维修,及时消灭钢轨低接头、接头道床板结、接头轨枕失效,调整大轨缝;对高低接头、错口接头、马鞍形接头等缺陷接头,要用磨、焊、垫、捣、筛等方法进行综合整治,对有严重缺陷的要锯掉重新焊接。
(6)在10月底前对管内线路缺碴情况进行调查,做好道碴的均匀及补充工作,道床断面符合标准,饱满、均匀、密实,排水良好。对线路上行人过道、村镇道口等道床坍塌处,采取措施进行挡护。
(7)抓好秋季应力放散工作。11月15日前对无缝线路应力集中区段进行应力放散,对立交、大修清筛等施工拉伸过后的长轨,要进行恢复。应力放散后,组织线路工区及时复拧扣件,打紧防爬设备,全面锁定线路,修正防爬观测标记,重新标记锁定轨温,修改无缝线路技术台帐。
(8)无缝线路地段日常线路维修保养作业,认真执行“一禁止、二清、三测、四不超”的作业制度,杜绝超轨温作业。清挖翻浆等破坏道床稳定的作业完成后,要加强捣固,严防道床软硬不匀造成的“三折”故障。松动扣件作业完成后,扣件复紧达到3点密贴。
(9)加强对绝缘轨缝等关键环节的检查和养护,尤其是普通绝缘接头,及时处理超标轨缝,做到发现1处,消灭1处。
(10)对长大坡道和制动地段要全面拧紧扣件,扣件作业后及时复紧。对道岔、桥上和长大隧道内现存的轻伤发展趋势的钢轨有计划地更换。
(11)对线路新更换上道的准轨及短轨,必须使用倒棱器对螺栓孔进行倒棱处理,缓冲区钢轨有计划地安排倒棱。
(12)对轻伤或焊接工艺不良的焊缝及时采用急救器和鼓包夹板加固;对轻伤有发展的钢轨焊缝要钻孔加固;对重伤焊缝要插入短轨或作永久处理。
(13)及时对曲线磨耗接近轻伤的钢轨进行调整,对隧道内、桥梁上的轻伤钢轨提前进行更换。在大修换轨后,加强线路检查,及时消除线路病害。
(14)加强关键处的防断工作。对小半径曲线地段、钢轨锈蚀地段、状态不良处、伤损处等易发生断轨处加大探伤、手工检查力度,缩短探伤检查周期,对钢轨伤损病害做到早发现,早处理。
(15)消灭空吊板及三角坑,修整道床,补充石碴,保持线路弹性,方正焊缝2侧轨枕,整好混凝土轨枕胶垫。起、拨道作业时,起道机应放在距铝热焊缝1m以外,禁止用起道机直接顶起铝热焊接头,并避免进行冷弯直轨工作。
2.3 做好钢轨探伤工作
(1)加强探伤工的业务培训,提高探伤人员整体素质;严格执行钢轨探伤作业标准,对再用轨地段和钢轨状态不良地段有计划地缩短探伤检查周期。
(2)坚持超声波探伤仪的测试、保养制度,做好仪器的月测试工作,禁止带病仪器上道作业。每次上道前使用钢轨动态检测试块对各探头的横向位置和探伤灵敏度进行确定。
(3)加强对焊缝轨底伤损的探伤检查。每次月测试完成后,要在动态试块上对仪器前、后37°探头探测到轨底人工缺陷时的水平投影距离认真标定。
探伤中出现37°探头焊缝报警,必须使用37°探头从焊缝2侧进行定位,一旦定到同一点上,即可判废。
对难以判定的缺陷,使用钢轨焊缝专用探伤仪进行精确定位确定。
(4)利用钢轨探伤仪进行无缝线路探伤时,出现焊带报警必须校对。探伤作业时坚持“接头(焊缝)站、小腰慢、大腰匀速探”的作业要领。同时,缩短长大桥梁及隧道的钢轨探伤检查周期(冬季时的探伤检查由原来的1次/月,缩短为3次/月)。每年至少全断面探伤2次,有伤焊缝每季度复检1次。
(5)有计划地在探头组合中定期加入70°探头,加强对轨头鱼鳞状裂纹、焊补层下裂纹和曲线调边钢轨轨头中心部位“核伤”的检查发现。
(6)入冬前,完成1次钢轨焊缝全断面探伤检查,对所有焊缝及其伤损情况重新记录备案,并通知线路车间班组作相应处理,确保安全。
(7)加强对没有进行永久性处理的伤损钢轨及伤损焊缝的检查、校对,克服加固保险的侥幸心理。
2.4 开展好防断学习演练和日常教育工作
(1)在入冬前重点针对钢轨断裂的处理,组织1次全员防寒过冬考试,提高职工的断轨处理能力。
(2)入冬前组织线路工区所有职工对断轨发生后的处理程序进行1次全面演练,对加固处理过程做到人人熟练掌握,对放行列车条件要能背会用。
(3)完善防断预案。按照钢轨母材折断、道岔处的钢轨折断、关键部位的钢轨折断、焊缝折断、已用急救器加固处的折断和已采用夹板螺拴加固处的折断等分类制订抢修加固预案。同时,各工区要将管内防断备用品数量、种类、存放位置制成卡片,每名巡道工必须携带。
(4)工务段要合理配备抢险机具,缩短断轨抢修时间,承担断轨抢修的抢险分队必须每月进行1次断轨演练,确保操作熟练,机具良好;每1000m第1根焊缝处安装备用鼓包夹板和急救器用于紧急处理。钢轨状态不良地段、断轨频发的地段每500m安装1处;各工区应备齐断轨急救备品,不得挪用。
经常对备用钢轨和急救器具进行全面的检查、补充。
(5)防断轨领导小组成员要不定期对管内设备,防断措施的落实,抢险机具、急救备品、钢轨、叉心、尖轨、基本轨的备用情况和防断轨学习演练进行抽查,针对出现的问题及时通知相关单位进行整改。
2.5 抓好责任考核,树立抢通意识
(1)抓考核,促落实。各段对日常养护、施工工艺、探伤巡查、断轨处理等每个环节都要建立责任追究制度,每次断轨后路局探伤管理组和工务段都要现场分析、定责,严格考核落实,总结断轨规律,制定防范措施,逐步减少断轨,杜绝责任断轨。
(2)树立高度的抢通意识,提高断轨应急处理能力。将抢通作为断轨处理的第1原则;机具配备到位,打眼机、锯轨机、急救器和夹板要按规定配备到工区、现场,标明存放位置,便于应急使用;制定断轨处置预案,达到工区人人熟知。
文章来源：
原文名称：冬季钢轨断轨的原因及预防措施
作者信息：董天曾（ 西安铁路局工务处 陕西西安710054）
期刊信息：铁道技术监督
