高速铁路钢轨斜线状剥离裂纹

1 斜裂纹伤损的定义

轨面斜裂纹是滚动接触疲劳伤损的一种。根据TB/T 1778-2010《钢轨伤损分类》，当轮轨接触面为轨头踏面和侧面时，在轨距角处形成的接触疲劳裂纹呈鱼鳞状，称为鱼鳞状剥离裂纹（简称：鱼鳞纹）；当轮轨接触面只在轨头踏面时，接触疲劳裂纹呈斜线状，称为斜线状剥离裂纹（简称：斜裂纹）。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

斜裂纹和鱼鳞裂纹均萌生于钢轨表面，但斜裂纹裂纹相比于后者通常更容易在轨面次表层扩展，严重时会发展为核伤甚至断裂。按照不同的发展阶段，斜裂纹伤损的表观特征主要有：“V”型裂纹、“黑斑”、轨面凹陷、剥落掉块等，如图1 所示。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

图1 轨面斜裂纹伤损

2 斜裂纹伤损的成因

钢轨轨面斜裂纹的成因具有来源多样的特点，主流的观点包括：󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

轨面擦伤、轨面硌伤、轨面滚动接触疲劳伤损、轨面短波不平顺和钢轨打磨磨痕等。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

主要可归纳为以下两类：

第一类：轨面接触疲劳诱发（RCF-related Squats）。主要包括：󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

滚动接触疲劳和波磨等，这类成因的斜裂纹容易发生在曲线和焊接接头位置。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

第二类：轨面马氏体白层诱发（WEL-related Studs）。主要包括：󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

轨面擦伤、硌伤和不良磨痕等，这类成因的斜裂纹容易发生在枢纽站的进出站区段以及动车紧急制动试验区段。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

3 斜裂纹伤损的发展过程

钢轨轨面斜裂纹具有早期难以发现、中期发展速度快、后期难以通过打磨或铣磨消除的特点，隐蔽性较强，危害性较大。钢轨斜裂纹形成后，其发展一般会经历：轨面斜裂纹——轨面“V 型”裂纹——轨面“双V 型”裂纹——轨面掉块或轨头核伤等主要阶段，如图2 所示。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

图2 轨面斜裂纹的发展过程

4 斜裂纹伤损的整治

斜裂纹的整治方式主要有：打磨、铣磨和更换等，按照轻重缓急原则制定整治计划。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

1）道岔区存在目视可见斜裂纹伤损的轨件，应安排更换下道。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

2）区间内目视可见且连续分布的斜裂纹成段钢轨或斜裂级深度3mm 及以上的钢轨，应安排更换下道。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

3）区间内斜裂纹深度3mm 以下的钢轨，可采用打磨或铣磨的方式进行整治。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

4）对于评级斜裂纹Ⅲ级以上的伤损，在更换下道前应加密探伤周期。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

5）对于现有垂磨超过3.5mm 的区段，应根据最大裂纹深度，结合钢轨全寿命维修经济性分析，统筹制定修理策略。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

5 斜裂纹伤损的预防

斜裂纹伤损的主要预防措施之一是缩短打磨周期，及时消除裂纹源或初始微小裂纹。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

1）对于制动或加速频繁、长大坡道、进出车站、动车组试验紧急制动区段、小半径曲线等斜裂纹伤损易发、多发区段，打磨周期可缩短至30～50Mt。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

2）对于其他高铁线路区段及道岔区，严格执行《修规》中的打磨周期。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

3）加强打磨前后对裂纹的检测，确保打磨消除裂纹的效果。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

4）应强化道岔区预防性打磨，做好轨件小机打磨，做到“修早、修小”。󠄐󠄹󠅀󠄪󠄡󠄨󠄞󠄢󠄢󠄣󠄞󠄡󠄧󠄢󠄞󠄢󠄣󠄢󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮