道岔轨面涡流检测技术研究

由于轮轨滚动接触,钢轨轨头工作边容易形成鱼鳞纹,若不及时维修处理,将进一步发展形成重伤或剥离掉块,影响行车安全。根据钢轨及道岔的型面,设计一种轨面涡流检测系统,研究辅助机械扫查装置及适形阵列涡流探头等,并在实验室和现场进行了试验。由检测人员在钢轨上推行完成轨头踏面工作边处表面裂纹检测,获得轨头踏面有无缺陷及缺陷深度的定量评估数据。试验及现场应用研究表明,采用该系统检测钢轨试块,对0.5 mm,1 mm,2 mm,3 mm深的人工斜裂纹均能有效检出并显示深度;采用该系统检测在线钢轨鱼鳞纹,能够显示鱼鳞纹的深度评估数据,为钢轨打磨维修提供参考。     

钢轨缺陷在线高速检测

由圣地牙哥加利福尼亚大学研发的钢轨缺陷检测样机在最近进行的现场试验中取得了令人鼓舞的结果。该研究项目是由美国联邦铁路局研究与开发办公室提供资助。在2008年3月进行的现场试验中,最高检测速度达到10mph。试验轨道包括三节轨头有不同程度内部缺陷的钢轨(占轨头面积的比例分别为3.5%、35%和12%)。其中,二节为表面横向轨头断裂(2%和5%),一节为表面斜向轨头断裂(3.5%)。试验结果表明,对所有缺陷的检测成功率非常高。在不同环境条件下进行的24次试验中,包括大风天气和雨天,成功率达到75～100%。此项研究的目的是开发一种新的钢轨缺陷检测系统,与目前使用的检测系统相比,效果更好、可靠性更高、速度更快。其主要目的是对轨头横向缺陷进行检测。系统采用超声导波,能在钢轨表面断裂处下传播,减少了因钢轨表面剥落引起的横向裂缝所带来的掩蔽作用。同时,由于超声导波在衰减之前可传播较长的距离,因此可大大提高检测的速度。该项研究目前从两方面进行。首先,采用半分析有限元素法(SAFE),预测钢轨中非强制导波及强制导波的传播;其次,在2008年3月安装了基于非接触式激励和超声导波检测的样机,并进行了现场试验。最新的样机利用了SA...     

钢轨踏面斜裂纹与轨头核伤的B型图对比分析

1核伤与斜裂纹的特点钢轨轨头横向疲劳裂纹俗称轨头核伤(简称核伤),呈椭圆形,长、短轴之比约3:2。核伤疲劳源一般位于距踏面8～12mm、距内侧5～10mm处。核伤方向与轨头侧面近乎垂直,与踏面多呈10°～25°夹角(单行线上)或近乎垂直(复行线上)。核伤在未发展到外表面时肉眼不可见,称"白核";已扩展到外表面时,因氧化变为黑色,称"黑核"。核伤可导致钢轨横向折断,严重影响铁     

基于半解析有限元法的钢轨导波适用模态研究

研究目的:为选择出适用于钢轨导波无损检测的优势模态,采用半解析有限元法并基于哈密顿原理建立钢轨导波传播的控制方程,求解0~100 k Hz频率范围内的钢轨导波频散特性曲线。通过建立有限元模型对钢轨低频范围内的振动模态进行分析,验证半解析有限元法的准确性。在此基础上,提出将有限元法与半解析有限元法相结合的方法,用以分类并追踪钢轨理想导波模态,并根据相应的振型对理想模态导波进行激励和验证。研究结论:(1)随着频率的增大,钢轨导波振动模态数目迅速增加,但频散效应呈减小趋势;(2)对于钢轨基本振动模态,其横截面变形由整体变形逐渐演化为局部变形,其中扭转振动模态适用于轨腰检测,横向弯曲振动模态及竖向弯曲振动模态适用于轨底缺陷的检测;(3)在理想导波模态最大变形位置处施加激励荷载可以成功地激励出理想的导波;(4)本研究结果可为导波传感器设计与优化以及检测试验提供理论参考。     

基于车辆响应的高速铁路周期性轨道短波病害时频特性分析

对基于同步压缩小波变换提取瞬时频率的方法进行改进,使之可完整、准确地提取振动信号的瞬时频率曲线,避免因时频聚集性较差以及交叉项的干扰带来的问题。采用该方法对高速综合检测列车轴箱加速度数据进行时频分析,提取钢轨短波不平顺的瞬时频率,根据其变化特性精确定位钢轨疑似波磨和打磨痕迹区段。结果表明:轴箱加速度波形均呈现周期性;分析区段的振动数据中包含150和75mm 2种波长呈现倍数关系的强振动数据,现场测试发现该处存在较强的钢轨波磨现象,波磨波长为150mm,同时现场还存在波长为75mm的钢轨周期性打磨痕迹;75mm的钢轨周期性打磨痕迹引起轮轨系统的非线性振动,振动频率达到1 125Hz,与扣件固有频率562Hz呈倍频关系,导致扣件产生强烈的共振,从而引发轮-轨接触共振,造成钢轨表面产生塑性变形,形成塑流性波磨,在列车的反复作用下,该处产生150mm波长的波磨。     

全长淬火钢轨踏面伤损及横向疲劳断裂分析

对实际伤损钢轨的宏微观形貌、金相、硬度以及探伤等检验分析,确定轨头踏面下4mm～6mm区域存在纵向水平疲劳裂纹是产生全长淬火钢轨伤损的原因。检验分析表明,在轮轨接触剪应力作用下,由于淬硬层区域存在金相组织、硬度过渡不均匀等淬火缺陷,导致轨头内部纵向水平疲劳裂纹萌生和扩展,引起钢轨伤损;在分析基础上,提出预防和改进措施。     

轮轨接触位置对钢轨斜裂纹扩展行为影响的仿真

采用ANSYS软件，仿真研究不同线路条件下轮轨接触位置变化对钢轨踏面斜裂纹扩展行为的影响。分析表明：轮轨接触位置沿纵向仅在距离钢轨踏面斜裂纹左右各1／4跨距范围内对斜裂纹扩展有突出影响，其余位置影响很小，可以忽略。在直线线路，当轮轨接触位置位于轨顶面中央时，钢轨踏面斜裂纹以Ⅰ-Ⅲ型的复合型方式扩展为主，扩展缓慢；偏离轨顶面中央5mm，钢轨踏面斜裂纹则以Ⅰ-Ⅱ型的复合型方式扩展为主，在踏面以下4mm内可能发生水平转向，5．8～12mm内容易发生横向转向。在800m曲线线路外股，当轮轨接触位置偏离轨顶面中央16．5mm时，钢轨踏面斜裂纹以Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型的复合型方式扩展为主，而且比直线线路扩展迅速；在踏面以下2．1～4．8mm内，斜裂纹可能发生水平转向，而一旦扩展至更深位置时很可能会保持初始角度扩展下去。     

高速道岔尖轨弹性波频散特性研究

高速道岔尖轨弹性波频散特性研究对道岔伤损检测以及揭示弹性波作用下钢轨裂纹动态扩展机制具有重要意义.基于半解析有限元方法,对于尖轨跟端60D40钢轨和CHN60钢轨,求解得到频散曲线,并结合波结构对比分析两种钢轨的频散特性;对于尖轨尖端由60D40钢轨铣削加工而成的变截面钢轨,求解不同位置断面的频散曲线.结果表明,频散特...     

钢轨轨头下颚水平裂纹伤损的研究

对轨头下颚水平裂纹伤损钢轨进行宏观和微观检验,结合钢轨生产加工工艺及钢轨受力分析,指出产生轨头下颚水平裂纹伤损的内因和外因,为避免线路上类似伤损发生,应严格控制钢轨表面的轧制质量。     

钢轨轨头内多元高斯声场模拟及其缺陷响应

钢轨不规则的几何外形造成超声检测时缺陷信号难以准确提取。根据多元高斯声束理论,结合轨头的几何参数及声学性能、探头及耦合剂的特性参数,建立了超声波在轨头内传播的多元高斯声束模型,以此研究不同探头频率、晶片直径下轨头区的声场分布规律,探求入射角、踏面曲率对声场的影响,并分析各情况下探头的有效检测区域;基于建立的轨头内多元高斯声束模型,结合基尔霍夫近似获得的散射模型,建立超声测量模型,实现轨头内缺陷响应的回波预测。通过对轨头内的横通孔进行模型预测与实验检测,两信号主体部位的峰值峰位均良好吻合,验证了该方法的有效性,研究成果对钢轨超声检测工艺有积极的理论指导意义。     

重载铁路U78CrVH钢轨闪光焊接头轨头核伤缺陷分析北大核心

针对一重载铁路出现多个闪光焊接头因轨头探伤反射回波超标下道的问题,对其中一个接头采用落锤试验、宏观观察、金相显微观察、扫描电镜观察、能谱成分测试等方法进行了研究。结果表明:经过轨头受拉落锤试验折断的接头断口上存在核伤疲劳裂纹(白核),裂纹源位于踏面下13 mm处且存在横向扩展裂纹;裂纹源完全处于闪光焊接头的焊缝中心,并存在硅、锰、氧等灰斑夹杂元素。焊缝中的灰斑夹杂物破坏了焊缝组织的连续性,降低了接头的综合力学性能,当接头在服役过程中受车轮循环载荷作用时,灰斑夹杂物首先萌生出裂纹并横向扩展,最终形成轨头核伤。核伤附近的钢轨母材中A类夹杂物较多,应引起注意。建议改进焊接工艺参数,避免焊接过程中氧气进入;提高探伤检测技术,加强重载铁路钢轨焊接接头轨头部位的探伤检查。     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。     

钢轨探伤车特殊核伤B型图分析

钢轨轨头横向疲劳裂纹俗称核伤,严重影响行车安全。钢轨核伤多出现在距钢轨踏面8～12mm和距内侧5～10mm处,方向与钢轨纵剖面接近垂直,与踏面有10°～25°倾角(单行线上)或接近垂直(复行线上)。核伤可导致钢轨横向断裂,危害性极大,是最危险的钢轨疲劳缺陷之一。因此,对钢轨核伤检测尤为重要,根据B型图正确判断核伤关系到大型钢轨探伤车能否承担保障线路安全责任问题。1核伤产生原因     

贝氏体钢轨母材轨头核伤原因分析

通过断口宏观与微观形貌观察、扫描电镜及能谱分析、金相显微组织分析等方式对3根贝氏体钢轨母材轨头核伤的原因予以分析,发现伤损均为氢致裂纹引起的轨头内部横裂型核伤。断口中心区域存在粗大的非金属夹杂物是导致钢轨中的氢在此处富集并形成裂纹的主要原因。贝氏体钢轨氢致裂纹型核伤的主要特征有:伤损位于轨头内部踏面下方4~10 mm处,断口中部存在粗大夹杂物;断口附近的低倍样中观察不到微细裂纹。通过采取改进生产工艺、降低钢中的氢含量(将钢水氢含量控制在1.7×10^-6以下)、减少钢中的粗大夹杂物等措施,再上线的贝氏体钢轨未出现该类伤损。     

高速钢轨超声波探伤中螺孔70°幻象波的分析识别

在高速钢轨超声波探伤过程中,B型显示中有时会在螺孔附近的钢轨轨头出现一些异常回波信号点,但该信号实际并非伤损回波,而是螺孔幻象波,该信号与较严重的轨头核伤有很高的相似性,因此容易被误判为重伤。根据幻象波的产生原理,基于钢轨探伤车检测的60 kg/m钢轨的B型显示数据,对螺孔幻象波进行了传播路径分析,并通过与实际数据相比较和CIVA软件仿真,验证了分析的正确性。对该幻象波的特点进行了总结,为工程应用中对螺孔幻象波的识别提供了理论支持,可提高钢轨探伤的准确性,降低检测误报率。     

60N U71MnG钢轨轨头裂纹成因分析

对线路探伤检查发现的60N U71MnG重伤钢轨进行磁粉检测复核，在钢轨轨头工作边侧表面发现了裂纹。为查明裂纹产生的原因，人工压断裂纹钢轨并取样，对裂纹处断口进行宏观形貌观察、扫描电镜观察及能谱分析，以获得裂纹断口的形貌特征和伤损特点；对试样进行显微组织观察和维氏硬度检验，以分析裂纹的成因和机理，并在考虑温度拉应力和列车动弯应力作用下，对钢轨受力及裂纹萌生机理进行仿真分析。结果表明：钢轨轨头工作边侧表面裂纹为冷态下形成的外伤，裂纹及其附近部位曾受到过剧烈摩擦产生高温并发生相变产生了马氏体组织；当轨温为-33℃时，在温度拉应力和列车产生的动弯应力的共同作用下，白层马氏体表面中心偏下位置的拉应力为417.6 MPa，裂纹易从钢轨表面中心萌生，其尖端应力强度因子KI为28.9 MPa·mm1/2，高于钢轨断裂韧性KIC的最小单值，因此钢轨在经历很短的循环载荷周次后便从白层马氏体处发生裂纹失稳扩展。     

高速铁路轮轨形面匹配研究

介绍国内外高速铁路轮轨形面和硬度匹配情况和存在问题。分析总结轮轨接触光带不良带来的危害。通过对钢轨预打磨优化轮轨接触、轮轨硬度合理匹配和新轨头廓形钢轨进行研究,提出预打磨轨头廓形设计、钢轨预打磨的技术要求和需要注意的其他问题,并对钢轨预打磨进行实践和使用评价;提出我国高速铁路新轮与新轨的几何形面不匹配,表现为轮轨接触光带不在设计的轨头踏面中心等结论;建议统一动车车轮形面并开展新轨头廓形钢轨的研发和应用,以改善轮轨接触关系。     

钢轨超声检测中的变型波分析

对钢轨超声检测中发现的裂纹采用通用数字式超声波探伤仪进行手工复核时,发现轨腰裂纹反射回波后方存在1处未知异常反射,与钢轨探伤仪B显图不同。通过验证排除钢轨存在第2处伤损,证明异常反射是由裂纹改变声束走向产生的固定反射回波。这主要因为超声波探伤仪是按照理想条件下的横波检测状态进行参数设置,当波型转换发生以后,声波的传播速度及角度均与原定参数发生很大改变,导致接收到伪缺陷信号,而设备仍按照设定参数显示相关信息,从而误导探伤人员对反射信号的分析判别。指出钢轨螺栓孔及导电孔超声检测中也会出现波型转换现象,并给出其变型纵波及传播路径。     

轴重等工况对轮轨接触疲劳的影响

采用有限元分析软件对钢轨表面存在微裂纹的轮轨接触问题进行研究,依次考虑轴重、裂纹长度和车轮踏面形状对轮轨接触的影响,得到不同裂纹位置的应力强度因子。结果表明,磨耗型车轮踏面的应力强度因子比锥形车轮踏面小得多;轴重或裂纹长度的改变对钢轨的应力强度因子和微裂纹的扩展也有着显著影响;且在同一类型载荷作用下,随着轴重的增加,钢轨的疲劳寿命大幅下降。     

基于损伤累积和权重参数的重载铁路曲线内轨裂纹萌生特征及剥离掉块分析

基于单轮对荷载作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的预测方法,结合疲劳损伤累积理论,提出基于疲劳损伤累积的钢轨裂纹萌生寿命预测方法,确定转向架前、后轮对累积荷载作用下重载铁路曲线内轨裂纹的萌生寿命及其特征;构造权重参数,用以表征前、后轮对在内轨裂纹萌生过程中各自的作用权重。采用SIMPACK仿真软件建立C70型货车、LM型车轮踏面、U75V钢轨构成的车辆—轨道模型,预测不同曲线半径、超高、轨底坡和摩擦系数工况下内轨裂纹的萌生寿命、萌生位置和开裂方向、权重参数,并与现场试验进行对比。结果表明:内轨裂纹的萌生要早于外轨,并发生在距离轨顶约2~3mm的轨头次表面,车轮对内轨的磨耗作用不大;在内轨裂纹的萌生过程中,随着轨道条件的变化,轮对的权重取值范围可以划分为3个区域,分别对应前轮对作用权重绝对大和相对大以及后轮对作用权重相对大3类情况;大多数内轨裂纹的开裂方向分布在一定的范围之内,但有少部分裂纹的开裂方向异常且在扩展过程中容易产生剥离掉块。