近几年来，因鱼鳞伤多次发生钢轨折断，给运输生产带来很大的安全隐患。为解决这一技 术难题，通过几年来的探伤工作实践，本人对鱼鳞伤的产生、发展及解决有了一定认识，现分述如下。
在长大坡道变坡点前后，列车爬坡、制动、启动，轮轨剧烈摩擦，使钢轨表面产生淬火，硬度高、韧性低，在轮轨接触应力作用下易产生龟裂和剥离，通常将由此而形成的伤损称为鱼鳞伤。
一、鱼鳞伤产生的原因
新钢轨在使用一段时间后，由于车流密度大，行车速度快，车辆重载程度大，列车在复线中 单向运行，尤其是曲线上股钢轨抗疲劳度不足，以及钢轨采用全长淬火等原因，造成淬火钢轨 表面硬度增大，在以上条件下钢轨表面会逐渐形成大量的鱼鳞伤。鱼鳞伤主要分布于曲线上 股、坡道地段，直线也有，但相对较少，基本上是由于轮轨接触形成的疲劳裂纹。轮轨接触面表 层金属发生塑性变形，使钢轨的几何形状发生变化，表现为轨头踏面压宽、碾边、垂直磨耗和侧 面磨耗。钢轨塑性变形程度和磨耗速率，与轮轨接触应力和摩擦力成正比，与钢轨的硬度成反 比。钢轨表面的塑性变形一方面使金属加工硬化，硬度提高，另一方面疲劳裂纹易在表面萌生 和沿变形流线方向发展。当塑性变形达到一定深度时，在表面形成的疲劳裂纹将在接触剪应 力作用下沿变形流线方向倾斜向下发展，当疲劳裂纹的扩展速率大于磨耗速率时，在钢轨的作 用边(特别是曲线上股)出现程度不同的鱼鳞状裂纹和剥离掉块。这种鱼鳞状的剥离裂纹的方向与行车方向一致。
二、鱼鳞伤发展形成疲劳源、造成钢轨折断的其他原因
包钢60 kg 钢轨上线使用后，经过10 年的观察和总结发现，由于鱼鳞伤裂纹尖端发展形 成较大的疲劳源， 一般直径均在φ30 mm 以上，造成钢轨折断的已达20 多根，主要源头是鱼鳞 伤。钢轨除受机车和车辆的竖向力量外，最重要一点是列车在曲线地段运行时由于离心率产 生的横向力，另外一点是曲线上股外轨使用的轨距挡板是按直线地段所设计的，这样一来就会 形成轨底和轨距挡板间有间隙，列车通过曲线时，产生了大于设计的横向力，造成钢轨瞬间三 角形状态。再则小半径曲线正矢不圆顺，曲线内侧轨头作用面磨耗不一样，有的地段在3 m范围内侧磨量3～8 mm 不等，表现出局部侧磨严重，从而造成钢轨局部抗疲劳强度不足。
三、鱼鳞伤带来的问题
- 干扰探伤。其一，鱼鳞伤有的深度虽然不深， 一般为4～6 mm, 但由于伤损趋向良好， 所以在仪器上显示的波形也很强，与早期小核伤的出波位置、位移量近似。同时由于鱼鳞伤连续分布，相同波形连续出现，严重干扰了我们的判伤，造成早期的小核伤漏检。其二，由于水平帽的存在，阻挡了超声波对于水平帽下的核伤无法检测。我段近几年探伤漏检造成的核伤断 轨绝大部分是由于钢轨表面存在鱼鳞伤。所以，区分鱼鳞伤和核伤的仪器检查波形是一个关键。
- 鱼鳞伤进一步发展会形成核伤，直接造成钢轨折断，严重影响行车安全。因此，建议上级有关部门针对鱼鳞伤问题制定一套判伤标准，以使在探伤工作中有据可依，以尽量减少因鱼鳞伤而引起的钢轨折断事故的发生。
四、鱼鳞伤的发展趋势
- 随着塑性变形的流线方向扩展，达到一定深度时，在水平方向的对称脉环正交剪应力 作用下形成水平帽，水平帽继续扩展，有的形成轨面掉块，有的遇到钢轨本身存在的链状夹杂物，向下形成纵横向型核伤。
- 鱼鳞裂纹直接向下倾斜形成核伤。
鱼鳞伤在发展过程中呈如下几个特点：
(1)由于淬火钢轨表面硬度大，在经过车轮碾轧过程中形成细微裂纹不易被车轮磨掉，往往是随着使用周期的延长，鱼鳞伤向车辆运行方向倾斜，而深度也在不断加深。
(2)为了延缓曲线上股的侧磨，每天需要在钢轨头部上涂油，目的是减少车轮对钢轨的磨 损。随着新生裂纹的渗透，加速了鱼鳞伤的发展速度。另外，还有一个可能，就是在列车运行 过程中，车轮和钢轨经过磨擦，温度会逐渐升高，而涂油往往在列车尾部，此时涂油对钢轨可能会产生一次淬火过程，将会导致钢轨内部晶粒结构发生变化。
(3)当鱼鳞伤发展到一定程度时，其规律是先向下发展而后再向上发展，最终会造成钢轨头部内侧剥落掉块，此类伤损一般为明伤，均能被探伤人员和养路人员发现并判伤。
(4)鱼鳞伤在发展过程中会造成另外一种现象，就是继续向下发展，它不同于一般的核伤 和轨头金属破裂及剥离，而是常以鱼鳞伤裂纹的尖端为疲劳源头，由外向内逐渐发展，成为疲 劳伤损。其特点是发展速度快，且呈多面状，也就是说，在它刚刚形成时，在其顶面上至少有3个不同象限的细微小裂纹，探测面复杂且小，不易被探伤仪所检测。
(5)对鱼鳞伤伤损数量大的情况，我们作了深入调查，调查结果显示：在不足3年的时间 内，丰沙上行83～86 km 区间3 km 范围内曾产生重伤轨87根，这些伤损90%以上均为曲线 上股鱼鳞伤诱发疲劳源所致，远远超出了运量7亿吨/km, 累计疲劳重伤轨2～4根/km 应安 排大修的规定。另外，发展速度快。如我们在2006年11月10日，按计划检查京包上行西八 里至下花园区间时，当天未发现任何伤损，路局大修段的探伤车11月12日也对该区间进行了 检查，也未发现任何伤损。但在11月18日凌晨却发生了此区间京包上行140 km22# 右股钢轨由于鱼鳞伤发展形成的疲劳核伤，直径达34 mm, 造成钢轨折断。
五、鱼鳞伤判伤对策
因淬火轨踏面硬度大，产生鱼鳞伤不易被车轮磨掉，发展会越来越严重，特别是在每年的 冬季发生多起断轨事故，给我段全年防断轨工作增加了许多难度，同时也给探伤工作造成了巨 大压力。2007年春季，我们冒着严寒在京包上行对鱼鳞伤多发的曲线地段特别是丰沙上行所 有的曲线逐一进行了实地调查，仅丰沙上行就有鱼鳞伤严重地段41处，每处长的十几米，短的 三四米，对现场鱼鳞伤严重的钢轨拍了大量照片，将调查情况写成报告，和照片一起粘贴在段内的局域网上，得到领导的高度重视，于五、六月份对丰沙上行重点曲线上股钢轨进行了更换，并建议段根据维修规则3、4、12条的规定，有计划地对钢轨曲线上股进行预防性打磨，以改善鱼鳞伤发展的严重状况，恢复曲线上股探测面，尽量改善超声波在钢轨中的发射和接收。
针对现在所使用的探头盖宽度在钢轨上耦合面较小，建议生产探头的厂家生产一种宽度 不大于15 mm 的窄探头。生产出一种透声树脂材料、柔性的探头盖，增强探头在钢轨面上的耦合度。
经过对鱼鳞伤发展规律的分析和对钢轨模拟伤损的反复试验，以及大小不等、取向不同模 拟伤损的比较，小于4～6 mm 的伤损没有明显的位移缺陷反射回波，当缺陷大于6 mm 且伤 损取向垂直于超声波的传播方向时，才会有一定的缺陷反射回波。当缺陷较小时回波幅度也 不是很强，位移量也不大，在检查中很容易被杂波混淆造成漏检。为此，强调在曲线上股探伤 时一定要慢走细检，作业中要求各班尽可能提高探伤仪增益，为的是加强二次波对轨头内侧上 角的检查。对两个70°探头的位置，要适当向钢轨头内侧调整，为的是提高超声波波速对轨头 内侧的扫查宽度，仔细倾听仪器的报警声，认真观察荧光屏上的小波形显示， 一旦有报警声且 波形显示有位移，要用另一台仪器和校对探头进行校对，在不同方向、不同角度对伤损反复校 对，以便找到缺陷最大的反射面，做到对伤损的准确判定。对曲线上股轨头的剥落掉块，仪器不报警时要加强手工检查。
六、目前探伤技术和钢轨探伤仪的性能存在的局限性
当鱼鳞伤发展到一定程度时，受外力作用会发展成钢轨头部内侧剥落掉块，在掉块的内侧 轨头上还有一些细微的裂纹。随着鱼鳞伤继续向内发展形成疲劳源，在车轮荷载的重复作用下逐渐发展扩大，也是造成断轨的主要原因。
超声波的探伤原理，是利用探伤仪产生的超声波经探头发射到钢轨中，利用超声波在钢轨 传播的过程中遇到反射面(即不同介质如空气等)而产生回波报警并在示波屏上显示波形，但 反射时需要一个和传播方向相垂直且大于3.23 mm 的反射面。因为70°探头横波波长为3.23 mm,而鱼鳞伤尖端处极其微细且呈多面状，构不成反射面。
现役钢轨是60 kg 钢轨，头部宽度为73 mm, 但除去内外两侧顶角圆弧，再加上侧面磨耗 后，轨头踏面也改变了原始的几何状态，且踏面平面不足15 mm 。 我们目前使用的探头保护 模的材质是尼龙材料，探头宽度是26 mm, 长度是48 mm, 而且要求探头在钢轨上呈20°夹角 探测，实际上探头在钢轨上耦合面只有10 mm, 再加上推仪器时有一个自然里外晃动，造成探测面更加不完整，很难保证超声波在钢轨中的发射和接收。
综上所述，我们对鱼鳞伤的研究应该朝两个方向努力：
1.根据各条线路的情况对鱼鳞伤本身制定伤损程度标准，量化到仪器出波上，当深度超过重伤标准时即判重伤，避免发展成核伤造成突发性断轨，影响运输生产。
2.去伪存真，制定出合适的校对标准，既不能让早期小核伤漏掉，又尽量减少工作量。通 过对我段管辖地段鱼鳞伤的出波情况进行分析，找出一定规律，制定现场校对标准，对异常波 形进行有效校对。为此，我们也进行了一些模拟试验，并对大量伤损进行了分析验证，试图找 到鱼鳞伤轨的扩展速率，制定出一个科学的探伤周期，使小伤损在其周期内被及时发现，确保行车安全
文章来源：
原文名称：鱼鳞伤的产生、发展及解决对策
作者信息：王卫星 (三家店工务段 钢轨探伤工技师)
