鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈、關鍵的基礎設施和重大的民生工程，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。鋼軌是保證鐵路正常運營和安全的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到鐵路行車安全。鋼軌在生產(chǎn)及使用過程中會產(chǎn)生殘余應力，過高的殘余應力會影響鋼軌的穩(wěn)定性、耐磨性、抗疲勞強度和抗斷裂性能，甚至導致鋼軌折斷，對行車安全構成巨大的潛在威脅。因此，了解分析鋼軌殘余應力分布很重要。本文主要采用應變測量法對鋼軌軌底進行殘余應力測試。

殘余應力測試原理和方法

本次殘余應力測試方法采用應變測量法，儀器采用聚航科技生產(chǎn)的靜態(tài)應變儀。

由胡克定律可知，當材料彈性模量E為已知值時，若能測得應變值，就能相應的求得正應力值。

σ=Εε

式中：σ為正應力；ε為正應變；Ε為彈性模量。

應變測量法是將應變的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，然后把電壓的改變量再反轉(zhuǎn)換為欲測定的應變。應變量轉(zhuǎn)化為電壓量是由電阻應變片和惠斯登電橋?qū)崿F(xiàn)，對電壓量進行標定，通過靜態(tài)電阻應變儀實現(xiàn)反轉(zhuǎn)換為應變量。

測量步驟：首先將電阻應變片粘貼在軌底表面，然后將貼有應變片的部分與鋼軌逐漸切割分離，用釋放的應變值來評定原始殘余應力。所用的電阻應變片應為封閉型，長3mm，靈敏度因子優(yōu)于±1%。

為了測定縱向應變，應將應變片粘貼在軌底表面。應變片應貼在1m長樣軌的中心。在樣軌的中心貼片區(qū)，鋸切20mm厚的樣塊。

測量主要的流程為：打磨擦洗--貼應變片--貼電極板--接線--涂防水膠--連接應變測量儀--鋸切鋼軌--測量應變。

百米熱軋鋼軌底殘余應力測試分析

本文以60kg/m規(guī)格的U75V百米熱軋鋼軌為研究對象，主要測量分析鋼軌矯前矯后軌底殘余應力變化和通長分布。

1.矯前軌底殘余應力測試

為了掌握鋼軌矯直前軌底殘余應力大小，選取3支鋼軌，尾部切除3m各取1個試樣。經(jīng)過打磨、貼應變片、鋸切等步驟，測量結(jié)果如表1。

由表1可以看出，鋼軌在軋制穩(wěn)定生產(chǎn)過程中，在預彎工藝參數(shù)相同的情況下，鋼軌軌底殘余應力穩(wěn)定在80-90MPa。

2.矯后軌底殘余應力測試

矯前取樣的3支鋼軌經(jīng)過矯直后，在尾部切除3m各取1個試樣，經(jīng)過打磨、貼應變片、鋸切等步驟，測出矯后試樣軌底殘余應力。測量結(jié)果如表1。

由表1可以看出，3支鋼軌在經(jīng)過矯直后，軌底殘余應力平均增加約135MPa，矯直過程是鋼軌殘余應力增大的主要環(huán)節(jié)，減小鋼軌殘余應力應重點對矯直壓下規(guī)程進行優(yōu)化。

3.矯后鋼軌通長軌底殘余應力分布

為了研究鋼軌通長殘余應力的分布情況，在矯后同一支鋼軌上每隔25m取1個試樣。測量結(jié)果見表2。

從表2可以看出，軌底殘余應力在鋼軌通長方向上波動范圍在15MPa以內(nèi)，沿通長方向基本穩(wěn)定。

降低鋼軌殘余應力的控制措施

影響鋼軌軌底殘余應力的因素有很多。從測量分析知，鋼軌殘余應力的增大主要來自鋼軌的矯直過程。為降低鋼軌殘余應力，應重點對涉及矯直工序的工藝進行優(yōu)化。

1. 優(yōu)化鋼軌預彎曲線：鋼軌矯直的彎曲度越大，矯直過程鋼軌變形量也越大，導致矯直后的殘余應力應力也越大。為減少鋼軌在矯直過程中不均勻變形，需要采用合理的預彎曲線，減小矯前鋼軌彎曲度，進而減輕矯直過程鋼軌的變形量。

2. 優(yōu)化矯直壓下參數(shù)：在保證矯后平直度和扭轉(zhuǎn)合格的前提下，合理控制矯直水平輥總壓下量和優(yōu)化各水平輥壓下量協(xié)調(diào)匹配，也是減小軌底殘余應力重要手段。

總結(jié)

實驗證明采用應變電測法可測量鋼軌殘余應力，以60kg/m規(guī)格的U75V百米熱軋鋼軌進行軌底殘余應力測試為例，結(jié)果表明矯直是殘余應力增大的主要環(huán)節(jié)，鋼軌通長軌底殘余應力波動在15MPa范圍內(nèi)，沿通長方向基本穩(wěn)定。降低鋼軌殘余應力應重點從控制矯前鋼軌彎曲度和矯直壓下規(guī)程兩方面進行優(yōu)化。