钢轨接头螺栓疲劳失效影响因素及其栓疲劳失效分析

铁路作为我国社会和经济发展的先行产业，有国民经济大动脉之称。铁路作为国民经济的重要基础设施，为经济发展、社会进步、人们生活质量提高作出了重大贡献。铁路虽然具有大运力、低成本、低能耗、低污染的优势，但是仍避免不了会有事故发生，诸如：由于螺栓的疲劳断裂及松动而引起事故。

 

钢轨与钢轨之间的联结主要有钢轨夹板、接头螺栓、螺母等组成，其中钢轨接头螺栓是钢轨连接的关键零件，螺栓的疲劳失效直接影响到火车运行的安全性和稳定性，若接头螺栓发生疲劳失效或断裂，将会使铁路运输的可靠性、安全性下降，将会阻碍高速铁路的发展。因此，深入分析钢轨接头螺栓发生疲劳失效的影响因素及钢轨接头螺栓的检测具有重要的现实意义。

 

影响钢轨接头螺栓疲劳失效的因素有哪些？

1、 根部应力集中对螺栓疲劳失效的影响

在螺栓的连接中，螺栓发生疲劳断裂的主要原因是螺纹根部产生应力集中，由于螺纹的存在，在螺纹根部形成缺口效应，会在螺纹牙与牙根部发生截面突变，形成应力阶差，在螺纹根部造成应力集中现象，对螺栓的疲劳产生重要的影响。

 

螺栓螺纹根部应力集中比较严重是螺栓发生疲劳断裂的主要因素。螺栓各承载段螺纹牙受力不均匀，最大应力主要集中在螺母与支撑面第一圈螺纹根部，且离加载面越远应力值就会越小。随着螺纹根部半径的增加，就可以明显降低螺纹根部的应力，提高螺栓的疲劳强度。

 

 

2、 预紧扭矩对螺栓疲劳失效的影响

螺栓在预紧扭矩不足时，会造成轨缝时大时小，严重时形成大轨缝和瞎缝。在冬季，大的缝隙会造成钢轨跑到或钢轨断面掉块，不能使钢轨接头有良好的连续性，从而导致螺栓拉断。当预紧扭矩过大时，螺栓螺纹会由弹性变形发展成塑性变形，甚至过大的预紧扭矩会使螺栓拧断，这将对螺栓的疲劳断裂产生影响。

 

如何防止钢轨接头螺栓疲劳失效？

为了防止螺栓失效和非预期失效，高强螺栓需要进行楔负载试验和螺母保证载荷试验 ，在GB/T 1231-2006、GB/T 3632-2008 标准中，螺栓楔负载试验和螺母保证荷载试验是两个相互独立的试验，需要两套不同的工装进行两次试验，分别检验螺栓和螺母的强度，如果能够进行螺栓楔负载试验和螺母保证载荷试验，则能很大程度上避免钢轨接头螺栓疲劳失效。

 

1、楔负载试验

进行楔负载试验时通常要在螺栓头部(夹具体)下面放置不同角度的楔块，试验时将夹具体的拉杆夹入试验机圆钳口内固定好，然后进行拉伸试验知道试样断裂，并记录试验载荷。这里要特别注意在螺栓出现断裂的时候要去观察断裂的具体位置，试样断裂在杆部或未旋合的螺纹长度内做出的试验才算合格。不过对于全螺纹的螺栓或者螺钉，如断裂自未旋合的螺纹部分起始，即使在拉断前已延伸或扩展到头下圆角或头部，该试样也同样合格。

 

根据标准GB/T 3632-2008 中的规定，在被测螺栓头下放置一10°楔垫，在拉力试验机上将螺栓宁在带有内螺纹的专用夹具上（≤1d），然后进行拉力试验，其中10°楔垫尺及硬度应符合GB/T 3098.1的规定。

 

楔负载试验可以同时测定螺栓成品的最大拉力载荷和螺栓头与杆部交接处的牢固性，预防发生螺栓断头现象。

 

 

2、 螺母保证载荷试验

螺母保证载荷试验考察的是螺母螺纹部分承受载荷的能力。保证载荷试验包括两个主要程序：（1）借助试验芯棒实现规定的保证载荷；（2）检查有无因保证载荷造成的螺母螺纹损伤。

 

将螺母拧入螺纹芯棒，试验时夹头的移动速度不应超过3mm/min，对螺母施加标准规定的保证载荷，持续15s，螺母不应脱扣或断裂。当去除载荷后，应可用手将螺母旋出，或者借助扳手松开螺母（但不应超过半扣）后用手旋出。在试验中，如果螺纹芯棒损坏，则试验作废。

 

需要注意的是：试验中所用的螺纹芯棒硬度应≥45HRC，其螺纹公差带为5h6g,但大径应控制在6g公差带靠近下限的四分之一的范围内。

 

结语

铁路建设促进了我国交通事业的发展，优化铁路交通可增强运输的便捷性，安全性。因此，应做好铁路钢轨的检测和养护工作，加强铁路钢轨接头螺栓的质量检测，规避运输中的行车安全隐患，保障铁路线路的运行质量。