鐵路是國民經濟的大動脈、關鍵的基礎設施和重大的民生工程，在我國經濟社會發展中發揮著重要作用。鋼軌是保證鐵路正常運營和安全的重要組成部分，其質量直接影響到鐵路行車安全。鋼軌在生產及使用過程中會產生殘余應力，過高的殘余應力會影響鋼軌的穩定性、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的靜態應變儀。

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換成電壓的變化，然后把電壓的改變量再反轉換為欲測定的應變。應變量轉化為電壓量是由電阻應變片和惠斯登電橋實現，對電壓量進行標定，通過靜態電阻應變儀實現反轉換為應變量。

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，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。經過打磨、貼應變片、鋸切等步驟，測量結果如表1。

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

2.矯后軌底殘余應力測試

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

由表1可以看出，3支鋼軌在經過矯直后，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節，減小鋼軌殘余應力應重點對矯直壓下規程進行優化。

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，沿通長方向基本穩定。

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化。

1. 優化鋼軌預彎曲線：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. 優化矯直壓下參數：在保證矯后平直度和扭轉合格的前提下，合理控制矯直水平輥總壓下量和優化各水平輥壓下量協調匹配，也是減小軌底殘余應力重要手段。

總結

實驗證明采用應變電測法可測量鋼軌殘余應力，以60kg/m規格的U75V百米熱軋鋼軌進行軌底殘余應力測試為例，結果表明矯直是殘余應力增大的主要環節，鋼軌通長軌底殘余應力波動在15MPa范圍內，沿通長方向基本穩定。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程兩方面進行優化。