轨头横向疲劳裂纹俗称轨头核伤，简称核伤，是指在列车荷载的反复作用下，在轨头内部出现极为复杂的应力分布和应力状态，使细小裂纹横向扩展成核伤，直至核伤周围的钢材强度不足以抵抗轮载作用下的应力，钢轨发生突然脆断。轨头核伤是对行车威胁最大的一种钢伤损，是最危险的钢轨伤损。

轨头核伤起源于轨头内部的细小裂纹，由于轴重、速度、运量的不断提高，在钢轨走行面以下的轨头内部出现极为复杂的应力组合，使细小裂纹先是成核，然后向轨头四周发展，直至核伤周围的钢料不足以提供足够的抵抗，钢轨在毫无预兆的情况下猝然折断。加强轨道及机车车辆的养护，能减少核伤的发展，但无法完全消灭。轨头内部细小裂纹是因为钢水中含有氢气。高温的钢水，把冶炼中的水气分解成氢气和氧气。氢气在轧钢过程中冷却到临界温度前，一直留在钢中，当温度低于200℃后，氢气被封闭在微小的气孔内，这些小孔里的气压很高，而要放散这些氢气，就必将出现细小的裂纹。

轨头横向疲劳裂纹俗称轨头核伤，简称核伤。一般出现在距踏面8~12 mm和距内侧5~10 mm处，其方向与钢轨纵剖面接近垂直，对踏面多有10°~25°倾角(单行线)或接近垂直(复行线)。核伤又分为白核和黑核，多数发生在轨头。其形成的主要原因是钢轨本身存在白点、气泡、非金属夹杂或严重偏析等缺陷，在列车的重复载荷作用下，使这些细微裂纹疲劳源逐渐扩大而形成疲劳斑痕(即核伤)，当疲劳斑痕没有和外界空气接触时，具有平整光亮的表面，通常称为白核；当这种疲劳斑痕发展至轨头表面而被进入的水气氧化时，称为黑核。核伤可导致钢轨横向断裂，是最危险的钢轨疲劳缺陷之一。西方国家铁路以无缝线路为主，钢轨缺陷主要为核伤，多数国家在核伤面积超过轨头面积30%以上时才要求换轨，法国甚至放宽到55%才换轨，而我国的标准要求比国外要严得多，只要确认是伤，就要求必须换轨。

我国在役钢轨探伤设备主要有钢轨探伤车和钢轨探伤仪两种，探伤车探伤速度快、适应性强，但灵活性差，探伤后需要人工复查。探伤仪灵敏度高，灵活性好，但稳定性差，受操作者人为因素影响大。随着铁路运输发展，高效率的钢轨探伤车承担起了越来越多的探伤检测任务，尤其在高铁线路、高原线路上，由于区间里程长、环境恶劣等原因造成人工探伤作业困难，将主要采用钢轨探伤车进行探伤。

各国对核伤均采用折射角为65°~70°的超声横波探头进行探伤。我国根据核伤多出现在轨头内侧上角的特点，多年来探伤仪一直采用二次波法，即将探头向内侧偏转14°~20°，利用经轨颚反射后的二次波进行检测。但这些年也逐渐增加了中心直打70°（探头向内侧偏转0°）探伤检测通道。我国和欧美的探伤车采用直打70°通道一次波、偏斜70°通道（向内侧偏转14°~20°）一次波和二次波进行检测。线路轴重大的前苏联曾经采用内侧偏转35°的一次波检测法。

探伤车与探伤仪对轨头核伤检测的对比分析

人工伤损检测能力对比

探伤仪检测核伤灵敏度：φ 4 mm平底孔当量，其超声反射回的声压： 。

探伤车检测核伤灵敏度：φ 3 mm横通孔当量，其超声反射回的声压： 。

取钢轨超声声程（探轮内声程折算到钢轨中）100 μs ，探头频率2.25 MHz，则统一到超声检测灵敏度为φ 4 mm平底孔当量时，探伤车检测灵敏度还需补偿。

考虑探伤车为动态检测，伤损在间隔采样和自动识别时会降低检测灵敏度，还需要补偿识别灵敏度6 dB（试验测算在最低标定灵敏度的基础上增加6 dB时，探伤车在最高检测速度下形成3点连续报警反射，能够有效识别）。此时测算出的灵敏度探伤车与探伤仪相同。

但在探伤车现场检测过程中，由于探伤车高速运行，其动态耦合、钢轨表面状态不良、自动对中不佳、电路干扰等不能得到足够补偿，为3~6 dB。因此探伤车在高速检测和自动识别后，对伤损的检出灵敏度要比探伤仪低3~6 dB。

另外，超声检测对伤损取向非常敏感，探伤车与探伤仪核伤探测的超声方向不同，因此对于小核伤的检测灵敏度而言，由于探伤工艺的不同就不能简单的用增益值的补偿来解决，出现互相不能检测出的小核伤也是正常。

轨形正常情况下较大轨头核伤

对于较大轨头核伤，探伤车会出现多个通道反射情况，如直打70°内侧、中间和外侧，有时还有0°的底波消失，探伤仪在一个通道会出现明显伤损走波。在一处道岔核伤，探伤车和探伤仪均能有效发现，对比分析见图1。

轨形正常情况下偏于垂直的较小轨头核伤

对于偏于垂直的较小轨头核伤，探伤车的直打GC 70°能够有效检测，偏斜70°没能有效检测，在探伤车检测前进行的探伤仪检测也没能有效检测出来（见图2）。

轨形正常情况下带有偏斜角的较小轨头核伤

对有一定偏斜角的较小轨头核伤，探伤车不能有效发现。图3是探伤仪检测的较小轨头核伤并落锤的照片，探伤车没有有效反射报警。

轨头分离层下核伤检测

轨头内部沿钢轨纵向存在分离层（见图4（a））。这种分离层经检验为氧化物夹层，已发现的分离层在轨头内纵向延伸，接近水平状态，短的有30～40 mm，长的超过100 mm。无论是探伤车还是探伤仪，都无法检测到氧化物夹层。含有氧化物夹层的钢轨铺设上线后，以夹层为伤损源，经过列车重复作用，在氧化层下部又发展出轨头横向裂纹（核伤）（见图4（b））。对于分离层下的核伤，由于分离层的阻隔，探伤车直打70°不能有效发现，但探伤车的偏斜70°通道和探伤仪偏斜检测方式能够发现此类伤损。

严重磨耗下的轨头核伤检测

严 重 磨 耗 的 钢 轨 （ 见 图 5（a））本身就是重伤轨，需要马上更换。因种种原因没有及时更换的钢轨，其探伤检测非常困难。对于严重磨耗钢轨内侧产生的核伤（见图5（b）），探伤车直打70°基本不能发现该类伤损。这类较大伤损，探伤车偏斜70°和探伤仪在一定条件下能够检测到，但往往还未能检出便发生断轨。这需要放宽检测指标，缩短检测周期。