A gördülő érintkezés által okozott fára­dási károsodások, vagyis a sínfejben keletkező hajszálrepedéseken (Head Chec­king) értendők azok a repedésképződések, amelyek a nagy csúszó erők (különösen a nagy hosszirányú csúsztatóerők) hatására, a felszínhez közeli anyageltolódások révén keletkeznek. A sín-kerék érintkezésénél kialakuló feszültség görbéit az 1. ábrán mu­­tat­juk be.

A Head Checking sínhiba (2. ábra) előfordulhat minden vágánytípuson, de elsősorban az ívekben és a síndőlés nélküli kitérőkben található. Megfigyelhető még azokban az ívekben, ahol nagy a túlemeléshiány.
Az ívsugár csökkenésével az érintkezési pont, illetve a Head Checking kialakulási helye elmozdul a vezetési pont felé (3/a és 3/b ábra).
A sínfejrepedési hibák megtalálhatók az egy évnél fiatalabb síneken, ám találhatunk hibákat a nagyon koros síneken is. Azt is megfigyelték már, hogy a 30 éve a pályában levő síneken, amelyeken korábban nem mutatkoztak a Head Checking sínhibák, most megjelentek.
Az elszigetelt Head Checking hibák is előfordulnak, de sokkal tipikusabb, hogy egy hosszú vágányhosszra hat ki, például egy ív erősen túlemelt részére. A repedezés tipikusan úgy látható, mint a kis és közel elhelyezkedő, majdnem párhuzamos re­pe­dé­sek szorosan zárt, nagyon finom so­ro­zata, talán csak 2-3 milliméter távolságra (4. ábra), de a hosszabb repedések távolabb (10-20 mm) helyezkednek el egymástól.

A fejrepedés alaphelyzetei és kialakulása

A fejrepedési sínhibák kialakulását az utó­b­bi években mélyrehatóan megvizsgálták, és többször nyilvánosságra hozták a vizsgálat eredményeit.
Általánosságban a gördülő érintkezés okozta fáradásból eredő repedések a kerék-sín érintkezés fokozott igénybevételéből alakulnak ki. A súrlódó erők a ke­-rék-sín érintkezési pontján (a sín ke­reszt- és hosszirányában) a felületen, a kristályrácsok összenyomódásához és széthúzódásához vezetnek. A fejrepedések elsősorban azokon a szakaszokon alakulnak ki, illetve növekednek, ahol az elsődleges menetirány (kétvágányú vonalon) vagy az erőteljes vontatási irány (egyvágányú vonalak nagy hosszlejtései és gyorsító szakaszok) a jellemzőek.
A magas érintkezési feszültségek a kerék és sín között elősegítik a repedést, és a kismértékű megcsúszás a kerékfelület és sín között tűnik a fő tényezőnek a Head Checking fejlődésében (5. ábra). Azokon a vonalakon, amelyek nagyarányú, nagy tengelyterhelésű teherforgalmat bonyolítanak le a modern mozdonyokkal, szintén megfigyelhetjük a Head Checking hibák kialakulását.

A korszerű, nagy teljesítményű mozdonyok és vontatójárművek lényegesen nagyobb csúsztatóerőket tudnak kifejteni. Ezzel indokolható, hogy az utóbbi időszakban a gördülési érintkezés okozta fáradásokból fakadó fejrepedések megjelentek a MÁV vonalhálózatán.
Az infrastruktúra részéről felmerül a kérdés, hogy mit lehet tenni a járművekkel a hosszirányú csúsztatóerők csökkentésére, illetve korlátozására. Ezt a kérdést közösen kell megoldani, és átfogó elemzést kell végezni a sín és a kerék kapcsolat optimalizálása érdekében.

Víz és kenőanyagok hatása a repedési hibák továbbfejlődésére

A laboratóriumi tesztek megmutatták, hogy sokkal könnyebben kezdődnek gördülési érintkezési fáradási hibák száraz, nagy súrlódású körülmények között. A hi­bák növekedését viszont már folyadék (víz, olaj) jelenléte okozza. A vágányon a víz nyilvánvalóan az esőből, hóból vagy harmatból származhat, és bezárva maradhat a repedésekben, még ha a sín száraznak tűnik is. Az olaj a sínkenőkből, illetve a járművekből lecsöpögve kerülhet a repedésekbe.
A vágányban a sín futófelülete kihengerlődik a kerekek áthaladásával, ami maradó nyomófeszültségi zóna létrejöttét eredményezi a felületnél, illetve alatta.
Ha a repedések megkezdődtek a magas érintkezési és csúszási/alakváltozási fe­szült­sé­gek miatt, a folyadék jelenléte a vo­na­tok áthaladásával kapcsolatban a repedések nö­vekedését fogja okozni. Ez a je­len­ség a repedésekbe bezárt folyadék miatt következik be, feltételezve, hogy na­gyon magas lokális nyomás keletkezik, amely nagyobb, mint a nyomófeszültség (6. ábra).

A repedés kialakulása és növekedése

Mielőtt a repedések a felületen láthatók lennének, ismertetőjelek alapján lehetséges a potenciális helyeket beazonosítani, amelyek a Head Checking képződésére haj­lamosak.
A hiba fejlődését az ÖBB-vizsgálat egy függvénnyel adja meg (7. ábra).
A hibák fejlődése két fázisra osztható. Az első fázis a kezdeti növekedési fázis, a repedés mélysége a repedés hosszával li­neárisan fejlődik, és nagyon lényeges, hogy a hiba hossza 20 milliméternél nem na­gyobb.

A második fázisban a repedés mélysége erőteljesen nő, és a forgalombiztonságot veszélyezteti (7. ábra). Gyakorlatilag a sín­­hiba fejlődésének üteme ellenőrizhetetlen, a síntörés bármikor bekövetkezhet!
A hibafejlődést a Railtrack útmutató (8. ábra) adja meg.
A sínfejrepedési hibák osztályozása négy kategóriában történik, és ennél a ta­nul­mánynál is az figyelhető meg, hogy ha a repedés hossza eléri, illetve meghaladja a 20 millimétert, akkor az közvetlen forgalomveszélyt jelenthet.
A szakirodalom a repedés hosszát akkor tartja veszélyesnek, ha a 20 millimétert el­éri, illetve meghaladja.
Ezt a megállapítást a MÁV minősítési rendszerébe is beépítjük.

A sínfejrepedési hibákról képekben

A kerék-sín érintkezés a felületi nyomás és a különböző erőzáró – (súrlódó) – terhelés hatására plasztikus alakváltozásokat és felkeményedéseket okoz.
Ezek az érintkezési zónák a sín futó­felületén különbözően elszíneződtek, és he­lyen­ként jelennek meg (9. ábra).

Repedés megjelenése, illetve a repedésnövekedés alacsony repedési sebességgel

Miután a repedések a sín felső felületének igen szilárd rétegén keresztül átnyomódtak, a repedések mintegy 30º-os szögben to­vább növekednek lefelé (10–11. ábra). Ezzel egyidejűleg a felületen látható repedések hosszai is növekednek, egészen kb. 20 milliméteres látható repedéshosszúságig.

„Kipattogzódás” – egyes csiszolt élek kitöredezése

A sínfejrepedési hiba révén feltételezett ki­töredezések jelenségét a futóélen „kipattogzódásnak” nevezik. A 12. ábra egy példát mutat be a Head Checking kipattogzásra, csekély kitöredezési mélységgel. A repedés mélysége ezen a hibaképen a felületközelségtől egészen 1 milliméterig változik.

Repedésnövekedés, előrehaladott állapotban

A mintegy 3-5 milliméteres repedésmélységtől a sínfej hajszálrepedései megváltoztatják növekedésük lefolyását.
Itt alapvetően két lehetőség van:

• A szomszédos repedések együtt növekednek a felület alatt. Ez később kitörésekhez vezethet a futófelületen (úgyneve­zett „kitöredezés”).
• A látható repedéshossz növekszik a futó­­fe­lületen (repedéshosszabbodás), ezzel egy­­­idejűleg a repedés megváltoztatja a nö­vekedési irányát, és lényegesen na­gyobb szög alatt növekszik lefelé a sínfej­ben.

Kezdeti szakasz „kitöredezés” – sötét foltok a futófelületen

A „kitöredezés” kitörések sokasága a futófelületen. Ezek a sínfejrepedések együtt növekedéséből alakulnak ki. A futófelü­leten a sötét helyek erre utalnak, vagyis hogy a sín felső felülete alatt üregek vannak (13. ábra).
Az ezekkel a sötét foltokkal jelzett helyeken gyakran előfordulnak benyomódások a sín futófelületén, melyeket nagyobb távolságról szabad szemmel is látni lehet.

Repedésterjedés a futófelületen

Ha a sínfej hajszálrepedései 3–5 milliméter repedési mélységet elértek, a látható repedési hossz nagyobb, mint 20 milliméter, akkor fennáll a lehetőség, hogy azok nagyobb repedési sebességgel, mintegy 90º alatt a sínen keresztirányban tovább növekednek, és megjelenik a síntörés veszélye (14. ábra).

Kitöredezésekből a hosszrepedések kifejlődése

A kezdeti kipattogzódások után a hibás rész teljes hosszában kialakult egy folyamatos repedés, amit a 15. ábrán mutatunk be.
 A Head Checking hibák megtalálása a hiba veszélyessége miatt elengedhetetlenül fontos. A sínhibák megjelenését először néhány héttel ezelőtt észleltük, ezért nagyon fontosnak tartjuk, hogy ismertessük azokat a módszereket, amelyekkel a hi­bás szakaszok felderíthetők.

A hibás részek vizsgálatára alkalmazott módszerek

• vizuális megfigyelés,
• penetráló folyadékos vizsgálat,
• magnetoinduktív vagy az örvényáramos vizsgálat

Vizuális megfigyelés

A felületi hibák, a felületre kijövő repedések észlelhetők. Segédeszközként kézi na­gyító és mérőeszköz alkalmazható.
A felületet gondosan elő kell készíteni. Ez a legtöbb esetben csak a tisztítást jelenti, de igen fontos a megfelelő világítás is.
Ezt a legegyszerűbb módszert tudjuk a mindennapokban használni, ennél a vizsgálati módszernél meg tudjuk állapítani a sínfejrepedések hosszát, illetve azt is meg tudjuk figyelni, hogy a kérdéses szakasz a hiba kialakulásának melyik fázisában van.

Folyadékbehatolásos vagy penetráló folyadékos vizsgálat

A sín felületi hibáinak megállapítására al­kal­mas vizsgálati módszer, amely a felületre kinyúló folytonossági hiányok, repedések stb. kimutatására alkalmas, igen érzékeny vizsgálati módszer.
A vizsgálat elvégzésének lépéseit a 16. áb­ra mutatja.
A penetráló folyadékos vizsgálati módszer a repedési hibákat igen szemléletesen megjeleníti. Az előhívás szerinti állapotot a 17. ábra mutatja.

Örvényáramos vizsgálat

A vizsgálat fizikai alapja az, hogy az elektromosan vezető anyagokban időben változó mágneses tér indukció útján áramot gerjeszt. Ezt az áramot örvényáramnak nevezzük. Az örvényáram maga is gerjeszt mágneses teret, mely a külső mágneses térrel ellenkező irányú. A két mágneses tér összegződik, ami eredő erőtérhez vezet, amelyet mérni és értékelni lehet, változásaiból, viselkedéséből különböző anyaghibákra vagy anyagtulajdonságokra lehet következtetni.

Ezt a vizsgálati módszert a sínek felületi hibáinak vizsgálatára eddig nem alkalmaztuk a MÁV diagnosztikai rendszerében. Az örvényáramos vizsgálatai módszert nagyon rövid időn belül rendszerbe kell állítani, mert a kezdeti fázisban a hiba mélységét csak ezzel a módszerrel lehet biztonságosan meghatározni.
A kezdeti állapot ismerete abból a szempontból fontos, hogy a karbantartási költségeket csökkenteni tudjuk azáltal, hogy a kis mélységű repedési hibákat síncsiszolással viszonylag alacsony költséggel megszüntetjük.

A sín belsejében lévő hibák

kimutatására alkalmas roncsolásmentes vizsgálati módszerek
A vizsgálatot ultrahanggal vagy örvényárammal végzik az anyag egyik oldaláról, így a vizsgálat az anyag vágása vagy egyéb módon történő roncsolása nélkül lehetséges. Az iparban használt anyagok, mint például a fémek és ötvözetek rejtett repedéseinek vizsgálata így leegyszerűsíthető.

Ultrahangos anyagvizsgálat

Az ultrahangos vizsgálat akusztikus közvetítő közeg (csatoló folyadék) közbeiktatásával nagyfrekvenciájú, irányított hanghullámokkal méri az anyagvastagságot, azonosítja a rejtett repedéseket és elemzi a különböző anyagok – fémek, műanyagok, ötvözetek, kerámia, gumi vagy üveg – minőségét. Az emberi fül számára érzékelhetetlen hang segítségével a berendezések rövid hangimpulzusokat állítanak elő, melyek behatolnak a vizsgált anyagba, és a berendezés a visszaérkező ultrahanghullámok elemzésével adja meg a vizsgálat eredményét.

A műszeres vizsgálatok fizikai korlátai

A műszeres vizsgálatoknál a két vizsgálat fizikai határait kell részletesen elemeznünk, hogy az alkalmazható módszert ki­vá­lasszuk, illetve a felügyeleti rendszerünkbe beépítsük.
A 18. ábrán jól megfigyelhetjük, hogy az örvényáramos, illetve az ultrahangos vizsgálatnak milyen fizikai korlátai vannak. A felületközeli repedéseket az ör­vény­áramos módszerrel nagyon megbízhatóan lehet megmérni. Ennek a vizsgá­lati módszernek a vizsgálati mélysége 2–3 milliméter, ennél mélyebben sajnos az ilyen mérőszondával nem tudjuk a repedéseket detektálni. A repedés mélységének meghatározása igen lényeges a forgalombiztonság, illetve nagyon fontos az al­kal­mazandó karbantartási munka meghatározása szempontjából.

Az ultrahangos (általános) vizsgálati módszerekkel a sín felső 4-5 milliméterén nem lehet biztonsággal vizsgálni, mert ez a mérési tartomány még a „közel térbe” esik.
A MÁV Központi Felépítményvizsgáló im­már több éve kutatásokat folytat a kü­lön­leges ultrahangos vizsgálófejek kialakítására.
A fentiek ismeretében a sínfejrepedési hi­bák feltárására három módszert javasolunk:
1. Vizuális megfigyelés
2. Örvényáramos vizsgálat
3. Ultrahangos sínvizsgálat

A hibák felismerése és a szükséges intézkedések

A vizuális vizsgálat a legegyszerűbb vizsgálati módszer, amelyet a mindennapokban tudunk használni. Ennél a vizsgálati módszernél meg lehet állapítani a repedések hosszát, a repedések elhelyezkedését. Továbbá azt is meg tudjuk figyelni, hogy a kérdéses szakasz a hibakialakulás melyik fázisában van. A vizsgálat elvégzéséhez megfelelő gyakorlat szükséges.
A sínfejrepedés képződésének legvalószínűbb helyei a kerék-sín érintkezése.

A fe­lületi nyomás és a különböző (adhéziós) erők hatása plasztikus alakváltozásokat és felkeményedéseket okoz a futófelületen. Ezek az érintkezési zónák a sín futófelületén különbözően színeződnek el. A re­pedési hiba előfordulhat minden vá­gány­típuson, de jellemzően az ívekben és a sín-dőlés nélküli kitérőkben található. Megfigyelhető még azokban az ívekben, ahol nagy a túlemeléshiány. A futófelületen keletkező barna elszíneződések azok a helyek, ahol nagy valószínűséggel a sínfej-repedéshiba elindul (19. ábra). A teljes folyamat a 20–24. ábrán látható.

Kitöredezések megjelenése a futóélen

A Head Checking sínhibákat a bejelentést követően – a megadott határidőn be­lül – műszeres vizsgálattal felül kell vizsgál­ni.
A felülvizsgálat alkalmával tüzetesen meg kell vizsgálni a sínfejrepedéssel érintett szakaszt teljes hosszában, a felülvizsgálatról jegyzőkönyvet kell felvenni, ami­be a vizsgálat eredményeit rögzíteni kell.
A szakértői vizsgálatnál alkalmazott vizs­gálati módszerek:

• vizuális vizsgálat,
• penetráció,
• speciális ultrahangos vizsgálat felületi hibák meghatározására,
• normál ultrahangos vizsgálat.

A felülvizsgálat során a szakember a következőkről dönt:

• Megvizsgálja az alkalmazott sebességet, és javaslatot tesz az esetleges módosításra.
• Meghatározza a következő vizsgálat időpontját.

Ha normál ultrahangos vizsgálattal a Head Checking hiba kimutatható, akkor 20 km/h sebességkorlátozás bevezetését kell javasolni, mert a hiba mélysége meghaladta az 5 millimétert, ami már közvetlen balesetveszélyt jelenthet.
A hibák felismeréséhez és a szükséges in­téz­kedések megtételéhez nyújt segítséget az alábbi táblázat.