鋼軌探傷車的檢測運用模式與傷損分級探討

■ 石永生 馬運忠 傅強 程青

1 國外鋼軌探傷車技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

鋼軌探傷車（簡稱探傷車）在國外發(fā)達國家早已替代人工探傷設(shè)備，成為檢測在役鋼軌傷損的主要手段。由于超聲波對檢測鋼軌疲勞裂紋和其他內(nèi)部缺陷檢測具有靈敏度高、檢測速度快、定位準確等優(yōu)點，國內(nèi)外探傷車對內(nèi)部裂紋檢測都采用了超聲波探傷技術(shù)，受限于檢測模式和超聲技術(shù)，檢測速度一般為10~70 km/h。

北美地區(qū)絕大多數(shù)探傷車采用停頓式作業(yè)方式，即探傷車發(fā)現(xiàn)可疑傷損后，需停車由探傷車操作員進行現(xiàn)場復(fù)核，確認后做標記并通知鐵路維修部門，其平均檢測速度多在10 km/h以下。澳大利亞及亞洲一些國家以大型超聲波探傷車為主要檢測設(shè)備，探傷車傳感器為輪式及滑靴式，檢測速度為25~40 km/h，采用停頓式作業(yè)方式。停頓式檢測模式的缺點是必須封鎖線路、開檢測維修天窗，對鐵路運輸影響較大；優(yōu)點是發(fā)現(xiàn)的傷損能夠馬上定位、定量、定性，并能夠即時進行相應(yīng)處理。探傷車檢測人員除承擔探傷車檢測外，同時還要承擔傷損定位、定量、定性的分析工作。線路維修人員可以根據(jù)探傷車報告直接進行線路維修。

西歐和日本大多應(yīng)用連續(xù)式檢測，獲得的數(shù)據(jù)在檢測后處理，傷損由人工另行復(fù)核。探傷車作業(yè)速度一般在40 km/h以下。連續(xù)式檢測模式的缺點是在扎輪或調(diào)整不佳時探傷車不能退回來重新檢測，需要補檢，對發(fā)現(xiàn)的傷損需要探傷儀復(fù)核后才能定位、定量、定性，對傷損的處理相對滯后；優(yōu)點是可以不用封鎖線路開維修天窗，對鐵路運輸影響較小。探傷車檢測人員承擔探傷車檢測和探傷車數(shù)據(jù)分析工作，傷損的最終定位、定量、定性由復(fù)核人員承擔。探傷車提交的探傷報告僅是中間過程報告，探傷車傷損報警均列入報告，沒有傷損級別劃分，線路維修人員依據(jù)復(fù)核人員的最終復(fù)核結(jié)果進行線路維修工作。

2 我國鐵路鋼軌探傷車技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

我國自20世紀80年代起開始利用外資引進探傷車。第1臺探傷車于1989年交驗，車體和檢測設(shè)備均由澳大利亞生產(chǎn)，受設(shè)備能力等限制，探傷車最高檢測速度僅30 km/h。20世紀90年代起，鐵道部開始引進GTC-40型探傷車，截至2003年底，已配備并投入使用GTC-40型探傷車15臺，檢測速度40 km/h。鐵道部在“十五”期間新購GTC-60型探傷車9臺，檢測速度60 km/h；“十一五”期間購置GTC-80型探傷車5臺，檢測速度為80 km/h。截至2010年底，全路探傷車設(shè)備總量達到28臺（報廢1臺），所有鐵路局均配備了探傷車。2007年底，全路投入使用的探傷車共23臺，檢測里程接近20萬 km，平均單車年檢測里程接近8 000 km，單車檢測里程超過歐美國家50%以上； 2011年1—11月，投入使用22輛，累計檢測301 559 km，平均檢測里程為13 111 km。我國探傷車檢測人員承擔探傷車檢測和探傷車傷損數(shù)據(jù)分析工作，并參與傷損的最終定位、定量、定性。具體運行中，探傷車運行初期檢測人員參與探傷車傷損的復(fù)核工作，隨著檢測里程的增加，實際上探傷車僅提交探傷車檢測報告，不再承擔傷損的復(fù)核工作。我國的探傷車傷損報告分兩級：確認傷損和疑似傷損。

3 鋼軌探傷管理模式

目前我國探傷車的數(shù)量相對鐵路運營里程仍然不足。為了能夠使探傷車運用能力最大化，探傷車運用模式采用探傷儀和探傷車混合檢測的二級探傷網(wǎng)絡(luò)，對焊縫和道岔再專門補充焊縫和道岔探傷檢測，探傷車的作業(yè)模式采用連續(xù)式作業(yè)模式。這樣能夠盡可能地提高探傷車的檢測效率和檢測覆蓋區(qū)段。但隨著探傷車技術(shù)的發(fā)展、高原鐵路和高速鐵路的興建，探傷車的檢測速度從40 km/h分階段提高到60 km/h和80 km/h，對道岔區(qū)域從不能采集到有效數(shù)據(jù)發(fā)展到現(xiàn)在能部分采集到有效數(shù)據(jù)，每股鋼軌從原來的12個檢測通道發(fā)展到現(xiàn)在的15個檢測通道，現(xiàn)已有的二級探傷網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能適用高速鐵路、高原鐵路的探傷檢測需求，探傷車的最大單車年檢測里程達到了27 000 km，種種現(xiàn)象表明原來的檢測模式和傷損分析模式已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢的發(fā)展需求，探傷車的檢測運用模式需要進行革新和探討。

高速鐵路鋼軌探傷的特點：站間距較大，大區(qū)間達到100 km；長大橋梁和隧道較多，人工上下道不方便；鋼軌探傷天窗時間固定（00：00—04：00）。這些特點決定了人工利用探傷儀完成高速鐵路正線探傷相對困難。高原鐵路鋼軌探傷的特點：站間距較大，大區(qū)間達到100 km；長大橋梁和隧道較多；高原地區(qū)不適合人工作業(yè)，更適合探傷車檢測。高寒鐵路鋼軌探傷的特點：嚴寒地區(qū)冰雪覆蓋線路，人工上下道困難，野外作業(yè)困難；小型探傷儀不具有恒溫功能，耦合液不能加熱，探傷效果難以保證。探傷車在GTS-60試塊（加φ3 mm橫通孔）：探傷車能夠?qū)?°通道5 mm的水平裂紋、37°通道3 mm螺孔裂紋、70°通道φ3 mm橫通孔形成3點以上有效報警反射，滿足《鋼軌探傷管理規(guī)則》（TG/GW204—2006）第33條對探傷靈敏度的規(guī)定。探傷車的特點：探傷車具有自動化程度高、檢測效率高、檢測數(shù)據(jù)可追溯、檢測結(jié)果重復(fù)性好、計算機輔助傷損識別、可夜間作業(yè)等優(yōu)勢。因此，建議在高速鐵路、高原鐵路和高寒鐵路由探傷車承擔主要檢測任務(wù)，鐵道部應(yīng)綜合調(diào)配滿足這些線路的檢測需求，其他線路根據(jù)探傷車保有量和技術(shù)狀態(tài)承擔二級探傷網(wǎng)絡(luò)任務(wù)。建議有條件的線路試點停頓式檢測或探傷車復(fù)核，為后一步的運用管理打下技術(shù)基礎(chǔ)。

由于鋼軌表面狀況對探傷車超聲檢測結(jié)果影響較大。嚴重側(cè)磨造成軌頭形態(tài)變化會破壞探頭耦合；軌面裂紋或剝離掉塊會阻擋超聲入射，造成檢測盲區(qū)；表面鋼軌斜裂紋也會形成軌頭核傷狀干擾反射；焊筋反射會干擾操作人員對焊縫及熱影響區(qū)傷損的判斷。因此建議：鋼軌防斷應(yīng)綜合治理，除加強探傷檢測外，還要加強鋼軌維護。鋼軌焊接時做好焊筋打磨，減少焊筋反射產(chǎn)生的干擾；適時對鋼軌進行修理性打磨，消除鋼軌表面微裂紋，改善軌面超聲入射效果。有條件的探傷車應(yīng)安裝鋼軌表面狀態(tài)監(jiān)控裝置，適時評價鋼軌表面狀況并提出維修建議。

隨著檢測里程的增加和檢測數(shù)據(jù)量的增大，特別是高速鐵路的探傷檢測全部在夜間進行，在04：00完成數(shù)據(jù)采集后進行傷損分析，不利于傷損的發(fā)現(xiàn)和傷損的周期對比，因此建議探傷車傷損數(shù)據(jù)采集和分析應(yīng)逐步分開。在管理中應(yīng)追求人員的良好精神狀態(tài)、設(shè)備的良好維護及人與設(shè)備的和諧共處。探傷車檢測與傷損分析分開并在不同環(huán)境下進行，有利于探傷車檢測設(shè)備的維護、傷損數(shù)據(jù)的最佳采集和綜合分析。

4 鋼軌探傷車傷損分級探討

原來的探傷車傷損檢測報告不區(qū)分傷損大小，操作員憑感覺劃分確認傷損和疑似傷損，在復(fù)核中確認傷損可能復(fù)核為無傷損，疑似傷損也可能復(fù)核為重傷。一些操作員為了追求復(fù)核準確率，不報告一些小傷損，造成一定程度的漏檢；但如果小傷損一概都報告，又會造成傷損準確率偏低。因此，原來的探傷車傷損報告格式已經(jīng)不適合新形勢的要求。

探傷車的最大特點在于檢測速度高、人為因素小，但動態(tài)耦合、設(shè)備調(diào)整、鋼軌表面狀態(tài)等對B型圖影響較大。探傷車使用較高檢測靈敏度，也造成了一定程度的誤報警。為了便于探傷儀復(fù)核，將探傷車檢測得到的傷損分為3級，供探傷儀或焊縫探傷儀復(fù)核參考，最終由探傷儀或焊縫探傷儀對傷損復(fù)核定性。

（1）探傷車傷損分級原則和量值依據(jù)。探傷車一至三級傷損均是探傷車超聲檢測系統(tǒng)經(jīng)過自動識別并報警后的B型圖。探傷車一級傷損為在應(yīng)出傷損的位置有傷損波的反射報警，但沒有形成傷損形態(tài)走勢；探傷車二級傷損為在應(yīng)出傷損的位置有傷損波的反射報警，初步形成傷損走勢；探傷車三級傷損為在應(yīng)出傷損的位置有多通道傷損波的反射報警，并且確認不是干擾波和特殊鋼軌內(nèi)部形態(tài)形成的非傷損波。

（2）探傷車傷損分級與探傷儀復(fù)核對照原則。探傷車一級傷損：探傷儀按照正常檢測靈敏度不易復(fù)核出來；探傷車二級傷損：探傷儀按照正常靈敏度認真復(fù)核能夠復(fù)核出來；探傷車三級傷損：探傷儀在正常調(diào)整靈敏度的情況下肯定能夠復(fù)核出來（或有反射報警）。

（3）探傷車傷損的周期檢測動態(tài)變化原則。所有傷損一旦復(fù)核確認是傷損，必須報線路維修進行下一步處理。探傷車三級傷損復(fù)核后必須是“確認是傷損、干擾波或線路固有結(jié)構(gòu)體反射”，一旦確認不是傷損，在下次檢測中該處即使再出現(xiàn)此類較強反射也不判為傷損（探傷車檢測和數(shù)據(jù)分析人員對復(fù)核結(jié)果有懷疑的例外）。探傷車二級傷損復(fù)核后沒有確認是傷損，并且確認沒有干擾波的情況下，如果下次檢測時該處沒有反射或反射波形沒有發(fā)展，降為一級或不再判為傷損；如果下次檢測時該處傷損圖形有進一步發(fā)展，則可以維持二級傷損或升為三級傷損。探傷車一級傷損在復(fù)核后沒有確認是傷損，如果下次檢測時該處沒有反射或反射沒有發(fā)展，可以不再判斷該處為傷損；如果下次檢測時該處反射圖形有進一步發(fā)展，可根據(jù)發(fā)展情況維持一級傷損或升級為二級傷損。

依據(jù)傷損分級傷損數(shù)量，能夠很好地反映傷損變化趨勢，控制較大傷損的出現(xiàn)就可以控制傷損的發(fā)展，控制傷損的發(fā)展變化就可以合理設(shè)定檢測周期和保障線路安全。

5 探傷車運用新模式和傷損分級運用效果

廣深線、青藏線（格拉段）及鄭西、武廣、京滬高速鐵路使用探傷車檢測替代鋼軌探傷儀，但不取消焊縫探傷檢測和道岔探傷檢測，運用效果良好。

探傷車檢測與傷損分析分開的探傷車運用模式在哈爾濱鐵路局和鐵道部基礎(chǔ)設(shè)施檢測中心（簡稱部檢測中心）試點，效果良好。檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量和傷損分析質(zhì)量比以前都有所提高，并且能夠進行詳細的周期對比，能夠有效防止人為漏檢。

探傷車的停頓式檢測或探傷車復(fù)核還需要尋找合適線路試點運行。

探傷車傷損分級在部檢測中心經(jīng)過1年的應(yīng)用，GTC-301號鋼軌探傷車在2011年實際完成有效檢測試驗里程12 176.2 km，報告?zhèn)麚p215處，累計報告對應(yīng)三級級傷損4處，二級傷損25處，其余為一級傷損。從部檢測中心的多次傷損報告及復(fù)核看出，一級傷損中復(fù)核確認率非常低，即使復(fù)核有傷損其傷損量值也不大；從三級傷損復(fù)核情況看，最終確認為有較大傷損或其他反射都有反射報警；二級傷損的復(fù)核情況介于一級傷損和三級傷損之間。傷損分級能夠較好地反映探傷車連續(xù)式檢測結(jié)果，方便復(fù)核人員復(fù)核調(diào)整，也便于傷損的監(jiān)控和進一步處理，效果良好。

從驗證結(jié)果看，探傷車能夠在一些具備條件的線路上單獨承擔鋼軌探傷檢測任務(wù)，探傷車檢測與傷損分析分開的探傷車運用模式更能適應(yīng)目前探傷車的檢測需求，探傷車傷損分級能夠有效防止檢測人員片面追求復(fù)核準確率造成一定程度的小傷損漏檢，也能更好地給復(fù)核人員提供明確的參考依據(jù)。

[1]徐其瑞，劉峰. 鋼軌探傷車技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J]. 中國鐵路，2011(7)