鋼軌超聲探傷技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

張?zhí)m栓 呂磊

【摘要】近年來我國國際地位不斷提升，在鐵路運輸領域接連實現(xiàn)創(chuàng)舉，目前我國建設的鐵路運營路線已經(jīng)達到了數(shù)十萬公里。隨著我國鐵路運輸能力的增強，隨之而來的要解決的就是安全保障及維護工作，當前我國普遍使用在役鋼軌無損探傷技術對鐵路進行安全維護。以下是筆者對鋼軌無損探傷技術的一些理解及簡單分析了該技術目前的使用狀況并對其以后的發(fā)展方向做出了淺薄的探討。

【關鍵詞】無損檢測；探傷；鋼軌

我國的鋼軌超聲探傷技術從上世紀到現(xiàn)在經(jīng)歷了從無到有，從突破到技術發(fā)展的一個過程。1954年，我國相關部門從瑞士的MATISA企業(yè)購買了首部探傷儀，它是一種聲響指示的共振探傷儀，自此我國科研部門深入的對探傷儀儀器和探傷儀方法的研究。到二十世紀五十年代，我國自主研發(fā)的首部探傷儀問世，即手仗式鋼軌探傷儀，在隨后幾年里，A型顯示脈沖反射式鋼軌探傷儀JGT_1型，具有兩個通道以及多探頭反射、穿透兩用的JGT_2型探傷儀相繼研發(fā)成功。1980年具有4個通道、5個探頭的JGT-3型通過鑒定，該型號探傷儀的問世對我國后來各種手推式探傷儀都有深遠影響。1989年后，不同型號的品種的超聲探傷儀相繼被研發(fā)制造，形成了個廠家競爭發(fā)展的格局。

1、目前鋼軌超聲波探傷技術的應用情況

在不同的無損檢測方法中，超聲檢測是一種重要的方法，具有無可比擬的優(yōu)勢，在核電、國防、鐵路等多個行業(yè)和領域得以充分應用。超聲波本質(zhì)是一種機械波，在彈性介質(zhì)中它是靠振動傳播的，其頻率一般高于20kHz。超聲波應用于無損檢測時其工作頻率為0.5MHz到10MHz，根據(jù)檢測對象的材質(zhì)不同，其工作的頻率也不相同[1]。一方面探測目標靈敏度很高或者細晶材質(zhì)需要運用很高頻率的超聲波，另一方面探測粗晶材質(zhì)或者衰弱十分明顯材質(zhì)時要運用低頻率的超聲波。產(chǎn)生波鋼軌探傷技術在實際運用中，包含了各個方面的知識，如光學中的折射，反射；物理學中的關于波及力的一些理論。

簡單來說，超聲波鋼軌探傷技術是利用超聲波在鋼軌中其所受到影響情況可以反映鋼軌結構的受損情況。

1.1鋼軌常見傷損及其成因

隨著我國高速鐵路行業(yè)的飛快發(fā)展，對鐵路鋼軌的質(zhì)量也相應有了極大提高，而鋼軌在制作過程中現(xiàn)階段還不可避免的存在一些缺陷，包含鋼軌中的一些氣泡、白點、縮孔和非金屬夾雜等等。此外，還有在役鋼軌的使用中也會造成諸如裂紋、斷裂等導致鋼軌無法使用或者使用性能受限的問題。使用中的鋼軌的問題可能是由三個方面造成的：一鋼軌出現(xiàn)垂直和縱向的裂紋，出現(xiàn)這種問題的原因可能在鋼軌在生產(chǎn)過程中的工藝問題導致，在原料中的一些雜質(zhì)殘留到乳制后的鋼軌中產(chǎn)生裂紋；二是鋼軌內(nèi)部的核傷，這種損傷是主要來自于其在制造過程中的技藝不精或材質(zhì)不良，另外一方面是在使用過程中的高負荷導致應力集中，通常狀況下核傷多數(shù)出現(xiàn)在鋼軌頭部，但是隨著不斷的使用，其承受能力減弱，從而致使事故發(fā)生；三是鋼軌接觸部門損傷，這是由于車輪在接頭位置的慣性作用詞其他位置處的都要大。

1.2超聲回波對各種缺陷的不同表現(xiàn)

超聲無損探傷的最基本原理就是利用超聲回波對不同缺陷和傷損的表現(xiàn)不同來進行檢測的。下面是集中典型情況：

1.2.1平面狀缺陷 當出現(xiàn)平面狀損傷時，回波信號能夠根據(jù)前方方向不同則回波高度有所差異的特點。如果探測方向和損傷方向平行時回波就會出現(xiàn)低狀態(tài)或者沒有回波，如果探測方向和損傷方向不平行時，回波會很高。在探測過程中如果出現(xiàn)裂紋等缺陷，一般活剝會出現(xiàn)較大的幅度和多峰的情況。

1.2.2點狀缺陷 點狀缺陷包括鋼軌重產(chǎn)生的點狀廢渣，單個氣孔以及多個氣孔。點狀缺陷的超聲波形狀十分平穩(wěn)，跟方向沒有明顯的關系。但是夾渣及氣孔對超聲波的回波的變化是有所不同的，氣孔出現(xiàn)的回波會按照氣孔大小而變化，夾渣的回波一般會很低且波形較寬。

1.2.3裂紋缺陷 超聲回波探測到損傷處時會出現(xiàn)接連不斷的反射波，波形高且寬。裂紋不但會出現(xiàn)在典型位置而且很大程度上會出現(xiàn)在焊縫的熱影響區(qū)，因為大多數(shù)裂紋與焊縫呈垂直狀態(tài)，所以需要在與焊縫平行的方向上篩查，比較容易出現(xiàn)裂紋。

1.2.4焊接缺陷 有時，在焊接的時候偶爾會導致未焊透現(xiàn)象的出現(xiàn)，這是因為使用的焊接金屬不符合相關的要求[2]。焊接缺陷主要發(fā)生在焊根位置，探測儀在不斷擺動時對缺陷的回波反映平穩(wěn)，各個角度探傷的回波反映基本相同。

1.2.5未溶合缺陷 未熔合缺陷指的是熔焊過程中的不同材質(zhì)逐漸沒有完全熔化的部分，這一缺陷在實際操作中容易發(fā)生漏檢現(xiàn)象，只有超聲波以垂直角度探測傷損處時才有明顯回波表現(xiàn)。對于此種缺陷，超聲回波具有波形穩(wěn)定的特點，但對兩側(cè)檢測時可能只會有一側(cè)反應。

2、高速鋼軌探傷車的研發(fā)及運用是今后的主要方向

鐵路是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈，當前我國的鐵路運營路線已突破十萬公里，受制于線路質(zhì)量和管理維護的要求，全國共配備八千多名專職鋼軌探傷作業(yè)人員。我國在進行鋼軌探傷過程中大部分使用的都是手推式的，但它存在效率低下，易出錯等缺陷，一旦發(fā)生錯報的現(xiàn)象就很有可能出現(xiàn)嚴重的交通事故。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高速鐵路建設也已發(fā)生的巨大的變化，無縫線路應用越來越多，陳舊的設備已經(jīng)遠遠不能夠滿足工作的需要[3]。我國第一臺鋼軌探傷車是二十世紀九十年代于澳大利亞購買的，后來又相繼從美國等國家購買了一些。但我國在鐵路運營里程和鐵路發(fā)展需求上與別的國家有所不同，因此對鋼軌探傷車的各方面要求也存在差異，所以我國在今后的發(fā)展過程中要十分重視對高速探傷車的研發(fā)。

以后在我國的主要線路干線上將會構成以不同種安全綜合檢測車及快速鋼軌探傷車為主，以手推式鋼軌探傷儀為輔的鐵路安全監(jiān)控網(wǎng)絡，但是在各支線將繼續(xù)運用手推式鋼軌探傷儀進行檢測，手推式鋼軌探傷儀會在不久的將來發(fā)展成全數(shù)字化探傷儀。

參考文獻

[1]史密斯.鋼軌滾動接觸疲勞的進一步研究[J].北京：中國鐵道科學，2001，23（3）：6-10.

[2]馬允先.鋼軌接觸疲勞裂紋的產(chǎn)生與防治[J].上海鐵道科技，2002（4）：41-43.

[3]翟國富，汪開燦，米武軍，等.一種電磁超聲技術鋼軌缺陷檢測方法及其裝置.中國：200810137487[P].2009（3）：04-01.