鋼軌新制及在役焊縫探傷技法

劉 萬(wàn) 勝

(太原鐵路局太原南工務(wù)段，山西 晉中 030600)

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鋼軌新制及在役焊縫探傷技法

劉 萬(wàn) 勝

(太原鐵路局太原南工務(wù)段，山西 晉中 030600)

介紹了鋼軌新焊焊縫與在役焊縫全斷面探傷的重點(diǎn)，從串列式掃查、軌頭K型掃查、焊縫軌底K型掃查等方面，闡述了新焊焊縫雙探頭探傷的技法，并總結(jié)了在役焊縫雙探頭探傷的要點(diǎn)，有利于提高焊縫探傷的水平。

鋼軌，焊縫，探傷方法，探頭

隨著我國(guó)路網(wǎng)干線的全面提速，以及無(wú)縫高速重載鐵路的全面發(fā)展，對(duì)鋼軌焊接接頭質(zhì)量提出了新的更高的要求。鋼軌接頭質(zhì)量狀態(tài)的好壞直接影響著鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)和行車(chē)安全，因此使用專(zhuān)用儀器對(duì)新焊和在役焊縫進(jìn)行長(zhǎng)期有效的探傷監(jiān)控，掌握焊縫探傷技術(shù)、提高焊縫檢測(cè)能力也是保證鐵路行車(chē)安全的有效手段。

焊縫全斷面探傷包括新焊焊縫全斷面探傷和在役焊縫全斷面探傷。新焊焊縫全斷面探傷主要發(fā)現(xiàn)：材質(zhì)缺陷、焊接缺陷和加工缺陷；在役焊縫探傷主要發(fā)現(xiàn)疲勞缺陷，即新焊焊縫探傷中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的缺陷和使用過(guò)程中發(fā)展出來(lái)的缺陷。

1 新焊焊縫全斷面探傷

1.1 新焊焊縫全斷面探傷的重點(diǎn)

焊縫的第一次全斷面探傷最為重要，有許多缺陷如果第一次全斷面探傷沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，在大多時(shí)候不會(huì)再有第二次機(jī)會(huì)，尤其是在重載線路，若焊縫中存在焊接、打磨不當(dāng)形成的缺陷，其傷損發(fā)展非?？?，一般不會(huì)超過(guò)一個(gè)月(灰、光斑除外)，發(fā)展快的不超過(guò)一周。如大秦重車(chē)線207 km+178 m左股，廠焊接頭軌底存在焊接缺陷，2011年4月鋪設(shè)，當(dāng)時(shí)未進(jìn)行焊縫全斷面探傷，5月4日母材儀器發(fā)現(xiàn)加固后，于5月12日拉開(kāi)，見(jiàn)圖1；大秦重車(chē)線250 km+104 m左股，現(xiàn)場(chǎng)氣壓焊接頭，軌頭存在焊接缺陷，2011年4月焊接，焊接完成后進(jìn)行焊縫全斷面探傷，未發(fā)現(xiàn)異常，4月25日母材儀器發(fā)現(xiàn)時(shí)，裂紋已貫通軌頭，見(jiàn)圖2。因此焊縫第一次全斷面探傷一定要認(rèn)真仔細(xì)，嚴(yán)格按照探傷工藝進(jìn)行。

新焊焊縫全斷面探傷的重點(diǎn)是“熔合線”，探傷中一定要找到真正的焊接熔合線。廠焊、氣壓焊屬于鍛造焊，其熔合線寬度只有零點(diǎn)幾毫米，見(jiàn)圖3；鋁熱焊屬于鑄造焊，有兩條熔合線存在于兩側(cè)焊筋的邊緣，也最容易產(chǎn)生面積狀缺陷。兩線之間是填充物，且多為體積狀缺陷，見(jiàn)圖4。面積狀缺陷大多存在于“熔合線”上，因此“熔合線”部位才是我們第一次探傷的重點(diǎn)。

1.2 新焊焊縫探傷前的手工檢查

探傷前，應(yīng)首先對(duì)所要探測(cè)的對(duì)象進(jìn)行外觀的檢查，觀察軌面有無(wú)線紋，下頦軌墻有無(wú)明顯壓痕、碰痕、劃傷，是否有在焊接和打磨過(guò)程中傷及到母材的情況等。對(duì)軌底觀察要認(rèn)真全面看其有無(wú)坑洼、塌陷、燒傷、電擊傷等。圖5，圖6中這些缺陷通過(guò)手工檢查均能發(fā)現(xiàn)。

1.3 新焊焊縫雙探頭探傷的要點(diǎn)

焊縫全斷面探傷有雙探頭法和單探頭法。雙探頭法主要發(fā)現(xiàn)面積狀缺陷，單探頭法主要發(fā)現(xiàn)體積狀和靠近界面或探測(cè)面的面積狀缺陷。焊縫全斷面探傷可參考TB/T 2658.21—2007鋼軌焊縫探傷作業(yè)進(jìn)行；雙探頭探測(cè)時(shí)，應(yīng)考慮主聲束的掃查范圍及焊縫中容易產(chǎn)生面積狀缺陷的部位，從而采取針對(duì)性的探測(cè)。

1.3.1 串列式掃查

串列式掃查在探測(cè)廠焊或氣壓焊時(shí)其指針要對(duì)準(zhǔn)“熔合線”。鋁熱焊有兩個(gè)“熔合線”，因此在對(duì)鋁熱焊進(jìn)行串列式掃查時(shí)，要對(duì)焊縫兩側(cè)分別進(jìn)行掃查，探測(cè)架如圖7所示放置，可避免焊棱的干擾?？梢哉f(shuō)在探測(cè)中有波就有傷。

1.3.2 軌頭K型掃查

軌頭K型掃查目前沒(méi)有較好的掃查裝置，大多是憑操作者的經(jīng)驗(yàn)和手法。新焊焊縫全斷面探傷，進(jìn)行軌頭K型掃查，可有效發(fā)現(xiàn)軌頭中大而平的缺陷，尤其是灰斑、光斑及未焊合等缺陷。這些缺陷透聲性比較好，返回的能量弱，單探頭很難探測(cè)，非常容易造成漏檢。串列掃查由于聲程較遠(yuǎn)衰減大，回波非常低很難進(jìn)行傷損判斷。圖8是大秦重車(chē)線一處現(xiàn)場(chǎng)氣壓焊，光斑灌滿整個(gè)軌頭，焊縫探傷及母材儀器探傷(檢查過(guò)多遍)均未發(fā)現(xiàn)，最終造成折斷。焊縫探傷軌頭K型掃查，不存在焊棱的干擾，可以認(rèn)為有波就有傷，即使是回波很低，也可以判傷。

1.3.3 焊縫軌底K型掃查

軌底K型掃查:1)手持雙K1槽型探頭，對(duì)焊縫進(jìn)行掃查，其單側(cè)掃查范圍如圖9所示陰影區(qū)。且沒(méi)有有效的掃查裝置，只有靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)和手法，探測(cè)時(shí)左右兩只探頭前后等速移動(dòng)，注意探頭的耦合，出現(xiàn)回波比較容易判定。為減少探測(cè)盲區(qū)，有條件應(yīng)從焊縫兩側(cè)分別探測(cè)(有些焊縫附近有立螺栓，只能從一面探測(cè))。同時(shí)加強(qiáng)單探頭對(duì)軌底的探測(cè)。2)6晶片的矩陣探頭對(duì)軌底進(jìn)行分區(qū)掃查，矩陣探頭位置固定，只有距探頭前沿8 mm～14 mm范圍，反射的回波較強(qiáng)，超出此范圍，其反射回波會(huì)明顯下降，如圖10所示陰影區(qū)。我們?cè)鲞^(guò)這樣一個(gè)試驗(yàn)：用矩陣探頭探測(cè)GHT-1試塊A端5號(hào)平底孔，探頭前沿距該孔9 mm，探頭耦合良好，此時(shí)得到該孔最佳回波。調(diào)整衰減器使該孔反射回波達(dá)滿屏100%。在保證探頭耦合良好的情況下，兩探頭同時(shí)向后移動(dòng)，當(dāng)后移10 mm時(shí)回波高度降低6 dB；后移20 mm時(shí)回波高度降低10 dB。因此在探測(cè)氣壓、電阻焊縫時(shí)，探頭前沿應(yīng)與焊棱邊緣對(duì)齊，鋁熱焊最好離開(kāi)焊棱10 mm為宜，這樣才能對(duì)容易產(chǎn)生面積狀缺陷的“熔合線”部位進(jìn)行掃查，如圖10所示。探測(cè)鋁熱焊時(shí)一定要兩面探測(cè)，同時(shí)加強(qiáng)單探頭的探測(cè)。

2 在役焊縫全斷面探傷

2.1 在役焊縫探傷的重點(diǎn)

焊縫第一次全斷面探傷，如果使用靈敏度適當(dāng)，能切實(shí)按照焊縫全斷面探傷工藝認(rèn)真探傷，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何缺陷，說(shuō)明該焊縫合格，焊縫上出現(xiàn)傷損的可能性極低(鋁熱焊除外)，大秦重車(chē)線345.9 km～359.7 km區(qū)段鋼軌運(yùn)量已超過(guò)22億t，但焊縫處幾乎沒(méi)有傷損，而且仍在使用。因此我們進(jìn)行第二次、第三次……全斷面探傷時(shí)我們探傷的重點(diǎn)應(yīng)放在焊筋邊緣上，此時(shí)出現(xiàn)的缺陷大多是加工缺陷，主要以推凸缺陷為主。圖11為大秦重車(chē)線205 km+5號(hào)廠焊接頭，鋪設(shè)日期為2011年4月，2011年12月母材儀器發(fā)現(xiàn)加固后于2012年8月9日拉開(kāi)，其傷損源在焊筋邊緣，屬典型的推凸缺陷引起的軌底橫向裂紋；圖12為朔州工務(wù)段傷損焊縫，由于推刀在推凸過(guò)程中在母材處的劃痕引起的水平裂紋。

值得注意的是：用同一把推刀推出的焊道都有可能存在相同的缺陷，如侯馬北工務(wù)段侯馬北探傷車(chē)間運(yùn)城探傷工區(qū)管內(nèi)有20 km線路，許多廠焊接頭在軌底部位存在推凸缺陷，每年都有拉開(kāi)。朔州工務(wù)段在連續(xù)300 m廠焊接頭中有8處接頭存在這種缺陷(見(jiàn)圖4)。因此最好對(duì)存在這種缺陷的地段，采取針對(duì)性探測(cè)。同時(shí)建議：廠焊焊接駐場(chǎng)人員切實(shí)負(fù)起責(zé)來(lái)，加強(qiáng)對(duì)焊縫外觀處理的檢查，遇有推凸、打磨等缺陷應(yīng)馬上叫停立即處理，這種缺陷如不處理就是埋在線路上的重大隱患，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)極易造成斷軌。

2.2 在役焊縫雙探頭探傷的要點(diǎn)

在役焊縫軌腰串列式掃查和軌頭K型掃查作用不大，因?yàn)樵谝酆缚p中軌腰出現(xiàn)傷損大多會(huì)有一定傾角。母材儀器有6只70°探頭探測(cè)軌頭，可以把軌頭全覆蓋。在役焊縫探測(cè)主要是軌底，且傷損大多在堆瘤一側(cè)的焊棱邊緣。軌底兩側(cè)的缺陷，單探頭完全能探測(cè)到，重點(diǎn)是軌底三角區(qū)。

軌底三角區(qū)若存在推凸缺陷，在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)展成軌底橫向裂紋，其裂紋與鋼軌縱向相對(duì)垂直，母材儀器前后37°比較容易發(fā)現(xiàn)，判斷起來(lái)也比較容易。若傷損發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，裂紋就會(huì)與鋼軌縱向形成一定的夾角(夾角大于6°時(shí))37°探頭就很難發(fā)現(xiàn)。因此軌底三角區(qū)橫向裂紋，最好的探傷方法是雙K1槽型探頭對(duì)軌底進(jìn)行K型掃查，其方法是：兩探頭前沿對(duì)齊，同時(shí)向焊縫處移動(dòng)，注意探頭耦合。出現(xiàn)回波后，進(jìn)行定位，即由探頭入射點(diǎn)向前量1/2軌底寬的距離。定位在本側(cè)焊棱或焊縫中心可以判傷，若是對(duì)側(cè)焊棱，應(yīng)從另一側(cè)反向進(jìn)行校對(duì)。

用矩陣探頭探測(cè)時(shí)，鋁熱焊和新焊焊縫的探測(cè)方法基本相同。從焊縫兩側(cè)分別探測(cè)，探測(cè)廠焊、氣壓焊時(shí)探頭前沿應(yīng)距焊筋邊緣10 mm為宜，探測(cè)重點(diǎn)是堆瘤一側(cè)。若堆瘤一側(cè)有立螺栓，探測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能使探頭前沿靠近堆瘤一側(cè)進(jìn)行探測(cè)。

由于鋼軌焊縫形狀復(fù)雜，產(chǎn)生缺陷種類(lèi)較多，探傷難度較大，要想搞好焊縫探傷工作，第一要多摸試塊，第二不斷總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，第三多與同行交流溝通，從而逐步提高焊縫探傷的水平。

[1] 鐵道部人才服務(wù)中心組織.鋼軌探傷工[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

New steel rail system and in-service welding detection method

Liu Wansheng

(TaiyuanSouthBusinessSection,TaiyuanBureauofRailway,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the whole-section detection methods of new steel rail system and in-service welding, describes new welding double-detector detecting techniques from aspects of tandem scanning, rail-head K-type scanning and bottom welding rail K-type scanning, and finally summarizes in-service welding double-detector detecting points, which will be good for improving the welding detection level.

steel rail, welding, detection method, detector

1009-6825(2016)24-0161-03

2016-06-14

劉萬(wàn)勝(1978- )，男

U213.4

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