淺談鐵路線路鋼軌設備傷損主要類型及檢測方法

周立明

（北京鐵路局北京工務段，北京 100021）

1 引言

隨著我國鐵路的高速發(fā)展，鐵路運輸早已成為運輸行業(yè)中最為重要的運輸方式，客運運輸的安全性、舒適性與高速的運輸效率以及貨運運輸的穩(wěn)定性、廉價性，使得鐵路運輸成為我國的支柱性產業(yè)。為了保證運輸的安全性，保障鐵路線路的安全成為重中之重的環(huán)節(jié)。

為了保證線路的安全暢通，線路鋼軌質量的安全檢測工作成為守衛(wèi)安全運輸的第一道關卡。目前，我國對鐵路線路鋼軌的普遍檢測方式是超聲波探傷法[1]。超聲波探傷是無損探傷的重要組成部分，在不破壞被檢設備的前提下，利用超聲波通過介質時產生折射與反射的物理特性，對鋼軌內部進行檢查，檢測內部是否存在缺陷及定量缺陷大小，用以判定是否影響列車運行，并通知相關單位對鋼軌進行維修或更換。

鋼軌探傷工作易學難精，長期服役的鋼軌在各種應力的作用下會產生不同的疲勞狀態(tài)，以超聲波回波的方式反映到探傷設備中，干擾探傷作業(yè)人員的判斷。因此，對于從事鋼軌探傷工作的人員來講，要了解鋼軌可能產生的各種傷損及其對線路設備的影響，同時還要找出能夠克制它的有效方法及措施。下文根據本人的經驗及研究分析，介紹幾種典型的鋼軌傷損類型及關鍵部位的檢測方法。

2 魚鱗傷的產生及探測方法

魚鱗傷是起源于鋼軌軌頭表面一種類似魚鱗狀金屬碎裂的疲勞傷損，裂紋始于軌頭內側圓弧附近，順列車運行方向向前延伸。裂紋附近常有黑影，魚鱗紋和黑影沿軌頭橫向發(fā)展的寬度一般可發(fā)展到6～20mm，最深點在魚鱗裂紋的前內角，深度最高可達20mm。

這些魚鱗紋隨著時間的推移會沿軌頭橫向和內部深處發(fā)展，深度發(fā)展至5mm以上會對鋼軌造成安全隱患，鋼軌的橫向裂紋是最容易造成鋼軌突然折斷的傷損。細小的魚鱗裂紋垂直于鋼軌踏面并伴有一定的傾斜角度，滿足超聲波角反射原理的掃查范圍，探傷儀掃查到該位置時會連續(xù)發(fā)出嘟嘟的報警聲，并接收到上下跳動或位移量很小的回波。由于這種現象的干擾會給探傷作業(yè)人員判定傷損帶來很大難度，經驗不足或對傷損認識不清的人員遇有魚鱗紋密集的線路區(qū)間時，為減少干擾會降低探傷靈敏度，以抑制雜波的出現，但由于探傷靈敏度發(fā)生了變化，可能會導致軌頭內部埋藏的傷損也難以順利檢出。

從鋼軌踏面上產生的，用傳統探傷工藝難以辨認的可疑波型，可通過增加通用探傷儀，手執(zhí)K2.5超聲波探頭從軌頭側面進行檢測的手段，有效地避開魚鱗紋回波的干擾，并增加了從不同方向、不同位置對軌頭的檢測。該方式對魚鱗紋密集地段出現的可疑波型或傷損數量異常地段，可以起到良好的檢測效果。

靈敏度校正完畢后在探傷作業(yè)中遇有魚鱗紋密集地段不應隨意降低靈敏度，特殊地段還應適當提高靈敏度1dB。同時，在每個探傷周期內可通過調換探頭超聲波發(fā)射方向和角度的方式保證對軌頭的全斷面探測。進入曲線前先調整探頭位置，探頭如壓在魚鱗紋上或緊貼魚鱗紋接觸面都不能起到良好效果，需加強反向探測，嚴格執(zhí)行正、反、正方向的遞進探測。每臺探傷儀應配置不少于三個70°探頭，其中至少一個用于一次波掃查，兩個用于一次波和二次波掃查。盯住波型顯示，仔細校對出波、落波位置，波型的位移量，波幅的高低以及探頭的位置，若發(fā)現70°探頭二次波的位移量超過一大格，波高滿幅且回波清晰穩(wěn)定時，應進行認真校對復核。

3 軌頭核傷

從目前所掌握的資料分析，鋼軌形成傷損后未被探傷作業(yè)人員及時發(fā)現而造成斷軌的主要傷損有兩種：軌頭傷損；螺孔裂紋。其中，雖然螺孔裂紋占傷損總量的比例很大，但探測的技術難度不大，所以目前對軌頭核傷的檢測尚存在一定的改進空間。

核傷主要產生在軌頭內部，在檢查時主要用70°探頭探測，70°探頭發(fā)現的軌頭核傷與橫向裂紋都屬于重傷傷損，必須及時對鋼軌進行更換處理。在無損檢測工作中，要想提高作業(yè)水平，必須正確熟練地運用技術標準。所以，在探傷作業(yè)的前期準備工作時，必須在標準試塊上準確測出探頭的超聲波入射點，計算出折射角。同時，在實物試塊上測出探頭的靈敏度余量和缺陷檢出能力。在作業(yè)時，如果沒有傷損，則無回波顯示，當遇到傷損時，儀器會發(fā)出報警，屆時可根據回波的顯示計算出傷損的大小和高度。

但在實際的探傷作業(yè)中，由于鋼軌軌頭的幾何尺寸復雜和日常鋼軌的養(yǎng)護工作，也會產生假信號，產生報警，干擾正常的探傷作業(yè)。因此，在核傷探測方面要有一個準確的鑒別和判斷過程：當儀器發(fā)現異常報警時，應認真觀察波型，根據回波在熒光屏所顯示的刻度和探頭位于軌頭的位置，可以判斷是缺陷回波還是假信號。由于鋼軌所處的自然環(huán)境較為復雜，加上潮濕的空氣，會對鋼軌造成嚴重的銹蝕，很容易引起70°探頭報警。所以要認真觀察鋼軌狀態(tài)，并根據回波位置，用最短最快的方法來判定是否出現傷損。

在實際工作中，經常發(fā)現有回波在交替位置出現，并發(fā)出短促的報警聲，這時我們可以降低探傷靈敏度，使回波得到遏制，用道蹅在軌頭的側面和顎部來回刮幾次，如回波消失，可判斷是銹蝕波；如還有較強的回波，就應仔細校對，一旦確認是傷損，應做好標記，確定其位置，高度和寬度。

在大運量的復線地段，由于列車的單向運行，會使產生的核傷傾斜角度較大，很難用四點定位法做出判斷，所以掌握基線定位會非常重要?；€定位的關鍵是掌握每單位所代表的水平距離與垂直高度的比值，然后通過三角函數計算出核傷的位置及尺寸。如果不能正確使用這些數據，在無縫線路上探傷作業(yè)，就不能提供準確的傷損定位，導致傷損得不到及時處理，威脅行車安全。

目前使用的70°探頭偏斜20°角探測軌頭，對于60kg/m鋼軌軌頭偏中位置的核傷的探測不利，由于現場核傷傾斜角度不同，導致其反射方向發(fā)生變化，使得探傷儀發(fā)現了傷損卻無法顯示，建議在探測60kg/m鋼軌時調整探頭偏斜角度，調整范圍 16～18°。

4 道岔檢測

在經過2007年4月列車第六次提速后，道岔部位的傷損比以往有明顯增加，因為鋼軌探傷儀的結構特點是針對鋼軌的尺寸設計，所以無法對道岔岔心和尖軌部位進行全斷面的探測。為了適應提速的要求，AT型道岔與可動心道岔大量投入使用，這給探傷工作提出了一個很大的難題。為了解決這一難題，經過反復查閱有關貝爾轍叉岔心和AT尖軌的資料后，對其結構中各部件的功能和應力情況進行分析和計算：因AT道岔尖軌軌腰部分加寬，軌頭部位偏斜，受探傷儀的限制，無法做到全面掃查，而尖軌、可動心部位產生的傷損，探頭偏角20°無法全面檢查到，會產生安全隱患。在列車通過現場進行觀察和對比后，把同一問題拆開分析，終于找出解決難點的方法：①利用鋼軌探傷儀70°探頭一次波探測近表面內側傷損，把鋼軌探傷儀兩個70°探頭對發(fā)，入射點中心內側橫移15mm，同時對探頭環(huán)加以修改，對70°探頭環(huán)偏角加工固定孔成8～10°角，在延長探測距離的同時能夠對軌頭上角的傷損進行有效掃查。②針對尖軌外側軌頭尺寸小于普通鋼軌，厚度比普通鋼軌薄的情況，普通鋼軌下顎反射點在42mm左右，而AT尖軌有效探測部位下顎反射點在35mm左右，在不改變探頭折射角和入射點的情況下，通過改變探頭偏角來縮短水平探測范圍，這樣就可滿足二次波的有效探測。

鋼軌探傷不同于超聲波對其他工件的探傷，它是室外作業(yè)，被檢對象無法移動，通過移動探傷儀器來進行探傷作業(yè)的，所以在進行探傷作業(yè)時必須要遵循接頭、焊縫站，小腰慢，大腰勻速探的檢查原則。慢走細檢，兼顧氣候變化對探傷儀靈敏度的影響，不放過任何一個可疑波型。隨著線路設備不斷為適應提速的需要而更新變化，探傷工作的技藝和方法也在不斷發(fā)展，對探傷作業(yè)人員的業(yè)務素質要求也越來越高?？偨Y經驗技術、開拓工作思維、創(chuàng)新探傷技藝將是未來鋼軌探傷工作的重中之重。