淺談鐵路線路鋼軌設(shè)備傷損主要類型及檢測方法

周立明

【摘 要】論文介紹了目前國內(nèi)鐵路線路鋼軌普遍出現(xiàn)的主要傷損類型及傷損檢測的基本方法。重點(diǎn)論述了鋼軌重點(diǎn)部位、重點(diǎn)區(qū)段容易出現(xiàn)的傷損，并根據(jù)傷損特點(diǎn)總結(jié)能夠準(zhǔn)確檢出傷，并在作業(yè)現(xiàn)場迅速定位定量的檢測作業(yè)方法，為鋼軌探傷行業(yè)總結(jié)了技術(shù)要點(diǎn)。

【Abstract】The paper introduces the main types of the damage commonly found in domestic railway line rails and the basic methods of damage detection. The paper mainly expounds the damages that are easy to occur in the key parts and key sections of the rail， and the inspection methods that can accurately detect the damage according to the damage characteristics and quickly locate and quantify it at the job site. It also summarizes the technical points for rail damage detection industry.

【關(guān)鍵詞】超聲波;鋼軌傷損;無損檢測

【Keywords】ultrasonic; rail damage; nondestructive testing

【中圖分類號】U213.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）02-0156-02

1 引言

隨著我國鐵路的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸早已成為運(yùn)輸行業(yè)中最為重要的運(yùn)輸方式，客運(yùn)運(yùn)輸?shù)陌踩?、舒適性與高速的運(yùn)輸效率以及貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性、廉價(jià)性，使得鐵路運(yùn)輸成為我國的支柱性產(chǎn)業(yè)。為了保證運(yùn)輸?shù)陌踩裕Ｕ翔F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(zhì)量的安全檢測工作成為守衛(wèi)安全運(yùn)輸?shù)牡谝坏狸P(guān)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(shè)備的前提下，利用超聲波通過介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生折射與反射的物理特性，對鋼軌內(nèi)部進(jìn)行檢查，檢測內(nèi)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(yùn)行，并通知相關(guān)單位對鋼軌進(jìn)行維修或更換。

鋼軌探傷工作易學(xué)難精，長期服役的鋼軌在各種應(yīng)力的作用下會產(chǎn)生不同的疲勞狀態(tài)，以超聲波回波的方式反映到探傷設(shè)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(chǎn)生的各種傷損及其對線路設(shè)備的影響，同時(shí)還要找出能夠克制它的有效方法及措施。下文根據(jù)本人的經(jīng)驗(yàn)及研究分析，介紹幾種典型的鋼軌傷損類型及關(guān)鍵部位的檢測方法。

2 魚鱗傷的產(chǎn)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(nèi)側(cè)圓弧附近，順列車運(yùn)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(diǎn)在魚鱗裂紋的前內(nèi)角，深度最高可達(dá)20mm。

這些魚鱗紋隨著時(shí)間的推移會沿軌頭橫向和內(nèi)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(xì)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(shí)會連續(xù)發(fā)出嘟嘟的報(bào)警聲，并接收到上下跳動或位移量很小的回波。由于這種現(xiàn)象的干擾會給探傷作業(yè)人員判定傷損帶來很大難度，經(jīng)驗(yàn)不足或?qū)麚p認(rèn)識不清的人員遇有魚鱗紋密集的線路區(qū)間時(shí)，為減少干擾會降低探傷靈敏度，以抑制雜波的出現(xiàn)，但由于探傷靈敏度發(fā)生了變化，可能會導(dǎo)致軌頭內(nèi)部埋藏的傷損也難以順利檢出。

從鋼軌踏面上產(chǎn)生的，用傳統(tǒng)探傷工藝難以辨認(rèn)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(cè)面進(jìn)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(xiàn)的可疑波型或傷損數(shù)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(yīng)隨意降低靈敏度，特殊地段還應(yīng)適當(dāng)提高靈敏度1dB。同時(shí)，在每個(gè)探傷周期內(nèi)可通過調(diào)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(jìn)入曲線前先調(diào)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(qiáng)反向探測，嚴(yán)格執(zhí)行正、反、正方向的遞進(jìn)探測。每臺探傷儀應(yīng)配置不少于三個(gè)70°探頭，其中至少一個(gè)用于一次波掃查，兩個(gè)用于一次波和二次波掃查。盯住波型顯示，仔細(xì)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(xiàn)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(shí)，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真校對復(fù)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(shí)發(fā)現(xiàn)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(shù)難度不大，所以目前對軌頭核傷的檢測尚存在一定的改進(jìn)空間。

核傷主要產(chǎn)生在軌頭內(nèi)部，在檢查時(shí)主要用70°探頭探測，70°探頭發(fā)現(xiàn)的軌頭核傷與橫向裂紋都屬于重傷傷損，必須及時(shí)對鋼軌進(jìn)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(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。所以，在探傷作業(yè)的前期準(zhǔn)備工作時(shí)，必須在標(biāo)準(zhǔn)試塊上準(zhǔn)確測出探頭的超聲波入射點(diǎn)，計(jì)算出折射角。同時(shí)，在實(shí)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(shí)，如果沒有傷損，則無回波顯示，當(dāng)遇到傷損時(shí)，儀器會發(fā)出報(bào)警，屆時(shí)可根據(jù)回波的顯示計(jì)算出傷損的大小和高度。

但在實(shí)際的探傷作業(yè)中，由于鋼軌軌頭的幾何尺寸復(fù)雜和日常鋼軌的養(yǎng)護(hù)工作，也會產(chǎn)生假信號，產(chǎn)生報(bào)警，干擾正常的探傷作業(yè)。因此，在核傷探測方面要有一個(gè)準(zhǔn)確的鑒別和判斷過程：當(dāng)儀器發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警時(shí)，應(yīng)認(rèn)真觀察波型，根據(jù)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(fù)雜，加上潮濕的空氣，會對鋼軌造成嚴(yán)重的銹蝕，很容易引起70°探頭報(bào)警。所以要認(rèn)真觀察鋼軌狀態(tài)，并根據(jù)回波位置，用最短最快的方法來判定是否出現(xiàn)傷損。

在實(shí)際工作中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有回波在交替位置出現(xiàn)，并發(fā)出短促的報(bào)警聲，這時(shí)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(cè)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(qiáng)的回波，就應(yīng)仔細(xì)校對，一旦確認(rèn)是傷損，應(yīng)做好標(biāo)記，確定其位置，高度和寬度。

在大運(yùn)量的復(fù)線地段，由于列車的單向運(yùn)行，會使產(chǎn)生的核傷傾斜角度較大，很難用四點(diǎn)定位法做出判斷，所以掌握基線定位會非常重要?；€定位的關(guān)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(shù)計(jì)算出核傷的位置及尺寸。如果不能正確使用這些數(shù)據(jù)，在無縫線路上探傷作業(yè)，就不能提供準(zhǔn)確的傷損定位，導(dǎo)致傷損得不到及時(shí)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(xiàn)場核傷傾斜角度不同，導(dǎo)致其反射方向發(fā)生變化，使得探傷儀發(fā)現(xiàn)了傷損卻無法顯示，建議在探測60kg/m鋼軌時(shí)調(diào)整探頭偏斜角度，調(diào)整范圍16～18°。

4 道岔檢測

在經(jīng)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?yàn)殇撥壧絺麅x的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是針對鋼軌的尺寸設(shè)計(jì)，所以無法對道岔岔心和尖軌部位進(jìn)行全斷面的探測。為了適應(yīng)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(gè)很大的難題。為了解決這一難題，經(jīng)過反復(fù)查閱有關(guān)貝爾轍叉岔心和AT尖軌的資料后，對其結(jié)構(gòu)中各部件的功能和應(yīng)力情況進(jìn)行分析和計(jì)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(chǎn)生的傷損，探頭偏角20°無法全面檢查到，會產(chǎn)生安全隱患。在列車通過現(xiàn)場進(jìn)行觀察和對比后，把同一問題拆開分析，終于找出解決難點(diǎn)的方法：①利用鋼軌探傷儀70°探頭一次波探測近表面內(nèi)側(cè)傷損，把鋼軌探傷儀兩個(gè)70°探頭對發(fā)，入射點(diǎn)中心內(nèi)側(cè)橫移15mm，同時(shí)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(shí)能夠?qū)夘^上角的傷損進(jìn)行有效掃查。②針對尖軌外側(cè)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(diǎn)在42mm左右，而AT尖軌有效探測部位下顎反射點(diǎn)在35mm左右，在不改變探頭折射角和入射點(diǎn)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(jìn)行探傷作業(yè)的，所以在進(jìn)行探傷作業(yè)時(shí)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(xì)檢，兼顧氣候變化對探傷儀靈敏度的影響，不放過任何一個(gè)可疑波型。隨著線路設(shè)備不斷為適應(yīng)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(wù)素質(zhì)要求也越來越高?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)、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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】北京鐵路局.鋼軌探傷基本知識[M].北京：中國鐵道出版社，2013.