道岔區(qū)域母材探傷的研究

曹玉旺 任德中 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州工務(wù)段

張高劍 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司金溫鐵路有限責(zé)任公司

1 引言

隨著鐵路改革不斷推進(jìn)，鐵路工務(wù)部門所使用的鋼軌探傷儀器也進(jìn)行了全面的更新?lián)Q代--數(shù)字式超聲波鋼軌探傷儀器替代了以往的模擬超聲波鋼軌探傷儀器。新一代數(shù)字式超聲波鋼軌探傷儀器，適用于探測國產(chǎn)和進(jìn)口43 kg/m～75 kg/m 鋼軌中存在的各種缺陷，具有A、B 超同顯和B 超全程數(shù)據(jù)儲存的特有功能。它的特點(diǎn)是自動運(yùn)行，記錄完整，不會因?yàn)樾r(shí)來回拉動小車而重復(fù)或丟失記錄。每天探傷作業(yè)結(jié)束后，將全程記錄數(shù)據(jù)下載到U 盤，并輸入電腦進(jìn)行二次探傷--回放，給鋼軌防斷增加了一道防線保障。

2 現(xiàn)有探傷工藝概述及存在的問題

圖1 道岔軌件局部裂紋

雖然數(shù)字式超聲波鋼軌探傷儀器功能強(qiáng)大，但也需要人工輔助操作，特別是在道岔關(guān)鍵部位，如現(xiàn)場操作人員執(zhí)標(biāo)不嚴(yán)格、探測不到位、A 超波形判斷不準(zhǔn)確或使用純B 超探測，但又隨意打無傷標(biāo)記等等，都會造成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集不完整或不準(zhǔn)確；又如儀器調(diào)試不當(dāng)、報(bào)警閘門幅度偏大等都有可能造成道岔特殊部位軌件的局部裂紋（圖1）漏檢或?qū)胤湃藛T造成誤導(dǎo)，從而發(fā)生失控?cái)嘬?。那么怎樣才能提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和完整性呢？我們認(rèn)為從以下幾個(gè)方面嚴(yán)抓，是防止道岔特殊部位軌件失控?cái)嘬壍年P(guān)鍵。

3 道岔探傷的關(guān)鍵步驟

3.1 進(jìn)入道岔前

作業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)根據(jù)道岔類型、軌型及各部位狀態(tài)提出探測重點(diǎn)，大站場應(yīng)明確各組道岔的探測范圍。特別是復(fù)式交分道岔的探測更應(yīng)分清股別以防漏探，并準(zhǔn)確輸入道岔標(biāo)記及道岔號。

對儀器探傷靈敏度要重新作一次修正。因?yàn)?，在現(xiàn)場作業(yè)中特別在道岔部位探傷會牽扯到靈敏度補(bǔ)償，其補(bǔ)償除了鋼軌表面粗糙度外，還存在推行速度造成的耦合差，這一點(diǎn)不能忽略。另外，在GTS-60 試塊上得到的軌頭Φ4 平底孔和螺栓孔3 mm 象限裂紋，是在理想條件下設(shè)置的缺陷，能夠形成理想的超聲反射角，但在道岔部位的缺陷是千變?nèi)f化的，其缺陷反射能量的大小、性質(zhì)、形狀、取向以及探測面耦合狀態(tài)等有較大關(guān)系。所以，現(xiàn)場的探傷靈敏度一定要高于 GTS-60 試塊上的靈敏度，以便得到更高的動態(tài)缺陷檢出能力。

同時(shí)必須重新檢查一遍拼孔設(shè)置，是否選擇實(shí)時(shí)拼孔，并及時(shí)開啟A、B 同顯功能,以A 超回波為主認(rèn)真觀察，分清各通道回波和報(bào)警聲，嚴(yán)禁使用純B 顯進(jìn)行探傷。因?yàn)?，儀器的B 顯是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來完成的，而該電路是依賴報(bào)警電路的觸發(fā)信號來完成的，當(dāng)A 超回波峰值達(dá)到一定值時(shí)儀器報(bào)警閘門打開產(chǎn)生報(bào)警，此時(shí)模數(shù)電路開始工作，且自動記錄儲存。但是，根據(jù)（上鐵工〔2018〕166 號文）附件5 規(guī)定：“反射式通道報(bào)警靈敏度：起始報(bào)警幅度應(yīng)處于20%～50%之間；穿透式通道報(bào)警靈敏度：起始報(bào)警幅度應(yīng)處于50%～20%之間”。由于現(xiàn)場鋼軌狀態(tài)、回放人員以及檢修人員的責(zé)任心等原因，一般反射式通道報(bào)警靈敏度和穿透式通道報(bào)警靈敏度都調(diào)在40%左右。但是，在道岔區(qū)域特別是在轍叉心和翼軌部位由于幾何狀態(tài)較復(fù)雜，探測面耦合又不理想，單側(cè)裂紋的產(chǎn)生率又高，特別是道岔翼軌在有害空間附近極易產(chǎn)生單側(cè)裂紋現(xiàn)象（圖2），使得A 超回波不理想，反射式和穿透式回波峰值大部份只能達(dá)到35%左右，

圖2 道岔翼軌有害空間附近

不能觸發(fā)報(bào)警閘門打開，使得報(bào)警電路和模數(shù)電路無觸發(fā)信號而不工作。此時(shí)就無B 顯圖像，極易造成漏檢。根據(jù)多年來的現(xiàn)場實(shí)踐證明，這些特殊缺陷的A 超反射式通道回波峰值大部份都在30%～35%左右；穿透式通道回波峰值大部份都在40%～35%左右，若報(bào)警閘門不調(diào)在此范圍，就不能有效觸發(fā)打開報(bào)警閘門工作的峰值，報(bào)警電路和模數(shù)電路均不工作，在儀器屏幕上只能顯示A 超回波且沒有B 顯圖像。因此，要督促檢修人員，把儀器反射式觸發(fā)報(bào)警閘門打開的A 超峰值調(diào)在30%～35%；穿透式觸發(fā)報(bào)警閘門打開的A 超峰值調(diào)在40%～35%。這樣假若現(xiàn)場執(zhí)機(jī)人員稍有疏忽，較小的A 超回波也能觸發(fā)報(bào)警閘門打開，使報(bào)警電路和模數(shù)電路工作，畫出B 顯圖像，若現(xiàn)場執(zhí)機(jī)人員沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但在電腦上回放只要打開高敏能較清晰的顯示傷損B 顯圖像，就能避免傷損漏檢?，F(xiàn)場探傷時(shí)儀器必須最大限度檢查基本軌、尖軌尖、岔轍心尖及翼軌的最小尺寸處的軌頂面，避免基本軌、尖軌尖、岔轍心尖及翼軌部位傷損漏檢。

3.2 進(jìn)入道岔部位探傷

圖3 道岔開通直股時(shí)曲基本軌A 區(qū)

圖4 道岔開通曲股時(shí)直基本軌B 區(qū)

基本軌探傷。必須要慢走細(xì)看聽報(bào)警，分清各通道A 超回波和不同報(bào)警聲。當(dāng)?shù)啦黹_通直股時(shí)（圖3）曲基本軌要擦去油污，反向探測，否則曲基本軌就會造成漏探而失控；而當(dāng)?shù)啦黹_通曲股時(shí)（圖4）直基本軌要擦去油污，反向探測，否則直基本軌同樣會造成漏探而失控。而當(dāng)遇有尖軌高于基本軌時(shí)，應(yīng)隨時(shí)注意探頭與軌面的耦合情況。

尖軌探傷（以12 號道岔為例）。尖軌頂面寬度≥50 mm 為探測范圍（圖5）。但并非是儀器到了尖軌頂面寬度50 mm 就可以了，而要將儀器整機(jī)最后（或最前）一個(gè)探頭查至距尖軌頂面寬度<50 mm 處。

圖5 尖軌頂面寬50 mm 處是儀器必須探測區(qū)域

因?yàn)锳T 型尖軌軌高152 mm，而最后（或最前）一個(gè)是37°斜入射的探頭，要探測頂面寬度50 mm 處，此 時(shí)探頭要有一定的水平距離才能滿足（即：水平=tan37°×152 mm=114.5 mm）。故檢查尖軌時(shí)，必須將最前（或最后）一個(gè)探頭推至距尖軌尖≤3 400 mm 處（圖6）；只有滿足了這個(gè)數(shù)值才能保證儀器探測到尖軌頂面寬≥50 mm 的要求。對頂面寬度<50 mm 的部位，要最大限度地使用儀器全組合探測，并隨時(shí)調(diào)節(jié)探頭置，確保探頭始終在軌腰投影的中心位置。、

圖6 儀器最后（或最前）一個(gè)探頭必須<50 mm 的位置

當(dāng)儀器全組合檢查通過尖軌時(shí)，B 超顯示（圖7）說明該尖軌正常。但是，如果現(xiàn)場執(zhí)機(jī)人員沒有嚴(yán)格執(zhí)標(biāo)，沒有按規(guī)定把儀器推到位，若此時(shí)尖軌確有傷損存在，由于執(zhí)標(biāo)不到位或回波幅度較低、位移量較小的A 超沒有被執(zhí)機(jī)人員觀察到，而此時(shí)儀器所顯示的B 超數(shù)據(jù)與（圖7）完全一樣，給回放人員帶來誤導(dǎo)，其后果很難想象，如（圖8）所顯示的B 超數(shù)據(jù)說明該尖軌軌頭有核傷存在。

圖7 尖軌軌頭無傷損存在時(shí)B 顯圖象

圖8 尖軌軌頭有核傷存在時(shí)B 顯圖象

轍叉心探傷。目前在役轍叉心品種繁多，下面以最常用的高錳鋼轍叉心、貝爾轍叉心、可動心轍叉心三種轍叉心為例。

圖9 小錘敲擊高錳鋼整鑄轍叉心落點(diǎn)軌跡

圖10 高錳鋼整鑄轍叉心下鄂裂紋

在探傷檢查遇到高錳鋼整鑄轍叉心時(shí)，由于該轍叉心其晶粒粗、衰減大，現(xiàn)有鋼軌母材探傷儀器還無法檢測，此時(shí)機(jī)組人員必須采取手工用小錘敲鏡子照的辦法，用小錘敲擊作用邊與非作用邊進(jìn)行檢查，小錘敲擊落點(diǎn)軌跡如（圖9）；用鏡子照軌頭內(nèi)外側(cè)下鄂部位，以防止（圖10）所示缺陷漏檢。同時(shí)要加強(qiáng)對岔后引軌的儀器檢查。因?yàn)楦咤i鋼整鑄轍叉心，具有較高的強(qiáng)度和良好的沖擊韌性以提高過岔速度，但岔后引軌多數(shù)為手工鋸制的短尺軌，往往鋸制端與岔跟相接，軟硬不一，抗疲勞強(qiáng)度差。具有第一孔較易發(fā)生螺孔裂紋；第三孔較易發(fā)生單側(cè)、多條和小角度裂紋；檢查難度大，傷損發(fā)展快的特點(diǎn)。所以岔后引軌必須堅(jiān)持雙人復(fù)查，堅(jiān)持儀器與手工相結(jié)合檢查和使用小角度探頭復(fù)查。在通過高錳鋼整鑄轍叉時(shí)，隨機(jī)人員還應(yīng)目視接頭狀況，有否塌碴、吊空等不良狀態(tài)，尤其對新?lián)Q轍叉后的引軌，更應(yīng)注意突發(fā)性裂紋的發(fā)生。

圖11 儀器經(jīng)過轍叉心時(shí)的正確做法

圖12 過早抬機(jī)通過轍叉心易造成漏檢的部位

探傷檢查時(shí)遇到貝而轍叉心時(shí)，助聽人員要密切配合執(zhí)機(jī)人員在儀器通過轍叉心時(shí)及時(shí)對各通道探頭的提撥（圖11），切勿抬機(jī)通過轍叉心。因?yàn)?，貝而叉心與高錳鋼整鑄叉心不同，它是用鋼軌刨切裝配而成，其材質(zhì)與鋼軌一致，因而軌頂面寬度＞50 mm 范圍是可以用儀器探傷的。若儀器在（圖11）所示位置抬機(jī)通過轍叉心，那么在心軌部位就會造成大約70 mm 左右長的漏探（圖12）在該區(qū)域的傷損我們段已有多處檢出。故當(dāng)檢查到這一區(qū)域時(shí)，助聽人員必須用手提撥各通道探頭；執(zhí)機(jī)人員必須緊貼儀器，讓儀器平穩(wěn)通過，確保探測的完整性，且要加強(qiáng)對各通道A 超回波的觀察；特別要加強(qiáng)對直70°探頭A 超回波情況的觀察。

圖13 轍叉心沒有傷損存在的B 顯圖象

圖14 當(dāng)轍叉心有軌頭傷損存在的B 顯圖象

當(dāng)轍叉心無傷損存在或傷損的A 超回波幅值較小，達(dá)不到儀器報(bào)警閥值時(shí)，儀器報(bào)警門就打開，報(bào)警電路和模數(shù)電路就不工作，B 超就顯示如（圖13）所示，極易造成漏檢；若此時(shí)轍叉心有軌頭核傷，B 超圖像就顯示（圖14）。但是執(zhí)機(jī)和助聽人員不嚴(yán)格執(zhí)標(biāo)、過早抬儀器過轍叉心，儀器收集到的B顯數(shù)據(jù)與（圖12）完全一致，因此儀器的到位、現(xiàn)場執(zhí)機(jī)人員的責(zé)任心等，對鋼軌防斷工作具有十分重要的意義。另外，嚴(yán)禁正、反手儀器替代使用，如（圖15）儀器走行輪輪緣在鋼軌軌頭外側(cè)檢查，造成整個(gè)轍叉心部位的漏探。

圖15 正反手儀器替代使用的大忌

翼軌探傷檢查一定要確保全組合覆蓋，因?yàn)橐碥壿^易產(chǎn)生單側(cè)水平或斜裂紋，同時(shí)要加強(qiáng)與心軌尖端串連的螺孔部位檢測，因?yàn)樵撎幩嗆壌驌糨^大，極易產(chǎn)生螺孔裂紋，而探頭在軌面上的耦合往往不是很理想。所以，在探傷通過翼軌檢查時(shí)一定要注意探頭位置，整機(jī)探頭是否探測到（圖16）位置。

圖16 該處探頭必須要探測到位特別要加強(qiáng)37°對螺孔的探測

可動心轍叉心有兩種，在我們段管內(nèi)也較普邊地使用，如（圖17）所示的可動心轍叉心是沒有加寬的，當(dāng)儀器在該區(qū)域時(shí)要隨時(shí)調(diào)節(jié)探頭，始終保持在軌腰投影中心位置，使探頭主聲束最大限度的入射。

圖17 沒有加寬的可動性轍叉心探測的重點(diǎn)部位

另一種在翼軌部位是有加寬的（圖18），加寬總長是70 cm；兩端約以37°左右至翼軌頂面寬達(dá)到90 mm，長度達(dá)50 cm ；若有肥邊的話最寬處可達(dá)到100 mm 左右，而翼軌最寬處到正常寬度的間隔約為16 mm。當(dāng)遇到有加寬翼軌時(shí)，不但要調(diào)向檢查，調(diào)向后儀器的輪緣在鋼軌軌頭外側(cè)，執(zhí)機(jī)人員要控制好儀器輪緣的緊貼度。因?yàn)樵撎幩碥売?6mm 的加寬，若儀器的前后輪緣過分的緊貼軌頭會造成縱向偏斜，主聲束會偏離造成特殊缺陷的漏檢。因此，執(zhí)機(jī)人員要控制好前后輪輪緣緊貼軌頭的尺度，始終保持儀器與翼軌的縱向平行，確保儀器各通道探頭主聲束的入射。

圖18 有加寬的可動性轍叉心探測的重點(diǎn)部位

4 結(jié)論

綜上所述，是我們對鋼軌道岔部位母材探傷工作的一點(diǎn)積累，也是設(shè)想為鋼軌安全防斷工作開創(chuàng)一個(gè)新的思路，期望能解決當(dāng)前道岔區(qū)域鋼軌母材特殊缺陷受控難的技術(shù)問題，為我們集團(tuán)公司的鋼軌安全防斷“爭零控零”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，特發(fā)表此文，籍以將此方法推廣應(yīng)用。