鋼軌軌頭探傷不合原因分析

劉曉衛(wèi) 歐陽珉路 周劍華 王瑞敏 趙國知

(1.中國鐵路鄭州局集團有限公司工務(wù)部 河南 鄭州：450052；2.寶鋼股份中央研究院武鋼有限技術(shù)中心 湖北 武漢：430080)

0 引言

鋼軌在裝卸、運輸、鋪設(shè)等過程中不可避免的會出現(xiàn)表面?zhèn)麚p。隨著我國鐵路行車密度、列車軸重以及牽引重量等運營條件的不斷提升，對服役鋼軌的狀態(tài)提出了更嚴(yán)格的要求。為了保證鋼軌服役狀態(tài)和列車運營的安全性，鐵路工務(wù)部門定期采用鋼軌探傷車、鋼軌探傷儀等多種探傷手段相結(jié)合的方式對鋼軌進行探傷，以排除鋼軌軌頭、軌腰和軌底是否存在核傷、橫縱向裂紋等傷損[1]。而探傷小車受行進速度、耦合效果、光亮帶位置、設(shè)備狀態(tài)等因素的影響，對傷損的位置與尺寸的判定并不是十分準(zhǔn)確[2],有一定深度的表面或近表面?zhèn)麚p也會引起探傷報警，因此需要加強手工復(fù)探的力度。本文以鋼軌探傷儀排查出的傷軌為例，通過人工復(fù)探方式精確定位傷損部位，并對該部位進行微觀檢驗分析，找出探傷不合的具體原因，為鋼軌探傷作業(yè)提供一些指導(dǎo)。

1 鋼軌探傷情況

探傷不合的鋼軌為60kg/m U71Mn熱軋鋼軌，2019年7月鋪設(shè)在某動車組基地內(nèi)，服役10個月。工務(wù)段采用鋼軌探傷車進行探傷時發(fā)現(xiàn)軌頭出現(xiàn)傷波，傷波源距離軌面6.3mm，尺寸10mm×8mm，位移6.8～9.1格，傷波波幅100%，探頭為內(nèi)斜70°，判定為右股鋼軌軌頭核傷，達到重傷級別，鋼軌需要被更換下道。

2 探傷不合鋼軌檢驗分析

2.1 定位缺陷

為了分析鋼軌探傷不合原因，對更換下道的傷損鋼軌取樣，采用便攜式探傷儀對試樣進行人工復(fù)探，以準(zhǔn)確確定傷損位置。復(fù)探時，采用?2mm+6dB檢測靈敏度未出現(xiàn)明顯的傷波，后采取加大檢測靈敏度的方法，經(jīng)多次復(fù)探后發(fā)現(xiàn)傷波源位于鋼軌所標(biāo)記位置的軌距角表面附近(見圖1)，其傷波形態(tài)見圖2，其余部位均未發(fā)現(xiàn)傷波。

圖1 試樣宏觀形貌

圖2 超聲波探傷波形

2.2 金相分析

從圖1白線所示位置取橫截面金相試樣，經(jīng)切割、打磨、拋光后，在OLYMPUS GX71金相顯微鏡下進行觀察。軌頭內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)存在核傷或大型夾渣等缺陷，但在軌距角表面可觀察到明顯的凹坑，凹坑一側(cè)存在近90°的平滑垂直面，見圖3，底部還存在平行于表面的小裂紋，凹坑深度約0.32mm，另一側(cè)過渡則較為平緩。在凹坑的端部取截面金相試樣，可觀察到表面有呈倒三角形狀的凹坑，凹坑兩側(cè)均存在平滑的平面，見圖4。

圖3 缺陷部位形貌

圖4 凹坑部位形貌

2.3 組織觀察

試樣經(jīng)3%硝酸酒精溶液浸蝕后觀察其金相組織，可見在凹坑底部均存在冷形變組織，部分區(qū)域還覆蓋著一層網(wǎng)狀鐵素體+珠光體的表面脫碳組織，其厚度遠大于正常部位的脫碳組織，應(yīng)該是其它部位的表層脫碳組織被外力擠壓堆積而成，見圖5。凹坑內(nèi)部均為冷形變組織，凹坑底部的形變量最大，明顯屬于受外界物體擠壓或者撞擊所形成的痕跡，見圖6。

圖5 缺陷部位形變組織

圖6 凹坑附近組織

2.4 分析討論

通過對傷波源部位的金相組織分析可知，在鋼軌內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)核傷或大型夾渣等冶金缺陷，說明傷波不是由內(nèi)部缺陷引起。

而在鋼軌的一側(cè)軌距角表面，存在受外力作用而形成的凹坑，凹坑一側(cè)或兩側(cè)存在平滑的平面。根據(jù)超聲波探傷原理[3]可知，當(dāng)表面?zhèn)麚p達到一定深度或存在于近表面的傷損，在基體內(nèi)會形成有一定面積的反射面，示意圖見圖7，經(jīng)反射面反射的超聲波被探頭接收后也會引起報警，并且探傷儀的靈敏度設(shè)置越高，可引發(fā)探傷報警的臨界反射面積也就越小。為盡可能排除安全隱患，目前線路探傷時通常會將探傷設(shè)備的靈敏度調(diào)高，以求探測到更小尺寸的內(nèi)部缺陷，但同時也可能探測到鋼軌表面較輕微傷損形成的傷波，對探傷結(jié)果造成干擾。

圖7 表面反射面示意圖

3 結(jié)論及建議

通過對探傷不合鋼軌試樣采用人工復(fù)探定位及微觀金相組織驗分析，判斷本次異?；夭ú皇擒夘^內(nèi)部的核傷或其它傷損引起，而是在鋼軌軌頭表面存在外力造成的冷態(tài)傷損，因傷損面平滑形成反射面，從而引起探傷異?；夭?。

在日常探傷檢查作業(yè)中，對于傷波位置靠近表面的缺陷，應(yīng)檢查該處表面是否存在傷損，有的傷損被銹層覆蓋，應(yīng)仔細觀察。對于表面存在傷損的鋼軌，可用手指蘸耦合劑輕拍傷損部位，觀察波形是否有變化，判斷是否為表面?zhèn)麚p引起的探傷報警。對較輕的表面?zhèn)麚p可采取修磨等措施予以消除，以避免不必要的換軌，同時也減少了焊頭，降低線路的維護成本。