有縫線(xiàn)路踏面狀態(tài)不良處所探傷方法的探討

梅國(guó)軍 張高劍 劉偉鋒 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司金溫鐵道開(kāi)發(fā)有限公司

1 引言

金溫貨線(xiàn)于1998年6月建成通車(chē)，目前已通過(guò)總重460.625萬(wàn)t。由于受當(dāng)時(shí)的科技、經(jīng)濟(jì)及金溫貨線(xiàn)途經(jīng)的地理區(qū)域等原因，建成后具有曲線(xiàn)多、半徑小、鋼軌雜、普通絕緣接頭多的特點(diǎn)。共有曲線(xiàn)490條，其中正線(xiàn)總計(jì)有317條曲線(xiàn)，站線(xiàn)有173條曲線(xiàn)，且小半徑曲線(xiàn)較普遍，R≤350 m的曲線(xiàn)67條，350≤R≤600 m的曲線(xiàn)140條，600≤R≤800 m的曲線(xiàn)48條，R≥800 m的曲線(xiàn)只有62條，有普通絕緣接頭1 094處。由于建成的年代較久再加上大量再用調(diào)邊軌的上道，故鋼軌軌頭踏面碎裂（水平）缺陷發(fā)生率較高，再加上小半徑曲線(xiàn)，造成上股側(cè)磨嚴(yán)重，且在新?lián)Q絕緣片的絕緣接頭部位絕緣片往往會(huì)高出軌面（圖1），由此導(dǎo)致在日常探傷作業(yè)過(guò)程中造成探頭懸空與探測(cè)面耦合不良的現(xiàn)象，超聲波主聲束不能及時(shí)地射入鋼軌內(nèi)部，造成踏面碎裂下螺孔某些象限的缺陷（裂紋）不能及時(shí)檢出，對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成重大威脅。那么如何針對(duì)現(xiàn)有鋼軌探傷工藝進(jìn)行改進(jìn)，及時(shí)檢出軌頭踏面碎裂（水平）下的缺陷，已成為我們當(dāng)代鋼軌探傷工急待探討解決的課題。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況

2 存在的問(wèn)題

現(xiàn)有探傷方法無(wú)法檢出。在常規(guī)探傷作業(yè)中，作業(yè)人員遇到踏面碎裂的接頭部位只能進(jìn)行回拉儀器、增加靈敏度、調(diào)整探頭位置等辦法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行校對(duì)，但由于受鋼軌踏面碎裂的影響根本無(wú)法使超聲波主聲束有效地射入鋼軌內(nèi)部，無(wú)法獲得B顯圖象（圖2），故這些區(qū)域內(nèi)的鋼軌接頭部位只能依靠下發(fā)拆檢通知書(shū)，由線(xiàn)路工區(qū)拆檢采用人工肉眼看的辦法，對(duì)該區(qū)域螺孔進(jìn)行有無(wú)裂縫存在進(jìn)行確認(rèn)，否則將會(huì)造成失控。而每個(gè)探傷周期都要對(duì)鋼軌踏面碎裂影響引起的失波接頭進(jìn)行拆檢受控，需要投入大量的人力和財(cái)力，不但費(fèi)時(shí)，而且由于接頭內(nèi)的油污、拆檢人員的視覺(jué)差異等都會(huì)影響其拆檢的結(jié)果，對(duì)鋼軌防斷工作十分不利。

圖2 探傷顯示情況

3 隨著常規(guī)作業(yè)組增加通用儀校對(duì)的可行性研究

針對(duì)上述存在的實(shí)際情況，我們積極組織工區(qū)骨干力量，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼軌踏面碎裂而引起嚴(yán)重失波的接頭進(jìn)行了觀(guān)察、探討和研究，并切割回工區(qū)采取多種方式進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)常規(guī)探傷儀由于探頭外形尺寸較大，有48 mm×24 mm，當(dāng)探測(cè)到該處所時(shí)及易造成耦合不良，使超聲波主聲束不能有效地射入鋼軌內(nèi)部，從而造成儀器失波（圖2）。根據(jù)這一情況我們想采用通用儀手持各種不同發(fā)射角度且外形尺寸較小的探頭，利用踏面碎裂間比較完整的部位作為探測(cè)面對(duì)鋼軌內(nèi)部（螺孔）進(jìn)行掃查。我們經(jīng)過(guò)反復(fù)的觀(guān)察、探討和摸索，發(fā)現(xiàn)是可以解決這一難題，完全能使在常規(guī)作業(yè)時(shí)失波而不能及時(shí)拆檢的接頭部位，得到有效的檢測(cè)受控。

采用通用儀手持特制小尺寸探頭的方案形成后，我們?cè)谑覂?nèi)和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)踏面碎裂而影響探測(cè)質(zhì)量的接頭進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，確認(rèn)外形尺寸為35 mm×18 mm；K0.8、K1和0°這三種小尺寸探頭效果較好，我們立即與廠(chǎng)家聯(lián)系，特制了一批按我們要求的探頭。同時(shí)工區(qū)為每個(gè)常規(guī)作業(yè)組配制一臺(tái)通用探傷儀和一套特制小尺寸探頭，對(duì)在常規(guī)作業(yè)時(shí)由于踏面碎裂而影響探測(cè)的接頭部位及時(shí)用通用儀進(jìn)行校對(duì)檢查。通過(guò)不斷的探討、分析、研究、匯總和總結(jié)，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種出波情況的比對(duì)及計(jì)算，掌握各種異常波形的出波規(guī)律，確定了用通用儀校對(duì)檢查的靈敏度設(shè)置及探測(cè)方法。在常規(guī)探傷檢查作業(yè)中，遇到踏面碎裂常規(guī)儀器不能實(shí)施檢測(cè)的處所，作業(yè)人員只要使用通用探傷儀器，手持各種角度的特制探頭，利用踏面碎裂間比較完整的部位靈活使用各種掃查方法，完全能夠滿(mǎn)足校對(duì)檢查。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索、研究，我們發(fā)現(xiàn)K1探頭對(duì)軌端1孔的倒打效果較明顯；K0.75探頭對(duì)其它裂向的螺孔裂紋效果較好（表1）。

表1 傷損發(fā)現(xiàn)能力對(duì)照表

4 通用儀器探頭、參數(shù)及探傷方法

（1）儀器：CTS-1010通用探傷儀。

（2）探頭：①2.5P13*13 K1；②2.5P13*13K0.75；2.5Pφ 20直探頭。

（3）耦合劑：機(jī)油、水。

（4）儀器設(shè)置：①發(fā)射：強(qiáng)；②抑制：25%；③阻尼：400 Ω；④檢波方式：“＋－”；⑤頻帶：“窄”；⑥聲程：250 mm；⑦探頭選擇方式：?jiǎn)巍?/p>

（5）儀器標(biāo)定：①探頭：探頭延遲、探頭K值、探頭前沿長(zhǎng)度（標(biāo)定方法參照儀器說(shuō)明書(shū)）；②綜合性能：探頭使用K0.75和K1探頭，試塊使用60 kg/m鋼軌試塊，K1探頭在孔波波高80%時(shí)增益14db作為探傷靈敏度，此時(shí)能發(fā)現(xiàn)螺孔37°/3 mm朝上、下斜裂紋和5 mm水平裂紋，K0.75探頭在孔波波高80%時(shí)增益18 db作為探傷靈敏度此時(shí)能發(fā)現(xiàn)螺孔25°/3 mm朝上裂紋，且走波良好。

（6）探傷靈敏度：現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，K0.75探頭探測(cè)鋼軌螺孔，找到孔波波高80%時(shí)增益18 db作為探傷靈敏度。

（7）探傷方法：首先使用K0.75探頭在軌面中心對(duì)鋼軌螺孔進(jìn)行檢測(cè)，如軌面中心存在踏面碎裂、剝離影響探測(cè)時(shí)可外移探頭并使用一定偏角進(jìn)行掃查，直至顯示正常螺孔回波（圖3），如果探測(cè)時(shí)軌面剝離正好位于探頭下方，可換用K1探頭進(jìn)行探測(cè)（圖4），方法同上，如果探測(cè)踏面狀態(tài)不良可適當(dāng)提高探傷靈敏度進(jìn)行探測(cè)。

圖3 偏角探測(cè)示意圖

圖4 軌面不良影響時(shí)K1探測(cè)示意圖

（8）傷損回波識(shí)別：K0.75探頭顯示規(guī)律和常規(guī)探傷儀相同，K1探頭由于探測(cè)螺孔聲程稍有變大，螺孔波出波位置在5.2-4.2格，當(dāng)?shù)勾蚵菘讜r(shí)探頭入射點(diǎn)在距軌端水平距離33 mm處開(kāi)始出波，且波移量略大，若有傷損存在，出波位置在一般在5.6之后，可根據(jù)探頭位置及出波規(guī)律綜合判傷。

（9）探傷結(jié)果處理：當(dāng)傷損回波較明顯，根據(jù)波形顯示及探頭位置直接判重傷；當(dāng)傷損回波不是很明顯但探頭位置是正確的，可通知線(xiàn)路工區(qū)聯(lián)合拆檢確認(rèn)。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)可行性，我們通過(guò)對(duì)金溫貨線(xiàn)所有踏面碎裂而影響探測(cè)質(zhì)量的接頭進(jìn)行了全面檢測(cè)，自使用通用儀加強(qiáng)檢查后，大大地減少了失波接頭拆檢的數(shù)量，有效地降低了生產(chǎn)成本和安全隱患，確保了鋼軌安全防斷的長(zhǎng)期穩(wěn)定。圖5為常規(guī)探傷時(shí)無(wú)法正常檢出，通過(guò)使用通用儀檢查發(fā)現(xiàn)的螺孔裂紋。經(jīng)過(guò)近半年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，由于踏面碎裂而影響正常探測(cè)，要求線(xiàn)路工區(qū)拆檢的接頭，由原來(lái)的600余處減少至20處，同時(shí)通過(guò)我們工區(qū)的不懈努力，到2022年4月底已發(fā)現(xiàn)踏面碎裂下各種重傷20處。

圖5 常規(guī)探傷無(wú)法檢出情況

6 結(jié)論

綜上所述，是我們對(duì)有縫線(xiàn)路踏面碎裂而影響探測(cè)質(zhì)量的一點(diǎn)探討和研究，也是想為有縫線(xiàn)路踏面碎裂處所防斷工作開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的探測(cè)思路。期望能解決當(dāng)前有縫線(xiàn)路踏面碎裂而影響探測(cè)質(zhì)量造成失控?cái)嘬壍募夹g(shù)問(wèn)題。通過(guò)使用通用儀對(duì)踏面碎裂的處所有效補(bǔ)強(qiáng)，彌補(bǔ)由于鋼軌探傷儀在常規(guī)作業(yè)時(shí)，對(duì)曲線(xiàn)磨耗、高低接頭、調(diào)邊再用軌及踏面碎裂等處所造成無(wú)法檢測(cè)的欠缺。排除各種不良因素而影響常規(guī)探傷儀探測(cè)質(zhì)量所造成的漏檢隱患，確保在役鋼軌的運(yùn)行安全，具有十分重要的社會(huì)效益和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。