钢轨特殊伤损检测研究

钢轨特殊伤损检测研究

唐丹丹

秦皇岛工务段 河北省秦皇岛市 063000

摘要：随着我国经济的发展，公共交通飞速发展，高铁和动车网络逐步成型，铁路已成为我国居民出行的主要交通工具。尽管正线路段大部分已更换为 60kg/m 无缝钢轨，但列车载荷的不断加大、运营时间的增长和不断提速致使钢轨工作环境愈加恶劣。因此，铁路部门只能采取无损检测的手段加以防范，其中钢轨检测以超声波检测占主导，并已基本形成大小钢轨探伤车周期性检测钢轨母材，焊缝探伤仪重点检测各类焊缝的模式。从铁路工务部门的防范重点来讲，道岔是整个无缝线路中的薄弱环节，而铝热焊又是这薄弱环节中的一个薄弱环节，因此，深入的研究如何利用超声波有效检测铝热焊是否存在缺陷，对于保障铁路运输安全具有重要意义。

关键词：钢轨；伤损；检测  

随着列车运营速度的提高，人们也越来越关心列车的安全运行问题。很多铁路交通事故都是由于钢轨伤损造成的，因此，钢轨伤损检测方法的研究对列车的安全运行至关重要。目前主要是通过轨道检测车来对钢轨的伤损进行检测，一般是每隔几个月对线路检测一次，并且每次检测都要占用线路，随着铁路的高速化，这种检测方式也有一定的局限性。对钢轨特殊伤损的检测方法进行工艺研究，采用新工艺相控阵超声对钢轨伤损进行检测，解决现场伤损判定难的问题，包括钢轨轨头部鱼鳞伤下核伤、轨底三角区伤损和焊缝中气孔的判断。通过相控阵的成像和常规通用探伤仪伤损回波显示进行对比，提供了先进、省时的钢轨探伤实际操作技术。

一、慨述

钢轨铝热焊发展至今已有近百年历史，其中德国和法国是目前世界上铝热焊成套技术发展最为成熟的代表，两者在 20 世纪中后期先后研发出满足现场使用的焊接机具和焊接材料。对铁路行业，作为被检对象的钢轨铺设范围如此之广，延伸距离如此之长，环境情况复杂，在考虑成本及可靠性的前提下，超声波检测成为钢轨检测的首选。目前，国内外基于超声波检测的研究在钢轨检测中占主导地位，从国内关于超声波检测技术的研究来看，绝大多数集中于如何提高超声波探伤仪各项性能指标。例如哈尔滨工业大学通过激光产生超声信号来反映组织或试件的光能量吸收差异，利用光学信号分辨率高的优点，提高了针对微小裂纹的检测灵敏度，并通过光声信号内在信息对初始的光吸收分布予以重建，直观的分辨钢轨表面的结构差异，提高了超声波检测对钢轨缺陷检测的准确度；华南理工大学课题组提出了一种新型的阵列式钢轨检测结构，结合自主研制的高频宽带超声换能器阵列以及全新的信号处理算法，研究设计了一套具有较高探测速度和精度、较低功耗的钢轨超声检测系统。

二、钢轨超声检测技术

1、相控阵设备。试验使用专门对钢轨焊缝检测设计钢轨焊缝相控阵超声检测仪。车间提供现场伤损数据，由仪器专家分析超声波接收和反射，有针对性地选择入射角。为了对钢轨焊缝的全断面探伤，要求仪器设置 组专用钢轨焊缝检测通道：轨头单 、轨头单 、轨腰单、轨底单 、轨底单 、零度单、轨腰串列、轨底 型、轨头 型，实现通道参数的快速存储及调用，及轨头、轨腰、轨底全覆盖快速探伤。新版软件增加轨头侧面、轨底侧面、轨腰侧面、热影响区 个模块。钢轨焊缝检测专用探头类型：单斜相控阵探头，实现轨头单、轨底单、轨腰单的单扫查工作，包括集成楔块和分体设计。单直相控阵探头，实现铝热焊焊缝零度单的扫查工作，通过软膜保护探头。串列式扫查阵列探头，实现轨腰的串列式扫查检测， 晶片，一次覆盖检测。 型扫查阵列探头，实现轨头、轨底的 型扫查检测， 晶片，一次覆盖检测。

2、相控阵仪器钢轨焊缝探伤灵敏度设定方法

（1）轨头检测灵敏度。利用一次波检测除近表面之外的轨头中部及下部，实验采用 试块，单探头检测试块中 1号～5号孔，探伤灵敏度要求以 5号孔为标准但 1号孔也要求清晰可见，校准之后轨头区域所有的参考反射体回波图像显示灵敏度基本一致。如图 。

（2）轨腰及三角区检测灵敏度。利用一次波检测轨腰及轨底三角区，采用单探头检测试块中5号孔、 6号孔、7号孔、 8号孔。探伤灵敏度以7号孔为要求，但8号孔以下显示要清晰明了，校准完成后5号孔、6号孔、7号孔、8号孔灵敏度基本一致。

（3）轨底检测灵敏度。利用一次波检测轨底脚两侧与轨底，采用单探头检测试块中 号竖孔。要以2号竖孔顶面为检测标点，然后再看2号竖孔底面，要求顶底的显示顺畅连续。

3、现场判伤

（1）轨脚。钢轨轨底脚焊缝判伤方法：仪器探伤灵敏度标定好后，仪器选择轨底单1档在轨脚焊缝两侧进行扫查，当显示屏出现有伤损显示时微微移动探头，让伤损显示最大、最清晰图像，这时持稳探头不动，立即读出两个重要参数水平距离18.8 ，伤损埋藏深度9.2。伤损确认与定位：第一步先看伤波深度是9.2，这个说明在检测范围内；第二步看水平距离，注意看图 中的小钢尺数字位置是在焊缝范围，即探头一侧，综合以上数据分析可以确定焊缝存在气孔伤损。

（2）轨腰。钢轨轨腰焊缝判伤方法：仪器探伤灵敏度标定好后，仪器选择轨腰单1档，在轨面焊缝两侧进行扫查，当显示屏出现有伤损显示时微微移动探头，让伤损显示最大、最清晰图像，这时持稳探头不动，立即读出两个重要参数水平距离95.6 ， 伤损埋藏深度70.1。伤损确认与定位：第一步看伤波深度是70.1 ，这说明在检测范围内；第二步看水平距离，注意看图中的小钢尺数字 95.6mm位置指示是在焊缝边缘，即探头一侧，不是探测到焊缝对面的焊筋，综合以上数据分析可以确定焊缝存在气孔伤损。

（3）轨底三角区。仪器探伤灵敏度标定好后，仪器选择轨腰单1档在轨面焊缝两侧进行扫查，当显示屏出现有伤损显示时微微移动探头，让伤损显示最大、最清晰图像，这时持稳探头不动，立即读出两个重要参数水平距离149.2，伤损埋藏深度184.5.

（4）轨头核伤。钢轨轨头疲劳伤损造成核伤形成，最难分辨鱼鳞伤下的核伤。鱼鳞伤会遮挡超声波入射折射和鱼鳞伤多次波的反射，所以核伤判断方法有很多种，相控阵显示是一种全新的显示，能更简单更直观地让我们判断出鱼鳞伤，但可能使我们错判为核伤。请看下面一个典型实例，首先找到伤损的最强出波位置然后把探头慢慢向轨头外侧横移，当探头外移至离开了鱼鳞伤干扰一侧时，伤波的读数就可以确定核伤的参数了，这是一种比较准确实用地判断鱼鳞伤下核伤的方法。

目前，铝热焊缝探伤检测由于工艺原因和人为因素（仪器调试未达标），有许多不同取向的缺陷错过了最佳检出时间，又因为铝热焊本身工艺问题，造成探伤仪出现很多疑似伤波干扰，易造成错判和漏判。同时，更多是发现不了或没伤波显示而造成断轨事故。该工务段探伤车间管辖正线总长度计614.755 公里，为减少铁路线路病害和为旅客提供较为舒适的旅行环境，现在铁路钢轨的联接方式主要采用焊联的方式。

参考文献：

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