钢轨探伤车对钢轨焊缝缺陷的检测能力

钢轨探伤车对钢轨焊缝缺陷的检测能力

程亮

苏州市轨道交通运营有限公司 江苏苏州  215000

摘要：为检验探伤车在焊接过程中的识别性能，采用手工方法对焊接过程中出现的裂纹和缺陷展开测量。在钢轨探测车上，利用超声轮对轨道进行快速、不间断的测量，具有高效、快捷的特点。目前常用的钢轨探伤车辆主要应用在对钢轨基体进行无损探伤时，存在着复杂的焊接组织反射模式和粗颗粒材料等问题，影响了探伤设备的精度。因此，本文将对国外钢轨探伤车技术的发展和应用进行分析，阐述钢轨焊缝的主要检测方法。

关键词：超声波；钢轨探伤车；焊缝；轮式探头

通过对探伤车和整个焊接过程的比较，研究探伤车在焊接过程中的缺陷，并对其缺陷进行分析。针对目前无焊接缺陷的轨检车标测不到焊接裂纹的问题，提出了一种基于手工仿真的焊接裂纹仿真方法，并利用探伤机对其进行校准实验，并对其检测率及变化规律进行了统计与分析[1]。采用在线探伤实验对被探伤小车发现的焊接缺陷进行追踪研究，并对其特征进行分析。

1国外钢轨探伤车技术发展与应用

在欧美先进国家，轨道探伤小车（即探伤车）已经取代了手工检验，是目前轨道损伤监测的重要方法。超声检测因有着较高的灵敏度、速度也较快以及定位性方面的准确率等优势，在检测中广泛应用，但限于检测方式及超声检测手段，检测速度仅为10-70公里/小时。在北美，大部分的探伤车辆都是暂停运行的，也就是说，当车辆发现疑似损伤时，需要停下来，让测试人员对车辆进行检查，确定后再进行标识，并告知铁路维护机构，通常测试的车速不超过10公里/小时。澳大利亚和亚洲部分地区使用的是大尺寸的超声探伤车，这种车的传感器是车轮和滑动的，测试的车速是25-40公里/小时，采取间歇工作模式[2]。停止型检查方式存在着需要封闭线路和检修窗口等问题，给铁路交通带来了很大的负面影响；其优势在于对损伤部位立即定位和定性，并及时采取措施。在对损伤进行定位和定性分析的基础上，提出了一种新的损伤诊断方法。检修人员可依据检测车辆的检测结果，对线路进行检修。

西欧、日本等国对损伤车进行了连续测试，测试结果经测试后再进行分析，而损伤程度则需另外进行手工检查。检测车的工作车速通常不超过40公里/小时。连续性检验方式的不足之处在于，当出现扎轮或调试不良时，检验车辆无法退回进行再检验，必须进行返修，对出现的损伤必须通过探伤仪进行检验才能进行定位和定性，而对损伤的处置则比较落后[3]。本发明的好处是可以在没有封闭的情况下打开检修窗口，对铁路交通的影响很小。车辆检验人员负责车辆的检验及车辆的资料处理，复核人员负责对损伤的最终定位和定性。检测车辆出具的检测报告只是一个过渡阶段的，而不包括检测车辆的损伤警报和损伤等级的分级，由检测人员根据检查人员的最后检查结果来进行修复。

2钢轨焊缝的检测方法

2.1钢轨焊缝的分类

在国内，采用的是三种不同的方法：接触焊（也叫闪光焊）、气压焊以及铝热焊接。接触焊和气压焊接属于锻压焊接类型，其焊接接头是在轨下通过熔融和再结晶而成，这一焊接形式的极限强度以及疲劳强度可达母材的90%。铝热焊是一种新型的焊接方法，它由氧化铁粉以及铝粉和部分的合金粒子通过铝热反应生成，其焊接接头的最高强度约为母材的70%，而它的疲劳强度则为母材的45%-70%范围内[4]。铝合金热焊焊缝属于铸态结构，极易产生铸件缺陷，如果焊缝中出现过多的缺陷，将使焊缝的使用寿命大大缩短。

2.2焊缝的全断面检测工艺

焊接钢轨头探伤技术主要有单道探伤和多道探伤两种。利用轨道的内部折光角度为682度的单针探测，可以探测出轨头的体状和片状存在的缺陷。K形探测方法一般是利用2个或2个以上的探测器，一般是K1探测器，轨道的内部折光角度为45。，在轨头的两侧是对称排列的，一边是发射一边接受。在测量过程中，双针按照预定的扫描方式，对钢轨断面进行扫描，从而达到了在纵向方向上对钢轨表面进行探伤的目的。采用单针或双针K1针“V”型穿刺方法对焊接钢轨腰部的容积型裂纹进行探伤；对于薄片状的缺陷，可以采用两个探针串联的方法进行测试。对轨腰处进行单针探测，将轨道内侧折光角度0度，放置在轨身中央，在离轨道中央50mm范围内，沿着轨道长度方向缓缓运动，通过直针反射探测的方法，实现对焊接过程中反射表面与轨道平面相平行的缺陷的探测。采用直针贯入的方法，实现了对焊接接头粗晶和缩松的探测。采用两根探针在轨顶中央垂直布置，并将两根探针放在轨腰上进行探测。在探伤中，经常采用焊接扫描架设备，以确保两台探针之间的距离能够实现同步运动[5]。目前，对焊接接头轨底缺陷的检验方法有：采用单针 K2.5法和多探针K法。在轨底角K25单针探测过程中，采用 K2.5探针在不同角度入射方位，分6次对轨道底角进行探测，探测时利用二次波探测焊缝上部，利用一次和三次波探测下部。轨基角处多探测器，K形扫描技术是将多个探测器置于轨下两端，可以对轨道下分端表面进行缺陷的探测。

2.3钢轨探伤车的检测工艺

轨道探测车上装有多个方位定位超声传感器，外包有一层弹性外膜，在轨道上不停地滚动，实现对轨道的无损探伤。轨道探伤车是基于反射法的探测方法，对焊接部位不进行特殊的检验。轨道探测车的测试技术每条轨道安装3支0度探针、2支375度探针、6支70度探针、3支直线70度探针。当车辆速度加快时，会发生遗漏检查[6]。其主要原因是：①检测车辆为变间隔发射方式，扫描间隔随着车辆速度的增大而增加，导致在高速探测过程中，缺陷对声波的折射率降低；②焊接轨头和轨腰人为损伤的大小比较，其大小和等效的反射区域都较小；③钢轨颚板焊接筋线和缺陷线重叠，对判定产生影响。铝合金热焊过程中，由于其颗粒较粗，导致了超声在焊接过程中的散射，在B显象图上可以清楚地观察到70度槽间杂散图案。若在杂散图中出现连续的 B型曲线，并向轨腰方向扩展，则判定为铝热焊焊接的焊缝。

2.4钢轨探伤车焊缝检测难点

钢轨探伤车辆的有效探测区域为轨头、轨腰和投影区，而对钢轨的底角处不能探测到。目前，轨道车辆对焊接缺陷的探测存在以下问题：①车轮探测超声波在轨道上的定位仅限于轨道表面，存在超声波探测区域小、探测死角大等问题。②由于焊缝宽度及不良耦合条件等多种原因，焊缝的波形极易受到扰动，在探伤车的B超图像上会产生较粗的焊筋，且损伤图像与焊筋图案相互叠加，很难辨别。③铝合金热焊接头为铸态结构，材质较粗，超声信号容易被分散，导致对焊接缺陷的探测敏感性下降；④在快速探测中，探伤车超声波扫描间隔56mm，对30mm宽度的焊接只进行5-8个扫描，且显示的图像模糊，难以辨别焊接组织及缺陷形态。此外，由于速度较快，无法通过肉眼实时观测到焊缝的宽度。

3结束语

综上所述，这种单独使用的探伤车辆使用方式，可以达到很好的效果，在测试数据的品质与伤损分析的品质方面，都得到了很大的改善，而且还可以做细致的时间比较，可以有效地避免人为遗漏。检查车辆停车检查或检查车辆检查，也要找到适合的路线进行试验。从检验的成果来看，探伤车可以独立完成部分轨道缺陷的探测工作，而将探伤车和伤损分离的方法应用于当前的探伤车，可以更好地满足当前探伤车的检验需要，为技术人员的工作提供了数据方面的支持。

参考文献

[1]张志文,黄永聪.皮带轮式相控阵钢轨探伤车的研制[J].无损检测,2023,45(04):69-76.

[2]靳权,王少鹏,陈后卫.一种地铁双流制电力钢轨探伤车研制[J].机车车辆工艺,2022,(03):5-7.

[3]王克文.钢轨探伤高速试验平台判伤算法[J].铁道建筑,2022,62(06):31-35.

[4]马运忠,马铁雷,张玉华等.钢轨探伤车偏斜70°反射点群分析及应用[J].铁道建筑,2022,62(03):39-42.

[5]张琦,金振山,傅强等.基于钢轨探伤试验标定线的设计研究[J].中国设备工程,2021,(18):104-106.

[6]郭江龙.钢轨探伤车超声检测系统标定体系的建立[J].自动化应用,2021,(09):53-55.