浅谈铁路线路钢轨设备伤损主要类型及检测方法
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【摘 要】论文介绍了目前国内铁路线路钢轨普遍出现的主要伤损类型及伤损检测的基本方法。重点论述了钢轨重点部位、重点区段容易出现的伤损，并根据伤损特点总结能够准确检出伤，并在作业现场迅速定位定量的检测作业方法，为钢轨探伤行业总结了技术要点。
【Abstract】The paper introduces the main types of the damage commonly found in domestic railway line rails and the basic methods of damage detection. The paper mainly expounds the damages that are easy to occur in the key parts and key sections of the rail， and the inspection methods that can accurately detect the damage according to the damage characteristics and quickly locate and quantify it at the job site. It also summarizes the technical points for rail damage detection industry.
【关键词】超声波;钢轨伤损;无损检测
【Keywords】ultrasonic; rail damage; nondestructive testing
【中圖分类号】U213.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）02-0156-02
1 引言
随着我国铁路的高速发展，铁路运输早已成为运输行业中最为重要的运输方式，客运运输的安全性、舒适性与高速的运输效率以及货运运输的稳定性、廉价性，使得铁路运输成为我国的支柱性产业。为了保证运输的安全性，保障铁路线路的安全成为重中之重的环节。
为了保证线路的安全畅通，线路钢轨质量的安全检测工作成为守卫安全运输的第一道关卡。目前，我国对铁路线路钢轨的普遍检测方式是超声波探伤法[1]。超声波探伤是无损探伤的重要组成部分，在不破坏被检设备的前提下，利用超声波通过介质时产生折射与反射的物理特性，对钢轨内部进行检查，检测内部是否存在缺陷及定量缺陷大小，用以判定是否影响列车运行，并通知相关单位对钢轨进行维修或更换。
钢轨探伤工作易学难精，长期服役的钢轨在各种应力的作用下会产生不同的疲劳状态，以超声波回波的方式反映到探伤设备中，干扰探伤作业人员的判断。因此，对于从事钢轨探伤工作的人员来讲，要了解钢轨可能产生的各种伤损及其对线路设备的影响，同时还要找出能够克制它的有效方法及措施。下文根据本人的经验及研究分析，介绍几种典型的钢轨伤损类型及关键部位的检测方法。
2 鱼鳞伤的产生及探测方法
鱼鳞伤是起源于钢轨轨头表面一种类似鱼鳞状金属碎裂的疲劳伤损，裂纹始于轨头内侧圆弧附近，顺列车运行方向向前延伸。裂纹附近常有黑影，鱼鳞纹和黑影沿轨头横向发展的宽度一般可发展到6～20mm，最深点在鱼鳞裂纹的前内角，深度最高可达20mm。
这些鱼鳞纹随着时间的推移会沿轨头横向和内部深处发展，深度发展至5mm以上会对钢轨造成安全隐患，钢轨的横向裂纹是最容易造成钢轨突然折断的伤损。细小的鱼鳞裂纹垂直于钢轨踏面并伴有一定的倾斜角度，满足超声波角反射原理的扫查范围，探伤仪扫查到该位置时会连续发出嘟嘟的报警声，并接收到上下跳动或位移量很小的回波。由于这种现象的干扰会给探伤作业人员判定伤损带来很大难度，经验不足或对伤损认识不清的人员遇有鱼鳞纹密集的线路区间时，为减少干扰会降低探伤灵敏度，以抑制杂波的出现，但由于探伤灵敏度发生了变化，可能会导致轨头内部埋藏的伤损也难以顺利检出。
从钢轨踏面上产生的，用传统探伤工艺难以辨认的可疑波型，可通过增加通用探伤仪，手执K2.5超声波探头从轨头侧面进行检测的手段，有效地避开鱼鳞纹回波的干扰，并增加了从不同方向、不同位置对轨头的检测。该方式对鱼鳞纹密集地段出现的可疑波型或伤损数量异常地段，可以起到良好的检测效果。
灵敏度校正完毕后在探伤作业中遇有鱼鳞纹密集地段不应随意降低灵敏度，特殊地段还应适当提高灵敏度1dB。同时，在每个探伤周期内可通过调换探头超声波发射方向和角度的方式保证对轨头的全断面探测。进入曲线前先调整探头位置，探头如压在鱼鳞纹上或紧贴鱼鳞纹接触面都不能起到良好效果，需加强反向探测，严格执行正、反、正方向的递进探测。每台探伤仪应配置不少于三个70°探头，其中至少一个用于一次波扫查，两个用于一次波和二次波扫查。盯住波型显示，仔细校对出波、落波位置，波型的位移量，波幅的高低以及探头的位置，若发现70°探头二次波的位移量超过一大格，波高满幅且回波清晰稳定时，应进行认真校对复核。
3 轨头核伤
从目前所掌握的资料分析，钢轨形成伤损后未被探伤作业人员及时发现而造成断轨的主要伤损有两种：轨头伤损;螺孔裂纹。其中，虽然螺孔裂纹占伤损总量的比例很大，但探测的技术难度不大，所以目前对轨头核伤的检测尚存在一定的改进空间。 核伤主要产生在轨头内部，在检查时主要用70°探头探测，70°探头发现的轨头核伤与横向裂纹都属于重伤伤损，必须及时对钢轨进行更换处理。在无损检测工作中，要想提高作业水平，必须正确熟练地运用技术标准。所以，在探伤作业的前期准备工作时，必须在标准试块上准确测出探头的超声波入射点，计算出折射角。同时，在实物试块上测出探头的灵敏度余量和缺陷检出能力。在作业时，如果没有伤损，则无回波显示，当遇到伤损时，仪器会发出报警，届时可根据回波的显示计算出伤损的大小和高度。
但在实际的探伤作业中，由于钢轨轨头的几何尺寸复杂和日常钢轨的养护工作，也会产生假信号，产生报警，干扰正常的探伤作业。因此，在核伤探测方面要有一个准确的鉴别和判断过程：当仪器发现异常报警时，应认真观察波型，根据回波在荧光屏所显示的刻度和探头位于轨头的位置，可以判断是缺陷回波还是假信号。由于钢轨所处的自然环境较为复杂，加上潮湿的空气，会对钢轨造成严重的锈蚀，很容易引起70°探头报警。所以要认真观察钢轨状态，并根据回波位置，用最短最快的方法來判定是否出现伤损。
在实际工作中，经常发现有回波在交替位置出现，并发出短促的报警声，这时我们可以降低探伤灵敏度，使回波得到遏制，用道蹅在轨头的侧面和颚部来回刮几次，如回波消失，可判断是锈蚀波;如还有较强的回波，就应仔细校对，一旦确认是伤损，应做好标记，确定其位置，高度和宽度。
在大运量的复线地段，由于列车的单向运行，会使产生的核伤倾斜角度较大，很难用四点定位法做出判断，所以掌握基线定位会非常重要。基线定位的关键是掌握每单位所代表的水平距离与垂直高度的比值，然后通过三角函数计算出核伤的位置及尺寸。如果不能正确使用这些数据，在无缝线路上探伤作业，就不能提供准确的伤损定位，导致伤损得不到及时处理，威胁行车安全。
目前使用的70°探头偏斜20°角探测轨头，对于60kg/m钢轨轨头偏中位置的核伤的探测不利，由于现场核伤倾斜角度不同，导致其反射方向发生变化，使得探伤仪发现了伤损却无法显示，建议在探测60kg/m钢轨时调整探头偏斜角度，调整范围16～18°。
4 道岔检测
在经过2007年4月列车第六次提速后，道岔部位的伤损比以往有明显增加，因为钢轨探伤仪的结构特点是针对钢轨的尺寸设计，所以无法对道岔岔心和尖轨部位进行全断面的探测。为了适应提速的要求，AT型道岔与可动心道岔大量投入使用，这给探伤工作提出了一个很大的难题。为了解决这一难题，经过反复查阅有关贝尔辙叉岔心和AT尖轨的资料后，对其结构中各部件的功能和应力情况进行分析和计算：因AT道岔尖轨轨腰部分加宽，轨头部位偏斜，受探伤仪的限制，无法做到全面扫查，而尖轨、可动心部位产生的伤损，探头偏角20°无法全面检查到，会产生安全隐患。在列车通过现场进行观察和对比后，把同一问题拆开分析，终于找出解决难点的方法：①利用钢轨探伤仪70°探头一次波探测近表面内侧伤损，把钢轨探伤仪两个70°探头对发，入射点中心内侧横移15mm，同时对探头环加以修改，对70°探头环偏角加工固定孔成8～10°角，在延长探测距离的同时能够对轨头上角的伤损进行有效扫查。②针对尖轨外侧轨头尺寸小于普通钢轨，厚度比普通钢轨薄的情况，普通钢轨下颚反射点在42mm左右，而AT尖轨有效探测部位下颚反射点在35mm左右，在不改变探头折射角和入射点的情况下，通过改变探头偏角来缩短水平探测范围，这样就可满足二次波的有效探测。
钢轨探伤不同于超声波对其他工件的探伤，它是室外作业，被检对象无法移动，通过移动探伤仪器来进行探伤作业的，所以在进行探伤作业时必须要遵循接头、焊缝站，小腰慢，大腰匀速探的检查原则。慢走细检，兼顾气候变化对探伤仪灵敏度的影响，不放过任何一个可疑波型。随着线路设备不断为适应提速的需要而更新变化，探伤工作的技艺和方法也在不断发展，对探伤作业人员的业务素质要求也越来越高。总结经验技术、开拓工作思维、创新探伤技艺将是未来钢轨探伤工作的重中之重。
【参考文献】
【1】北京铁路局.钢轨探伤基本知识[M].北京：中国铁道出版社，2013.
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