探傷車與探傷儀的軌頭核傷檢測能力對比分析

■ 石永生 張全才 李杰 任書斌

鋼軌探傷是保證運輸安全的一道重要防線。加強鋼軌探傷工作，是確保運輸安全的重要技術措施之一。我國鋼軌探傷主要有大型鋼軌探傷車（簡稱探傷車）和小型鋼軌探傷儀（簡稱探傷儀）2種形式，探傷車技術含量高、探傷速度快、適應性強，但靈活性差，探傷后需要人工復查。探傷儀探傷靈敏度高，靈活性好，但穩定性差，受操作者人為因素影響大。由于高速鐵路、高原鐵路區間里程長、環境惡劣等原因，造成人工探傷作業困難，因此主要由探傷車承擔探傷檢測任務。

1 軌頭核傷的探測方法

各國對核傷均采用折射角為65°~70°的超聲橫波探頭進行探傷。我國根據核傷多出現在軌頭內側上角的特點，多年來探傷儀一直采用二次波法，即將探頭向內側偏轉14°~20°，利用經軌顎反射后的二次波進行檢測。但這些年也逐漸增加了中心直打70°（探頭向內側偏轉0°）探傷檢測通道。我國和歐美的探傷車采用直打70°通道一次波、偏斜70°通道（向內側偏轉14°~20°）一次波和二次波進行檢測。線路軸重大的前蘇聯曾經采用內側偏轉35°的一次波檢測法。

2 探傷車與探傷儀對軌頭核傷檢測的對比分析

2.1 人工傷損檢測能力對比

探傷儀檢測核傷靈敏度：φ4 mm平底孔當量，其超聲反射回的聲壓：

探傷車檢測核傷靈敏度：φ3 mm橫通孔當量，其超聲反射回的聲壓：

取鋼軌超聲聲程（探輪內聲程折算到鋼軌中）100 μs ，探頭頻率2.25 MHz，則統一到超聲檢測靈敏度為φ4 mm平底孔當量時，探傷車檢測靈敏度還需補償

考慮探傷車為動態檢測，傷損在間隔采樣和自動識別時會降低檢測靈敏度，還需要補償識別靈敏度6 dB（試驗測算在最低標定靈敏度的基礎上增加6 dB時，探傷車在最高檢測速度下形成3點連續報警反射，能夠有效識別）。此時測算出的靈敏度探傷車與探傷儀相同。

但在探傷車現場檢測過程中，由于探傷車高速運行，其動態耦合、鋼軌表面狀態不良、自動對中不佳、電路干擾等不能得到足夠補償，為3~6 dB。因此探傷車在高速檢測和自動識別后，對傷損的檢出靈敏度要比探傷儀低3~6 dB。

另外，超聲檢測對傷損取向非常敏感，探傷車與探傷儀核傷探測的超聲方向不同，因此對于小核傷的檢測靈敏度而言，由于探傷工藝的不同就不能簡單的用增益值的補償來解決，出現互相不能檢測出的小核傷也是正常。

2.2 軌形正常情況下較大軌頭核傷

對于較大軌頭核傷，探傷車會出現多個通道反射情況，如直打70°內側、中間和外側，有時還有0°的底波消失，探傷儀在一個通道會出現明顯傷損走波。在一處道岔核傷，探傷車和探傷儀均能有效發現，對比分析見圖1。

2.3 軌形正常情況下偏于垂直的較小軌頭核傷

對于偏于垂直的較小軌頭核傷，探傷車的直打GC 70°能夠有效檢測，偏斜70°沒能有效檢測，在探傷車檢測前進行的探傷儀檢測也沒能有效檢測出來（見圖2）。

2.4 軌形正常情況下帶有偏斜角的較小軌頭核傷

對有一定偏斜角的較小軌頭核傷，探傷車不能有效發現。圖3是探傷儀檢測的較小軌頭核傷并落錘的照片，探傷車沒有有效反射報警。

2.5 軌頭分離層下核傷檢測

軌頭內部沿鋼軌縱向存在分離層（見圖4（a））。這種分離層經檢驗為氧化物夾層，已發現的分離層在軌頭內縱向延伸，接近水平狀態，短的有30～40 mm，長的超過100 mm。目前，無論是探傷車還是探傷儀，都無法檢測到氧化物夾層。含有氧化物夾層的鋼軌鋪設上線后，以夾層為傷損源，經過列車重復作用，在氧化層下部又發展出軌頭橫向裂紋（核傷）（見圖4（b））。對于分離層下的核傷，由于分離層的阻隔，探傷車直打70°不能有效發現，但探傷車的偏斜70°通道和探傷儀偏斜檢測方式能夠發現此類傷損。

2.6 嚴重磨耗下的軌頭核傷檢測

嚴重磨耗的鋼軌（見圖5（a））本身就是重傷軌，需要馬上更換。因種種原因沒有及時更換的鋼軌，其探傷檢測非常困難。對于嚴重磨耗鋼軌內側產生的核傷（見圖5（b）），探傷車直打70°基本不能發現該類傷損。這類較大傷損，探傷車偏斜70°和探傷儀在一定條件下能夠檢測到，但往往還未能檢出便發生斷軌。這需要放寬檢測指標，縮短檢測周期。

3 結束語

通過人工傷損標定的核傷檢測靈敏度值看，探傷車與探傷儀檢測靈敏度相當；在考慮到探傷車高速檢測和自動識別等影響的基礎上，實際探傷車高速檢測過程中其核傷檢測靈敏度要比探傷儀低；但由于超聲檢測對于傷損的取向比較敏感，對于小傷損比較二者的檢測靈敏度沒有實際意義，不如相互補充探傷工藝。

圖1 較大軌頭核傷對比分析

圖2 偏于垂直的較小軌頭核傷

圖3 帶有偏斜角的較小軌頭核傷

圖4 分離層及分離層下的軌頭核傷

通過實際檢測過程中的檢測對比發現：對于較大軌頭核傷，探傷儀和探傷車均能有效發現；對于較小軌頭核傷，同探傷儀相比，高速運行的探傷車檢測靈敏度要低一些，并且出現二者互有檢測不到的情況；補充了偏斜70°通道的探傷車和補充了直打70°通道的探傷儀，兩者的軌頭核傷檢測能力都有較大提高；由于探傷工藝不同，對于軌頭核傷，探傷車以直打70°為主，探傷儀以偏斜70°為主。

超聲波檢測對傷損的方向性非常敏感，對于一些較小核傷，出現偏斜70°能夠有效發現但直打70°不能有效發現，直打70°能夠有效發現但偏斜70°不能有效發現。因此，建議加強多通道綜合分析和設置小傷損監控，合理設置檢測周期，要求在傷損的生命周期內至少有效檢測2~3次。

圖5 嚴重磨耗下的軌頭核傷

對于分離層下的核傷和嚴重磨耗鋼軌的核傷，以具有偏斜角的檢測通道為主進行探傷檢測。