關(guān)于鐵路工務(wù)鋼軌探傷工作的探討

王振殿

【摘 要】近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，極大地推進(jìn)了鐵路交通運(yùn)輸，鐵路網(wǎng)覆蓋面積日漸擴(kuò)大。鐵路交通運(yùn)輸作為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要運(yùn)輸途徑，是我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈，我國(guó)鐵路系統(tǒng)堅(jiān)持自立創(chuàng)新、結(jié)合科技的發(fā)展道路，鐵路總里程現(xiàn)已躋身于世界第一。鋼軌是鐵路交通運(yùn)輸?shù)幕捎诮陙?lái)鐵路運(yùn)輸?shù)某兄亓看笠约斑\(yùn)輸次數(shù)頻繁，再加上外在環(huán)境的影響，引起鋼軌疲勞以及內(nèi)部組織損傷，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，鋼軌輕則產(chǎn)生裂紋，重則產(chǎn)生斷裂，就可能造成重大的鐵路交通事故。隨著科技水平和信息化水平的發(fā)展，鋼軌無(wú)損探傷方法應(yīng)運(yùn)而生，在不影響鋼軌性能的情況下完成對(duì)鋼軌內(nèi)部組織的檢測(cè)。合理的使用無(wú)損探傷技術(shù)能夠高效率、高精度的發(fā)現(xiàn)鋼軌中存在的缺陷，不僅降低了施工人員的工作強(qiáng)度，還能有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損耗，為鐵路交通安全出行提供有力保障。本文主要就鐵路工務(wù)鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)進(jìn)行深入分析。

【關(guān)鍵詞】工務(wù)鋼軌探傷; 無(wú)損探傷技術(shù); 應(yīng)用研究;

1 鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)概括及特點(diǎn)

鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)就是利用先進(jìn)的技術(shù)，在不損害鋼軌使用性能的情況下，對(duì)鋼軌內(nèi)部組織進(jìn)行缺陷檢查，并通過(guò)數(shù)字化或者信息化技術(shù)，將檢測(cè)出的缺陷反饋給檢測(cè)技術(shù)人員。鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)的應(yīng)用目的主要包括兩個(gè)方面：①精準(zhǔn)掌握鋼軌存在的內(nèi)部缺陷與允許負(fù)荷、剩余使用壽命進(jìn)行評(píng)估。②利用檢測(cè)鋼軌存在的缺陷與制造工藝的關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)反饋給制造，以提高鋼軌制造工藝的改進(jìn)。目前來(lái)看，鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)朝著標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、精準(zhǔn)化、模擬仿真化方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在高精度、高效率的高精度檢測(cè)儀器、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定以及高精度模擬仿真軟件的出現(xiàn)，由此可見(jiàn)，在以后的鋼軌損傷檢測(cè)中，無(wú)損探傷的應(yīng)用將會(huì)嚴(yán)格的把控檢測(cè)質(zhì)量、高效率高精度檢測(cè)以及改進(jìn)鋼軌制造工藝，在鐵路交通運(yùn)輸領(lǐng)域的影響將會(huì)越來(lái)越大。

鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)的特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：①無(wú)損傷性：無(wú)損傷探傷技術(shù)是利用先進(jìn)技術(shù)，例如超聲波、磁粉或者射線(xiàn)等，對(duì)鋼軌進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中不會(huì)損壞鋼軌的使用性能和鋼軌內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。②實(shí)時(shí)監(jiān)控：無(wú)損探傷技術(shù)結(jié)合數(shù)字化、信息化，能夠?qū)z測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)的反饋給檢測(cè)人員，檢測(cè)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控鋼軌的質(zhì)量狀態(tài)。③高效準(zhǔn)確：結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)鋼軌的檢測(cè)結(jié)果能夠及時(shí)的傳輸?shù)接?jì)算機(jī)前端，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確有效，并能夠反饋出鋼軌現(xiàn)存缺陷與剩余使用壽命的關(guān)系。另外還有操作方便，安全、隱患小等特點(diǎn)。

2 鋼軌使用過(guò)程中容易出現(xiàn)的缺陷

鋼軌容易出現(xiàn)損傷過(guò)程主要是鋼軌制造以及安裝焊接、列車(chē)車(chē)輪頻繁的沖擊力和載荷以及所處的環(huán)境因素等。鋼軌制造以及安裝焊接采用的材料不恰當(dāng)、焊接母材選取不合適、制造工藝以及焊接工藝不合理等，鋼軌就容易出現(xiàn)微裂紋、灰板、焊接點(diǎn)脫落、魚(yú)鱗紋以及掉塊等損傷。由于列車(chē)承重量大以及運(yùn)輸次數(shù)的頻繁，鋼軌可能發(fā)生擦傷、剝離掉塊、變形以及滾動(dòng)接觸疲勞損傷等缺陷，在外界環(huán)境的影響下，雨水浸濕、氧化腐蝕鋼軌。總之，對(duì)于鋼軌運(yùn)作過(guò)程中，鐵路相關(guān)部門(mén)應(yīng)做好鋼軌施工質(zhì)量的監(jiān)督和后續(xù)的檢測(cè)以及保護(hù)，以避免因鋼軌的傷損而發(fā)生安全事故。

3 鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)的應(yīng)用

目前，鋼軌無(wú)損探傷技術(shù)主要有超聲波無(wú)損探傷、射線(xiàn)無(wú)損探傷、激光無(wú)損探傷、滲透無(wú)損探傷、目視無(wú)損探傷、渦流無(wú)損探傷等。

3.1 超聲波無(wú)損探傷技術(shù)

超聲波是超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)，其頻率高于20 kHz的機(jī)械波，超聲波由于具備良好的指向性、傳播性、在物質(zhì)中衰減性和在界面上的反射、折射特性，而廣泛用于鍛件、軋制件的探傷。利用超聲波進(jìn)行鋼軌探傷時(shí)，利用功率放大器對(duì)激勵(lì)信號(hào)放大，由導(dǎo)波傳感器在鋼軌的一端發(fā)出超聲波，超聲波在沒(méi)有損傷的鋼軌，導(dǎo)波的相速度基本保持不變;在鋼軌中遇到損傷就會(huì)發(fā)生反射、散射等信號(hào)，通過(guò)信號(hào)傳遞進(jìn)行分析，就能高效率、高精度的找到損傷部位及損傷程度。用超聲波無(wú)損探傷可以檢測(cè)出鋼軌中裂縫、白點(diǎn)、分層、氣孔、未焊透等不良缺陷。優(yōu)點(diǎn)在于穿透能力強(qiáng)、操作安全、設(shè)備輕便、測(cè)量精度高、高靈敏度和獲得結(jié)果快等，此技術(shù)已經(jīng)在鋼軌探傷中廣泛應(yīng)用。但是超聲波探傷技術(shù)也有自身的局限性，例如檢測(cè)結(jié)果顯示不直觀(guān)、探傷結(jié)果不易保存等，還需要探索合適的處理方法將超聲波反饋的信號(hào)數(shù)字化或者模態(tài)化，以便有效提取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和保存數(shù)據(jù)。

3.2 超聲波探傷技術(shù)在重載鋼軌的應(yīng)用

鐵路正朝著高速、重載的方向發(fā)展，鐵路網(wǎng)覆蓋范圍廣大，所需要的鋼軌數(shù)量也隨著增加，鋼軌在鐵路運(yùn)輸中承擔(dān)著繁重的載荷，長(zhǎng)時(shí)間的磨損、腐蝕及其他因素的影響，鋼軌會(huì)發(fā)生肉眼無(wú)法觀(guān)察到的缺陷，例如裂紋、銹蝕、剝離掉塊等。超聲波無(wú)損探傷在重載鋼軌中的應(yīng)用隨著技術(shù)的成熟越來(lái)越普遍，下面介紹超聲波無(wú)損探傷技術(shù)在檢測(cè)重載鋼軌底部和頭部的應(yīng)用。

1）對(duì)于鋼軌底部缺陷的檢測(cè)主要應(yīng)用的是00探頭，在進(jìn)行鋼軌底部探傷檢測(cè)時(shí)，超聲波無(wú)損探傷儀由晶片發(fā)射出縱波會(huì)從鋼軌的頭部經(jīng)過(guò)鋼軌腰部來(lái)到鋼軌底部，在鋼軌底部經(jīng)界面發(fā)射后，被另一晶片接收。當(dāng)鋼軌中存在裂紋、縮孔以及夾雜物時(shí)，都會(huì)阻斷超聲波縱波信號(hào)的傳輸，然后根據(jù)回波顯示的刻度，對(duì)鋼軌中出現(xiàn)缺陷的類(lèi)型和位置進(jìn)行判斷，并能夠?qū)Πl(fā)生裂紋的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量。

2）對(duì)鋼軌的頭部進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要更換探頭。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，需使用700探頭，為了避免鋼軌頭部受到其他的影響，探頭的位置需與探頭前進(jìn)的方向成一定的斜角，目的是讓鋼軌中的橫波從鋼軌頭部下顎反射到軌面上。在鋼軌的頭部檢測(cè)過(guò)程中，如果鋼軌的頭部完好無(wú)損，就不會(huì)存在回波信號(hào)。如果鋼軌的頭部存在損傷，就會(huì)有回波反射回來(lái)。根據(jù)回波顯示的情況，對(duì)損傷的大小、類(lèi)型以及位置進(jìn)行判斷。例如鋼軌頭部生銹，就會(huì)出現(xiàn)間斷的報(bào)警聲，但用砂紙進(jìn)行打磨后，跳躍波就會(huì)減弱;當(dāng)鋼軌側(cè)面有剝落掉塊時(shí)，也會(huì)發(fā)生超聲波反射的情況，說(shuō)明鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生凸凹不平的水平裂縫，鋼軌內(nèi)部存在著嚴(yán)重的損傷，需仔細(xì)進(jìn)行檢查。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，鐵路系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展，一方面加強(qiáng)了我國(guó)的交通運(yùn)輸能力;另一方面由于鋼軌可能出現(xiàn)某些損傷，影響鐵路運(yùn)輸過(guò)程的安全問(wèn)題。無(wú)損探傷技術(shù)的運(yùn)用，在鋼軌的探傷中起到了重要的作用。從現(xiàn)有的導(dǎo)軌無(wú)損探傷技術(shù)來(lái)看，各個(gè)有各自的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，企業(yè)還需要結(jié)合導(dǎo)軌的自身情況以及現(xiàn)代化技術(shù)，有效的將上述的無(wú)損探傷技術(shù)相融合，繼續(xù)探索更為優(yōu)化的無(wú)損探傷技術(shù)，提供更為高效率、高準(zhǔn)確度的缺陷檢測(cè)。另外，還需要加強(qiáng)對(duì)于無(wú)損探傷技術(shù)的仿真模擬，利用有限元的方法對(duì)鋼軌損傷進(jìn)行預(yù)測(cè)，更為有效、節(jié)省成本的方式來(lái)檢測(cè)和預(yù)防缺陷。

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（作者單位：中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司）