道岔區域母材探傷的研究

曹玉旺 任德中 中國鐵路上海局集團有限公司杭州工務段

張高劍 中國鐵路上海局集團有限公司金溫鐵路有限責任公司

1 引言

隨著鐵路改革不斷推進，鐵路工務部門所使用的鋼軌探傷儀器也進行了全面的更新換代--數字式超聲波鋼軌探傷儀器替代了以往的模擬超聲波鋼軌探傷儀器。新一代數字式超聲波鋼軌探傷儀器，適用于探測國產和進口43 kg/m～75 kg/m 鋼軌中存在的各種缺陷，具有A、B 超同顯和B 超全程數據儲存的特有功能。它的特點是自動運行，記錄完整，不會因為校對時來回拉動小車而重復或丟失記錄。每天探傷作業結束后，將全程記錄數據下載到U 盤，并輸入電腦進行二次探傷--回放，給鋼軌防斷增加了一道防線保障。

2 現有探傷工藝概述及存在的問題

圖1 道岔軌件局部裂紋

雖然數字式超聲波鋼軌探傷儀器功能強大，但也需要人工輔助操作，特別是在道岔關鍵部位，如現場操作人員執標不嚴格、探測不到位、A 超波形判斷不準確或使用純B 超探測，但又隨意打無傷標記等等，都會造成現場數據采集不完整或不準確；又如儀器調試不當、報警閘門幅度偏大等都有可能造成道岔特殊部位軌件的局部裂紋（圖1）漏檢或對回放人員造成誤導，從而發生失控斷軌。那么怎樣才能提高現場數據采集的準確性和完整性呢？我們認為從以下幾個方面嚴抓，是防止道岔特殊部位軌件失控斷軌的關鍵。

3 道岔探傷的關鍵步驟

3.1 進入道岔前

作業負責人應根據道岔類型、軌型及各部位狀態提出探測重點，大站場應明確各組道岔的探測范圍。特別是復式交分道岔的探測更應分清股別以防漏探，并準確輸入道岔標記及道岔號。

對儀器探傷靈敏度要重新作一次修正。因為，在現場作業中特別在道岔部位探傷會牽扯到靈敏度補償，其補償除了鋼軌表面粗糙度外，還存在推行速度造成的耦合差，這一點不能忽略。另外，在GTS-60 試塊上得到的軌頭Φ4 平底孔和螺栓孔3 mm 象限裂紋，是在理想條件下設置的缺陷，能夠形成理想的超聲反射角，但在道岔部位的缺陷是千變萬化的，其缺陷反射能量的大小、性質、形狀、取向以及探測面耦合狀態等有較大關系。所以，現場的探傷靈敏度一定要高于 GTS-60 試塊上的靈敏度，以便得到更高的動態缺陷檢出能力。

同時必須重新檢查一遍拼孔設置，是否選擇實時拼孔，并及時開啟A、B 同顯功能,以A 超回波為主認真觀察，分清各通道回波和報警聲，嚴禁使用純B 顯進行探傷。因為，儀器的B 顯是通過模數轉換電路來完成的，而該電路是依賴報警電路的觸發信號來完成的，當A 超回波峰值達到一定值時儀器報警閘門打開產生報警，此時模數電路開始工作，且自動記錄儲存。但是，根據（上鐵工〔2018〕166 號文）附件5 規定：“反射式通道報警靈敏度：起始報警幅度應處于20%～50%之間；穿透式通道報警靈敏度：起始報警幅度應處于50%～20%之間”。由于現場鋼軌狀態、回放人員以及檢修人員的責任心等原因，一般反射式通道報警靈敏度和穿透式通道報警靈敏度都調在40%左右。但是，在道岔區域特別是在轍叉心和翼軌部位由于幾何狀態較復雜，探測面耦合又不理想，單側裂紋的產生率又高，特別是道岔翼軌在有害空間附近極易產生單側裂紋現象（圖2），使得A 超回波不理想，反射式和穿透式回波峰值大部份只能達到35%左右，

圖2 道岔翼軌有害空間附近

不能觸發報警閘門打開，使得報警電路和模數電路無觸發信號而不工作。此時就無B 顯圖像，極易造成漏檢。根據多年來的現場實踐證明，這些特殊缺陷的A 超反射式通道回波峰值大部份都在30%～35%左右；穿透式通道回波峰值大部份都在40%～35%左右，若報警閘門不調在此范圍，就不能有效觸發打開報警閘門工作的峰值，報警電路和模數電路均不工作，在儀器屏幕上只能顯示A 超回波且沒有B 顯圖像。因此，要督促檢修人員，把儀器反射式觸發報警閘門打開的A 超峰值調在30%～35%；穿透式觸發報警閘門打開的A 超峰值調在40%～35%。這樣假若現場執機人員稍有疏忽，較小的A 超回波也能觸發報警閘門打開，使報警電路和模數電路工作，畫出B 顯圖像，若現場執機人員沒能及時發現，但在電腦上回放只要打開高敏能較清晰的顯示傷損B 顯圖像，就能避免傷損漏檢。現場探傷時儀器必須最大限度檢查基本軌、尖軌尖、岔轍心尖及翼軌的最小尺寸處的軌頂面，避免基本軌、尖軌尖、岔轍心尖及翼軌部位傷損漏檢。

3.2 進入道岔部位探傷

圖3 道岔開通直股時曲基本軌A 區

圖4 道岔開通曲股時直基本軌B 區

基本軌探傷。必須要慢走細看聽報警，分清各通道A 超回波和不同報警聲。當道岔開通直股時（圖3）曲基本軌要擦去油污，反向探測，否則曲基本軌就會造成漏探而失控；而當道岔開通曲股時（圖4）直基本軌要擦去油污，反向探測，否則直基本軌同樣會造成漏探而失控。而當遇有尖軌高于基本軌時，應隨時注意探頭與軌面的耦合情況。

尖軌探傷（以12 號道岔為例）。尖軌頂面寬度≥50 mm 為探測范圍（圖5）。但并非是儀器到了尖軌頂面寬度50 mm 就可以了，而要將儀器整機最后（或最前）一個探頭查至距尖軌頂面寬度<50 mm 處。

圖5 尖軌頂面寬50 mm 處是儀器必須探測區域

因為AT 型尖軌軌高152 mm，而最后（或最前）一個是37°斜入射的探頭，要探測頂面寬度50 mm 處，此 時探頭要有一定的水平距離才能滿足（即：水平=tan37°×152 mm=114.5 mm）。故檢查尖軌時，必須將最前（或最后）一個探頭推至距尖軌尖≤3 400 mm 處（圖6）；只有滿足了這個數值才能保證儀器探測到尖軌頂面寬≥50 mm 的要求。對頂面寬度<50 mm 的部位，要最大限度地使用儀器全組合探測，并隨時調節探頭置，確保探頭始終在軌腰投影的中心位置。、

圖6 儀器最后（或最前）一個探頭必須<50 mm 的位置

當儀器全組合檢查通過尖軌時，B 超顯示（圖7）說明該尖軌正常。但是，如果現場執機人員沒有嚴格執標，沒有按規定把儀器推到位，若此時尖軌確有傷損存在，由于執標不到位或回波幅度較低、位移量較小的A 超沒有被執機人員觀察到，而此時儀器所顯示的B 超數據與（圖7）完全一樣，給回放人員帶來誤導，其后果很難想象，如（圖8）所顯示的B 超數據說明該尖軌軌頭有核傷存在。

圖7 尖軌軌頭無傷損存在時B 顯圖象

圖8 尖軌軌頭有核傷存在時B 顯圖象

轍叉心探傷。目前在役轍叉心品種繁多，下面以最常用的高錳鋼轍叉心、貝爾轍叉心、可動心轍叉心三種轍叉心為例。

圖9 小錘敲擊高錳鋼整鑄轍叉心落點軌跡

圖10 高錳鋼整鑄轍叉心下鄂裂紋

在探傷檢查遇到高錳鋼整鑄轍叉心時，由于該轍叉心其晶粒粗、衰減大，現有鋼軌母材探傷儀器還無法檢測，此時機組人員必須采取手工用小錘敲鏡子照的辦法，用小錘敲擊作用邊與非作用邊進行檢查，小錘敲擊落點軌跡如（圖9）；用鏡子照軌頭內外側下鄂部位，以防止（圖10）所示缺陷漏檢。同時要加強對岔后引軌的儀器檢查。因為高錳鋼整鑄轍叉心，具有較高的強度和良好的沖擊韌性以提高過岔速度，但岔后引軌多數為手工鋸制的短尺軌，往往鋸制端與岔跟相接，軟硬不一，抗疲勞強度差。具有第一孔較易發生螺孔裂紋；第三孔較易發生單側、多條和小角度裂紋；檢查難度大，傷損發展快的特點。所以岔后引軌必須堅持雙人復查，堅持儀器與手工相結合檢查和使用小角度探頭復查。在通過高錳鋼整鑄轍叉時，隨機人員還應目視接頭狀況，有否塌碴、吊空等不良狀態，尤其對新換轍叉后的引軌，更應注意突發性裂紋的發生。

圖11 儀器經過轍叉心時的正確做法

圖12 過早抬機通過轍叉心易造成漏檢的部位

探傷檢查時遇到貝而轍叉心時，助聽人員要密切配合執機人員在儀器通過轍叉心時及時對各通道探頭的提撥（圖11），切勿抬機通過轍叉心。因為，貝而叉心與高錳鋼整鑄叉心不同，它是用鋼軌刨切裝配而成，其材質與鋼軌一致，因而軌頂面寬度＞50 mm 范圍是可以用儀器探傷的。若儀器在（圖11）所示位置抬機通過轍叉心，那么在心軌部位就會造成大約70 mm 左右長的漏探（圖12）在該區域的傷損我們段已有多處檢出。故當檢查到這一區域時，助聽人員必須用手提撥各通道探頭；執機人員必須緊貼儀器，讓儀器平穩通過，確保探測的完整性，且要加強對各通道A 超回波的觀察；特別要加強對直70°探頭A 超回波情況的觀察。

圖13 轍叉心沒有傷損存在的B 顯圖象

圖14 當轍叉心有軌頭傷損存在的B 顯圖象

當轍叉心無傷損存在或傷損的A 超回波幅值較小，達不到儀器報警閥值時，儀器報警門就打開，報警電路和模數電路就不工作，B 超就顯示如（圖13）所示，極易造成漏檢；若此時轍叉心有軌頭核傷，B 超圖像就顯示（圖14）。但是執機和助聽人員不嚴格執標、過早抬儀器過轍叉心，儀器收集到的B顯數據與（圖12）完全一致，因此儀器的到位、現場執機人員的責任心等，對鋼軌防斷工作具有十分重要的意義。另外，嚴禁正、反手儀器替代使用，如（圖15）儀器走行輪輪緣在鋼軌軌頭外側檢查，造成整個轍叉心部位的漏探。

圖15 正反手儀器替代使用的大忌

翼軌探傷檢查一定要確保全組合覆蓋，因為翼軌較易產生單側水平或斜裂紋，同時要加強與心軌尖端串連的螺孔部位檢測，因為該處所輪軌打擊較大，極易產生螺孔裂紋，而探頭在軌面上的耦合往往不是很理想。所以，在探傷通過翼軌檢查時一定要注意探頭位置，整機探頭是否探測到（圖16）位置。

圖16 該處探頭必須要探測到位特別要加強37°對螺孔的探測

可動心轍叉心有兩種，在我們段管內也較普邊地使用，如（圖17）所示的可動心轍叉心是沒有加寬的，當儀器在該區域時要隨時調節探頭，始終保持在軌腰投影中心位置，使探頭主聲束最大限度的入射。

圖17 沒有加寬的可動性轍叉心探測的重點部位

另一種在翼軌部位是有加寬的（圖18），加寬總長是70 cm；兩端約以37°左右至翼軌頂面寬達到90 mm，長度達50 cm ；若有肥邊的話最寬處可達到100 mm 左右，而翼軌最寬處到正常寬度的間隔約為16 mm。當遇到有加寬翼軌時，不但要調向檢查，調向后儀器的輪緣在鋼軌軌頭外側，執機人員要控制好儀器輪緣的緊貼度。因為該處所翼軌有16mm 的加寬，若儀器的前后輪緣過分的緊貼軌頭會造成縱向偏斜，主聲束會偏離造成特殊缺陷的漏檢。因此，執機人員要控制好前后輪輪緣緊貼軌頭的尺度，始終保持儀器與翼軌的縱向平行，確保儀器各通道探頭主聲束的入射。

圖18 有加寬的可動性轍叉心探測的重點部位

4 結論

綜上所述，是我們對鋼軌道岔部位母材探傷工作的一點積累，也是設想為鋼軌安全防斷工作開創一個新的思路，期望能解決當前道岔區域鋼軌母材特殊缺陷受控難的技術問題，為我們集團公司的鋼軌安全防斷“爭零控零”目標的實現，特發表此文，籍以將此方法推廣應用。