■ 石永生 張全才 李杰 任書(shū)斌

鋼軌探傷是保證運(yùn)輸安全的一道重要防線。加強(qiáng)鋼軌探傷工作，是確保運(yùn)輸安全的重要技術(shù)措施之一。我國(guó)鋼軌探傷主要有大型鋼軌探傷車(chē)（簡(jiǎn)稱(chēng)探傷車(chē)）和小型鋼軌探傷儀（簡(jiǎn)稱(chēng)探傷儀）2種形式，探傷車(chē)技術(shù)含量高、探傷速度快、適應(yīng)性強(qiáng)，但靈活性差，探傷后需要人工復(fù)查。探傷儀探傷靈敏度高，靈活性好，但穩(wěn)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(qū)間里程長(zhǎng)、環(huán)境惡劣等原因，造成人工探傷作業(yè)困難，因此主要由探傷車(chē)承擔(dān)探傷檢測(cè)任務(wù)。

1 軌頭核傷的探測(cè)方法

各國(guó)對(duì)核傷均采用折射角為65°~70°的超聲橫波探頭進(jìn)行探傷。我國(guó)根據(jù)核傷多出現(xiàn)在軌頭內(nèi)側(cè)上角的特點(diǎn)，多年來(lái)探傷儀一直采用二次波法，即將探頭向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)14°~20°，利用經(jīng)軌顎反射后的二次波進(jìn)行檢測(cè)。但這些年也逐漸增加了中心直打70°（探頭向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)0°）探傷檢測(cè)通道。我國(guó)和歐美的探傷車(chē)采用直打70°通道一次波、偏斜70°通道（向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)14°~20°）一次波和二次波進(jìn)行檢測(cè)。線路軸重大的前蘇聯(lián)曾經(jīng)采用內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)35°的一次波檢測(cè)法。

2 探傷車(chē)與探傷儀對(duì)軌頭核傷檢測(cè)的對(duì)比分析

2.1 人工傷損檢測(cè)能力對(duì)比

探傷儀檢測(cè)核傷靈敏度：φ4 mm平底孔當(dāng)量，其超聲反射回的聲壓：

探傷車(chē)檢測(cè)核傷靈敏度：φ3 mm橫通孔當(dāng)量，其超聲反射回的聲壓：

取鋼軌超聲聲程（探輪內(nèi)聲程折算到鋼軌中）100 μs ，探頭頻率2.25 MHz，則統(tǒng)一到超聲檢測(cè)靈敏度為φ4 mm平底孔當(dāng)量時(shí)，探傷車(chē)檢測(cè)靈敏度還需補(bǔ)償

考慮探傷車(chē)為動(dòng)態(tài)檢測(cè)，傷損在間隔采樣和自動(dòng)識(shí)別時(shí)會(huì)降低檢測(cè)靈敏度，還需要補(bǔ)償識(shí)別靈敏度6 dB（試驗(yàn)測(cè)算在最低標(biāo)定靈敏度的基礎(chǔ)上增加6 dB時(shí)，探傷車(chē)在最高檢測(cè)速度下形成3點(diǎn)連續(xù)報(bào)警反射，能夠有效識(shí)別）。此時(shí)測(cè)算出的靈敏度探傷車(chē)與探傷儀相同。

但在探傷車(chē)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，由于探傷車(chē)高速運(yùn)行，其動(dòng)態(tài)耦合、鋼軌表面狀態(tài)不良、自動(dòng)對(duì)中不佳、電路干擾等不能得到足夠補(bǔ)償，為3~6 dB。因此探傷車(chē)在高速檢測(cè)和自動(dòng)識(shí)別后，對(duì)傷損的檢出靈敏度要比探傷儀低3~6 dB。

另外，超聲檢測(cè)對(duì)傷損取向非常敏感，探傷車(chē)與探傷儀核傷探測(cè)的超聲方向不同，因此對(duì)于小核傷的檢測(cè)靈敏度而言，由于探傷工藝的不同就不能簡(jiǎn)單的用增益值的補(bǔ)償來(lái)解決，出現(xiàn)互相不能檢測(cè)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(duì)于較大軌頭核傷，探傷車(chē)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)通道反射情況，如直打70°內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)，有時(shí)還有0°的底波消失，探傷儀在一個(gè)通道會(huì)出現(xiàn)明顯傷損走波。在一處道岔核傷，探傷車(chē)和探傷儀均能有效發(fā)現(xiàn)，對(duì)比分析見(jiàn)圖1。

2.3 軌形正常情況下偏于垂直的較小軌頭核傷

對(duì)于偏于垂直的較小軌頭核傷，探傷車(chē)的直打GC 70°能夠有效檢測(cè)，偏斜70°沒(méi)能有效檢測(cè)，在探傷車(chē)檢測(cè)前進(jìn)行的探傷儀檢測(cè)也沒(méi)能有效檢測(cè)出來(lái)（見(jiàn)圖2）。

2.4 軌形正常情況下帶有偏斜角的較小軌頭核傷

對(duì)有一定偏斜角的較小軌頭核傷，探傷車(chē)不能有效發(fā)現(xiàn)。圖3是探傷儀檢測(cè)的較小軌頭核傷并落錘的照片，探傷車(chē)沒(méi)有有效反射報(bào)警。

2.5 軌頭分離層下核傷檢測(cè)

軌頭內(nèi)部沿鋼軌縱向存在分離層（見(jiàn)圖4（a））。這種分離層經(jīng)檢驗(yàn)為氧化物夾層，已發(fā)現(xiàn)的分離層在軌頭內(nèi)縱向延伸，接近水平狀態(tài)，短的有30～40 mm，長(zhǎng)的超過(guò)100 mm。目前，無(wú)論是探傷車(chē)還是探傷儀，都無(wú)法檢測(cè)到氧化物夾層。含有氧化物夾層的鋼軌鋪設(shè)上線后，以?shī)A層為傷損源，經(jīng)過(guò)列車(chē)重復(fù)作用，在氧化層下部又發(fā)展出軌頭橫向裂紋（核傷）（見(jiàn)圖4（b））。對(duì)于分離層下的核傷，由于分離層的阻隔，探傷車(chē)直打70°不能有效發(fā)現(xiàn)，但探傷車(chē)的偏斜70°通道和探傷儀偏斜檢測(cè)方式能夠發(fā)現(xiàn)此類(lèi)傷損。

2.6 嚴(yán)重磨耗下的軌頭核傷檢測(cè)

嚴(yán)重磨耗的鋼軌（見(jiàn)圖5（a））本身就是重傷軌，需要馬上更換。因種種原因沒(méi)有及時(shí)更換的鋼軌，其探傷檢測(cè)非常困難。對(duì)于嚴(yán)重磨耗鋼軌內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的核傷（見(jiàn)圖5（b）），探傷車(chē)直打70°基本不能發(fā)現(xiàn)該類(lèi)傷損。這類(lèi)較大傷損，探傷車(chē)偏斜70°和探傷儀在一定條件下能夠檢測(cè)到，但往往還未能檢出便發(fā)生斷軌。這需要放寬檢測(cè)指標(biāo)，縮短檢測(cè)周期。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)人工傷損標(biāo)定的核傷檢測(cè)靈敏度值看，探傷車(chē)與探傷儀檢測(cè)靈敏度相當(dāng)；在考慮到探傷車(chē)高速檢測(cè)和自動(dòng)識(shí)別等影響的基礎(chǔ)上，實(shí)際探傷車(chē)高速檢測(cè)過(guò)程中其核傷檢測(cè)靈敏度要比探傷儀低；但由于超聲檢測(cè)對(duì)于傷損的取向比較敏感，對(duì)于小傷損比較二者的檢測(cè)靈敏度沒(méi)有實(shí)際意義，不如相互補(bǔ)充探傷工藝。

圖1 較大軌頭核傷對(duì)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(guò)實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中的檢測(cè)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：對(duì)于較大軌頭核傷，探傷儀和探傷車(chē)均能有效發(fā)現(xiàn)；對(duì)于較小軌頭核傷，同探傷儀相比，高速運(yùn)行的探傷車(chē)檢測(cè)靈敏度要低一些，并且出現(xiàn)二者互有檢測(cè)不到的情況；補(bǔ)充了偏斜70°通道的探傷車(chē)和補(bǔ)充了直打70°通道的探傷儀，兩者的軌頭核傷檢測(cè)能力都有較大提高；由于探傷工藝不同，對(duì)于軌頭核傷，探傷車(chē)以直打70°為主，探傷儀以偏斜70°為主。

超聲波檢測(cè)對(duì)傷損的方向性非常敏感，對(duì)于一些較小核傷，出現(xiàn)偏斜70°能夠有效發(fā)現(xiàn)但直打70°不能有效發(fā)現(xiàn)，直打70°能夠有效發(fā)現(xiàn)但偏斜70°不能有效發(fā)現(xiàn)。因此，建議加強(qiáng)多通道綜合分析和設(shè)置小傷損監(jiān)控，合理設(shè)置檢測(cè)周期，要求在傷損的生命周期內(nèi)至少有效檢測(cè)2~3次。

圖5 嚴(yán)重磨耗下的軌頭核傷

對(duì)于分離層下的核傷和嚴(yán)重磨耗鋼軌的核傷，以具有偏斜角的檢測(cè)通道為主進(jìn)行探傷檢測(cè)。