王振殿

【摘 要】近年來，我國經(jīng)濟突飛猛進，極大地推進了鐵路交通運輸，鐵路網(wǎng)覆蓋面積日漸擴大。鐵路交通運輸作為推動我國經(jīng)濟高速發(fā)展的重要運輸途徑，是我國交通運輸?shù)拇髣用}，我國鐵路系統(tǒng)堅持自立創(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。鋼軌是鐵路交通運輸?shù)幕?，由于近年來鐵路運輸?shù)某兄亓看笠约斑\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，鋼軌無損探傷方法應運而生，在不影響鋼軌性能的情況下完成對鋼軌內(nèi)部組織的檢測。合理的使用無損探傷技術(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度，還能有效降低安全風險和經(jīng)濟損耗，為鐵路交通安全出行提供有力保障。本文主要就鐵路工務鋼軌無損探傷技術(shù)進行深入分析。

【關(guān)鍵詞】工務鋼軌探傷; 無損探傷技術(shù); 應用研究;

1 鋼軌無損探傷技術(shù)概括及特點

鋼軌無損探傷技術(shù)就是利用先進的技術(shù)，在不損害鋼軌使用性能的情況下，對鋼軌內(nèi)部組織進行缺陷檢查，并通過數(shù)字化或者信息化技術(shù)，將檢測出的缺陷反饋給檢測技術(shù)人員。鋼軌無損探傷技術(shù)的應用目的主要包括兩個方面：①精準掌握鋼軌存在的內(nèi)部缺陷與允許負荷、剩余使用壽命進行評估。②利用檢測鋼軌存在的缺陷與制造工藝的關(guān)系，通過檢測反饋給制造，以提高鋼軌制造工藝的改進。目前來看，鋼軌無損探傷技術(shù)朝著標準化、數(shù)字化、精準化、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儀器、檢測標準規(guī)范的制定以及高精度模擬仿真軟件的出現(xiàn)，由此可見，在以后的鋼軌損傷檢測中，無損探傷的應用將會嚴格的把控檢測質(zhì)量、高效率高精度檢測以及改進鋼軌制造工藝，在鐵路交通運輸領(lǐng)域的影響將會越來越大。

鋼軌無損探傷技術(shù)的特點主要有以下幾個方面：①無損傷性：無損傷探傷技術(shù)是利用先進技術(shù)，例如超聲波、磁粉或者射線等，對鋼軌進行質(zhì)量檢測，檢測過程中不會損壞鋼軌的使用性能和鋼軌內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。②實時監(jiān)控：無損探傷技術(shù)結(jié)合數(shù)字化、信息化，能夠?qū)z測數(shù)據(jù)及時的反饋給檢測人員，檢測人員能夠?qū)崟r監(jiān)控鋼軌的質(zhì)量狀態(tài)。③高效準確：結(jié)合計算機技術(shù)，對鋼軌的檢測結(jié)果能夠及時的傳輸?shù)接嬎銠C前端，檢測結(jié)果準確有效，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。

2 鋼軌使用過程中容易出現(xiàn)的缺陷

鋼軌容易出現(xiàn)損傷過程主要是鋼軌制造以及安裝焊接、列車車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、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、焊接點脫落、魚鱗紋以及掉塊等損傷。由于列車承重量大以及運輸次數(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?？傊?，對于鋼軌運作過程中，鐵路相關(guān)部門應做好鋼軌施工質(zhì)量的監(jiān)督和后續(xù)的檢測以及保護，以避免因鋼軌的傷損而發(fā)生安全事故。

3 鋼軌無損探傷技術(shù)的應用

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

3.1 超聲波無損探傷技術(shù)

超聲波是超過人耳聽覺，其頻率高于20 kHz的機械波，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。利用超聲波進行鋼軌探傷時，利用功率放大器對激勵信號放大，由導波傳感器在鋼軌的一端發(fā)出超聲波，超聲波在沒有損傷的鋼軌，導波的相速度基本保持不變;在鋼軌中遇到損傷就會發(fā)生反射、散射等信號，通過信號傳遞進行分析，就能高效率、高精度的找到損傷部位及損傷程度。用超聲波無損探傷可以檢測出鋼軌中裂縫、白點、分層、氣孔、未焊透等不良缺陷。優(yōu)點在于穿透能力強、操作安全、設備輕便、測量精度高、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用。但是超聲波探傷技術(shù)也有自身的局限性，例如檢測結(jié)果顯示不直觀、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，鋼軌在鐵路運輸中承擔著繁重的載荷，長時間的磨損、腐蝕及其他因素的影響，鋼軌會發(fā)生肉眼無法觀察到的缺陷，例如裂紋、銹蝕、剝離掉塊等。超聲波無損探傷在重載鋼軌中的應用隨著技術(shù)的成熟越來越普遍，下面介紹超聲波無損探傷技術(shù)在檢測重載鋼軌底部和頭部的應用。

1）對于鋼軌底部缺陷的檢測主要應用的是00探頭，在進行鋼軌底部探傷檢測時，超聲波無損探傷儀由晶片發(fā)射出縱波會從鋼軌的頭部經(jīng)過鋼軌腰部來到鋼軌底部，在鋼軌底部經(jīng)界面發(fā)射后，被另一晶片接收。當鋼軌中存在裂紋、縮孔以及夾雜物時，都會阻斷超聲波縱波信號的傳輸，然后根據(jù)回波顯示的刻度，對鋼軌中出現(xiàn)缺陷的類型和位置進行判斷，并能夠?qū)Πl(fā)生裂紋的長度進行測量。

2）對鋼軌的頭部進行測量時，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。在鋼軌的頭部檢測過程中，如果鋼軌的頭部完好無損，就不會存在回波信號。如果鋼軌的頭部存在損傷，就會有回波反射回來。根據(jù)回波顯示的情況，對損傷的大小、類型以及位置進行判斷。例如鋼軌頭部生銹，就會出現(xiàn)間斷的報警聲，但用砂紙進行打磨后，跳躍波就會減弱;當鋼軌側(cè)面有剝落掉塊時，也會發(fā)生超聲波反射的情況，說明鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生凸凹不平的水平裂縫，鋼軌內(nèi)部存在著嚴重的損傷，需仔細進行檢查。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，鐵路系統(tǒng)的不斷擴展，一方面加強了我國的交通運輸能力;另一方面由于鋼軌可能出現(xiàn)某些損傷，影響鐵路運輸過程的安全問題。無損探傷技術(shù)的運用，在鋼軌的探傷中起到了重要的作用。從現(xiàn)有的導軌無損探傷技術(shù)來看，各個有各自的優(yōu)勢特點，企業(yè)還需要結(jié)合導軌的自身情況以及現(xiàn)代化技術(shù)，有效的將上述的無損探傷技術(shù)相融合，繼續(xù)探索更為優(yōu)化的無損探傷技術(shù)，提供更為高效率、高準確度的缺陷檢測。另外，還需要加強對于無損探傷技術(shù)的仿真模擬，利用有限元的方法對鋼軌損傷進行預測，更為有效、節(jié)省成本的方式來檢測和預防缺陷。

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（作者單位：中國鐵路北京局集團有限公司）