特殊状态下钢轨探伤仪缺陷检测方法研究.doc

特殊状态下钢轨探伤仪缺陷检测方法研究
唐树林 荣培轩
（南宁铁路局桂林工务段，广西桂林，541001）
摘要：目前钢轨超声波探伤以超声波从钢轨头部人射探测的方法为主，但由于钢轨头顶面接触疲劳产生掉块，碎裂、剥离以及维修养护不当影响钢轨探伤质量，为此，对特殊状态下钢轨探伤存在的问题进行剖析，提出各种不同的检测手段，对钢轨损伤进行捕捉。
关键词：钢轨探伤 缺陷检测 研究

一、概况

目前超声波探测钢轨伤损的技术已经在铁路部门广泛应用，利用探头与钢轨表面的良好耦合和不同的声波角度能较全面的探测出钢轨内部的伤损，在超声波钢轨探伤中，根据钢轨的几何形状，按钢轨产生伤损的部位和性质以及超声波的传播规律，把钢轨探伤区域划分为三个区域。如图1－1。其中Ⅰ区、Ⅱ区为钢轨探伤仪可探测区，Ⅲ区为钢轨探伤仪不可探测区，即盲区。在正常情况下，钢轨轨头探测面无破皮、无锈、无油、无泥沙、轨底无锈坑等条件下。钢轨探伤仪能较全面的探测出钢轨Ⅰ、Ⅱ区域内部的伤损，但在现场探伤作业中，一方面由于机车车轮长期在钢轨的轨头面上行驶，使钢轨产生诸多表面伤损，如鱼鳞伤、掉块，碎裂、剥离等，造成特殊状态下探头与钢轨表面耦合不好。影响钢轨探伤质量。另一方面，工务养护工区维修养护不当，如接头高低不平，钢轨焊补不良等，也造成这种特殊状态下钢轨探伤质量不高，造成探伤漏检。因此，特殊状态下钢轨探伤仪缺陷的检测，是需要认真思索的问题。

二、，特殊状态下影响钢轨探伤仪检测的因素

㈠、钢轨焊补不良长度大于230mm引起的内部伤损探不到。
1、钢轨焊补前剥落掉块或车轮擦伤及钢轨低头等部位用砂轮机打磨时未把钢轨内有肉眼看不到的细小裂纹打磨干净就进行焊补或虽然打磨干净，但焊补不良，探头在焊补层面上时，超声波不能入射至钢轨内部。影响钢轨探伤质量。
2、如果伤损是在焊补层一端另一侧（内侧或外侧）时，70°探头组合方式是前内后外，内部有伤损时也是难以探测到。如图示2－1

㈡.接头轨面碎裂掉块引起钢轨内部有伤探不到。
1、当轨面破损较严重时为什么探不到内部伤损。因为钢轨探伤仪探头的工作是钢轨的轨头面，要求探测面无破损现象，当探头置于破损面上时，超声波是不能透入钢轨内部的，因此，探不到内部的各种伤损，如图示2－2。

2、当轨面破损较小时，螺孔的小裂纹为什么探不到。由于37°探头的折射角是37°，当裂纹是下裂或上裂，破损面刚好在37°探测斜裂纹的范围内时声波透不进去，此时的裂纹是探不到，如图示2－3

根据计算37°探测4mm上裂距螺孔中心50mm的破损面长大于20mm探不到
根据计算37°探测4mm下裂距螺孔中心90mm的破损面长大于20mm探不到
㈢、曲线上股侧磨严重，下股压宽，轨面破皮时有伤难探。
1、钢轨材质强度与车轮材质强度及车轮的接触面影响，当曲线下股钢轨的金属强度不足，在使用中产生轨头顶面金属变形，形成轨头飞边和压宽，轨中心纵向凹和破皮等。曲线上股钢轨内侧与车轮直接接触磨擦，加速钢轨内侧的磨损使轨面呈圆弧状。如图示2－3

2、轨头侧磨严重时为什么探不到内部小伤。钢轨探伤仪在正常探伤设置的两个70°探头是内外偏斜20°或14°。并固定在探头架上，探头的接触面要求与钢轨面完全接触才能有效的发现伤损，由于曲线侧磨损大，轨面呈圆弧状，使70°探头在轨面上是一个点的位置，扫查范围有限，所以有小缺陷时探不到。
3、轨头压宽、轨面破损为什么探不到内部伤。⑴轨头压宽严重、轨面无破损为什么探不到。由于探头是固定在仪器架上，探头横向移动位置有限，探头不能横移至轨面中心，使探头的声波不能完全覆盖钢轨截面，致使部分伤损漏掉。⑵轨头压宽轨面有破损时，探头是不能工作的即声波不能入射至工件内，所以内部有伤损时不能发现。
㈣、轨头两侧和轨底锈坑有小伤难以检出。
钢轨在未上道前长期存放在有腐蚀地点，如煤场附近酸雨地带等，使钢轨面氧化，形成锈坑麻点。钢轨底有锈坑麻点后，仪器在正常灵敏度检查时超声波射至锈坑，使仪器接收到部分能量，在荧光屏上出现杂乱回波报警，即0°探头底波收缩，37°探头在8.8格左右出波报警，70°探头在5格左右出波报警，干扰了有伤的正常出波和报警。因此，有伤难以检出。
㈤、伤损的倾向与探头的角度不垂直时难以探出。
由于伤损的发生是不规则的，仪器的探头角度又是固定的，两只70°探头偏斜20°或14°探测轨头，两只37°和一只0°探头探测轨头至轨底，当探头的折射波束与伤损的倾向不相垂直，偏离角度较大时，此时的伤损难以探出。
1、例一：70°探头在仪器上的一、二通道利用一次波和二次波进行轨头探伤，当内部伤损如图所示时，一次波检查不到，二次波虽然检查到，但波束与伤损面偏离角度较大，缺陷无反射量，因此这类伤损难以探出。如图示意2－5

2、例二：37°探头对小角度裂纹检测困难，尤其是上裂一般为5°～25°，当裂纹较短时，因螺孔曲面的影响，减少了对裂纹的入射能量。而裂纹较长时，又以裂纹作反射面使声束向另一方向反射。
如图示意2－6

㈥、普通接头高低错位，低的钢轨第一螺孔向轨端下裂的短裂纹探不到。
工务养护工区由于接头养护不良或换钢轨时使用的钢轨与换上去的钢轨高度不一致，造成接头高低错位，直接影响钢轨探伤仪探测接头轨端第一螺孔向下裂纹。正常情况下，钢轨探伤仪探头是通过轨端端面折射来检查的，同时探头部分前沿在端面外才能发现。如图示意2－7。

当接头高低错位探头移到该部位时，探头前沿搭在高的钢轨上，后沿在低的钢轨上，形成探头与钢轨架空无耦合。如图示意2－8

三、改变探伤方法和采取的措施

㈠.钢轨焊补探伤
遇有钢轨焊补时，必须坚持两点原则。1、站停看波，水量要足，灵敏度提高3～6dB。2、用校对探头或通用仪器进行轨面直校、小角度偏斜校和轨头侧面校及两只探头一收一发校等特殊检查。当发现伤损时严格按照轻、重伤标准进行判伤。
㈡.接头轨面伤损
遇有接头轨面伤时，除用仪器检查外，必须坚持手工检查（一看、二敲、三照、四卸），当轨面破损影响仪器探伤时，下通知单通知工区和工调要求派人来进行焊补。当破损达到重伤标准时通知工区更换。
㈢.曲线磨耗、下股压宽
1、.改进70°探头内部结构，把探头晶片在探头内部改成偏斜14°（探60kg/m轨），这种改进后的70°探头可以把探头纵向直接接触轨面上。没有改进的70°探头在曲线上与轨面接触少，改进后70°探头基本完全与轨面接触，并且改进后的70°探头完全可以用在直线和曲线上。如图示意3－1

2、目检和用量具检查，经常测定钢轨磨耗量，根据轻、重伤标准进行判伤。
3、轨头压宽轨面无破损时，加大供水量，仪器上的探头尽量调中，在无办法调中的情况下，再用仪器进行反向检查。如图示意3－2.

4、轨头压宽轨面破损时，由于轨面破损，探伤仪器失去对此类钢轨进行监控，因此，通知工区和工调要求更换处理。
㈣、锈坑钢轨
有锈坑的钢轨，特别是轨底三角区有锈坑的钢轨容易产生疲劳核伤造成钢轨折断，因此对此地段的钢轨要求探伤工区缩短检查量和增加探伤周期。执机人员要放慢检查速度听报警和看波，认真分析杂波和伤波，杜绝漏检。
㈤、伤损角度
1、70°探头探伤，为了加强对轨头内部各种倾向伤损的检查，杜绝漏检现象发生，应根据线路情况来改变探头组合方式，同时按检测周期改变前后70°探头的检查方式。例如这次70°检查周期是前内后外，下次的检查周期应该为前外后内的组合方式。下面有几种检查方式可供参考：
⑴、有缝线路组合方式

⑵、无缝线路加强对轨头检查组合方式

2、37°探头对小角度孔裂探伤
为了提高37°探头对螺孔小角度裂纹的探测能力应注意两个方面检查。⑴在正常探伤灵敏度条件下，螺孔小角度下裂和25°以上的上裂（3mm以上）均能发现，因此在检查普轨接头时，应适当提高探测灵敏度，扩大对螺孔小角度上裂的探测范围。⑵充分利用裂纹与螺孔间构成的角反射原理和探头的分辨能力，注意螺孔波起始的波形显示，其规律近似于37°探测螺孔水平裂纹，一般裂纹角度大，伤波与孔波间隔小，反之间隔大。
3、0°探头对小角度孔裂探伤
⑴.当裂纹倾角≥20°，长度≥15mm时，失底波报警；
⑵.当裂纹倾角＜20°，长度≥12mm时，有伤波显示。
当发现轨头有核伤或有螺栓孔裂纹时均应按重伤标准通知工区更换伤损钢轨。
㈥、高低接头的探测
高低接头是形成螺孔裂纹和轨腭裂纹的主要原因。因此，遇有高低接头时，执机人员应加大水量和灵敏度，细致观察前后37°探头和0°探头的出波和失波分析，同时用手工检查锤检查，必要时拆除螺栓观察有否螺孔裂纹。对高低接头做好记录，通知工区整改，共同维护行车安全。
四、结束语

纵观全国铁路发展形势，可以看到铁路正面临一个百年难遇的黄金发展机遇期，尤其是通过第六次大面积提速，全面掌握了时速200公里及以上线路的设计、施工、养护维修等成套技术，我国铁路进入世界铁路既有线提速先进行列，跨入高速时代。随着铁路建设高速的发展，钢轨超声波探伤在防止钢轨折断、确保运输安全中所起的不可取代的重要作用已为所认同，成为创建和谐铁路不可忽视的一个重要环节。
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