周立明

（北京鐵路局北京工務(wù)段，北京 100021）

1 引言

隨著我國(guó)鐵路的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)輸早已成為運(yùn)輸行業(yè)中最為重要的運(yùn)輸方式，客運(yùn)運(yùn)輸?shù)陌踩浴⑹孢m性與高速的運(yùn)輸效率以及貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性、廉價(jià)性，使得鐵路運(yùn)輸成為我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)。為了保證運(yùn)輸?shù)陌踩裕Ｕ翔F路線路的安全成為重中之重的環(huán)節(jié)。

為了保證線路的安全暢通，線路鋼軌質(zhì)量的安全檢測(cè)工作成為守衛(wèi)安全運(yùn)輸?shù)牡谝坏狸P(guān)卡。目前，我國(guó)對(duì)鐵路線路鋼軌的普遍檢測(cè)方式是超聲波探傷法[1]。超聲波探傷是無(wú)損探傷的重要組成部分，在不破壞被檢設(shè)備的前提下，利用超聲波通過(guò)介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生折射與反射的物理特性，對(duì)鋼軌內(nèi)部進(jìn)行檢查，檢測(cè)內(nèi)部是否存在缺陷及定量缺陷大小，用以判定是否影響列車(chē)運(yùn)行，并通知相關(guān)單位對(duì)鋼軌進(jìn)行維修或更換。

鋼軌探傷工作易學(xué)難精，長(zhǎng)期服役的鋼軌在各種應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生不同的疲勞狀態(tài)，以超聲波回波的方式反映到探傷設(shè)備中，干擾探傷作業(yè)人員的判斷。因此，對(duì)于從事鋼軌探傷工作的人員來(lái)講，要了解鋼軌可能產(chǎn)生的各種傷損及其對(duì)線路設(shè)備的影響，同時(shí)還要找出能夠克制它的有效方法及措施。下文根據(jù)本人的經(jīng)驗(yàn)及研究分析，介紹幾種典型的鋼軌傷損類(lèi)型及關(guān)鍵部位的檢測(cè)方法。

2 魚(yú)鱗傷的產(chǎn)生及探測(cè)方法

魚(yú)鱗傷是起源于鋼軌軌頭表面一種類(lèi)似魚(yú)鱗狀金屬碎裂的疲勞傷損，裂紋始于軌頭內(nèi)側(cè)圓弧附近，順列車(chē)運(yùn)行方向向前延伸。裂紋附近常有黑影，魚(yú)鱗紋和黑影沿軌頭橫向發(fā)展的寬度一般可發(fā)展到6～20mm，最深點(diǎn)在魚(yú)鱗裂紋的前內(nèi)角，深度最高可達(dá)20mm。

這些魚(yú)鱗紋隨著時(shí)間的推移會(huì)沿軌頭橫向和內(nèi)部深處發(fā)展，深度發(fā)展至5mm以上會(huì)對(duì)鋼軌造成安全隱患，鋼軌的橫向裂紋是最容易造成鋼軌突然折斷的傷損。細(xì)小的魚(yú)鱗裂紋垂直于鋼軌踏面并伴有一定的傾斜角度，滿足超聲波角反射原理的掃查范圍，探傷儀掃查到該位置時(shí)會(huì)連續(xù)發(fā)出嘟嘟的報(bào)警聲，并接收到上下跳動(dòng)或位移量很小的回波。由于這種現(xiàn)象的干擾會(huì)給探傷作業(yè)人員判定傷損帶來(lái)很大難度，經(jīng)驗(yàn)不足或?qū)麚p認(rèn)識(shí)不清的人員遇有魚(yú)鱗紋密集的線路區(qū)間時(shí)，為減少干擾會(huì)降低探傷靈敏度，以抑制雜波的出現(xiàn)，但由于探傷靈敏度發(fā)生了變化，可能會(huì)導(dǎo)致軌頭內(nèi)部埋藏的傷損也難以順利檢出。

從鋼軌踏面上產(chǎn)生的，用傳統(tǒng)探傷工藝難以辨認(rèn)的可疑波型，可通過(guò)增加通用探傷儀，手執(zhí)K2.5超聲波探頭從軌頭側(cè)面進(jìn)行檢測(cè)的手段，有效地避開(kāi)魚(yú)鱗紋回波的干擾，并增加了從不同方向、不同位置對(duì)軌頭的檢測(cè)。該方式對(duì)魚(yú)鱗紋密集地段出現(xiàn)的可疑波型或傷損數(shù)量異常地段，可以起到良好的檢測(cè)效果。

靈敏度校正完畢后在探傷作業(yè)中遇有魚(yú)鱗紋密集地段不應(yīng)隨意降低靈敏度，特殊地段還應(yīng)適當(dāng)提高靈敏度1dB。同時(shí)，在每個(gè)探傷周期內(nèi)可通過(guò)調(diào)換探頭超聲波發(fā)射方向和角度的方式保證對(duì)軌頭的全斷面探測(cè)。進(jìn)入曲線前先調(diào)整探頭位置，探頭如壓在魚(yú)鱗紋上或緊貼魚(yú)鱗紋接觸面都不能起到良好效果，需加強(qiáng)反向探測(cè)，嚴(yán)格執(zhí)行正、反、正方向的遞進(jìn)探測(cè)。每臺(tái)探傷儀應(yīng)配置不少于三個(gè)70°探頭，其中至少一個(gè)用于一次波掃查，兩個(gè)用于一次波和二次波掃查。盯住波型顯示，仔細(xì)校對(duì)出波、落波位置，波型的位移量，波幅的高低以及探頭的位置，若發(fā)現(xiàn)70°探頭二次波的位移量超過(guò)一大格，波高滿幅且回波清晰穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真校對(duì)復(fù)核。

3 軌頭核傷

從目前所掌握的資料分析，鋼軌形成傷損后未被探傷作業(yè)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成斷軌的主要傷損有兩種：軌頭傷損；螺孔裂紋。其中，雖然螺孔裂紋占傷損總量的比例很大，但探測(cè)的技術(shù)難度不大，所以目前對(duì)軌頭核傷的檢測(cè)尚存在一定的改進(jìn)空間。

核傷主要產(chǎn)生在軌頭內(nèi)部，在檢查時(shí)主要用70°探頭探測(cè)，70°探頭發(fā)現(xiàn)的軌頭核傷與橫向裂紋都屬于重傷傷損，必須及時(shí)對(duì)鋼軌進(jìn)行更換處理。在無(wú)損檢測(cè)工作中，要想提高作業(yè)水平，必須正確熟練地運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。所以，在探傷作業(yè)的前期準(zhǔn)備工作時(shí)，必須在標(biāo)準(zhǔn)試塊上準(zhǔn)確測(cè)出探頭的超聲波入射點(diǎn)，計(jì)算出折射角。同時(shí)，在實(shí)物試塊上測(cè)出探頭的靈敏度余量和缺陷檢出能力。在作業(yè)時(shí)，如果沒(méi)有傷損，則無(wú)回波顯示，當(dāng)遇到傷損時(shí)，儀器會(huì)發(fā)出報(bào)警，屆時(shí)可根據(jù)回波的顯示計(jì)算出傷損的大小和高度。

但在實(shí)際的探傷作業(yè)中，由于鋼軌軌頭的幾何尺寸復(fù)雜和日常鋼軌的養(yǎng)護(hù)工作，也會(huì)產(chǎn)生假信號(hào)，產(chǎn)生報(bào)警，干擾正常的探傷作業(yè)。因此，在核傷探測(cè)方面要有一個(gè)準(zhǔn)確的鑒別和判斷過(guò)程：當(dāng)儀器發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警時(shí)，應(yīng)認(rèn)真觀察波型，根據(jù)回波在熒光屏所顯示的刻度和探頭位于軌頭的位置，可以判斷是缺陷回波還是假信號(hào)。由于鋼軌所處的自然環(huán)境較為復(fù)雜，加上潮濕的空氣，會(huì)對(duì)鋼軌造成嚴(yán)重的銹蝕，很容易引起70°探頭報(bào)警。所以要認(rèn)真觀察鋼軌狀態(tài)，并根據(jù)回波位置，用最短最快的方法來(lái)判定是否出現(xiàn)傷損。

在實(shí)際工作中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有回波在交替位置出現(xiàn)，并發(fā)出短促的報(bào)警聲，這時(shí)我們可以降低探傷靈敏度，使回波得到遏制，用道蹅在軌頭的側(cè)面和顎部來(lái)回刮幾次，如回波消失，可判斷是銹蝕波；如還有較強(qiáng)的回波，就應(yīng)仔細(xì)校對(duì)，一旦確認(rèn)是傷損，應(yīng)做好標(biāo)記，確定其位置，高度和寬度。

在大運(yùn)量的復(fù)線地段，由于列車(chē)的單向運(yùn)行，會(huì)使產(chǎn)生的核傷傾斜角度較大，很難用四點(diǎn)定位法做出判斷，所以掌握基線定位會(huì)非常重要。基線定位的關(guān)鍵是掌握每單位所代表的水平距離與垂直高度的比值，然后通過(guò)三角函數(shù)計(jì)算出核傷的位置及尺寸。如果不能正確使用這些數(shù)據(jù)，在無(wú)縫線路上探傷作業(yè)，就不能提供準(zhǔn)確的傷損定位，導(dǎo)致傷損得不到及時(shí)處理，威脅行車(chē)安全。

目前使用的70°探頭偏斜20°角探測(cè)軌頭，對(duì)于60kg/m鋼軌軌頭偏中位置的核傷的探測(cè)不利，由于現(xiàn)場(chǎng)核傷傾斜角度不同，導(dǎo)致其反射方向發(fā)生變化，使得探傷儀發(fā)現(xiàn)了傷損卻無(wú)法顯示，建議在探測(cè)60kg/m鋼軌時(shí)調(diào)整探頭偏斜角度，調(diào)整范圍 16～18°。

4 道岔檢測(cè)

在經(jīng)過(guò)2007年4月列車(chē)第六次提速后，道岔部位的傷損比以往有明顯增加，因?yàn)殇撥壧絺麅x的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是針對(duì)鋼軌的尺寸設(shè)計(jì)，所以無(wú)法對(duì)道岔岔心和尖軌部位進(jìn)行全斷面的探測(cè)。為了適應(yīng)提速的要求，AT型道岔與可動(dòng)心道岔大量投入使用，這給探傷工作提出了一個(gè)很大的難題。為了解決這一難題，經(jīng)過(guò)反復(fù)查閱有關(guān)貝爾轍叉岔心和AT尖軌的資料后，對(duì)其結(jié)構(gòu)中各部件的功能和應(yīng)力情況進(jìn)行分析和計(jì)算：因AT道岔尖軌軌腰部分加寬，軌頭部位偏斜，受探傷儀的限制，無(wú)法做到全面掃查，而尖軌、可動(dòng)心部位產(chǎn)生的傷損，探頭偏角20°無(wú)法全面檢查到，會(huì)產(chǎn)生安全隱患。在列車(chē)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察和對(duì)比后，把同一問(wèn)題拆開(kāi)分析，終于找出解決難點(diǎn)的方法：①利用鋼軌探傷儀70°探頭一次波探測(cè)近表面內(nèi)側(cè)傷損，把鋼軌探傷儀兩個(gè)70°探頭對(duì)發(fā)，入射點(diǎn)中心內(nèi)側(cè)橫移15mm，同時(shí)對(duì)探頭環(huán)加以修改，對(duì)70°探頭環(huán)偏角加工固定孔成8～10°角，在延長(zhǎng)探測(cè)距離的同時(shí)能夠?qū)夘^上角的傷損進(jìn)行有效掃查。②針對(duì)尖軌外側(cè)軌頭尺寸小于普通鋼軌，厚度比普通鋼軌薄的情況，普通鋼軌下顎反射點(diǎn)在42mm左右，而AT尖軌有效探測(cè)部位下顎反射點(diǎn)在35mm左右，在不改變探頭折射角和入射點(diǎn)的情況下，通過(guò)改變探頭偏角來(lái)縮短水平探測(cè)范圍，這樣就可滿足二次波的有效探測(cè)。

鋼軌探傷不同于超聲波對(duì)其他工件的探傷，它是室外作業(yè)，被檢對(duì)象無(wú)法移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)探傷儀器來(lái)進(jìn)行探傷作業(yè)的，所以在進(jìn)行探傷作業(yè)時(shí)必須要遵循接頭、焊縫站，小腰慢，大腰勻速探的檢查原則。慢走細(xì)檢，兼顧氣候變化對(duì)探傷儀靈敏度的影響，不放過(guò)任何一個(gè)可疑波型。隨著線路設(shè)備不斷為適應(yīng)提速的需要而更新變化，探傷工作的技藝和方法也在不斷發(fā)展，對(duì)探傷作業(yè)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求也越來(lái)越高?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)、開(kāi)拓工作思維、創(chuàng)新探傷技藝將是未來(lái)鋼軌探傷工作的重中之重。