熊龍輝, 劉秀波, 劉慶偉, 張玉華, 石永生

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 研究生院, 北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)研究所, 北京 100081；3.漯阜鐵路有限責(zé)任公司, 河南 周口 466000；4.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)中心, 北京 100081；5.南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 江蘇 南京 211100）

0 引言

鐵路在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著重要角色, 在社會(huì)發(fā)展中具有特殊意義[1］。鋼軌是鐵路基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵部件之一, 鋼軌在服役過程中, 長(zhǎng)期受到列車輪對(duì)擠壓、摩擦和碰撞, 容易產(chǎn)生傷損。鋼軌傷損主要包括內(nèi)部及淺表層傷損2類, 淺表層傷損是誘發(fā)內(nèi)部傷損的主要因素之一。通過在役鋼軌淺表層傷損快速檢測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確評(píng)估其損傷程度, 適時(shí)進(jìn)行鋼軌維護(hù)修理, 將有效降低鐵路鋼軌維護(hù)成本, 并減少因鋼軌淺表層傷損發(fā)展而形成的鋼軌斷軌事故, 保障鐵路行車安全。

鋼軌淺表層傷損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了百年, 其中車載快速檢測(cè)技術(shù)主要包括視覺和渦流檢測(cè)2類, 國(guó)內(nèi)外都有相應(yīng)研究和應(yīng)用。我國(guó)鋼軌淺表層傷損快速檢測(cè)技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比仍存在一些差距, 通過鋼軌淺表層傷損類型、相關(guān)檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用情況等幾個(gè)方面進(jìn)行分析, 提出鋼軌淺表層傷損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。

1 傷損類型

鋼軌淺表層傷損根據(jù)形成原因可分為鋼軌外傷、輪軌接觸疲勞、鋼軌磨耗和銹蝕等[2］。鋼軌外傷常見傷損有擦傷、硌傷、碰傷和劃痕等。輪軌接觸疲勞導(dǎo)致的常見傷損有魚鱗紋、隱傷、掉塊等。鋼軌磨耗常見傷損有鋼軌垂磨、側(cè)磨、波磨等。

1.1 擦傷

鋼軌擦傷為鋼軌常見病害形式之一（見圖1）, 高速鐵路鋼軌擦傷影響軌道的平順性, 使得輪軌沖擊力急劇增大, 從而可能使鋼軌結(jié)構(gòu)破壞。擦傷嚴(yán)重時(shí)在車輪反復(fù)作用下可能形成鋼軌橫向裂紋[3］?！陡咚勹F路鋼軌打磨管理辦法》規(guī)定：鋼軌頂面連續(xù)或多處擦傷深度不大于0.5 mm時(shí)使用打磨車打磨, 深度大于0.5 mm時(shí)使用打磨車打磨或銑磨車銑磨[4］。

圖1 鋼軌擦傷

1.2 硌傷

鋼軌表面硌傷在輪軌反復(fù)作用下, 會(huì)發(fā)生疲勞破壞, 進(jìn)而可能發(fā)展成鋼軌核傷。因此, 需要對(duì)鋼軌硌傷及時(shí)識(shí)別和處置, 防止硌傷發(fā)展形成裂紋、掉塊和核傷（見圖2）。

圖2 鋼軌表面硌傷

1.3 魚鱗紋

輪軌接觸疲勞在鋼軌軌距角處容易形成魚鱗狀裂紋, 通常稱為魚鱗紋（見圖3）。魚鱗紋嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響超聲波內(nèi)部傷損檢測(cè), 需要及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。在速度等級(jí)大于160 km/h的線路, 剝離掉塊的長(zhǎng)度超過25 mm且深度超過3 mm即判為重傷。

圖3 魚鱗紋

1.4 隱傷

輪軌接觸疲勞在鋼軌踏面容易形成斜線狀剝離裂紋, 該裂紋在輪軌力作用下會(huì)產(chǎn)生踏面橢圓形凹陷, 同時(shí)伴有V形裂紋, 且裂紋隨著輪軌作用力的疊加不斷擴(kuò)展, 通常稱為隱傷（見圖4）。鋼軌踏面隱傷一旦形成, 會(huì)對(duì)軌道平順性、高速列車運(yùn)行平穩(wěn)性造成不利影響, 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鋼軌斷裂, 從而危及行車安全。

圖4 隱傷

1.5 鋼軌磨耗

鋼軌磨耗是輪軌接觸時(shí)鋼軌接觸部位表面金屬發(fā)生磨損和塑性變形, 從而導(dǎo)致鋼軌斷面發(fā)生變形。在速度等級(jí)大于160 km/h的線路, 鋼軌垂磨大于10 mm或側(cè)磨大于12 mm即判為重傷, 鋼軌磨耗不僅影響超聲波聲束的入射及檢測(cè)時(shí)的探輪對(duì)中, 還會(huì)影響輪軌關(guān)系。

2 檢測(cè)技術(shù)

在鋼軌無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域, 國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者研究了超聲波、電磁、光學(xué)、熱成像、射線、滲透等不同物理原理檢測(cè)技術(shù), 此處主要對(duì)在役鋼軌淺表層傷損常用檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析。

2.1 超聲波檢測(cè)

鋼軌超聲波檢測(cè)技術(shù)主要包括傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)技術(shù)和超聲波相控陣檢測(cè)技術(shù)2類。

（1）傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)技術(shù)。超聲檢測(cè)基于超聲波進(jìn)入被測(cè)物體后, 通過接收器觀察超聲波在被測(cè)件中的反射信號(hào), 從而判定被測(cè)件內(nèi)部的缺陷位置和大小等。超聲技術(shù)的穿透能力較強(qiáng), 對(duì)鋼軌內(nèi)部的平面型裂紋缺陷定位準(zhǔn)確且檢測(cè)靈敏度高。但超聲技術(shù)存在表面檢測(cè)盲區(qū), 難以檢測(cè)淺表層疲勞裂紋。另外, 鋼軌淺表層疲勞裂紋可能阻礙超聲波入射到被測(cè)件內(nèi)部, 會(huì)對(duì)疲勞裂紋下的內(nèi)部缺陷檢測(cè)帶來(lái)不利影響。

（2）超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)。超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)通過控制晶片陣列的激勵(lì)延時(shí), 控制發(fā)射聲束的偏轉(zhuǎn)、聚焦等聲場(chǎng)特征, 形成3D檢測(cè)數(shù)據(jù)體, 實(shí)現(xiàn)多方式、多角度的圖像顯示[5-6］。張俊嶺等[7］研制了橫裝楔塊的相控陣投影扇掃技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了鋼軌母材和焊縫軌頭部位的檢測(cè)。西南交通大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院無(wú)損檢測(cè)研究中心研究了快速相控陣技術(shù), 利用相控陣探頭在一個(gè)脈沖觸發(fā)周期內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)角度的聲束, 將數(shù)據(jù)處理速度提高到普通相控陣的5倍以上, 從而實(shí)現(xiàn)探傷系統(tǒng)快速檢測(cè)[8-9］。

超聲波可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè), 目前主要用于檢測(cè)軌頭橫向裂紋、軌頭軌腰縱向水平裂紋、螺孔裂紋、焊縫軌頭軌腰疲勞傷損和軌底的軌腰投影區(qū)處橫向裂紋等內(nèi)部傷損, 當(dāng)淺表層傷損缺陷發(fā)展到一定程度時(shí), 超聲波B顯信號(hào)存在一定反射回波、可以用于辨別淺表層缺陷（見圖5）。對(duì)于鋼軌淺表層傷損, 超聲波技術(shù)僅可判斷有無(wú), 無(wú)法對(duì)傷損程度進(jìn)行評(píng)估, 也難以對(duì)擦傷、硌傷、隱傷等不同類型的淺表層傷損進(jìn)行區(qū)分。

圖5 軌面擦傷的B顯回波信號(hào)

2.2 電磁檢測(cè)

目前鋼軌淺表層傷損電磁檢測(cè)技術(shù)中, 常用的檢測(cè)方法有漏磁檢測(cè)和渦流檢測(cè)技術(shù), 這2種電磁檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)成熟, 也容易實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。

（1）漏磁檢測(cè)技術(shù)。漏磁檢測(cè)技術(shù)基于被磁化工件缺陷處的磁導(dǎo)率變化, 使用磁傳感器獲取漏磁場(chǎng)信息的方法檢測(cè)鐵磁性材料的淺表層缺陷。南京航空航天大學(xué)王平研究團(tuán)隊(duì)[10-12］開展了大量鋼軌傷損漏磁檢測(cè)相關(guān)研究, 研究了鐵磁性材料動(dòng)態(tài)磁化過程機(jī)理, 完善了已有的快速電磁技術(shù)的檢測(cè)理論。徐其瑞等[13］在車載式漏磁檢測(cè)方面開展了車載檢測(cè)環(huán)境適應(yīng)性以及可行性論證。漏磁檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)深度較渦流檢測(cè)技術(shù)深, 不存在趨膚效應(yīng)的影響, 同時(shí)具有原理簡(jiǎn)單、信號(hào)易處理等特點(diǎn), 在鋼軌淺表層傷損檢測(cè)應(yīng)用中具有較好的推廣意義。

（2）渦流檢測(cè)技術(shù)。渦流檢測(cè)技術(shù)基于缺陷導(dǎo)致的材料電導(dǎo)率變化, 通過檢測(cè)線圈測(cè)量感應(yīng)電渦流引起的磁場(chǎng)變化, 獲取被測(cè)件中缺陷信息。渦流檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)鐵路鋼軌傷損檢測(cè)中主要用于低速檢測(cè), 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱鐵科院集團(tuán)公司）針對(duì)鋼軌淺表層傷損程度評(píng)估開展了相關(guān)研究, 提出了指數(shù)函數(shù)擬合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等渦流檢測(cè)技術(shù)評(píng)估方法[14-15］。瑞士Speno公司開發(fā)的車載HC-Grinding Scanner系統(tǒng)能在鋼軌打磨過程中實(shí)時(shí)提供鋼軌?mèng)~鱗紋的尺寸和位置信息[16-17］。由于趨膚效應(yīng)的影響, 渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)于發(fā)展程度較深的淺表層傷損難以評(píng)估, 但對(duì)一定深度以內(nèi)的傷損檢測(cè)精度較高；同時(shí), 由于渦流檢測(cè)原理對(duì)電渦流進(jìn)行檢測(cè), 快速檢測(cè)傳感器的封裝材料材質(zhì)需要考慮材料的導(dǎo)電性, 選擇受到一定局限。所以在對(duì)一定深度以內(nèi)的淺表層傷損進(jìn)行快速檢測(cè)時(shí), 解決了傳感器快速檢測(cè)情況下封裝材料和振動(dòng)的問題后, 渦流檢測(cè)技術(shù)可有效應(yīng)用于鋼軌淺表層傷損快速檢測(cè)。

漏磁和渦流檢測(cè)技術(shù)分別運(yùn)用了淺表層傷損對(duì)鋼軌材料磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率不連續(xù)的影響, 可實(shí)現(xiàn)對(duì)傷損的檢測(cè)；同時(shí), 依據(jù)不同傷損大小對(duì)鋼軌材料磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率不同程度的影響, 可以對(duì)傷損發(fā)展深度進(jìn)行評(píng)估。漏磁和渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)淺表層傷損檢測(cè)時(shí)信號(hào)特征值隨傷損深度變化趨勢(shì)見圖6。然而, 提離變化對(duì)電磁快速檢測(cè)技術(shù)傷損評(píng)估的影響將成為主要影響因素, 是該技術(shù)工程化需解決的重點(diǎn)問題。

圖6 漏磁和渦流檢測(cè)技術(shù)信號(hào)特征值隨傷損深度變化

2.3 視覺檢測(cè)

鋼軌視覺檢測(cè)技術(shù)通常為采用非接觸式光學(xué)器件自動(dòng)采集并處理鋼軌圖像, 從而獲得鋼軌淺表層傷損信息。國(guó)內(nèi)大量學(xué)者對(duì)視覺檢測(cè)技術(shù)在鋼軌傷損檢測(cè)中的應(yīng)用開展了相關(guān)研究。鐵科院集團(tuán)公司利用高清成像、機(jī)器視覺和控制工程等技術(shù), 于2011年研制了搭載于鋼軌探傷車上的鋼軌擦傷檢測(cè)系統(tǒng)[18-19］, 表面?zhèn)麚p的檢出率高于90%, 目前已在全路范圍應(yīng)用。

隨著視覺檢測(cè)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展, 鋼軌視覺檢測(cè)技術(shù)將從檢測(cè)項(xiàng)目更多、提供信息更全、分類識(shí)別更準(zhǔn)3個(gè)方面得到進(jìn)一步研究。很多學(xué)者已經(jīng)研究了視覺檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼軌磨耗、光帶異常、魚鱗紋等不同類型的淺表層傷損檢測(cè)。譚松等[20］研制了車載式鋼軌光帶異常視覺檢測(cè)系統(tǒng), 可實(shí)現(xiàn)光帶寬度和中心位置等光帶狀態(tài)檢測(cè)。張博等[21］根據(jù)鋼軌?mèng)~鱗紋具有方向性的特征, 采用縱向灰度值積分的方法提取鋼軌表面區(qū)域, 提出了梯度方向直方圖的方法判斷魚鱗紋是否存在, 檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到97.33%。石甜[22］研究了基于二維和三維的復(fù)合鋼軌視覺檢測(cè)技術(shù), 提出了一種可以提供傷損深度信息的動(dòng)態(tài)特征提取方法。王勝春等[23］將粗糙集理論應(yīng)用于鋼軌淺表層傷損分類中, 不同淺表層傷損的灰度值分布見圖7。

圖7 不同淺表層傷損的灰度值分布

視覺檢測(cè)技術(shù)已成熟應(yīng)用于鋼軌淺表層傷損檢測(cè), 但依然存在軌面油污、光線干擾等影響, 難以檢出微小傷損, 不能對(duì)傷損深度進(jìn)行評(píng)估等問題。為實(shí)現(xiàn)鋼軌淺表層傷損快速、準(zhǔn)確識(shí)別, 后續(xù)視覺檢測(cè)技術(shù)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同類型淺表層傷損檢測(cè)需求, 結(jié)合超聲波、電磁等其他檢測(cè)技術(shù), 提高傳感器分辨率, 在二維三維技術(shù)融合分析、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新。

2.4 熱成像檢測(cè)

熱成像檢測(cè)技術(shù)是指利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量, 從而獲得紅外熱像圖, 熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)需要紅外激勵(lì)熱源對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行激勵(lì)。彭建平[24］分析了表面裂紋的熱傳導(dǎo)模型；白潔等[25］提取了裂紋的溫度瞬態(tài)特征、空間溫度分布特征, 實(shí)現(xiàn)了裂紋檢測(cè)；高運(yùn)來(lái)[26］提出了采用鐵氧體磁軛式激勵(lì)結(jié)構(gòu)的多物理電磁脈沖熱成像裂紋檢測(cè)方法；苗玲等[27］實(shí)現(xiàn)了鋼軌踏面復(fù)雜滾動(dòng)接觸疲勞裂紋的有效性檢測(cè)；陸小龍等[28］研究了氣流熱成像鋼軌淺表層傷損快速檢測(cè)技術(shù), 通過優(yōu)化激勵(lì)源、熱像儀和試件的空間位置, 結(jié)合熱像處理算法消除了速度效應(yīng)和試件表面發(fā)射率不均的影響, 在高達(dá)81.6 km/h的檢測(cè)速度下, 氣流熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出快速轉(zhuǎn)盤邊緣圓柱面上傾斜角度的人工裂紋（見圖8）。

圖8 速度為81.6 km/h時(shí)氣流熱成像檢測(cè)結(jié)果

與傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比, 主動(dòng)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)受提離效應(yīng)影響小, 具有多物理時(shí)空特性和豐富的瞬態(tài)信息, 空間分辨率和對(duì)近表面深度缺陷的檢測(cè)靈敏度高。然而, 該技術(shù)在快速檢測(cè)時(shí)熱源激勵(lì)影響因素較多, 且成本較高, 在解決熱源激勵(lì)工程化問題后, 且隨著技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)成本降低, 熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將在鋼軌淺表層傷損檢測(cè)評(píng)估中發(fā)揮重要作用。

3 檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

鋼軌淺表層傷損快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用主要依托于鋼軌探傷車, 一般檢測(cè)速度為40~80 km/h。

3.1 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)Sperry公司研制的鋼軌探傷車主要以超聲波檢測(cè)技術(shù)為主, 部分探傷車結(jié)合電磁感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)和渦流檢測(cè)技術(shù)。采用渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼軌踏面的滾動(dòng)接觸疲勞裂紋進(jìn)行檢測(cè), 渦流探頭采用4通道, 檢測(cè)不超過5 mm深度的開口裂紋, 檢測(cè)結(jié)果可以幫助提高鋼軌打磨效率。另外, 采用電磁感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)對(duì)軌頭橫向缺陷及垂直劈裂等缺陷進(jìn)行檢測(cè)[29-30］。

俄羅斯Tvema公司探傷車集成了超聲波檢測(cè)技術(shù)和弱磁檢測(cè)技術(shù)。通過弱磁傳感器檢測(cè)到的地磁場(chǎng)大小可以有效檢測(cè)出鋼軌接頭的位置, 從而在B顯界面準(zhǔn)確地顯示出鋼軌接頭位置, 用于其他傷損的定位。另一方面, 該弱磁檢測(cè)技術(shù)可以輔助超聲波檢測(cè)系統(tǒng)判定鋼軌淺表層傷損。

德國(guó)鐵路公司運(yùn)營(yíng)的檢測(cè)列車SPZ1安裝了德國(guó)PLR研制的超聲波和渦流檢測(cè)系統(tǒng), 檢測(cè)速度可達(dá)80 km/h, 每根鋼軌使用10個(gè)超聲波探頭和4個(gè)渦流探頭, 其中4個(gè)渦流探頭可以覆蓋鋼軌軌距角表面 約25 mm的 范圍[31］。歐洲Eurailscout Inspection公司在EURAILSCOT UST02鋼軌探傷車上搭載了超聲波、渦流和視覺檢測(cè)系統(tǒng)（見圖9）, 研究了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的3種檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)鋼軌隱傷識(shí)別的綜合分析方法, 提取超聲波不同類型通道像素深度值、渦流信號(hào)的峰值和經(jīng)過處理的圖像Blob參數(shù)、平均強(qiáng)度峰值變化等作為特征值, 建立了分類模型, 實(shí)現(xiàn)了隱傷識(shí)別準(zhǔn)確率為97%, 比單獨(dú)一種技術(shù)的準(zhǔn)確率有顯著提高[32-33］。

圖9 超聲波、渦流和視覺檢測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析

3.2 我國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)自1993年開始從國(guó)外引進(jìn)超聲波探傷系統(tǒng), 檢測(cè)速度從40 km/h提高到80 km/h[34］。目前我國(guó)鐵路大部分鋼軌探傷車為SYS1900型超聲波探傷系統(tǒng), 車體為寶雞中車生產(chǎn)的GTC-80型鋼軌探傷車[35］, 同時(shí)搭載軌道狀態(tài)巡檢系統(tǒng)、鋼軌輪廓檢測(cè)系統(tǒng), 各檢測(cè)系統(tǒng)分別對(duì)鋼軌內(nèi)部傷損、表面擦傷、鋼軌磨耗等傷損進(jìn)行檢測(cè)[36］。

朔黃鐵路重載綜合探傷車包括軌道檢測(cè)、軌道巡檢、鋼軌波磨、斷面磨耗、路基道床檢測(cè)及鋼軌探傷等功能, 可同步提供工務(wù)各專業(yè)數(shù)據(jù)。對(duì)鋼軌可疑傷損分析評(píng)定時(shí), 結(jié)合線路技術(shù)狀況, 綜合應(yīng)用鋼軌波磨、斷面磨耗、軌道巡檢、軌道幾何、路基道床檢測(cè)等數(shù)據(jù), 多專業(yè)、全方位綜合分析傷損的嚴(yán)重程度和危害性[37］。

國(guó)家能源集團(tuán)新朔鐵路GTC-80型鋼軌探傷車搭載了融合傳統(tǒng)超聲和相控陣超聲波探傷系統(tǒng)、鋼軌輪廓檢測(cè)系統(tǒng)和軌道狀態(tài)巡檢系統(tǒng)。其中, 相控陣超聲技術(shù)為快速相控陣技術(shù), 可實(shí)現(xiàn)不更換探輪的情況下調(diào)整探頭角度, 較好兼容不同軌型或不同打磨量的鋼軌探傷[38-39］。

從2012年至2017年, 鐵科院集團(tuán)公司研制了第一代自主化鋼軌探傷系統(tǒng), 并聯(lián)合金鷹重工研制出GTC-80X型鋼軌探傷車, 已在國(guó)家鐵路、地方鐵路和地鐵投入使用[40-41］。在第一代自主化鋼軌探傷車研究基礎(chǔ)上, 又進(jìn)一步研制出了搭載超聲波探傷系統(tǒng)和電磁檢測(cè)系統(tǒng)的GTC-80ⅡX型鋼軌探傷車, 同時(shí)搭載了軌面高清檢測(cè)系統(tǒng)和鋼軌輪廓檢測(cè)系統(tǒng), 可實(shí)現(xiàn)鋼軌綜合檢測(cè), 該型號(hào)探傷車已在我國(guó)2家鐵路局集團(tuán)公司開展試用（見圖10）。

圖10 自主化鋼軌探傷車

4 檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

由于鋼軌探傷車超聲波檢測(cè)技術(shù)存在檢測(cè)盲區(qū), 淺表層傷損超聲波回波信號(hào)成像形式見圖11。從圖中可以看出探傷車超聲波技術(shù)存在以下問題：（1）超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)擦傷和隱傷有一定的反射回波, 但是難以對(duì)淺表層傷損程度進(jìn)行評(píng)估, 同時(shí), 淺表層缺陷也存在一定的漏檢情況。（2）在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)鋼軌維護(hù)中, 隱傷較擦傷的危害大, 可以直接判為重傷；同時(shí), 軌頭表面裂紋的存在可能阻礙聲波進(jìn)入鋼軌內(nèi)部, 從而影響內(nèi)部缺陷的有效檢測(cè)。超聲波檢測(cè)在狀態(tài)調(diào)整較好時(shí), 對(duì)擦傷和隱傷都存在一定的發(fā)射回波, 但對(duì)擦傷和隱傷的反射回波無(wú)法進(jìn)行區(qū)分。

圖11 淺表層缺陷超聲波回波信號(hào)

所以, 未來(lái)淺表層傷損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)為：（1）綜合不同物理原理的多種檢測(cè)技術(shù)手段, 根據(jù)各技術(shù)手段特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)鋼軌融合分析, 如利用超聲波對(duì)一定深度的淺表層傷損有反射回波, 為傷損判斷提供更多信息；電磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同深度的淺表層傷損可實(shí)現(xiàn)分級(jí)評(píng)估；視覺和熱成像檢測(cè)對(duì)傷損表面尺寸敏感的優(yōu)勢(shì)等, 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)特征級(jí)或決策級(jí)融合分析, 提高淺表層傷損類型識(shí)別及定量評(píng)估的準(zhǔn)確率。（2）對(duì)于電磁檢測(cè)和熱成像檢測(cè)技術(shù), 進(jìn)一步研究其工程化過程中需要解決的提離變化、高成本等問題, 為淺表層傷損定量評(píng)估提供更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)依據(jù)。（3）研究不同技術(shù)手段間的數(shù)據(jù)精確對(duì)齊, 可分為數(shù)據(jù)最小顆粒初步對(duì)齊和數(shù)據(jù)固有特征精確對(duì)齊, 為數(shù)據(jù)融合分析提供支撐。

5 結(jié)束語(yǔ)

在役鋼軌淺表層傷損包括擦傷及掉塊、魚鱗紋及掉塊、硌傷、隱傷、磨耗等不同類型, 不同類型傷損危害程度不同, 實(shí)現(xiàn)在役鋼軌淺表層傷損的類型識(shí)別和定量評(píng)估, 對(duì)鐵路鋼軌養(yǎng)護(hù)維修具有重要意義。

綜述了鋼軌傷損常用檢測(cè)技術(shù)中超聲波、電磁、視覺和熱成像檢測(cè)的特點(diǎn)。超聲波技術(shù)僅可對(duì)淺表層傷損判斷有無(wú), 無(wú)法對(duì)傷損程度進(jìn)行評(píng)估, 也難以對(duì)擦傷、硌傷、隱傷等不同類型的淺表層傷損進(jìn)行區(qū)分。漏磁和渦流檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌傷損的檢測(cè), 同時(shí), 依據(jù)不同傷損大小對(duì)鋼軌材料磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率不同程度的影響, 可以對(duì)傷損發(fā)展深度進(jìn)行評(píng)估。然而, 在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)一步解決快速檢測(cè)情況下提離變化對(duì)定量評(píng)估的影響。鋼軌視覺檢測(cè)技術(shù)將逐漸向檢測(cè)項(xiàng)目更多、提供信息更全、分類識(shí)別更準(zhǔn)方向發(fā)展。主動(dòng)紅外熱成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有多物理時(shí)空特性和豐富的瞬態(tài)信息, 空間分辨率和對(duì)淺表層缺陷的檢測(cè)靈敏度高。但該技術(shù)在快速檢測(cè)時(shí)需要解決熱源激勵(lì)影響因素較多的問題并控制成本。

未來(lái)淺表層傷損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)為多技術(shù)手段融合分析、數(shù)據(jù)同步精確對(duì)齊和對(duì)于尚未成熟應(yīng)用技術(shù)的工程化。