劉琰

（航天工程大學研究生院，甘肅 酒泉 732750）

鐵路交通網(wǎng)作為我國經(jīng)濟社會保障的重要一環(huán)，是我國交通運輸體系不可忽視的組成部分。鋼軌作為城市鐵路交通網(wǎng)絡建設運輸?shù)幕A，運輸過程中承載的重量較大，運輸頻次較高，加上鋼軌幾乎全部暴露于室外環(huán)境，造成鋼軌疲勞和內(nèi)部組織的損傷。鋼軌無損探傷方法，能夠在不影響鋼軌實際使用過程和使用性能的情況下完成對鋼軌內(nèi)部組織的高效率檢測。因此，本文對無損探傷技術及在鋼軌探傷中的應用進行研究，具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。

1 鋼軌無損探傷技術概述

鋼軌無損探傷技術，主要是利用先進的科學技術，在不損害鋼軌現(xiàn)有的基本性能前提下，對鋼軌的內(nèi)部組織之間的排列進行缺陷檢查，并通過數(shù)字化或信息化技術等將檢測得到的鋼軌內(nèi)部組織之間的缺陷反映給檢測人員，從而方便檢測技術人員按照檢測得到的參數(shù)對比，判別該鋼軌是否能夠繼續(xù)使用以及做出相關決策。

在整個鋼軌無損探傷件數(shù)的應用過程中，該技術應用主要包括兩方面內(nèi)容：

一方面是精確掌握鋼軌內(nèi)部所存在的缺陷和整個鋼軌在后續(xù)承載過程中所允許的既定負荷、剩余的使用時間等諸多參數(shù)，進行科學合理的評估以便使用[1]。

另一方面，主要是通過鋼軌無損探傷檢測技術，探測得到鋼軌內(nèi)部存在的缺陷和現(xiàn)有的制造工藝以及生產(chǎn)技術參數(shù)設定之間的關系，通過檢測反饋給工藝鋼軌的制造廠商，以不斷提升鋼軌制造過程中技術的改進。

就現(xiàn)階段而言，鋼軌無損探傷檢測技術不斷朝著智能化、精確化、模擬化、數(shù)字化等多方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在利用較高精度的檢測設備，以更快、更高的效率對鋼軌進行無損檢測，在后續(xù)的鋼軌無損檢測過程中，無損探傷檢測應用將會進一步加強其檢測質量的把控和檢測效率的提升，不斷提高鋼軌檢測精確程度以改善鋼軌制造工藝，促進鐵路交通運輸產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展[2]。

2 鋼軌探傷常見成因分析

隨著我國高速鐵路產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，鋼軌使用范圍進一步拓寬，鋼軌質量也在較大程度上直接影響著我國鐵路交通網(wǎng)絡的正常運行。在鋼軌的制造生產(chǎn)過程中，任意階段出現(xiàn)問題，都很可能導致鋼軌內(nèi)部組織存在缺陷，而該缺陷并不能為人類肉眼所見，絕大部分是鋼軌內(nèi)部存在著白點甚至是非金屬雜質等，會對后續(xù)鋼軌在高速公路運行過程中承載力的最大限度發(fā)揮產(chǎn)生一定的影響。同時，部分鋼軌還存在著內(nèi)部縫隙、裂紋等導致的鋼軌質量問題，甚至是無法使用或使用性能受到限制。

在實際使用過程中，鋼軌的問題主要由以下三方面造成[3]：

一是鋼軌在使用或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了垂直裂縫和縱向裂縫，出現(xiàn)該類問題主要可能由于鋼軌在生產(chǎn)過程中部分生產(chǎn)工業(yè)導致甚至是鋼軌生產(chǎn)原材料存在著雜質，該雜質在生產(chǎn)工藝過程中殘留到了后期，從而使制成的鋼軌產(chǎn)生裂縫。

二是鋼軌內(nèi)部出現(xiàn)了損傷，該類損傷主要是由于鋼軌在生產(chǎn)制造過程中制工業(yè)技術不精或者是生產(chǎn)原材料材質不佳，也可能是由于制成的鋼軌在實際使用過程中長時間處于較高負荷狀態(tài)，導致鋼軌的承載應力過于集中，該情況下出現(xiàn)的損傷多為鋼軌頭部損傷，但是隨著鋼軌運動時間的不斷延長，其頭部損傷會進一步延伸到其中間或末端，從而導致鋼軌的實際承受能力進一步減弱，導致出現(xiàn)安全事故。

三是鋼軌在接觸過程中出現(xiàn)了部分損傷，該類損傷主要是由于鋼軌接頭位置出現(xiàn)了慣性力的作用，從而使得其損傷位置較以往其他部位裂縫更大，因而影響了鋼軌的正常使用。

3 鋼軌無損探傷的實際應用

3.1 檢測數(shù)據(jù)生成

為了進一步分析鋼軌無損探傷的實際應用，首先對鋼軌探傷檢測數(shù)據(jù)生成進行研究，鋼軌探傷車每側鋼軌處設置三個超聲波波輪，共計16 個超聲波閘門的方式，對鐵路系統(tǒng)中鋼軌進行檢測，圖1 即為檢測數(shù)據(jù)通道示意圖，由圖可知，不同閘門之間能夠采取前后或外中內(nèi)斜向角度加檢測方位的方式組成，在鐵路道路列車前進方向時，其鋼軌單側檢測位置為其反方向，在遠離軌道中心線方向和靠近軌道中心線方向，以一定角度對鋼軌的損傷程度進行檢測，從而生成相關檢測數(shù)據(jù)[4]。

圖1 檢測數(shù)據(jù)通道示意圖

根據(jù)鋼軌的探傷檢測數(shù)據(jù)，參照現(xiàn)階段有的鋼軌探傷檢測數(shù)據(jù)分類軟件，按照其以參數(shù)大小將其分為12 類，以其鋼軌檢測數(shù)據(jù)得到參數(shù)。

3.2 探傷靈敏度調節(jié)

目前，鋼軌探傷常用的靈敏度調節(jié)方法主要包括現(xiàn)場參照物調節(jié)方法、對比試塊節(jié)方法和20%林狀回波靈敏度調節(jié)方法三大類別?，F(xiàn)場參照物調節(jié)方法主要是利用鐵路道路網(wǎng)上的在使用的鋼軌的準軌接頭、端面螺栓孔、刀孔甚至是軌頭輪廓等為基本的參照反射物體，以現(xiàn)場調節(jié)鋼軌超聲波的方式探測得到其內(nèi)部損傷的靈敏度，利用鋼軌的軌接頭調整現(xiàn)場的超聲波探測儀，某型號探測得到其具體的靈敏度參數(shù)檢測得到鋼軌接頭顯形如圖2 所示，由圖可知，在前、后、前內(nèi)、前外、后內(nèi)、后外均為70 度的角度的測試條件下，六個測試通道所反射的波形圖均為直線結構形式，其中間并不存在任何斷裂，而前37 度和后37 度兩個檢測通道所得到的反射波形圖呈現(xiàn)出良好狀態(tài)和圓滑狀態(tài)。

圖2 鋼軌接頭顯形示意圖

現(xiàn)場參照物靈敏調節(jié)度方法主要是鋼軌的超聲波探傷檢測方法的重要調節(jié)方式，在鋼軌探傷領域具備較為廣泛的應用，該類方式能夠粗略掌握不同檢測通道是否處于正常工作狀態(tài)以及檢測通道的工作狀態(tài)是否處于良好模式，隨著無縫線路結構的不斷普及，高速鐵路中鋼軌接頭數(shù)量進一步減少，而現(xiàn)場調整鋼軌的超聲波探測方式檢測得到的通道靈敏度存在一定困難。

因此，在任意一次進行數(shù)千米長距離的鐵路鋼軌探傷作業(yè)過程中，該類靈敏度的調節(jié)方法并不能夠做到探傷靈敏度和鋼軌狀態(tài)差異值的實時對比和一一對應，也就存在著以偏概全的不良現(xiàn)象，不能夠真實反映高速鐵路中鋼軌探傷的具體情況。

例如，在無縫線路區(qū)段，當探傷檢測儀檢測到某一通道或者是某一探頭出現(xiàn)安全故障時，其鋼軌表面可能存在剝離和脫落，或是側鋼軌出現(xiàn)污染等不利因素而造成最終的檢測結果出現(xiàn)耦合，在進入鋼軌內(nèi)部的超聲波能量隨著其外在環(huán)境的耦合而出現(xiàn)能量的波動變化后，探測人員在探傷儀上并不能夠觀測得到環(huán)境耦合所造成的異常情況，或即使觀測到該類異常情況，也難以通過人工調節(jié)靈敏度的方式對上述因素變化造成的靈敏度進行調整，因而會導致鋼軌無損探傷檢測遺漏情況[5]。

作為目前常用的調節(jié)方法——20%林狀回波靈敏度調節(jié)方法，主要是借助儀器探頭的在高速鐵路網(wǎng)鋼軌材質表面對其引起其內(nèi)部損傷的外形、表面狀態(tài)等因素進行探測，其中以儀器和探頭形成的林狀回波信號為鋼軌無損探傷檢測定量參數(shù)，以由于材質原因所形成的林狀回波信號變化量不大甚至是不變的情況下作為其鋼軌超聲探傷檢測靈敏度調節(jié)的參照物質，以鋼軌表面原因所形成的林狀回波信號量為其實驗過程中的調節(jié)變量，作為其鋼軌超聲探傷檢測靈敏度的參照物和監(jiān)控耦合狀態(tài)下的參照物。在以某類鋼軌超聲波探傷檢測以為例，采用20%的林狀回波調節(jié)方法進一步調整鋼軌超聲波探傷檢測過程中的靈敏度時，先將鋼軌超聲波探傷檢測儀調整至正常狀態(tài)下的探傷檢測狀態(tài)，將其抑制功能進一步縮小到小甚至是處于關閉狀態(tài)，而將反射道逐個切換后，進一步將其切換為單通道的顯示模式。在待檢測的鋼軌前后附近移動探測儀，獲得不同通道的林狀回波信號幅度，進一步將其幅度調整至20%，在損傷檢測后，隨時關注不同角度的檢測通道的林狀回波信號，觀測其幅度的變化情況，及時調整其靈敏度參數(shù)，將開始的任意角度的不同檢測通道的林狀回波信號幅度保持在原有的滿格幅度的20%左右。

3.3 實際應用

鋼軌無損探傷檢測技術的應用，主要包括鐵路線網(wǎng)中超聲波無損探傷檢測技術、射線無損探傷檢測技術、目視無損探傷檢測技術和渦流無損探傷檢測技術等。以超聲波探傷檢測技術在重載鋼軌上的應用為例分析，當鐵路無線網(wǎng)隨著現(xiàn)代社會發(fā)展需要朝著高速和重載方向上進一步發(fā)展時，鐵路線網(wǎng)的實際覆蓋范圍進一步擴大，所需的鋼軌數(shù)量也隨之增加，鋼軌在鐵路系統(tǒng)中所承載著繁重的運載任務、長時間的磨損或外界露天環(huán)境下造成的腐蝕等諸多因素的影響，會使得鋼軌的內(nèi)部組織之間發(fā)生人員無法觀測得到的缺陷，例如出現(xiàn)內(nèi)部裂紋、銹蝕等。超聲波無損探傷檢測技術在重載鋼軌中的應用，能夠通過無損檢測技術探究其重載鋼軌軌道底部和頭部之間的具體損傷情況。如對鋼軌底部缺陷探測過程中，利用探頭對鋼軌底部進行檢測時，超聲波無損探傷檢測儀主要突破晶片發(fā)射出相應的縱波，沿著鋼軌的頭部到鋼軌的腰部，在其截面上形成完整的能量回波；在鋼軌底部反射界面之后，被另一個芯片所吸收，當鋼軌中存在著任意的裂紋或是縫隙、金屬雜質后，都會阻斷超聲波在截面上的縱波傳遞信號，從而使得其回波顯示刻度出現(xiàn)問題，因此需依靠檢測人員對其具體缺陷類型和位置進行判斷。

4 結論

鐵路網(wǎng)絡系統(tǒng)隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展不斷擴大布局范圍，在助力我國交通運輸產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化基礎上，隨之而來的鋼軌安全運輸問題也引起了社會各界人士的廣泛關注。

本文在對鋼軌無損探傷技術進行概述的基礎上，分析了鋼軌探傷常見的原因，對鋼軌無損探傷諸如檢測數(shù)據(jù)生成、探傷靈敏度調節(jié)等實際應用過程進行梳理，旨在為更好地利用鋼軌探傷技術提供參考。