高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋的探測(cè)方法

周旭

摘 要：近些年我國(guó)高速鐵路事業(yè)發(fā)展已取得較大成就，這對(duì)安全問(wèn)題也提出更高要求。鋼軌焊縫軌底中心極易形成橫向裂紋，嚴(yán)重者甚至?xí)a(chǎn)生斷軌事故，進(jìn)而對(duì)乘客的生命及財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。本文就高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋的相關(guān)概念、探測(cè)必要性、影響因素、探測(cè)方法及探測(cè)操作中的注意事項(xiàng)進(jìn)行初步探討，以期為我國(guó)高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋的探測(cè)提供可用參考。

關(guān)鍵詞：橫向裂紋；鋼軌焊縫；探測(cè)方法

隨著我國(guó)科技學(xué)術(shù)的不斷進(jìn)步、安全體制的逐漸完善，鐵路運(yùn)輸行業(yè)認(rèn)為事故的發(fā)生概率正日益降低，而基礎(chǔ)設(shè)備故障所造成的安全事故則呈逐年上升的趨勢(shì)。據(jù)中國(guó)鐵道年檢數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，我國(guó)“十一五”期間發(fā)生的較大鐵路安全事故為121起，三分之二由斷軌引發(fā)。其中，鋼軌這一大關(guān)鍵影響因素便是其軌底橫向裂紋，且超聲波鋼軌探傷目前暫時(shí)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌底橫向裂紋的探測(cè)、準(zhǔn)確鑒別[1]。近年來(lái)，國(guó)家鐵路提速重載戰(zhàn)略正處于不斷深入階段，重載列車的使用也隨之不斷增加，其對(duì)鋼軌所造成的沖擊也呈不斷加大趨勢(shì)，從而致使軌底橫向裂紋的發(fā)生概率不斷上升，對(duì)高速鐵路的安全運(yùn)輸產(chǎn)生威脅。因此，對(duì)高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋探測(cè)方法加以探討極為必要。

1 高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋探測(cè)的影響因素分析

對(duì)軌底橫向裂紋進(jìn)行探測(cè)時(shí)，采用前后37°探頭，利用軌底裂紋與地面所形成的90°夾角端角的反射回波來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)。當(dāng)裂紋深度剛好為0.3cm時(shí)，所產(chǎn)生的回波強(qiáng)度較高，且其與裂縫深度呈正比。軌底劃痕在軌底也會(huì)形成小端角并產(chǎn)生類似裂紋回波；探傷過(guò)程中，墊板卡損、軌底銹蝕坑洼等均會(huì)產(chǎn)生類軌底回波。氣候、溫度、探頭及電瓶的電壓等均會(huì)對(duì)探傷儀靈敏程度產(chǎn)生影響，因此，回波僅可當(dāng)作軌底裂紋判斷的一個(gè)因素。如此，在軌底探測(cè)過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)軌底回波，還需以前后37°探頭再次確認(rèn)，從而有效避免將軌底墊板卡損臺(tái)階波錯(cuò)誤認(rèn)為是傷波。但軌底劃痕既與軌底裂紋類似，還具備使前后37°探頭產(chǎn)生端角反射的條件，再加之其自然回波規(guī)律具有高度相似性，故前后確認(rèn)法難以對(duì)劃痕與裂痕二者進(jìn)行識(shí)別。

2 SZT-8型鋼軌探傷儀在焊縫軌底橫向裂紋探測(cè)中的應(yīng)用

鋼軌損傷中，焊縫軌底中心橫向裂紋屬常見缺陷類型，多呈“月牙型”狀擴(kuò)展并垂直于軌底面[2]。若上述裂紋受到集中應(yīng)力、溫差變化、養(yǎng)護(hù)不良等諸因素的同時(shí)影響時(shí)便極易產(chǎn)生鋼軌橫向斷裂，斷裂嚴(yán)重時(shí)便會(huì)嚴(yán)重威脅高速列車的行車安全。鋁熱焊接頭軌底焊筋邊緣及、熱影響區(qū)、毗鄰焊熱影響區(qū)的鉗口部位電擊傷等位置均屬軌底橫向裂紋高發(fā)區(qū)，軌底面同裂紋會(huì)構(gòu)成端角反射面。此外，探傷中前后37°探頭均會(huì)同時(shí)發(fā)現(xiàn)軌底線處所產(chǎn)生的規(guī)則倒“V”型圖形。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)論證我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)下述方法可有效提高高速列車鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋探測(cè)的效率。SZT-8型鋼軌探傷儀在對(duì)焊縫進(jìn)行探測(cè)時(shí)，為對(duì)軌底焊筋輪廓的反射波進(jìn)行準(zhǔn)確分辨，以將焊筋輪廓波在軌底判傷中的干擾予以排除，若探頭外部有保護(hù)膜罩則應(yīng)對(duì)其入射點(diǎn)做好標(biāo)記，于CSK-1A試塊R100曲面上標(biāo)記入射點(diǎn)測(cè)試，將曲面發(fā)射最高點(diǎn)作為探頭入射點(diǎn)。一旦發(fā)現(xiàn)焊縫軌底出現(xiàn)傷損圖形便即刻轉(zhuǎn)換A、B界面以得到A顯軌底的波形圖像。而后使儀器處于固定狀態(tài)，并按照上述標(biāo)注入射點(diǎn)讓其經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)儀器并下鍵至對(duì)應(yīng)的出波通道，進(jìn)而得到出波的水平距離相關(guān)參數(shù)，通過(guò)探頭入射點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)水平距離、出波位置等相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量。

焊縫軌底構(gòu)造使得前后37°探頭其反射超聲波與對(duì)側(cè)焊筋能夠構(gòu)成端角反射，以此得到對(duì)側(cè)軌底焊筋反射回波。因本側(cè)軌底焊筋與探頭發(fā)射出的超聲波沒有反射面，因而不能得到本側(cè)軌底焊筋反射回波。此外，是否位于對(duì)側(cè)焊筋邊緣、焊筋輪廓反射波正常與否等，均可通過(guò)波形定位進(jìn)行查看。通常，37°探頭僅能發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)側(cè)軌底焊筋反射的回波，對(duì)本側(cè)則不能發(fā)揮作用。若測(cè)量操作時(shí)發(fā)現(xiàn)出波處于本側(cè)焊筋邊緣位置或焊筋中間，則具有極高的傷損概率；若測(cè)量時(shí)出波處于對(duì)側(cè)焊筋邊緣區(qū)域且反射回波位移較長(zhǎng)，則需綜合多方面因素進(jìn)行分析判斷，此時(shí)便可利用后37°探頭來(lái)定位定性[3]。

班組現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程中，尤其是老雜軌地段及大站場(chǎng)，須根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)前后37°探傷的靈敏度進(jìn)行調(diào)試，不可因?yàn)榭油莩霾ɑ蜍壍卒P蝕而對(duì)探傷靈敏度進(jìn)行人為地降低，此時(shí)便需適當(dāng)提高探頭的探傷靈敏度。通常，正線應(yīng)以軌底存在焊筋輪廓波為宜，站線老雜軌地段則以軌底存在銹蝕坑洼波為宜，并結(jié)合軌面實(shí)際狀態(tài)適當(dāng)調(diào)整探頭探傷的靈敏度。此外，37°探頭還能夠探測(cè)軌腰區(qū)域焊縫軌底Ⅱ區(qū)部位橫向裂紋加以探測(cè)，若位于此區(qū)域、與軌底垂直、深度大于0.3cm，在前后37°探頭均會(huì)顯示良好缺陷回波與B超圖形[4]。

3 高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋探測(cè)作業(yè)要求

①加強(qiáng)儀器保養(yǎng)、維修，確保其處于良好的技術(shù)狀態(tài)；

②儀器帶病時(shí)嚴(yán)禁使用，電瓶電壓不足等均會(huì)影響探頭靈敏度，此時(shí)需停止探測(cè)；

③探傷作業(yè)時(shí)，以前后37°探頭對(duì)軌底橫向裂紋進(jìn)行探測(cè)時(shí)需確保其前后探頭靈敏度一致；

④探傷操作中，探頭靈敏度極易對(duì)軌底劃痕與軌底裂紋等回波位移產(chǎn)生影響，故需注意對(duì)其靈敏度加以修正；

⑤為保證無(wú)縫線路區(qū)段探頭具有高度探傷靈敏度，探傷作業(yè)中若出現(xiàn)接頭，須及時(shí)對(duì)螺孔靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)、修正，此過(guò)程由帶班人員、助聽人員一起監(jiān)督執(zhí)行；

⑥每天上道作業(yè)前須測(cè)試并記錄探傷靈敏度，作業(yè)結(jié)束后再行1次測(cè)試，從而確保探頭具有高度探傷靈敏度，確保探傷質(zhì)量；

⑦針對(duì)標(biāo)記監(jiān)控區(qū)域須進(jìn)行詳細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)復(fù)核，一旦發(fā)現(xiàn)可疑軌底異?；夭氄J(rèn)真進(jìn)行校對(duì)、識(shí)別，以防止漏檢、誤判等情況的發(fā)生。

4 總結(jié)

隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)行車安全要求日漸提高。較之于其他鐵路軌道，高速鐵路在焊縫施工、探傷及管理等諸方面的要求則更為嚴(yán)格。鋼軌軌底的橫向裂紋是鋼軌折斷的重要影響因素，而鋼軌折斷則會(huì)對(duì)個(gè)人及國(guó)家?guī)?lái)巨大的財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重者甚至危及乘客生命，因此，對(duì)高速鐵路鋼軌焊縫軌底中心橫向裂紋相關(guān)探測(cè)方法及注意事項(xiàng)加以探討具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王璐.關(guān)于山區(qū)鐵路焊縫探傷的研究[J].科技傳播，2013，22（11）：76.

[2]李東俠，張大勇.鋼軌焊縫超聲波探傷方法的研究與應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012，9（12）：29.

[3]李錦，牟國(guó)義，馬鐵雷.鋼軌探傷漏檢螺孔裂紋的原因分析和應(yīng)對(duì)措施[J].鐵道建筑，2010，33（11）：133.

[4]戴英東，馬巖.高速鐵路鋼軌焊縫核傷的探測(cè)方法[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2015，31（11）：277.