淺談地鐵鋼軌探傷技術(shù)解析

1、淺談地鐵鋼軌探傷技術(shù)孔翎【摘要】 城市軌道交通中鋼軌的質(zhì)量、工作狀態(tài)對(duì)整個(gè)線(xiàn) 路的質(zhì)量以及行車(chē)安全有著直接的影響。鋼軌傷損主要以表 面掉塊等疲勞性損傷為主。城市軌道交通有針對(duì)性地提生了 鋼軌傷損防治對(duì)策，如提高鋼軌焊接質(zhì)量、縮短探傷周期、 引進(jìn)新的探傷方法及先進(jìn)設(shè)備和做好鋼軌探傷檢查工作?！娟P(guān)鍵詞】 鋼軌傷損；安全分析；防治一、概述鋼軌是線(xiàn)路上部建筑中直接承受機(jī)車(chē)車(chē)輛各種荷載的 部分。鋪設(shè)在線(xiàn)路上的鋼軌，在機(jī)車(chē)車(chē)輛作用下，又由于養(yǎng) 護(hù)和氣候條件等不同，鋼軌在使用過(guò)程中極易發(fā)生各種各樣 的傷損。因此，加強(qiáng)探傷檢查，及時(shí)更更換傷損鋼軌，是綜 合機(jī)電工建部門(mén)保證行車(chē)安全的一項(xiàng)重要措施。地下鐵道作為城

2、市軌道交通的一種重要形式，具有行車(chē) 密度大、載重較小、通過(guò)總量大、乘客舒適度要求高、安全 系數(shù)要求高等特點(diǎn)；地鐵線(xiàn)路絕大部分都處于隧道中，埋深 較大，情況復(fù)雜；正線(xiàn)基本上采用整體道床，變形較小。作 為線(xiàn)路重要組成部分一一地鐵里的鋼軌，比起普通鐵路來(lái)， 具有許多不同的特點(diǎn)。鋼軌探傷是線(xiàn)路月檢的重要內(nèi)容之 一，是保障鋼軌情況正常，確保地鐵行車(chē)安全的重要手段之 一。雖然普通鐵路的鋼軌探傷工作開(kāi)展時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)豐富， 模式較為成熟，但由于地鐵鋼軌探傷與普通鐵路情況大為不同，單純地照搬、硬套，不能很好地指導(dǎo)地鐵的鋼軌探傷工作； 因此， 結(jié)合現(xiàn)有的地鐵線(xiàn)路鋼軌探傷資料和積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其方法、模式進(jìn)行分析和討

3、論，就顯得十分重要和必要。二、地鐵線(xiàn)路鋼軌常見(jiàn)傷損核傷、魚(yú)鱗紋、表面掉塊、螺孔裂紋、水平裂紋、橫向裂紋等是鋼軌常見(jiàn)的傷損，作為地下鐵道的軌道，自然也不例外。但由于地鐵具有前面所描述的諸多特點(diǎn)，“大同”里也有不少“小異”：1、 由于地鐵車(chē)輛載重較輕， 加上整體道床良好的穩(wěn)定性，鋼軌發(fā)生核傷、折斷的概率非常小；2、由于地鐵運(yùn)營(yíng)具有行車(chē)密度大的特點(diǎn)，往復(fù)頻繁的輪軌摩擦， 導(dǎo)致鋼軌表面的疲勞傷損 （如魚(yú)鱗紋、 表面掉塊等）較為嚴(yán)重；3、由于地鐵目前正處于快速擴(kuò)張的階段，線(xiàn)路建設(shè)工期趕，加之成都地區(qū)地下水豐富，部分線(xiàn)路區(qū)段防水工程質(zhì)量不過(guò)關(guān)，導(dǎo)致隧道漏水，一些地方甚至直接滴水到鋼軌面，導(dǎo)致鋼軌下頜、軌腰

4、部位銹蝕嚴(yán)重；4、地鐵站間距離短，列車(chē)啟動(dòng)、制動(dòng)較頻繁，車(chē)輪對(duì)鋼軌焊接接頭的沖擊力大，導(dǎo)致鋼軌焊接接頭高低超限較多等。三、常用鋼軌探傷方法無(wú)損檢測(cè)是一門(mén)綜合性的應(yīng)用科學(xué)技術(shù), 它是在不改變或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下 , 檢驗(yàn)和分析材料, 零件和構(gòu)件的一種非破壞檢測(cè)方法。無(wú)損檢查是提高產(chǎn)品質(zhì)量確保安全的重要手段。鋼軌探傷儀具有特殊的技術(shù)條件, 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)工作溫度范圍在-15c45c。鋼軌探傷是無(wú)損檢測(cè)的一個(gè)重要組成部分，而無(wú)損檢測(cè)的種類(lèi)、方法十分豐富，應(yīng)用于鋼軌探傷的一般有超聲波探測(cè)、渦流探測(cè)、磁粉探測(cè)、射線(xiàn)探測(cè)等方法。超聲波探傷( ultrasonic inspection )是利用超

5、聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零件缺陷的一種方法；當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波束，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷位置和大小。該方法利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對(duì)超聲波傳播的影響來(lái)檢驗(yàn)材料內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)方法，現(xiàn)在廣泛采用的是觀測(cè)聲脈沖在材料中反射情況的超聲脈沖反射法，此外還有觀測(cè)穿過(guò)材料后的入射聲波振幅變化的穿透法等，常用的超聲波頻率在0.55mhz之間。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn) : 穿透能力強(qiáng)，探測(cè)深度可達(dá)數(shù)米；靈敏度高，可發(fā)現(xiàn)與直徑約十分之幾毫米的空氣隙反射能力相當(dāng)?shù)姆瓷潴w；

6、在確定內(nèi)部反射體的位向、大小、形狀及性質(zhì)等方面較為準(zhǔn)確；僅須從一面接近被檢驗(yàn)的物體；可立即提供缺陷檢驗(yàn)結(jié)果；操作安全，設(shè)備輕便等。渦流探傷（ eddy current inspection ）是利用電磁感應(yīng)原理，檢測(cè)導(dǎo)電構(gòu)件表面和近表面缺陷的一種探傷方法。其原理是用激磁線(xiàn)圈使導(dǎo)電構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生渦電流，借助探測(cè)線(xiàn)圈測(cè)定渦電流的變化量，從而獲得構(gòu)件缺陷的有關(guān)信息。按探測(cè)線(xiàn)圈的形狀不同，可分為穿過(guò)式（ 用于線(xiàn)材、棒材和管材的檢測(cè) ） 、探頭式 （ 用于構(gòu)件表面的局部檢測(cè) ） 和插入式 （ 用于管孔的內(nèi)部檢測(cè) ） 三種。磁粉探傷（ magnetic particle inspection ）是將鋼鐵等磁性

7、材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位能吸附磁粉的特征，依磁粉分布顯示被探測(cè)物件表面缺陷和近表面缺陷的探傷方法。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)便、顯示直觀。其原理是將待測(cè)物體置于強(qiáng)磁場(chǎng)中或通以大電流使之磁化，若物體表面或表面附近有缺陷（裂紋、折疊、夾雜物等）存在，由于它們是非鐵磁性的，對(duì)磁力線(xiàn)通過(guò)的阻力很大，磁力線(xiàn)在這些缺陷附近會(huì)產(chǎn)生漏磁。將導(dǎo)磁性良好的磁粉（通常為磁性氧化鐵粉）施加在物體上時(shí)，缺陷附近的漏磁場(chǎng)就會(huì)吸住磁粉，堆集形成可見(jiàn)的磁粉跡痕，從而把缺陷顯示出來(lái)。磁粉探傷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)鋼鐵材料或工件表面裂紋等缺陷的檢驗(yàn)非常有效；設(shè)備和操作均較簡(jiǎn)單；檢驗(yàn)速度快，便于在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大型設(shè)備和工件進(jìn)行探傷；檢驗(yàn)費(fèi)用也

8、較低。缺點(diǎn)是：僅適用于鐵磁性材料；僅能顯出缺陷的長(zhǎng)度和形狀，而難以確定其深度；對(duì)剩磁有影響的一些工件，經(jīng)磁粉探傷后還需要退磁和清洗。射線(xiàn)探傷( radiographic inspection )是利用射線(xiàn)穿透物體來(lái)發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部缺陷的探傷方法，其原理是射線(xiàn)能使膠片感光或激發(fā)某些材料發(fā)出熒光，在穿透物體過(guò)程中按一定的規(guī)律衰減，利用衰減程度與射線(xiàn)感光或激發(fā)熒光的關(guān)系可檢查物體內(nèi)部的缺陷。射線(xiàn)探傷分為 x射線(xiàn)探傷、y 射線(xiàn)探傷、高能射線(xiàn)探傷和中子射線(xiàn)探傷。四、現(xiàn)行探傷模式分析1、探傷方法及儀器地鐵鋼軌探傷主要采用超聲波探測(cè)法，使用的儀器是汕頭超聲波探測(cè)研究所生產(chǎn)的系列設(shè)備和邢臺(tái)先鋒超聲電子生產(chǎn)的系列設(shè)

9、備，即包括路軌探傷儀jgt-10型手推探傷車(chē)、8理手推探傷車(chē)、cts-900鯽縫探傷儀和升級(jí)版數(shù)字式通用儀 cts-2020 等。jgt-10型手推探傷車(chē)用于普通鋼軌探傷，該儀器具有5路發(fā)射、接收系統(tǒng)， 10 個(gè)報(bào)警閘門(mén)，功能齊全，可配用多種探頭同時(shí)進(jìn)行探傷，目前我們采用的探頭組合是：0 、37、70、70、37 ，分別探測(cè)軌底、軌腰、軌頭位置的傷損，即使是這樣的組合也存在探測(cè)盲區(qū)軌鄂下部、軌腰中下部和軌底兩側(cè)。接收通道配有高精度衰減器，方便缺陷定量；儀器水平線(xiàn)性好，各種軌型均可按比例直讀缺陷的垂直距離或水平距離；第 3、 4、 5 通道均具有螺孔固定回波識(shí)別功能，可實(shí)現(xiàn)缺陷報(bào)警而螺孔不報(bào)警，

10、大大減少誤報(bào)警 次數(shù)，探傷靈敏度高，缺陷檢出能力強(qiáng)。第 3、 4 通道具有的同時(shí)與延遲二選一報(bào)警功能和第 5 通道的進(jìn)波與失波報(bào)警閘門(mén)等利于檢出各種有害缺陷。cts-2020 采用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程集成電路設(shè)計(jì)，探傷靈敏度余量高達(dá)62db,彩色tft液晶顯示屏顯示清晰，避免了誤讀誤判，再配以 dac大容量存儲(chǔ)器、 usb 接口等新技術(shù)、新功能，突出的電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)使儀器的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力大大加強(qiáng)。最高采樣速率240mh4最小顯示范圍5mm工作頻率范圍分14mhz 0.510mhz 兩檔設(shè)置，分別突顯高靈敏度和寬頻帶的優(yōu)點(diǎn)；界面波跟蹤功能，通過(guò)a、 b 閘門(mén)間的邏輯關(guān)系，容易實(shí)

11、現(xiàn)水浸法探傷或精確測(cè)厚；脈沖重復(fù)頻率可調(diào)，避免在探傷過(guò)程中由現(xiàn)混響信號(hào)；完善的da（線(xiàn)功能，方便進(jìn)行回波評(píng)價(jià)；具有測(cè)量探頭角度（ k 值）的功能；大容量存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)高達(dá) 500 個(gè)數(shù)據(jù)集，包括波形、 曲線(xiàn)、 參數(shù)、 探傷報(bào)告等； .usb接口可實(shí)現(xiàn)儀器內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)波形向 u 盤(pán)的轉(zhuǎn)存，打印探傷報(bào)告。dac 曲線(xiàn)是 cts-2020 新增的一項(xiàng)功能，它通過(guò)設(shè)定三條標(biāo)曲線(xiàn)構(gòu)成三個(gè)區(qū)一一標(biāo)準(zhǔn)區(qū)、超限區(qū)和判廢區(qū)，將dac線(xiàn)和回波比較功能，可快速、準(zhǔn)確判斷回波的性質(zhì)，從而大大提高了接頭探傷的速度和質(zhì)量，在地鐵新線(xiàn)驗(yàn)收中發(fā)揮了不可替代的作用。圖1為運(yùn)用dac曲線(xiàn)探傷的情形:35.0(18: i/h式

12、曲經(jīng)2、 +- on- a 1口 as 可一8.0 tuca 乙可用sa4k7r.2 8 .日da28圖1 dac曲線(xiàn)cts-2020使用斜探頭探傷時(shí)，可對(duì)缺陷進(jìn)行精確測(cè)試， 通過(guò)數(shù)字儀器的強(qiáng)大功能，可以對(duì)缺陷進(jìn)行精確定位。圖 2 是來(lái)自斜探頭探測(cè)距表面 40mm)1.6的波形；55.5(jb0.5da40j悝度測(cè)量 bff9 / ij f ii60.1反射孔深度3d.0mm0.b hctm 6b4.5 ala 2sh.s 注;m sa81 .7ra71.2p jm 1/3圖2斜探頭探測(cè)波形圖2、鋼軌探傷周期地鐵現(xiàn)行探傷周期規(guī)定如下：1）鋼軌探傷周期應(yīng)視線(xiàn)路繁忙程度和鋼軌技術(shù)狀態(tài)而定。 隧道內(nèi)

13、鋼軌每月檢查一遍，鋼軌接頭焊縫每半年檢查一遍， 為防止漏檢，嚴(yán)禁以手工代替儀器檢查。車(chē)輛段線(xiàn)路和道岔 每季度檢查一遍。2）連續(xù)兩個(gè)探傷周期內(nèi)都發(fā)現(xiàn)疲勞傷損（如核傷、魚(yú)鱗傷、 螺孔裂紋、水平裂紋、垂直裂紋、表面缺陷（的不良鋼軌地 段，應(yīng)增加儀器探傷的檢查遍數(shù)，縮短探傷周期。3）在線(xiàn)路上焊接的接頭，應(yīng)焊接后馬上抓緊全斷面（包括 熱影響區(qū)）的探傷檢查，上道前焊接的鋼軌接頭，嚴(yán)格執(zhí)行“先探傷、后上道”的規(guī)定，認(rèn)真把好質(zhì)量關(guān)。線(xiàn)路上和線(xiàn)路外進(jìn)行的焊接接頭必須探傷。不符合焊接質(zhì)量的接頭必須重焊?，F(xiàn)場(chǎng)新焊接接頭，在辦理驗(yàn)交時(shí)，應(yīng)有完整的焊接探傷記錄。4）遇特殊情況，如傷軌數(shù)量出現(xiàn)異常，應(yīng)縮短探傷周期；現(xiàn)場(chǎng)接

14、觸焊縫和鋁熱焊縫除按規(guī)定周期探傷外，要用專(zhuān)用儀器進(jìn)行焊縫全斷面探傷；現(xiàn)場(chǎng)接觸焊每年不少于一次；鋁熱焊每半年不少于一次；大修換軌初期和現(xiàn)存的超大修周期地段的鋼軌探傷周期，根據(jù)實(shí)際情況增加探傷次數(shù)。3、分析結(jié)合上述情況，可知地鐵鋼軌探傷具有如下特點(diǎn)： 1）探傷手段單一，僅僅采用超聲波探傷法；存在一定的探傷盲區(qū)，而且特殊位置如整鑄道岔無(wú)法進(jìn)行探傷； 2）探傷周期搬套普通鐵路的周期，不符合地鐵實(shí)際；3）探傷人員水平參差不齊，缺少與外界交流、學(xué)習(xí)等。五、優(yōu)化探傷模式分析1、豐富探傷手段超聲波探傷法作為最廣泛的使用方法，自然有其不可替代的作用。但考慮到地鐵線(xiàn)路軌道的特點(diǎn)：道岔普遍采用高錳鋼整鑄道岔，由于其

15、特殊的晶粒構(gòu)造，用超聲波無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效探傷；地鐵對(duì)乘客舒適度要求很高，加上地鐵運(yùn)營(yíng)密度大，鋼軌表面（08m就圍）的情況十分關(guān)鍵，而現(xiàn)有的超聲波探傷法無(wú)法有效地對(duì)該部位進(jìn)行傷損探測(cè)，所以引進(jìn)更多的探傷方法就顯得十分必要了。磁粉探傷是對(duì)高錳鋼整鑄道岔探傷的一種有效方法，道岔對(duì)于線(xiàn)路的重要性是不言而喻的，引進(jìn)該方法，并制定合理的探傷形式和周期，能有效地與現(xiàn)有的探傷手段互補(bǔ)，不斷完善探傷模式。2、引進(jìn)更先進(jìn)的探傷設(shè)備隨著地鐵線(xiàn)網(wǎng)的不斷擴(kuò)張，線(xiàn)網(wǎng)里程、范圍越來(lái)越大，僅僅依靠人工探傷是無(wú)法滿(mǎn)足要求，也不具有經(jīng)濟(jì)性。這樣，大型探傷車(chē)的采購(gòu)是很有必要的，盡快實(shí)現(xiàn)探傷工作的機(jī)械化和自動(dòng)化、精準(zhǔn)化，是地鐵鋼軌探傷的下一步目標(biāo)。另外，隨著科技的不斷發(fā)展，新的探傷技術(shù)、手段不斷出現(xiàn)和更新， 優(yōu)化現(xiàn)有的超聲波探傷法， 不斷更新探傷作業(yè)方法、手段是我們?nèi)粘?yīng)該注意的。3、加強(qiáng)交流，提高探傷人員的水平國(guó)有鐵路的線(xiàn)路里程長(zhǎng)， 情況更加復(fù)雜， 鋼軌傷損類(lèi)型、實(shí)例更多，其探傷工作人員的經(jīng)驗(yàn)更加豐富。因此，加強(qiáng)與國(guó)有鐵路的探傷人員的交流，向他們學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高自身的探傷水平，對(duì)我們地鐵的探傷工作具有積極的意義。六、總結(jié)地鐵鋼軌探傷工作十分重要，對(duì)于地鐵追求的“安全、舒適”等有重要的影響，而地鐵的該項(xiàng)工作僅僅出于起步的階段，還