《鐵路鋼軌探傷技術(shù)研究（論文）7200字》

鐵路鋼軌探傷技術(shù)研究31212第一章常見傷損及探傷手段 1186061.1地鐵線路鋼軌常見傷損 1296101.1.1常見傷損 1202551.2探傷方法及原理 12481.2.1方法及原理 1211061.2.2渦流探傷 2199411.2.3磁粉探傷 2238291.2.4射線探傷 3305551.3現(xiàn)行探傷模式分析 3111891.3.1探傷儀器 3135911.3.2JGT-10型手推探傷車 3219731.3.3CTS-2020 4277401.4鋼軌探傷周期 4287261.4.1地鐵現(xiàn)行探傷周期規(guī)定 4146701.5探傷手段 580031.5.1豐富的探傷手段 5112891.6鋼軌探傷技術(shù)的發(fā)展趨勢 65481.6.1模擬探傷技術(shù)的數(shù)字化進程 68269第二章我國鐵路鋼軌探傷的發(fā)展方向 6253822.1全數(shù)字探傷技術(shù)的發(fā)展 620672.1.1探傷技術(shù)發(fā)展 6165292.2傳感器 746572.2.1傳感器的兩種安裝方式 764542.3鋼軌探傷的管理模式 722852.3.1鋼軌的維護 75492.3.2運用管理 8310602.4軌頭核傷 8305812.4.1軌頭核傷檢測 828017第三章我國鐵路鋼軌探傷的發(fā)展方向 9102553.1無損檢測目前現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 965143.1.1目前現(xiàn)狀 9155553.1.2發(fā)展趨勢 96868參考文獻 123873致謝 1第一章常見傷損及探傷手段1.1地鐵線路鋼軌常見傷損1.1.1常見傷損核傷、魚鱗紋、表面掉塊、螺孔裂紋、水平裂紋、橫向裂紋等是鋼軌常見的傷損，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，“大同”里也有不少“小異”：1、由于地鐵車輛載重較輕，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?。?、由于地鐵運營具有行車密度大的特點，往復(fù)頻繁的輪軌摩擦，導(dǎo)致鋼軌表面的疲勞傷損（如魚鱗紋、表面掉塊等）較為嚴(yán)重；3、由于地鐵目前正處于快速擴張的階段，線路建設(shè)工期趕，加之成都地區(qū)地下水豐富，部分線路區(qū)段防水工程質(zhì)量不過關(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、軌腰部位銹蝕嚴(yán)重；4、地鐵站間距離短，列車啟動、制動較頻繁，車輪對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。1.2探傷方法及原理1.2.1方法及原理無損檢測是一門綜合性的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，它是在不改變或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢驗和分析材料，零件和構(gòu)件的一種非破壞檢測方法。無損檢查是提高產(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)性強工作溫度范圍在-15°C～45°C。鋼軌探傷是無損檢測的一個重要組成部分，而無損檢測的種類、方法十分豐富，應(yīng)用于鋼軌探傷的一般有超聲波探測、渦流探測、磁粉探測、射線探測等方法。超聲波探傷（UltrasonicInspection）是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來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)這些脈沖波形來判斷缺陷位臵和大小。該方法利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播的影響來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢驗方法，現(xiàn)在廣泛采用的是觀測聲脈沖在材料中反射情況的超聲脈沖反射法，此外還有觀測穿過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0.5～5MHz之間。該方法具有如下優(yōu)點:穿透能力強，探測深度可達數(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；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的物體；可立即提供缺陷檢驗結(jié)果；操作安全，設(shè)備輕便等。1.2.2渦流探傷渦流探傷（EddyCurrentInspection）是利用電磁感應(yīng)原理，檢測導(dǎo)電構(gòu)件表面和近表面缺陷的一種探傷方法。其原理是用激磁線圈使導(dǎo)電構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生渦電流，借助探測線圈測定渦電流的變化量，從而獲得構(gòu)件缺陷的有關(guān)信息。按探測線圈的形狀不同，可分為穿過式(用于線材、棒材和管材的檢測)、探頭式(用于構(gòu)件表面的局部檢測)和插入式(用于管孔的內(nèi)部檢測)三種。1.2.3磁粉探傷磁粉探傷（MagneticParticleInspection）是將鋼鐵等磁性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物件表面缺陷和近表面缺陷的探傷方法。該方法的特點是簡便、顯示直觀。其原理是將待測物體臵于強磁場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，對磁力線通過的阻力很大，磁力線在這些缺陷附近會產(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，缺陷附近的漏磁場就會吸住磁粉，堆集形成可見的磁粉跡痕，從而把缺陷顯示出來。磁粉探傷的優(yōu)點是：對鋼鐵材料或工件表面裂紋等缺陷的檢驗非常有效；設(shè)備和操作均較簡單；檢驗速度快，便于在現(xiàn)場對大型設(shè)備和工件進行探傷；檢驗費用也較低。缺點是：僅適用于鐵磁性材料；僅能顯出缺陷的長度和形狀，而難以確定其深度；對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。1.2.4射線探傷射線探傷（RadiographicInspection）是利用射線穿透物體來發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部缺陷的探傷方法，其原理是射線能使膠片感光或激發(fā)某些材料發(fā)出熒光，在穿透物體過程中按一定的規(guī)律衰減，利用衰減程度與射線感光或激發(fā)熒光的關(guān)系可檢查物體內(nèi)部的缺陷。射線探傷分為X射線探傷、γ射線探傷、高能射線探傷和中子射線探傷。1.3現(xiàn)行探傷模式分析1.3.1探傷儀器地鐵鋼軌探傷主要采用超聲波探測法，使用的儀器是汕頭超聲波探測研究所生產(chǎn)的系列設(shè)備和邢臺先鋒超聲電子生產(chǎn)的系列設(shè)備，即包括路軌探傷儀JGT-10型手推探傷車、8C型手推探傷車、CTS-9009焊縫探傷儀和升級版數(shù)字式通用儀CTS-2020等。1.3.2JGT-10型手推探傷車JGT-10型手推探傷車用于普通鋼軌探傷，該儀器具有5路發(fā)射、接收系統(tǒng)，10個報警閘門，功能齊全，可配用多種探頭同時進行探傷，目前我們采用的探頭組合是：0°、37°、70°、70°、37°，分別探測軌底、軌腰、軌頭位臵的傷損，即使是這樣的組合也存在探測盲區(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別功能，可實現(xiàn)缺陷報警而螺孔不報警，大大減少誤報警次數(shù)，探傷靈敏度高，缺陷檢出能力強。第3、4通道具有的同時與延遲二選一報警功能和第5通道的進波與失波報警閘門等利于檢出各種有害缺陷。1.3.3CTS-2020CTS-2020采用嵌入式計算機系統(tǒng)和超大規(guī)?，F(xiàn)場可編程集成電路設(shè)計，探傷靈敏度余量高達62dB，彩色TFT液晶顯示屏顯示清晰，避免了誤讀誤判，再配以DAC、大容量存儲器、USB接口等新技術(shù)、新功能，突出的電磁兼容設(shè)計技術(shù)使儀器的現(xiàn)場抗干擾能力大大加強。最高采樣速率240MHz，最小顯示范圍5mm；工作頻率范圍分1～4MHz，0.5～10MHz兩檔設(shè)臵，分別突顯高靈敏度和寬頻帶的優(yōu)點；界面波跟蹤功能，通過A、B閘門間的邏輯關(guān)系，容易實現(xiàn)水浸法探傷或精確測厚；脈沖重復(fù)頻率可調(diào)，避免在探傷過程中出現(xiàn)混響信號；完善的DAC曲線功能，方便進行回波評價；具有測量探頭角度（K值）的功能；大容量存儲器可存儲高達500個數(shù)據(jù)集，包括波形、曲線、參數(shù)、探傷報告等；USB接口可實現(xiàn)儀器內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)波形向U盤的轉(zhuǎn)存，打印探傷報告。DAC曲線是CTS-2020新增的一項功能，它通過設(shè)定三條標(biāo)準(zhǔn)曲線構(gòu)成三個區(qū)——標(biāo)準(zhǔn)區(qū)、超限區(qū)和判廢區(qū)，將DAC曲線和回波比較功能，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，在地鐵新線驗收中發(fā)揮了不可替代的作用。1.4鋼軌探傷周期1.4.1地鐵現(xiàn)行探傷周期規(guī)定1）鋼軌探傷周期應(yīng)視線路繁忙程度和鋼軌技術(shù)狀態(tài)而定。隧道內(nèi)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。車輛段線路和道岔每季度檢查一遍。2）連續(xù)兩個探傷周期內(nèi)都發(fā)現(xiàn)疲勞傷損（如核傷、魚鱗傷、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)。線路上和線路外進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)場新焊接接頭，在辦理驗交時，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)場接觸焊縫和鋁熱焊縫除按規(guī)定周期探傷外，要用專用儀器進行焊縫全斷面探傷；現(xiàn)場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：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)，而且特殊位臵如整鑄道岔無法進行探傷；2）探傷周期搬套普通鐵路的周期，不符合地鐵實際；3）探傷人員水平參差不齊，缺少與外界交流、學(xué)習(xí)等。1.5探傷手段1.5.1豐富的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。但考慮到地鐵線路軌道的特點：道岔普遍采用高錳鋼整鑄道岔，由于其特殊的晶粒構(gòu)造，用超聲波無法對其進行有效探傷；地鐵對乘客舒適度要求很高，加上地鐵運營密度大，鋼軌表面（0～8mm范圍）的情況十分關(guān)鍵，而現(xiàn)有的超聲波探傷法無法有效地對該部位進行傷損探測，所以引進更多的探傷方法就顯得十分必要了。磁粉探傷是對高錳鋼整鑄道岔探傷的一種有效方法，道岔對于線路的重要性是不言而喻的，引進該方法，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，不斷完善探傷模式。2、引進更先進的探傷設(shè)備隨著地鐵線網(wǎng)的不斷擴張，線網(wǎng)里程、范圍越來越大，僅僅依靠人工探傷是無法滿足要求，也不具有經(jīng)濟性。這樣，大型探傷車的采購是很有必要的，盡快實現(xiàn)探傷工作的機械化和自動化、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、加強交流，提高探傷人員的水平國有鐵路的線路里程長，情況更加復(fù)雜，鋼軌傷損類型、實例更多，其探傷工作人員的經(jīng)驗更加豐富。因此，加強與國有鐵路的探傷人員的交流，向他們學(xué)習(xí)經(jīng)驗，不斷提高自身的探傷水平，對我們地鐵的探傷工作具有積極的意義。1.6鋼軌探傷技術(shù)的發(fā)展趨勢1.6.1模擬探傷技術(shù)的數(shù)字化進程鋼軌探傷技術(shù)根據(jù)所處理信號的不同分為全數(shù)字式、模擬數(shù)字混合式和模擬式三類組成。模擬探傷技術(shù)包括顯示器、鋸齒波電路、發(fā)射電路、視頻放大電路以及同步電路等幾部分。其中同步電路用來保證儀器各部件的同步工作；齒波電路激勵示波器水平發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而形成時基線；視頻放大電路將超聲信號放大并輸出到顯示屏上，從而顯示鋼軌的具體信息。模擬式探傷技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、價格低廉的優(yōu)點，在工程實際中得到廣泛應(yīng)用。但是模擬式探傷技術(shù)也有其自身的缺陷，比如，其無法對檢測到的信號進行處理和記錄，在檢測現(xiàn)場需要安排專業(yè)的技術(shù)人員對模擬式檢測儀所發(fā)出的超聲回波信號進行手工記錄，由于過多的人為因素的干擾，其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性很難保證，極易出現(xiàn)漏判、誤判的問題，極大地影響到鋼軌探傷質(zhì)量。將數(shù)字化技術(shù)引入到超聲波探傷儀之中是對模擬探傷儀的改進和提高。數(shù)字化技術(shù)為模擬探傷儀引入了微處理技術(shù)，大大提高了儀器的性能，改善了模擬式探傷技術(shù)無法進行數(shù)據(jù)記錄和處理的缺點，使其初步具備了數(shù)據(jù)采集、存儲和處理的功能，并具備了自診斷和自動控速的功能。但是模擬式探傷儀的顯示和控制部分并沒有得到改進，仍然保留著原有的處理方式。另外，微處理技術(shù)中所需的微處理芯片的性能有待進一步提升，由于其限制性，探傷儀僅僅只能夠進行一些簡單的數(shù)據(jù)處理，還無法進行復(fù)雜的工作。第二章我國鐵路鋼軌探傷的發(fā)展方向2.1全數(shù)字探傷技術(shù)的發(fā)展2.1.1探傷技術(shù)發(fā)展我國的通用數(shù)字化探傷技術(shù)開始于上世紀(jì)80年代末，1989年，武漢中科創(chuàng)新技術(shù)公司研發(fā)了數(shù)字超聲探傷儀，其研制的成功標(biāo)志著長久以來的常規(guī)超聲探傷技術(shù)在我國市場壟斷局面的終結(jié)，為超聲探傷技術(shù)的數(shù)字化進程邁上了一大步，全數(shù)字式鋼軌探傷技術(shù)的特點是以數(shù)字信號處理和微處理為核心，利用點陣式LED技術(shù)，能夠?qū)μ絺麛?shù)據(jù)進行采集、運算和存儲，自動判定缺陷類型和缺陷位置，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的打印輸出功能。然而，全數(shù)字超聲探傷技術(shù)也有其自身缺陷，如成本較高、在較差環(huán)境下運行不穩(wěn)定、可操作性有待提高等?；ナ絺鞲衅髋c輪式傳感器滑靴式傳感器對于軌頭形態(tài)有十分苛刻的要求，軌縫和側(cè)磨都會造成滑靴失水而使耦合破壞，對檢測結(jié)果會造成影響。輪式傳感器具有較好的線路適應(yīng)性，特別是對軌頭形態(tài)不良、有縫線路的情況的適應(yīng)。我國鐵路投入使用的探傷車采用的都是輪式傳感器，并且多年來一直運行良好，所以將來軌道探傷車的發(fā)展仍然是以輪式傳感器為主，以滑靴式傳感器為補充檢測手段。檢測速度定位。2.2傳感器2.2.1傳感器的兩種安裝方式轉(zhuǎn)向架安裝模與檢測小車模式是超聲傳感器的最主要的兩種安裝方式。其中轉(zhuǎn)向架安裝模式的檢測速度比較高，而檢測小車模式的傳感器對中機構(gòu)的要求比較低。在安全性能方面，處于檢測狀態(tài)時，轉(zhuǎn)向架安裝模式的防脫軌性比檢測小車模式要好；處于運行狀態(tài)時，檢測小車模式的安全性比轉(zhuǎn)向架安裝模式要高。2.3鋼軌探傷的管理模式2.3.1鋼軌的維護由鋼軌超聲波探傷的實踐可知，檢測結(jié)果很大程度上受到鋼軌狀況的影響。剝離掉塊、軌面裂紋可以阻擋超聲波的入射，出現(xiàn)檢測盲區(qū)；軌頭形態(tài)會因嚴(yán)重的側(cè)磨而發(fā)生變化，使探頭耦合破壞；操作人員對熱影響區(qū)傷損和焊縫傷損的判斷會受到焊筋反射的干擾。建議：對鋼軌防斷進行綜合治理，加強探傷檢測與鋼軌的維護。為了減少焊筋反射的干擾，進行鋼軌焊接時要做好焊筋打磨的工作；為了強化軌面超聲的入射效果，要對鋼軌進行適時的修理性打磨，清除鋼軌表面的輕微裂紋。2.3.2運用管理需要依據(jù)鋼的軌探傷周期，將探傷車的檢測運行納入運行圖，來減少運輸造成的作業(yè)疲勞，使操作人員保持良好的工作狀態(tài)。鐵路局需要建立鐵軌傷損數(shù)據(jù)分析中心，開展地面的回放分析，統(tǒng)一標(biāo)定探傷儀、探傷車，健全傷損復(fù)核的反饋機制，要對鋼軌表面情況、波位置、靈敏度與幅度等信息進行復(fù)核反饋。為了提高數(shù)據(jù)的判傷水平與采集水平，需要加強對探傷儀、探傷車的運用管理，對運用經(jīng)驗進行不斷總結(jié)。建議：需要選擇一條典型的試點線路來建立以探傷車為主、探傷儀為輔的探傷管理模式，并積累實踐經(jīng)驗。2.4軌頭核傷2.4.1軌頭核傷檢測探傷車和探傷儀具有各自不同的檢測特性。探傷車可以比較全面的覆蓋整個軌頭，無明顯的盲區(qū)，但是軌距角近表面小核傷的檢測靈敏度不如探傷儀。探傷儀對軌距角近表面小核傷的靈敏度特別高，軌頭兩側(cè)的核傷檢測效果也特別好，但是對軌頭中部位的核傷沒有探傷車敏感。由于探傷儀使用的是二次波探傷與偏斜角入射，所以在70度的通道設(shè)計上，其可以很好的滿足我國鐵路軌頭核傷的檢測需要?？梢钥闯?，由于探傷車和探傷儀在軌頭核傷的檢測能力上具有互補的優(yōu)勢，二者構(gòu)建的兩級探傷網(wǎng)絡(luò)在世界鋼軌防斷中發(fā)揮著非常重要的作用。第三章我國鐵路鋼軌探傷的發(fā)展方向3.1無損檢測目前現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3.1.1目前現(xiàn)狀在我國近些年以來，超聲無損檢測已經(jīng)得到了很大的發(fā)展和進步，并且這些技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)得到了各個工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，其用途也在日趨擴大。該技術(shù)的相關(guān)方法以及理論研究的基礎(chǔ)性也在逐步的進行深化，并且取得了國際性的成果，也達到了一定的先進水平。在不同領(lǐng)域范圍里，由于不同用途的自動超聲系統(tǒng)可以全面的應(yīng)用在實際應(yīng)用生產(chǎn)當(dāng)中。目前，我國在該領(lǐng)域的發(fā)展研究主要包括在計算機化的超聲設(shè)備當(dāng)中、處理數(shù)字信號以及操作系統(tǒng)軟件等方面，其中處理數(shù)字信號也包括了對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、相位補償、人工智能以及識別模式等方面都有一定的應(yīng)用。由于我國在目前的形勢下對建設(shè)無損檢測技術(shù)還不夠完善，處在薄弱當(dāng)中，所以，就必須要對該技術(shù)領(lǐng)域起到相當(dāng)?shù)闹匾?，同時也要建立相關(guān)的各種無損檢測設(shè)備以及技術(shù)、儀器等相關(guān)專業(yè)化資訊網(wǎng)站，這也是適用于無損檢測的發(fā)展趨勢。對此，對于該技術(shù)我們急需解決的一個重要問題就是要把檢測方法進行規(guī)范化，制訂完善的檢測以及驗收標(biāo)準(zhǔn)化，判傷的標(biāo)準(zhǔn)化，把操作步驟進行程序化，對其技術(shù)領(lǐng)域進行信息化等提高。此外，對于無損檢測人員也要重視起來，對其資格要求應(yīng)進行統(tǒng)一管理、培訓(xùn)，并且要考核和鑒定，要促使該檢測人員可以達到一種國際水平。3.1.2發(fā)展趨勢在上個世紀(jì)末，新一代的智能化和數(shù)字化的超聲檢測儀器已經(jīng)誕生，這也就標(biāo)志著檢測儀器已經(jīng)開啟了新的時代，其性能也會影響到檢測是否具有可靠性，并且這與電子技術(shù)的發(fā)展也具有科學(xué)性，此外，這也實現(xiàn)了信號缺陷的自動讀數(shù)、識別、定量、報警以及自動補償?shù)燃夹g(shù)方面。1）由于超聲無損檢測技術(shù)必須要向智能化