有縫線路踏面狀態不良處所探傷方法的探討

梅國軍 張高劍 劉偉鋒 中國鐵路上海局集團有限公司金溫鐵道開發有限公司

1 引言

金溫貨線于1998年6月建成通車，目前已通過總重460.625萬t。由于受當時的科技、經濟及金溫貨線途經的地理區域等原因，建成后具有曲線多、半徑小、鋼軌雜、普通絕緣接頭多的特點。共有曲線490條，其中正線總計有317條曲線，站線有173條曲線，且小半徑曲線較普遍，R≤350 m的曲線67條，350≤R≤600 m的曲線140條，600≤R≤800 m的曲線48條，R≥800 m的曲線只有62條，有普通絕緣接頭1 094處。由于建成的年代較久再加上大量再用調邊軌的上道，故鋼軌軌頭踏面碎裂（水平）缺陷發生率較高，再加上小半徑曲線，造成上股側磨嚴重，且在新換絕緣片的絕緣接頭部位絕緣片往往會高出軌面（圖1），由此導致在日常探傷作業過程中造成探頭懸空與探測面耦合不良的現象，超聲波主聲束不能及時地射入鋼軌內部，造成踏面碎裂下螺孔某些象限的缺陷（裂紋）不能及時檢出，對行車安全構成重大威脅。那么如何針對現有鋼軌探傷工藝進行改進，及時檢出軌頭踏面碎裂（水平）下的缺陷，已成為我們當代鋼軌探傷工急待探討解決的課題。

圖1 現場作業情況

2 存在的問題

現有探傷方法無法檢出。在常規探傷作業中，作業人員遇到踏面碎裂的接頭部位只能進行回拉儀器、增加靈敏度、調整探頭位置等辦法對現場進行校對，但由于受鋼軌踏面碎裂的影響根本無法使超聲波主聲束有效地射入鋼軌內部，無法獲得B顯圖象（圖2），故這些區域內的鋼軌接頭部位只能依靠下發拆檢通知書，由線路工區拆檢采用人工肉眼看的辦法，對該區域螺孔進行有無裂縫存在進行確認，否則將會造成失控。而每個探傷周期都要對鋼軌踏面碎裂影響引起的失波接頭進行拆檢受控，需要投入大量的人力和財力，不但費時，而且由于接頭內的油污、拆檢人員的視覺差異等都會影響其拆檢的結果，對鋼軌防斷工作十分不利。

圖2 探傷顯示情況

3 隨著常規作業組增加通用儀校對的可行性研究

針對上述存在的實際情況，我們積極組織工區骨干力量，對現場鋼軌踏面碎裂而引起嚴重失波的接頭進行了觀察、探討和研究，并切割回工區采取多種方式進行反復試驗，發現常規探傷儀由于探頭外形尺寸較大，有48 mm×24 mm，當探測到該處所時及易造成耦合不良，使超聲波主聲束不能有效地射入鋼軌內部，從而造成儀器失波（圖2）。根據這一情況我們想采用通用儀手持各種不同發射角度且外形尺寸較小的探頭，利用踏面碎裂間比較完整的部位作為探測面對鋼軌內部（螺孔）進行掃查。我們經過反復的觀察、探討和摸索，發現是可以解決這一難題，完全能使在常規作業時失波而不能及時拆檢的接頭部位，得到有效的檢測受控。

采用通用儀手持特制小尺寸探頭的方案形成后，我們在室內和現場對踏面碎裂而影響探測質量的接頭進行了反復試驗，確認外形尺寸為35 mm×18 mm；K0.8、K1和0°這三種小尺寸探頭效果較好，我們立即與廠家聯系，特制了一批按我們要求的探頭。同時工區為每個常規作業組配制一臺通用探傷儀和一套特制小尺寸探頭，對在常規作業時由于踏面碎裂而影響探測的接頭部位及時用通用儀進行校對檢查。通過不斷的探討、分析、研究、匯總和總結，以及對現場各種出波情況的比對及計算，掌握各種異常波形的出波規律，確定了用通用儀校對檢查的靈敏度設置及探測方法。在常規探傷檢查作業中，遇到踏面碎裂常規儀器不能實施檢測的處所，作業人員只要使用通用探傷儀器，手持各種角度的特制探頭，利用踏面碎裂間比較完整的部位靈活使用各種掃查方法，完全能夠滿足校對檢查。經過一段時間的摸索、研究，我們發現K1探頭對軌端1孔的倒打效果較明顯；K0.75探頭對其它裂向的螺孔裂紋效果較好（表1）。

表1 傷損發現能力對照表

4 通用儀器探頭、參數及探傷方法

（1）儀器：CTS-1010通用探傷儀。

（2）探頭：①2.5P13*13 K1；②2.5P13*13K0.75；2.5Pφ 20直探頭。

（3）耦合劑：機油、水。

（4）儀器設置：①發射：強；②抑制：25%；③阻尼：400 Ω；④檢波方式：“＋－”；⑤頻帶：“窄”；⑥聲程：250 mm；⑦探頭選擇方式：單。

（5）儀器標定：①探頭：探頭延遲、探頭K值、探頭前沿長度（標定方法參照儀器說明書）；②綜合性能：探頭使用K0.75和K1探頭，試塊使用60 kg/m鋼軌試塊，K1探頭在孔波波高80%時增益14db作為探傷靈敏度，此時能發現螺孔37°/3 mm朝上、下斜裂紋和5 mm水平裂紋，K0.75探頭在孔波波高80%時增益18 db作為探傷靈敏度此時能發現螺孔25°/3 mm朝上裂紋，且走波良好。

（6）探傷靈敏度：現場標定，K0.75探頭探測鋼軌螺孔，找到孔波波高80%時增益18 db作為探傷靈敏度。

（7）探傷方法：首先使用K0.75探頭在軌面中心對鋼軌螺孔進行檢測，如軌面中心存在踏面碎裂、剝離影響探測時可外移探頭并使用一定偏角進行掃查，直至顯示正常螺孔回波（圖3），如果探測時軌面剝離正好位于探頭下方，可換用K1探頭進行探測（圖4），方法同上，如果探測踏面狀態不良可適當提高探傷靈敏度進行探測。

圖3 偏角探測示意圖

圖4 軌面不良影響時K1探測示意圖

（8）傷損回波識別：K0.75探頭顯示規律和常規探傷儀相同，K1探頭由于探測螺孔聲程稍有變大，螺孔波出波位置在5.2-4.2格，當倒打螺孔時探頭入射點在距軌端水平距離33 mm處開始出波，且波移量略大，若有傷損存在，出波位置在一般在5.6之后，可根據探頭位置及出波規律綜合判傷。

（9）探傷結果處理：當傷損回波較明顯，根據波形顯示及探頭位置直接判重傷；當傷損回波不是很明顯但探頭位置是正確的，可通知線路工區聯合拆檢確認。

5 現場試驗

為了檢驗現場可行性，我們通過對金溫貨線所有踏面碎裂而影響探測質量的接頭進行了全面檢測，自使用通用儀加強檢查后，大大地減少了失波接頭拆檢的數量，有效地降低了生產成本和安全隱患，確保了鋼軌安全防斷的長期穩定。圖5為常規探傷時無法正常檢出，通過使用通用儀檢查發現的螺孔裂紋。經過近半年的現場實施，由于踏面碎裂而影響正常探測，要求線路工區拆檢的接頭，由原來的600余處減少至20處，同時通過我們工區的不懈努力，到2022年4月底已發現踏面碎裂下各種重傷20處。

圖5 常規探傷無法檢出情況

6 結論

綜上所述，是我們對有縫線路踏面碎裂而影響探測質量的一點探討和研究，也是想為有縫線路踏面碎裂處所防斷工作開創一個新的探測思路。期望能解決當前有縫線路踏面碎裂而影響探測質量造成失控斷軌的技術問題。通過使用通用儀對踏面碎裂的處所有效補強，彌補由于鋼軌探傷儀在常規作業時，對曲線磨耗、高低接頭、調邊再用軌及踏面碎裂等處所造成無法檢測的欠缺。排除各種不良因素而影響常規探傷儀探測質量所造成的漏檢隱患，確保在役鋼軌的運行安全，具有十分重要的社會效益和較高的經濟價值。