重載鐵路鋼軌探傷車漏檢軌頭核傷的原因和應(yīng)對措施

黃雯

摘要：目前鋼軌探傷車在國內(nèi)普速鐵路及高速鐵路得到廣泛應(yīng)用。由于受探傷車能力限制、車下機(jī)械架構(gòu)調(diào)整不到位、檢測參數(shù)設(shè)置不合理、線路及鋼軌狀態(tài)不良等內(nèi)外部因素影響，鋼軌探傷車陸續(xù)產(chǎn)生漏檢傷損的問題。

關(guān)鍵詞：重載鐵路;鋼軌探傷車;核傷因素;應(yīng)對措施

引言

鋼軌軌頭的橫向疲勞裂紋俗稱“核傷”，嚴(yán)重影響道路安全。核傷在鐵路鋼軌踏面8至12毫米，5-10mm內(nèi)側(cè)，鋼軌縱向地接近垂直踏面10°和25°傾角。核損傷可導(dǎo)致鋼軌橫向斷裂，是鋼軌最危險的疲勞缺陷之一。因此核損傷檢測鋼軌尤為重要，根據(jù)B型核損傷有關(guān)問題檢測車輛是否可以承擔(dān)鐵路線路安全責(zé)任。

一、鋼軌軌頭核傷的特點及其危害

軌頭橫向疲勞裂紋俗稱軌頭核傷，簡稱核傷。一般出現(xiàn)在距踏面8～12mm和距內(nèi)側(cè)5～10mm處，其方向與鋼軌縱剖面接近垂直，對踏面多有10°～25°傾角（單行線）或接近垂直（復(fù)行線）。核傷又分為白核和黑核，多數(shù)發(fā)生在軌頭。其形成的主要原因是鋼軌本身存在白點、氣泡、非金屬夾雜或嚴(yán)重偏析等缺陷，在列車的重復(fù)載荷作用下，使這些細(xì)微裂紋疲勞源逐漸擴(kuò)大而形成疲勞斑痕（即核傷），當(dāng)疲勞斑痕沒有和外界空氣接觸時，具有平整光亮的表面，通常成為白核;當(dāng)這種疲勞斑痕發(fā)展至軌頭表面而被進(jìn)入的水氣氧化時，稱為黑核。核傷可導(dǎo)致鋼軌橫向斷裂，是最危險的鋼軌疲勞缺陷之一。西方國家鐵路以無縫線路為主，鋼軌缺陷主要為核傷，多數(shù)國家在核傷面積超過軌頭面積30%以上時才要求換軌，法國甚至放寬到55%才換軌，而我國的標(biāo)準(zhǔn)要求比國外要嚴(yán)得多，只要確認(rèn)是傷，就要求必須換軌。

75kg/m鋼軌漏檢原因一是儀器存在不足，應(yīng)該是兩個通道共用一條掃描基線進(jìn)行顯示，這樣的儀器在檢查接頭或焊縫附件缺陷時波形顯示雜亂，即有焊筋回波又有缺陷回波，該處同時夾雜魚鱗傷回波，客觀上存在判別困難的問題。二是作業(yè)人員和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)問題，對該處所的探傷沒有強(qiáng)調(diào)站?？床ㄟM(jìn)行分析，把傷損回波誤認(rèn)為正?；夭?。

二、軌頭核傷的原因和應(yīng)對措施

各國對核傷均采用折射角為65°～70°的超聲橫波探頭進(jìn)行探傷。我國根據(jù)核傷多出現(xiàn)在軌頭內(nèi)側(cè)上角的特點，多年來探傷儀一直采用二次波法，即將探頭向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)14°～20°，利用經(jīng)軌顎反射后的二次波進(jìn)行檢測。但這些年也逐漸增加了中心直打70°（探頭向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)0°）探傷檢測通道。我國和歐美的探傷車采用直打70°通道一次波、偏斜70°通道（向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)14°～20°）一次波和二次波進(jìn)行檢測。線路軸重大的前蘇聯(lián)曾經(jīng)采用內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)35°的一次波檢測法。

2.1核傷產(chǎn)生原因

鋼軌在生產(chǎn)過程中，鋼軌軌頭可能存在白點、氣泡和非金屬雜質(zhì)等。這樣鋼軌在使用過程中，在機(jī)車車輛的強(qiáng)力沖擊作用下，細(xì)微的白點、氣泡和非金屬雜質(zhì)逐漸擴(kuò)大，形成斷面平坦光亮的白核。白核發(fā)展至軌面時受氧化，逐漸發(fā)展成為黑核。鋼軌軌頭踏面在輪軌接觸力反復(fù)沖擊下，形成鋼軌表面的魚鱗傷（表面細(xì)裂紋），由于疲勞向下擴(kuò)展?jié)B透，產(chǎn)生軌頭核傷或表面掉塊。核傷主要出現(xiàn)在鋼軌軌頭內(nèi)側(cè)、鋼軌小腰及受沖擊力大的部位。

2.2大型鋼軌探傷車核傷探測原理簡介

大型鋼軌探傷車采用超聲探輪模式進(jìn)行探測，每個探輪內(nèi)有3個70°晶片，折射進(jìn)入鋼軌的聲束折射角約為70°。進(jìn)入鋼軌的超聲聲束擴(kuò)散角較大，核傷取向不敏感，但能夠發(fā)現(xiàn)垂直傷損。探測系統(tǒng)發(fā)射超聲波的最大密度為車輛每移動1/16英寸發(fā)射一次。當(dāng)車輛速度增加時，為使探測系統(tǒng)有足夠時間處理回波信息，探測密度（每英寸發(fā)射脈沖數(shù)）必須降低。當(dāng)車輛速度逐漸提高時，探測系統(tǒng)發(fā)射脈沖間隔切換為1.6mm（1/16英寸）、3.2mm（2/16英寸）、4.8mm（3/16英寸）及6.4mm（4/16英寸），缺陷位置分辨率仍為1.6mm（1/16英寸）。

2.3核傷B型圖分析

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)軌頭母材核傷B型圖

按Sperry公司設(shè)計原理，70°探頭在鋼軌內(nèi)的折射波只存在折射橫波，軌頭核傷在鋼軌內(nèi)的傾斜度決定核傷在探測系統(tǒng)中的反射B型圖形狀。軌頭母材核傷B型圖見圖1，可以看出母材核傷帶一定折角，這與車輛運(yùn)行時對鋼軌的沖擊有關(guān)。

2.3.2曲線地段鋼軌有表面細(xì)裂紋的核傷B型圖分析

鋼軌探傷車在襄渝線上行K80+693探測到一處鋼軌核傷，從B型圖上可以看出鋼軌表面有細(xì)裂紋，工務(wù)段對核傷采取上夾板措施，而在夾板螺孔上方還有一處核傷。現(xiàn)場復(fù)探發(fā)現(xiàn)，探測的鋼軌在曲線上股，表面有很多細(xì)裂紋，鋼軌曲線半徑不大，采取上夾板措施后，夾板終端與彎曲的鋼軌接觸產(chǎn)生應(yīng)力集中，列車通過時車輪與夾板終端對軌頭產(chǎn)生剪切力，導(dǎo)致鋼軌表面細(xì)裂紋向下發(fā)展，產(chǎn)生新的核傷，夾板不能對新核傷形成保護(hù)。采用小型探傷儀器檢查發(fā)現(xiàn)新核傷已快貫穿軌頭，立即進(jìn)行了換軌。

2.3.3核傷分析與建議

曲線上的鋼軌表面有細(xì)裂紋時，軌頭發(fā)現(xiàn)核傷，建議不要采取上夾板措施，上夾板會在夾板外側(cè)產(chǎn)生新的傷損，危及行車安全，最好直接更換鋼軌?；胤配撥壧絺嚁?shù)據(jù)，分析上夾板的鋼軌傷損B型圖時，觀察夾板兩端是否有新的傷損出現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)立即通知工務(wù)段復(fù)探，防止斷軌事故發(fā)生。

三、探傷車與探傷儀對軌頭核傷檢測的對比分析

3.1人工傷損檢測能力對比

考慮探傷車為動態(tài)檢測，傷損在間隔采樣和自動識別時會降低檢測靈敏度，還需要補(bǔ)償識別靈敏度6dB（試驗測算在最低標(biāo)定靈敏度的基礎(chǔ)上增加6dB時，探傷車在最高檢測速度下形成3點連續(xù)報警反射，能夠有效識別）。此時測算出的靈敏度探傷車與探傷儀相同。但在探傷車現(xiàn)場檢測過程中，由于探傷車高速運(yùn)行，其動態(tài)耦合、鋼軌表面狀態(tài)不良、自動對中不佳、電路干擾等不能得到足夠補(bǔ)償，為3～6dB。因此探傷車在高速檢測和自動識別后，對傷損的檢出靈敏度要比探傷儀低3～6dB。

3.2軌形正常情況下較大軌頭核傷

對于較大軌頭核傷，探傷車會出現(xiàn)多個通道反射情況，如直打70°內(nèi)側(cè)、中間和外側(cè)，有時還有0°的底波消失，探傷儀在一個通道會出現(xiàn)明顯傷損走波。在一處道岔核傷，探傷車和探傷儀均能有效發(fā)現(xiàn)。

3.3軌形正常情況下偏于垂直的較小軌頭核傷對于偏于垂直的較小軌頭核傷，探傷車的直打GC70°能夠有效檢測，偏斜70°沒能有效檢測，在探傷車檢測前進(jìn)行的探傷儀檢測也沒能有效檢測出來。

四、結(jié)語

采用大型鋼軌探傷車進(jìn)行鋼軌探傷，可以及時發(fā)現(xiàn)鋼軌損傷并采取相應(yīng)對策，有效防止鋼軌斷裂的發(fā)生。測試設(shè)備應(yīng)在測試線上檢測和復(fù)檢，使用小型檢測儀器對損傷進(jìn)行判斷、分析和比較。為了適應(yīng)鐵路發(fā)展的需要，鐵路巡檢車輛的分析能力需要不斷提高，盡量規(guī)避漏檢傷損的問題。

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