探伤车与探伤仪的轨头核伤检测能力对比分析

■ 石永生 张全才 李杰 任书斌

钢轨探伤是保证运输安全的一道重要防线。加强钢轨探伤工作，是确保运输安全的重要技术措施之一。我国钢轨探伤主要有大型钢轨探伤车（简称探伤车）和小型钢轨探伤仪（简称探伤仪）2种形式，探伤车技术含量高、探伤速度快、适应性强，但灵活性差，探伤后需要人工复查。探伤仪探伤灵敏度高，灵活性好，但稳定性差，受操作者人为因素影响大。由于高速铁路、高原铁路区间里程长、环境恶劣等原因，造成人工探伤作业困难，因此主要由探伤车承担探伤检测任务。

1 轨头核伤的探测方法

各国对核伤均采用折射角为65°~70°的超声横波探头进行探伤。我国根据核伤多出现在轨头内侧上角的特点，多年来探伤仪一直采用二次波法，即将探头向内侧偏转14°~20°，利用经轨颚反射后的二次波进行检测。但这些年也逐渐增加了中心直打70°（探头向内侧偏转0°）探伤检测通道。我国和欧美的探伤车采用直打70°通道一次波、偏斜70°通道（向内侧偏转14°~20°）一次波和二次波进行检测。线路轴重大的前苏联曾经采用内侧偏转35°的一次波检测法。

2 探伤车与探伤仪对轨头核伤检测的对比分析

2.1 人工伤损检测能力对比

探伤仪检测核伤灵敏度：φ4 mm平底孔当量，其超声反射回的声压：

探伤车检测核伤灵敏度：φ3 mm横通孔当量，其超声反射回的声压：

取钢轨超声声程（探轮内声程折算到钢轨中）100 μs ，探头频率2.25 MHz，则统一到超声检测灵敏度为φ4 mm平底孔当量时，探伤车检测灵敏度还需补偿

考虑探伤车为动态检测，伤损在间隔采样和自动识别时会降低检测灵敏度，还需要补偿识别灵敏度6 dB（试验测算在最低标定灵敏度的基础上增加6 dB时，探伤车在最高检测速度下形成3点连续报警反射，能够有效识别）。此时测算出的灵敏度探伤车与探伤仪相同。

但在探伤车现场检测过程中，由于探伤车高速运行，其动态耦合、钢轨表面状态不良、自动对中不佳、电路干扰等不能得到足够补偿，为3~6 dB。因此探伤车在高速检测和自动识别后，对伤损的检出灵敏度要比探伤仪低3~6 dB。

另外，超声检测对伤损取向非常敏感，探伤车与探伤仪核伤探测的超声方向不同，因此对于小核伤的检测灵敏度而言，由于探伤工艺的不同就不能简单的用增益值的补偿来解决，出现互相不能检测出的小核伤也是正常。

2.2 轨形正常情况下较大轨头核伤

对于较大轨头核伤，探伤车会出现多个通道反射情况，如直打70°内侧、中间和外侧，有时还有0°的底波消失，探伤仪在一个通道会出现明显伤损走波。在一处道岔核伤，探伤车和探伤仪均能有效发现，对比分析见图1。

2.3 轨形正常情况下偏于垂直的较小轨头核伤

对于偏于垂直的较小轨头核伤，探伤车的直打GC 70°能够有效检测，偏斜70°没能有效检测，在探伤车检测前进行的探伤仪检测也没能有效检测出来（见图2）。

2.4 轨形正常情况下带有偏斜角的较小轨头核伤

对有一定偏斜角的较小轨头核伤，探伤车不能有效发现。图3是探伤仪检测的较小轨头核伤并落锤的照片，探伤车没有有效反射报警。

2.5 轨头分离层下核伤检测

轨头内部沿钢轨纵向存在分离层（见图4（a））。这种分离层经检验为氧化物夹层，已发现的分离层在轨头内纵向延伸，接近水平状态，短的有30～40 mm，长的超过100 mm。目前，无论是探伤车还是探伤仪，都无法检测到氧化物夹层。含有氧化物夹层的钢轨铺设上线后，以夹层为伤损源，经过列车重复作用，在氧化层下部又发展出轨头横向裂纹（核伤）（见图4（b））。对于分离层下的核伤，由于分离层的阻隔，探伤车直打70°不能有效发现，但探伤车的偏斜70°通道和探伤仪偏斜检测方式能够发现此类伤损。

2.6 严重磨耗下的轨头核伤检测

严重磨耗的钢轨（见图5（a））本身就是重伤轨，需要马上更换。因种种原因没有及时更换的钢轨，其探伤检测非常困难。对于严重磨耗钢轨内侧产生的核伤（见图5（b）），探伤车直打70°基本不能发现该类伤损。这类较大伤损，探伤车偏斜70°和探伤仪在一定条件下能够检测到，但往往还未能检出便发生断轨。这需要放宽检测指标，缩短检测周期。

3 结束语

通过人工伤损标定的核伤检测灵敏度值看，探伤车与探伤仪检测灵敏度相当；在考虑到探伤车高速检测和自动识别等影响的基础上，实际探伤车高速检测过程中其核伤检测灵敏度要比探伤仪低；但由于超声检测对于伤损的取向比较敏感，对于小伤损比较二者的检测灵敏度没有实际意义，不如相互补充探伤工艺。

图1 较大轨头核伤对比分析

图2 偏于垂直的较小轨头核伤

图3 带有偏斜角的较小轨头核伤

图4 分离层及分离层下的轨头核伤

通过实际检测过程中的检测对比发现：对于较大轨头核伤，探伤仪和探伤车均能有效发现；对于较小轨头核伤，同探伤仪相比，高速运行的探伤车检测灵敏度要低一些，并且出现二者互有检测不到的情况；补充了偏斜70°通道的探伤车和补充了直打70°通道的探伤仪，两者的轨头核伤检测能力都有较大提高；由于探伤工艺不同，对于轨头核伤，探伤车以直打70°为主，探伤仪以偏斜70°为主。

超声波检测对伤损的方向性非常敏感，对于一些较小核伤，出现偏斜70°能够有效发现但直打70°不能有效发现，直打70°能够有效发现但偏斜70°不能有效发现。因此，建议加强多通道综合分析和设置小伤损监控，合理设置检测周期，要求在伤损的生命周期内至少有效检测2~3次。

图5 严重磨耗下的轨头核伤

对于分离层下的核伤和严重磨耗钢轨的核伤，以具有偏斜角的检测通道为主进行探伤检测。