探讨钢轨探伤漏检误判的原因和解决办法

张 红 梅

(天津铁道职业技术学院,天津 300240)

我国铁路运输的突飞猛进的发展态势，极大地推动了经济发展和民生改善，由此也引发人们对铁路基础设施安全可靠性的关注，钢轨作为铁路轨道的重要构成部件，直接承受车轮带来的荷载压力，在长期的使用过程中易于出现钢轨应力疲劳和缺陷故障等问题，严重时会导致列车出轨或倾覆，给人们带来生命财产安全威胁。为此，要探索钢轨探伤检测技术的运用，基于钢轨损伤类型及失效模式日趋变化的背景下，全面了解钢轨探伤检测技术和方法，如：科学先进的无损检测技术应用于钢轨探伤检测之中，解决钢轨探伤漏检误判的问题。

1 钢轨常见的伤损及检测分析

钢轨探伤常见的伤损典型主要体现为：1)轨头内部横向裂纹。这是由于钢轨自身材质缺陷或出现接触性疲劳、侧磨严重、擦伤而形成的钢轨核伤现象，大多出现于距钢轨踏面和边侧5 mm～10 mm的部位，是直接承受冲击荷载及钢轨内部应力而生成的伤损。2)钢轨接头伤损。这种伤损大多是因养护不良、下圆弧半径较小而生成的伤损，通常出现于线路接头夹板处，表现为接头的马鞍型磨耗和轨顶压溃现象。3)钢轨纵向水平和垂直裂纹。这是因钢轨轧制工艺缺陷或外力荷载作用而生成的伤损现象，通常出现于轨腰处。4)钢轨轨底裂纹。这是一种横向裂纹或轨底掉块的伤损现象，大多由轨底下表面折叠缺陷、锈坑、划痕而生成。5)焊缝伤损。这是在钢轨焊接、热处理、打磨工艺过程中而生成的缩孔、气孔、过烧、光斑、裂纹、未焊透等缺陷，具有极大的危害性。

当前主要采用无损检测技术用于对钢轨的探伤检测，不会损坏试件材质和结构，并且能够通过声、光、电、磁等物理手段检测被测试件的缺陷位置、大小、性质、数量等。具体来说包括以下检测手段：1)超声探伤检测。适用于金属、非金属及复合材料的铸、锻、焊件与板材，可以检测内部缺陷大小、位置、性质、埋设等，然而难以对缺陷进行精准性定量，对于试件形状还有一定的限值要求。2)射线探伤。适用于铸件及焊接件等构件的体积型内部缺陷，可以直观显示、保存探伤结果，然而检测成本较高，难以检测裂纹类缺陷。3)碳粉探伤。适用于铸件、锻件、焊缝、机械加工件的内部缺陷，具有灵敏度高、检测速度快、操作简单的优点，然而其缺陷在于仅能够检测表面及近表面的内部缺陷的位置、表面长度，而无法探测到内部缺陷的深度。4)渗透探伤。适用于有色及黑色金属铸件、锻件、焊接件的缺陷，适用范围广，效率高，操作简便，然而难以检测缺陷深度、尺寸和形状，并无法检测多孔材料。5)涡流探伤。适用于钢铁、有色金属等导电材料的检测，适用范围广，适宜采用自动化、非接触式检测。其不足之处在于难以检测形状复杂及表面下较深部位的缺陷检测。

2 钢轨探伤车应用问题及原因剖析

钢轨探伤检测要采用转向架式探轮机构与软件系统相配合的GTC-80探伤车，在压电效应原理的应用条件下，轮内晶片通过对超声波信号的发射和接收，实现对钢轨内部伤损的探测。它通过探轮与钢轨表面的完全密闭贴合方式，实现对钢轨检测面的疲劳性损伤的探测。在实践中发现钢轨探伤车应用的主要问题表现为以下内容：1)探轮对中、耦合不良的现象会对钢轨探伤带来影响，导致钢轨探伤检测质量下降。2)探轮曲线超高或者存在磨损消耗不均匀的状态，也会极大地影响钢轨探伤检测的效果。3)探轮膜的破损会中断探伤检测过程，无法提供真实、准确、有效的检测探伤数据，出现漏检误判的现象。

影响钢轨探伤车漏检误判的因素，主要包括以下几点：1)轨头伤损。钢轨探伤车大多集中于对轨头中心核伤的检测，而没有充分利用偏斜70°探头二次波，因而难以探测轨头下颚部位的裂缝，也无法探伤检测轨距角处的伤损状态，降低核伤灵敏度，导致出现钢轨探伤的漏检误判的问题。2)核伤漏检。探伤车曲线上股轨距角处的伤损状态难于检测，也会出现漏检误判的现象，降低钢轨探伤检测的质量。其主要原因在于：利用二次波探测的反射量较小；钢轨探轮的偏斜角度不合理；XF探轮声程设置不合理；探伤车脉冲频率较高；个别伤损报警点设置不足等。3)外部因素。检测速度对于钢轨探伤检测也有影响，高速检测状态下的灵敏度调整要及时，否则就会难以检出钢轨伤损情况。同时，钢轨轨面状态对探伤检测也有较大的影响，如果出现轨头严重侧磨、轨面裂纹、掉块剥落、表面斜裂纹、焊筋反射等情形，就会影响对钢轨的伤损探测，导致漏检误判的现象。另外，机车撒沙、轨面涂油等会导致线路不平顺，导致钢轨出现动态耦合不良的问题，容易出现钢轨探伤漏检误判的现象。

3 钢轨探伤漏检误判的解决办法

3.1 改善E-core自动对中效果

由于检测标准不一致、轨头磨损等原因，导致钢轨探伤漏检误判的现象。为此，要通过以下措施改善E-core自动对中的效果：

1)做好参数调整。要对75 kg/m钢轨轨距角处核伤检出，进行入射角度、偏移量的计算，可以采用在晶片根部添加1.8°的斜坡调整块、一侧安装改进的探轮的方式，计算偏斜70°的入射角度，使探头在不同钢轨上保持适宜的偏角角度，经过改造和计算获悉，当探轮70°通道偏斜角度为14°时，可以生成最佳的反射回波，确保E-core探轮始终处于钢轨中心部位，实现对钢轨距角处的伤损探测，减少和规避漏检误判的现象，提高钢轨探伤检测质量。

2)注重参数的平衡关系。0°通道的灵敏度调节要保持适度性和合理性，不可调节过高或过低，这是由于如果调节过高则会难以及时准确地探测纵向裂纹的伤损现象，而若调节过低则会导致失波现象的产生。同时，加大70°通道延迟会导致钢轨近表面伤损现象无法探测的问题，因而要尽量减小70°通道延迟，并要注重控制钢轨轨面的杂波现象。另外，要注重探测和扫查45°位置的轨腰和轨底等部分，并适当提升反射报警的灵敏度。

3)调整探轮参数。可以通过计算获取大型钢轨探伤车的灵敏度、反射声压、超声声程、灵敏度补偿值等，调整标定不同速度的人工伤损尺寸等参数，并根据闸门内的出波状况进行适宜的调整，减少杂波的产生。同时，在进行灵敏度调整和探轮下压量的参数调整过程中，还要充分考虑换能器灵敏度、性噪比的差异性、各段线路的轨面不同状态、探轮内温度升高等因素，以较好地提升钢轨探伤检测的质量。另外，由于钢轨的超声波束传播过程会受到声程的影响，当声程增加时会削弱超声波传播的强度，为此要对不同声程给予相应的增益补偿，以确保不同深度钢轨中当量一致的伤损能够获得相等的回波强度。

3.2 优化偏斜70°探轮的机械调整

要从机械部分进行偏斜70°探轮的适宜调整和优化，具体内容主要包括以下几方面：1)探轮对中调整。要将探轮调整并对准钢轨轨头的中心线，较好地实现探轮探头换能器的声能，探轮的一次声束能够直接进入到轨底部，并不会被钢轨头腰结合部所反射，较好地保证声束传播的覆盖范围。同时，还可以尽量减少噪声干扰及轨距角微裂纹干扰，增强探测系统的灵敏度，能够有效剔除轨面的杂波信号，将探轮探头换能器的声能入射到伤损部位，并进行声能的有效回馈，有效探测钢轨的伤损部位，减少钢轨探伤漏检误判的现象。2)探轮调零。调整9英寸探轮专用调零架，并使0°声带束处于垂直向下的状态，将0°晶片地波调整到最高，并确保最高点处的螺栓保持紧固，提升钢轨探伤检测的质量，减少人为影响因素，有效规避漏检误判的现象。3)调整探轮下压量。要合理调整探轮探头内角度及其下压力，使之与轨面保持一定的范围，根据要求可以将其调整与钢轨保持500 mm左右的接触面。另外，还要合理调整和校准0°界面波，使之位于20чs/格的位置，并使触发脉冲以92чs抵达0°界面波前沿。4)调整探轮倾角。可以采用电子水平仪设备测量探轮架水平，使同侧的三个探轮保持在0.2°以内。同时，要保证同侧三个探轮静态水平值相契合，必须重视对探轮架螺杆的适当调节，根据探轮架的一定间距进行适宜的水平值调整，一般来说，要对间隔300 km左右的探轮架螺杆进行检查。

3.3 提高探伤检测质量

1)优化标定检测的线路。要对标定检测的线路实施大机捣固作业，并选取平直线路安装标定轨，使之具有良好的稳定性。在安装中要在两侧标定轨两端铺设60 kg/m的过渡轨，合理调整接头夹板的垂直与水平方向。同时，要清除钢轨表面的锈蚀，打磨标定轨轨面，确保探测面表面与探轮保持良好的耦合度。

2)保持合理的检测速度。要根据各个通道的曲线半径的不同，选取合理的检测速度，一般来说，当通道为直线时，检测速度应当不大于75 km/h；当通道曲线半径为600 m～800 m时，检测速度应当不大于60 km/h；当通道曲线半径为400 m～600 m时，检测速度应当不大于45 km/h；当通道曲线半径小于400 m时，则检测速度应当不大于30 km/h。

3)检验探轮换能器质量。可以在超声换能器的接触面涂抹耦合液，使之均匀分布在钢轨与换能器的接触部位。同时，可以调节探伤仪的增益值，保持反射回波波高的稳定性。

综上所述，本文通过对钢轨探伤检测的深入分析和研究，探析漏检误判的原因及影响因素，从参数调整、线路条件优化、轨面状态合理设计、机械调整、提高检测质量等方面入手，可以较好地减少钢轨探伤车漏检误判的现象，提升钢轨探伤检测水平，有效规避和防范主要干线断轨的不良现象，增加钢轨的运行稳定性和可靠性。