关于铁路工务钢轨探伤工作的探讨

王振殿

【摘 要】近年来，我国经济突飞猛进，极大地推进了铁路交通运输，铁路网覆盖面积日渐扩大。铁路交通运输作为推动我国经济高速发展的重要运输途径，是我国交通运输的大动脉，我国铁路系统坚持自立创新、结合科技的发展道路，铁路总里程现已跻身于世界第一。钢轨是铁路交通运输的基石，由于近年来铁路运输的承重量大以及运输次数频繁，再加上外在环境的影响，引起钢轨疲劳以及内部组织损伤，若不及时发现和解决，钢轨轻则产生裂纹，重则产生断裂，就可能造成重大的铁路交通事故。随着科技水平和信息化水平的发展，钢轨无损探伤方法应运而生，在不影响钢轨性能的情况下完成对钢轨内部组织的检测。合理的使用无损探伤技术能够高效率、高精度的发现钢轨中存在的缺陷，不仅降低了施工人员的工作强度，还能有效降低安全风险和经济损耗，为铁路交通安全出行提供有力保障。本文主要就铁路工务钢轨无损探伤技术进行深入分析。

【关键词】工务钢轨探伤; 无损探伤技术; 应用研究;

1 钢轨无损探伤技术概括及特点

钢轨无损探伤技术就是利用先进的技术，在不损害钢轨使用性能的情况下，对钢轨内部组织进行缺陷检查，并通过数字化或者信息化技术，将检测出的缺陷反馈给检测技术人员。钢轨无损探伤技术的应用目的主要包括两个方面：①精准掌握钢轨存在的内部缺陷与允许负荷、剩余使用寿命进行评估。②利用检测钢轨存在的缺陷与制造工艺的关系，通过检测反馈给制造，以提高钢轨制造工艺的改进。目前来看，钢轨无损探伤技术朝着标准化、数字化、精准化、模拟仿真化方向发展，主要体现在高精度、高效率的高精度检测仪器、检测标准规范的制定以及高精度模拟仿真软件的出现，由此可见，在以后的钢轨损伤检测中，无损探伤的应用将会严格的把控检测质量、高效率高精度检测以及改进钢轨制造工艺，在铁路交通运输领域的影响将会越来越大。

钢轨无损探伤技术的特点主要有以下几个方面：①无损伤性：无损伤探伤技术是利用先进技术，例如超声波、磁粉或者射线等，对钢轨进行质量检测，检测过程中不会损坏钢轨的使用性能和钢轨内部组织结构。②实时监控：无损探伤技术结合数字化、信息化，能够将检测数据及时的反馈给检测人员，检测人员能够实时监控钢轨的质量状态。③高效准确：结合计算机技术，对钢轨的检测结果能够及时的传输到计算机前端，检测结果准确有效，并能够反馈出钢轨现存缺陷与剩余使用寿命的关系。另外还有操作方便，安全、隐患小等特点。

2 钢轨使用过程中容易出现的缺陷

钢轨容易出现损伤过程主要是钢轨制造以及安装焊接、列车车轮频繁的冲击力和载荷以及所处的环境因素等。钢轨制造以及安装焊接采用的材料不恰当、焊接母材选取不合适、制造工艺以及焊接工艺不合理等，钢轨就容易出现微裂纹、灰板、焊接点脱落、鱼鳞纹以及掉块等损伤。由于列车承重量大以及运输次数的频繁，钢轨可能发生擦伤、剥离掉块、变形以及滚动接触疲劳损伤等缺陷，在外界环境的影响下，雨水浸湿、氧化腐蚀钢轨。总之，对于钢轨运作过程中，铁路相关部门应做好钢轨施工质量的监督和后续的检测以及保护，以避免因钢轨的伤损而发生安全事故。

3 钢轨无损探伤技术的应用

目前，钢轨无损探伤技术主要有超声波无损探伤、射线无损探伤、激光无损探伤、渗透无损探伤、目视无损探伤、涡流无损探伤等。

3.1 超声波无损探伤技术

超声波是超过人耳听觉，其频率高于20 kHz的机械波，超声波由于具备良好的指向性、传播性、在物质中衰减性和在界面上的反射、折射特性，而广泛用于锻件、轧制件的探伤。利用超声波进行钢轨探伤时，利用功率放大器对激励信号放大，由导波传感器在钢轨的一端发出超声波，超声波在没有损伤的钢轨，导波的相速度基本保持不变;在钢轨中遇到损伤就会发生反射、散射等信号，通过信号传递进行分析，就能高效率、高精度的找到损伤部位及损伤程度。用超声波无损探伤可以检测出钢轨中裂缝、白点、分层、气孔、未焊透等不良缺陷。优点在于穿透能力强、操作安全、设备轻便、测量精度高、高灵敏度和获得结果快等，此技术已经在钢轨探伤中广泛应用。但是超声波探伤技术也有自身的局限性，例如检测结果显示不直观、探伤结果不易保存等，还需要探索合适的处理方法将超声波反馈的信号数字化或者模态化，以便有效提取数据、分析数据和保存数据。

3.2 超声波探伤技术在重载钢轨的应用

铁路正朝着高速、重载的方向发展，铁路网覆盖范围广大，所需要的钢轨数量也随着增加，钢轨在铁路运输中承担着繁重的载荷，长时间的磨损、腐蚀及其他因素的影响，钢轨会发生肉眼无法观察到的缺陷，例如裂纹、锈蚀、剥离掉块等。超声波无损探伤在重载钢轨中的应用随着技术的成熟越来越普遍，下面介绍超声波无损探伤技术在检测重载钢轨底部和头部的应用。

1）对于钢轨底部缺陷的检测主要应用的是00探头，在进行钢轨底部探伤检测时，超声波无损探伤仪由晶片发射出纵波会从钢轨的头部经过钢轨腰部来到钢轨底部，在钢轨底部经界面发射后，被另一晶片接收。当钢轨中存在裂纹、缩孔以及夹杂物时，都会阻断超声波纵波信号的传输，然后根据回波显示的刻度，对钢轨中出现缺陷的类型和位置进行判断，并能够对发生裂纹的长度进行测量。

2）对钢轨的头部进行测量时，需要更换探头。根据相关规定，需使用700探头，为了避免钢轨头部受到其他的影响，探头的位置需与探头前进的方向成一定的斜角，目的是让钢轨中的横波从钢轨头部下颚反射到轨面上。在钢轨的头部检测过程中，如果钢轨的头部完好无损，就不会存在回波信号。如果钢轨的头部存在损伤，就会有回波反射回来。根据回波显示的情况，对损伤的大小、类型以及位置进行判断。例如钢轨头部生锈，就会出现间断的报警声，但用砂纸进行打磨后，跳跃波就会减弱;当钢轨侧面有剥落掉块时，也会发生超声波反射的情况，说明钢轨内部产生凸凹不平的水平裂缝，钢轨内部存在着严重的损伤，需仔细进行检查。

4 结语

随着我国经济的迅猛发展，铁路系统的不断扩展，一方面加强了我国的交通运输能力;另一方面由于钢轨可能出现某些损伤，影响铁路运输过程的安全问题。无损探伤技术的运用，在钢轨的探伤中起到了重要的作用。从现有的导轨无损探伤技术来看，各个有各自的优势特点，企业还需要结合导轨的自身情况以及现代化技术，有效的将上述的无损探伤技术相融合，继续探索更为优化的无损探伤技术，提供更为高效率、高准确度的缺陷检测。另外，还需要加强对于無损探伤技术的仿真模拟，利用有限元的方法对钢轨损伤进行预测，更为有效、节省成本的方式来检测和预防缺陷。

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（作者单位：中国铁路北京局集团有限公司）