道岔区域母材探伤的研究

曹玉旺 任德中 中国铁路上海局集团有限公司杭州工务段

张高剑 中国铁路上海局集团有限公司金温铁路有限责任公司

1 引言

随着铁路改革不断推进，铁路工务部门所使用的钢轨探伤仪器也进行了全面的更新换代--数字式超声波钢轨探伤仪器替代了以往的模拟超声波钢轨探伤仪器。新一代数字式超声波钢轨探伤仪器，适用于探测国产和进口43 kg/m～75 kg/m 钢轨中存在的各种缺陷，具有A、B 超同显和B 超全程数据储存的特有功能。它的特点是自动运行，记录完整，不会因为校对时来回拉动小车而重复或丢失记录。每天探伤作业结束后，将全程记录数据下载到U 盘，并输入电脑进行二次探伤--回放，给钢轨防断增加了一道防线保障。

2 现有探伤工艺概述及存在的问题

图1 道岔轨件局部裂纹

虽然数字式超声波钢轨探伤仪器功能强大，但也需要人工辅助操作，特别是在道岔关键部位，如现场操作人员执标不严格、探测不到位、A 超波形判断不准确或使用纯B 超探测，但又随意打无伤标记等等，都会造成现场数据采集不完整或不准确；又如仪器调试不当、报警闸门幅度偏大等都有可能造成道岔特殊部位轨件的局部裂纹（图1）漏检或对回放人员造成误导，从而发生失控断轨。那么怎样才能提高现场数据采集的准确性和完整性呢？我们认为从以下几个方面严抓，是防止道岔特殊部位轨件失控断轨的关键。

3 道岔探伤的关键步骤

3.1 进入道岔前

作业负责人应根据道岔类型、轨型及各部位状态提出探测重点，大站场应明确各组道岔的探测范围。特别是复式交分道岔的探测更应分清股别以防漏探，并准确输入道岔标记及道岔号。

对仪器探伤灵敏度要重新作一次修正。因为，在现场作业中特别在道岔部位探伤会牵扯到灵敏度补偿，其补偿除了钢轨表面粗糙度外，还存在推行速度造成的耦合差，这一点不能忽略。另外，在GTS-60 试块上得到的轨头Φ4 平底孔和螺栓孔3 mm 象限裂纹，是在理想条件下设置的缺陷，能够形成理想的超声反射角，但在道岔部位的缺陷是千变万化的，其缺陷反射能量的大小、性质、形状、取向以及探测面耦合状态等有较大关系。所以，现场的探伤灵敏度一定要高于 GTS-60 试块上的灵敏度，以便得到更高的动态缺陷检出能力。

同时必须重新检查一遍拼孔设置，是否选择实时拼孔，并及时开启A、B 同显功能,以A 超回波为主认真观察，分清各通道回波和报警声，严禁使用纯B 显进行探伤。因为，仪器的B 显是通过模数转换电路来完成的，而该电路是依赖报警电路的触发信号来完成的，当A 超回波峰值达到一定值时仪器报警闸门打开产生报警，此时模数电路开始工作，且自动记录储存。但是，根据（上铁工〔2018〕166 号文）附件5 规定：“反射式通道报警灵敏度：起始报警幅度应处于20%～50%之间；穿透式通道报警灵敏度：起始报警幅度应处于50%～20%之间”。由于现场钢轨状态、回放人员以及检修人员的责任心等原因，一般反射式通道报警灵敏度和穿透式通道报警灵敏度都调在40%左右。但是，在道岔区域特别是在辙叉心和翼轨部位由于几何状态较复杂，探测面耦合又不理想，单侧裂纹的产生率又高，特别是道岔翼轨在有害空间附近极易产生单侧裂纹现象（图2），使得A 超回波不理想，反射式和穿透式回波峰值大部份只能达到35%左右，

图2 道岔翼轨有害空间附近

不能触发报警闸门打开，使得报警电路和模数电路无触发信号而不工作。此时就无B 显图像，极易造成漏检。根据多年来的现场实践证明，这些特殊缺陷的A 超反射式通道回波峰值大部份都在30%～35%左右；穿透式通道回波峰值大部份都在40%～35%左右，若报警闸门不调在此范围，就不能有效触发打开报警闸门工作的峰值，报警电路和模数电路均不工作，在仪器屏幕上只能显示A 超回波且没有B 显图像。因此，要督促检修人员，把仪器反射式触发报警闸门打开的A 超峰值调在30%～35%；穿透式触发报警闸门打开的A 超峰值调在40%～35%。这样假若现场执机人员稍有疏忽，较小的A 超回波也能触发报警闸门打开，使报警电路和模数电路工作，画出B 显图像，若现场执机人员没能及时发现，但在电脑上回放只要打开高敏能较清晰的显示伤损B 显图像，就能避免伤损漏检。现场探伤时仪器必须最大限度检查基本轨、尖轨尖、岔辙心尖及翼轨的最小尺寸处的轨顶面，避免基本轨、尖轨尖、岔辙心尖及翼轨部位伤损漏检。

3.2 进入道岔部位探伤

图3 道岔开通直股时曲基本轨A 区

图4 道岔开通曲股时直基本轨B 区

基本轨探伤。必须要慢走细看听报警，分清各通道A 超回波和不同报警声。当道岔开通直股时（图3）曲基本轨要擦去油污，反向探测，否则曲基本轨就会造成漏探而失控；而当道岔开通曲股时（图4）直基本轨要擦去油污，反向探测，否则直基本轨同样会造成漏探而失控。而当遇有尖轨高于基本轨时，应随时注意探头与轨面的耦合情况。

尖轨探伤（以12 号道岔为例）。尖轨顶面宽度≥50 mm 为探测范围（图5）。但并非是仪器到了尖轨顶面宽度50 mm 就可以了，而要将仪器整机最后（或最前）一个探头查至距尖轨顶面宽度<50 mm 处。

图5 尖轨顶面宽50 mm 处是仪器必须探测区域

因为AT 型尖轨轨高152 mm，而最后（或最前）一个是37°斜入射的探头，要探测顶面宽度50 mm 处，此 时探头要有一定的水平距离才能满足（即：水平=tan37°×152 mm=114.5 mm）。故检查尖轨时，必须将最前（或最后）一个探头推至距尖轨尖≤3 400 mm 处（图6）；只有满足了这个数值才能保证仪器探测到尖轨顶面宽≥50 mm 的要求。对顶面宽度<50 mm 的部位，要最大限度地使用仪器全组合探测，并随时调节探头置，确保探头始终在轨腰投影的中心位置。、

图6 仪器最后（或最前）一个探头必须<50 mm 的位置

当仪器全组合检查通过尖轨时，B 超显示（图7）说明该尖轨正常。但是，如果现场执机人员没有严格执标，没有按规定把仪器推到位，若此时尖轨确有伤损存在，由于执标不到位或回波幅度较低、位移量较小的A 超没有被执机人员观察到，而此时仪器所显示的B 超数据与（图7）完全一样，给回放人员带来误导，其后果很难想象，如（图8）所显示的B 超数据说明该尖轨轨头有核伤存在。

图7 尖轨轨头无伤损存在时B 显图象

图8 尖轨轨头有核伤存在时B 显图象

辙叉心探伤。目前在役辙叉心品种繁多，下面以最常用的高锰钢辙叉心、贝尔辙叉心、可动心辙叉心三种辙叉心为例。

图9 小锤敲击高锰钢整铸辙叉心落点轨迹

图10 高锰钢整铸辙叉心下鄂裂纹

在探伤检查遇到高锰钢整铸辙叉心时，由于该辙叉心其晶粒粗、衰减大，现有钢轨母材探伤仪器还无法检测，此时机组人员必须采取手工用小锤敲镜子照的办法，用小锤敲击作用边与非作用边进行检查，小锤敲击落点轨迹如（图9）；用镜子照轨头内外侧下鄂部位，以防止（图10）所示缺陷漏检。同时要加强对岔后引轨的仪器检查。因为高锰钢整铸辙叉心，具有较高的强度和良好的冲击韧性以提高过岔速度，但岔后引轨多数为手工锯制的短尺轨，往往锯制端与岔跟相接，软硬不一，抗疲劳强度差。具有第一孔较易发生螺孔裂纹；第三孔较易发生单侧、多条和小角度裂纹；检查难度大，伤损发展快的特点。所以岔后引轨必须坚持双人复查，坚持仪器与手工相结合检查和使用小角度探头复查。在通过高锰钢整铸辙叉时，随机人员还应目视接头状况，有否塌碴、吊空等不良状态，尤其对新换辙叉后的引轨，更应注意突发性裂纹的发生。

图11 仪器经过辙叉心时的正确做法

图12 过早抬机通过辙叉心易造成漏检的部位

探伤检查时遇到贝而辙叉心时，助听人员要密切配合执机人员在仪器通过辙叉心时及时对各通道探头的提拨（图11），切勿抬机通过辙叉心。因为，贝而叉心与高锰钢整铸叉心不同，它是用钢轨刨切装配而成，其材质与钢轨一致，因而轨顶面宽度＞50 mm 范围是可以用仪器探伤的。若仪器在（图11）所示位置抬机通过辙叉心，那么在心轨部位就会造成大约70 mm 左右长的漏探（图12）在该区域的伤损我们段已有多处检出。故当检查到这一区域时，助听人员必须用手提拨各通道探头；执机人员必须紧贴仪器，让仪器平稳通过，确保探测的完整性，且要加强对各通道A 超回波的观察；特别要加强对直70°探头A 超回波情况的观察。

图13 辙叉心没有伤损存在的B 显图象

图14 当辙叉心有轨头伤损存在的B 显图象

当辙叉心无伤损存在或伤损的A 超回波幅值较小，达不到仪器报警阀值时，仪器报警门就打开，报警电路和模数电路就不工作，B 超就显示如（图13）所示，极易造成漏检；若此时辙叉心有轨头核伤，B 超图像就显示（图14）。但是执机和助听人员不严格执标、过早抬仪器过辙叉心，仪器收集到的B显数据与（图12）完全一致，因此仪器的到位、现场执机人员的责任心等，对钢轨防断工作具有十分重要的意义。另外，严禁正、反手仪器替代使用，如（图15）仪器走行轮轮缘在钢轨轨头外侧检查，造成整个辙叉心部位的漏探。

图15 正反手仪器替代使用的大忌

翼轨探伤检查一定要确保全组合覆盖，因为翼轨较易产生单侧水平或斜裂纹，同时要加强与心轨尖端串连的螺孔部位检测，因为该处所轮轨打击较大，极易产生螺孔裂纹，而探头在轨面上的耦合往往不是很理想。所以，在探伤通过翼轨检查时一定要注意探头位置，整机探头是否探测到（图16）位置。

图16 该处探头必须要探测到位特别要加强37°对螺孔的探测

可动心辙叉心有两种，在我们段管内也较普边地使用，如（图17）所示的可动心辙叉心是没有加宽的，当仪器在该区域时要随时调节探头，始终保持在轨腰投影中心位置，使探头主声束最大限度的入射。

图17 没有加宽的可动性辙叉心探测的重点部位

另一种在翼轨部位是有加宽的（图18），加宽总长是70 cm；两端约以37°左右至翼轨顶面宽达到90 mm，长度达50 cm ；若有肥边的话最宽处可达到100 mm 左右，而翼轨最宽处到正常宽度的间隔约为16 mm。当遇到有加宽翼轨时，不但要调向检查，调向后仪器的轮缘在钢轨轨头外侧，执机人员要控制好仪器轮缘的紧贴度。因为该处所翼轨有16mm 的加宽，若仪器的前后轮缘过分的紧贴轨头会造成纵向偏斜，主声束会偏离造成特殊缺陷的漏检。因此，执机人员要控制好前后轮轮缘紧贴轨头的尺度，始终保持仪器与翼轨的纵向平行，确保仪器各通道探头主声束的入射。

图18 有加宽的可动性辙叉心探测的重点部位

4 结论

综上所述，是我们对钢轨道岔部位母材探伤工作的一点积累，也是设想为钢轨安全防断工作开创一个新的思路，期望能解决当前道岔区域钢轨母材特殊缺陷受控难的技术问题，为我们集团公司的钢轨安全防断“争零控零”目标的实现，特发表此文，籍以将此方法推广应用。