淺談地鐵鋼軌探傷技術(shù)

1、.淺談地鐵鋼軌探傷技術(shù)孔翎【摘要】 城市軌道交通中鋼軌的質(zhì)量、工作狀態(tài)對整個線路的質(zhì)量以及行車安全有著直接的影響。鋼軌傷損主要以表面掉塊等疲勞性損傷為主。城市軌道交通有針對性地提出了鋼軌傷損防治對策,如提高鋼軌焊接質(zhì)量、縮短探傷周期、引進新的探傷方法及先進設(shè)備和做好鋼軌探傷檢查工作。【關(guān)鍵詞】 鋼軌傷損;安全分析;防治一、概述鋼軌是線路上部建筑中直接承受機車車輛各種荷載的部分。鋪設(shè)在線路上的鋼軌，在機車車輛作用下，又由于養(yǎng)護和氣候條件等不同，鋼軌在使用過程中極易發(fā)生各種各樣的傷損。因此，加強探傷檢查，及時更更換傷損鋼軌，是綜合機電工建部門保證行車安全的一項重要措施。地下鐵道作為城市軌道交通的一

2、種重要形式，具有行車密度大、載重較小、通過總量大、乘客舒適度要求高、安全系數(shù)要求高等特點；地鐵線路絕大部分都處于隧道中，埋深較大，情況復(fù)雜；正線基本上采用整體道床，變形較小。作為線路重要組成部分地鐵里的鋼軌，比起普通鐵路來，具有許多不同的特點。鋼軌探傷是線路月檢的重要內(nèi)容之一，是保障鋼軌情況正常，確保地鐵行車安全的重要手段之一。雖然普通鐵路的鋼軌探傷工作開展時間長，經(jīng)驗豐富，模式較為成熟，但由于地鐵鋼軌探傷與普通鐵路情況大為不同，單純地照搬、硬套，不能很好地指導(dǎo)地鐵的鋼軌探傷工作；因此，結(jié)合現(xiàn)有的地鐵線路鋼軌探傷資料和積累的經(jīng)驗，對其方法、模式進行分析和討論，就顯得十分重要和必要。二、地鐵線路

3、鋼軌常見傷損核傷、魚鱗紋、表面掉塊、螺孔裂紋、水平裂紋、橫向裂紋等是鋼軌常見的傷損，作為地下鐵道的軌道，自然也不例外。但由于地鐵具有前面所描述的諸多特點，“大同”里也有不少“小異”：1、由于地鐵車輛載重較輕，加上整體道床良好的穩(wěn)定性，鋼軌發(fā)生核傷、折斷的概率非常小；2、由于地鐵運營具有行車密度大的特點，往復(fù)頻繁的輪軌摩擦，導(dǎo)致鋼軌表面的疲勞傷損（如魚鱗紋、表面掉塊等）較為嚴重；3、由于地鐵目前正處于快速擴張的階段，線路建設(shè)工期趕，加之成都地區(qū)地下水豐富，部分線路區(qū)段防水工程質(zhì)量不過關(guān)，導(dǎo)致隧道漏水，一些地方甚至直接滴水到鋼軌面，導(dǎo)致鋼軌下頜、軌腰部位銹蝕嚴重；4、地鐵站間距離短，列車啟動、制動

4、較頻繁，車輪對鋼軌焊接接頭的沖擊力大，導(dǎo)致鋼軌焊接接頭高低超限較多等。三、常用鋼軌探傷方法無損檢測是一門綜合性的應(yīng)用科學(xué)技術(shù),它是在不改變或不影響被檢對象使用性能的前提下,檢驗和分析材料,零件和構(gòu)件的一種非破壞檢測方法。無損檢查是提高產(chǎn)品質(zhì)量,確保安全的重要手段。鋼軌探傷儀具有特殊的技術(shù)條件,環(huán)境適應(yīng)性強工作溫度范圍在-15C45C。 鋼軌探傷是無損檢測的一個重要組成部分，而無損檢測的種類、方法十分豐富，應(yīng)用于鋼軌探傷的一般有超聲波探測、渦流探測、磁粉探測、射線探測等方法。超聲波探傷（Ultrasonic Inspection）是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進入另一截面時，在界面邊

5、緣發(fā)生反射的特點來檢查零件缺陷的一種方法；當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時就分別發(fā)生反射波束，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小。該方法利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播的影響來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢驗方法，現(xiàn)在廣泛采用的是觀測聲脈沖在材料中反射情況的超聲脈沖反射法，此外還有觀測穿過材料后的入射聲波振幅變化的穿透法等，常用的超聲波頻率在0.55MHz 之間。該方法具有如下優(yōu)點:穿透能力強，探測深度可達數(shù)米；靈敏度高，可發(fā)現(xiàn)與直徑約十分之幾毫米的空氣隙反射能力相當(dāng)?shù)姆瓷潴w；在確定內(nèi)部反射體的位向、大小、形狀及性質(zhì)等方面較為準確；僅須

6、從一面接近被檢驗的物體；可立即提供缺陷檢驗結(jié)果；操作安全，設(shè)備輕便等。渦流探傷（Eddy Current Inspection）是利用電磁感應(yīng)原理，檢測導(dǎo)電構(gòu)件表面和近表面缺陷的一種探傷方法。其原理是用激磁線圈使導(dǎo)電構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生渦電流，借助探測線圈測定渦電流的變化量，從而獲得構(gòu)件缺陷的有關(guān)信息。按探測線圈的形狀不同，可分為穿過式(用于線材、棒材和管材的檢測)、探頭式(用于構(gòu)件表面的局部檢測)和插入式(用于管孔的內(nèi)部檢測)三種。磁粉探傷（Magnetic Particle Inspection）是將鋼鐵等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位能吸附磁粉的特征，依磁粉分布顯示被探測物件表面缺陷和

7、近表面缺陷的探傷方法。該方法的特點是簡便、顯示直觀。其原理是將待測物體置于強磁場中或通以大電流使之磁化，若物體表面或表面附近有缺陷（裂紋、折疊、夾雜物等）存在，由于它們是非鐵磁性的，對磁力線通過的阻力很大，磁力線在這些缺陷附近會產(chǎn)生漏磁。將導(dǎo)磁性良好的磁粉（通常為磁性氧化鐵粉）施加在物體上時，缺陷附近的漏磁場就會吸住磁粉，堆集形成可見的磁粉跡痕，從而把缺陷顯示出來。磁粉探傷的優(yōu)點是：對鋼鐵材料或工件表面裂紋等缺陷的檢驗非常有效；設(shè)備和操作均較簡單；檢驗速度快，便于在現(xiàn)場對大型設(shè)備和工件進行探傷；檢驗費用也較低。缺點是：僅適用于鐵磁性材料；僅能顯出缺陷的長度和形狀，而難以確定其深度；對剩磁有影響

8、的一些工件，經(jīng)磁粉探傷后還需要退磁和清洗。射線探傷（Radiographic Inspection）是利用射線穿透物體來發(fā)現(xiàn)物體內(nèi)部缺陷的探傷方法，其原理是射線能使膠片感光或激發(fā)某些材料發(fā)出熒光，在穿透物體過程中按一定的規(guī)律衰減，利用衰減程度與射線感光或激發(fā)熒光的關(guān)系可檢查物體內(nèi)部的缺陷。射線探傷分為X 射線探傷、 射線探傷、高能射線探傷和中子射線探傷。四、現(xiàn)行探傷模式分析1、探傷方法及儀器地鐵鋼軌探傷主要采用超聲波探測法，使用的儀器是汕頭超聲波探測研究所生產(chǎn)的系列設(shè)備和邢臺先鋒超聲電子生產(chǎn)的系列設(shè)備，即包括路軌探傷儀JGT-10型手推探傷車、8C型手推探傷車、CTS-9009焊縫探傷儀和升級

9、版數(shù)字式通用儀CTS-2020 等。JGT-10型手推探傷車用于普通鋼軌探傷，該儀器具有5 路發(fā)射、接收系統(tǒng)，10 個報警閘門，功能齊全，可配用多種探頭同時進行探傷，目前我們采用的探頭組合是：0、37、70、70、37，分別探測軌底、軌腰、軌頭位置的傷損，即使是這樣的組合也存在探測盲區(qū)軌鄂下部、軌腰中下部和軌底兩側(cè)。接收通道配有高精度衰減器，方便缺陷定量；儀器水平線性好，各種軌型均可按比例直讀缺陷的垂直距離或水平距離；第3、4、5 通道均具有螺孔固定回波識別功能，可實現(xiàn)缺陷報警而螺孔不報警，大大減少誤報警次數(shù)，探傷靈敏度高，缺陷檢出能力強。第3、4 通道具有的同時與延遲二選一報警功能和第5 通

10、道的進波與失波報警閘門等利于檢出各種有害缺陷。CTS-2020 采用嵌入式計算機系統(tǒng)和超大規(guī)模現(xiàn)場可編程集成電路設(shè)計，探傷靈敏度余量高達62dB，彩色TFT 液晶顯示屏顯示清晰，避免了誤讀誤判，再配以DAC、大容量存儲器、USB 接口等新技術(shù)、新功能，突出的電磁兼容設(shè)計技術(shù)使儀器的現(xiàn)場抗干擾能力大大加強。最高采樣速率240MHz，最小顯示范圍5mm；工作頻率范圍分14MHz，0.510MHz 兩檔設(shè)置，分別突顯高靈敏度和寬頻帶的優(yōu)點；界面波跟蹤功能，通過A、B 閘門間的邏輯關(guān)系，容易實現(xiàn)水浸法探傷或精確測厚；脈沖重復(fù)頻率可調(diào)，避免在探傷過程中出現(xiàn)混響信號；完善的DAC曲線功能，方便進行回波評價

11、；具有測量探頭角度（K 值）的功能；大容量存儲器可存儲高達500 個數(shù)據(jù)集，包括波形、曲線、參數(shù)、探傷報告等；.USB 接口可實現(xiàn)儀器內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)波形向U 盤的轉(zhuǎn)存，打印探傷報告。DAC 曲線是CTS-2020 新增的一項功能，它通過設(shè)定三條標準曲線構(gòu)成三個區(qū)標準區(qū)、超限區(qū)和判廢區(qū)，將DAC曲線和回波比較功能，可快速、準確判斷回波的性質(zhì)，從而大大提高了接頭探傷的速度和質(zhì)量，在地鐵新線驗收中發(fā)揮了不可替代的作用。圖1 為運用DAC 曲線探傷的情形：圖1 DAC 曲線CTS-2020 使用斜探頭探傷時，可對缺陷進行精確測試，通過數(shù)字儀器的強大功能，可以對缺陷進行精確定位。圖2 是來自斜探頭探

12、測距表面40mm1.6 的波形；圖2 斜探頭探測波形圖2、鋼軌探傷周期地鐵現(xiàn)行探傷周期規(guī)定如下：1）鋼軌探傷周期應(yīng)視線路繁忙程度和鋼軌技術(shù)狀態(tài)而定。隧道內(nèi)鋼軌每月檢查一遍，鋼軌接頭焊縫每半年檢查一遍，為防止漏檢，嚴禁以手工代替儀器檢查。車輛段線路和道岔每季度檢查一遍。2）連續(xù)兩個探傷周期內(nèi)都發(fā)現(xiàn)疲勞傷損（如核傷、魚鱗傷、螺孔裂紋、水平裂紋、垂直裂紋、表面缺陷（的不良鋼軌地段，應(yīng)增加儀器探傷的檢查遍數(shù)，縮短探傷周期。3）在線路上焊接的接頭，應(yīng)焊接后馬上抓緊全斷面（包括熱影響區(qū)）的探傷檢查，上道前焊接的鋼軌接頭，嚴格執(zhí)行“先探傷、后上道”的規(guī)定，認真把好質(zhì)量關(guān)。線路上和線路外進行的焊接接頭必須探傷

13、。不符合焊接質(zhì)量的接頭必須重焊。現(xiàn)場新焊接接頭，在辦理驗交時，應(yīng)有完整的焊接探傷記錄。4）遇特殊情況，如傷軌數(shù)量出現(xiàn)異常，應(yīng)縮短探傷周期；現(xiàn)場接觸焊縫和鋁熱焊縫除按規(guī)定周期探傷外，要用專用儀器進行焊縫全斷面探傷；現(xiàn)場接觸焊每年不少于一次；鋁熱焊每半年不少于一次；大修換軌初期和現(xiàn)存的超大修周期地段的鋼軌探傷周期，根據(jù)實際情況增加探傷次數(shù)。3、分析結(jié)合上述情況，可知地鐵鋼軌探傷具有如下特點：1）探傷手段單一，僅僅采用超聲波探傷法；存在一定的探傷盲區(qū)，而且特殊位置如整鑄道岔無法進行探傷；2）探傷周期搬套普通鐵路的周期，不符合地鐵實際；3）探傷人員水平參差不齊，缺少與外界交流、學(xué)習(xí)等。五、優(yōu)化探傷模式

14、分析1、豐富探傷手段超聲波探傷法作為最廣泛的使用方法，自然有其不可替代的作用。但考慮到地鐵線路軌道的特點：道岔普遍采用高錳鋼整鑄道岔，由于其特殊的晶粒構(gòu)造，用超聲波無法對其進行有效探傷；地鐵對乘客舒適度要求很高，加上地鐵運營密度大，鋼軌表面（08mm范圍）的情況十分關(guān)鍵，而現(xiàn)有的超聲波探傷法無法有效地對該部位進行傷損探測，所以引進更多的探傷方法就顯得十分必要了。磁粉探傷是對高錳鋼整鑄道岔探傷的一種有效方法，道岔對于線路的重要性是不言而喻的，引進該方法，并制定合理的探傷形式和周期，能有效地與現(xiàn)有的探傷手段互補，不斷完善探傷模式。2、引進更先進的探傷設(shè)備隨著地鐵線網(wǎng)的不斷擴張，線網(wǎng)里程、范圍越來越

15、大，僅僅依靠人工探傷是無法滿足要求，也不具有經(jīng)濟性。這樣，大型探傷車的采購是很有必要的，盡快實現(xiàn)探傷工作的機械化和自動化、精準化，是地鐵鋼軌探傷的下一步目標。另外，隨著科技的不斷發(fā)展，新的探傷技術(shù)、手段不斷出現(xiàn)和更新，優(yōu)化現(xiàn)有的超聲波探傷法，不斷更新探傷作業(yè)方法、手段是我們?nèi)粘?yīng)該注意的。3、加強交流，提高探傷人員的水平國有鐵路的線路里程長，情況更加復(fù)雜，鋼軌傷損類型、實例更多，其探傷工作人員的經(jīng)驗更加豐富。因此，加強與國有鐵路的探傷人員的交流，向他們學(xué)習(xí)經(jīng)驗，不斷提高自身的探傷水平，對我們地鐵的探傷工作具有積極的意義。六、總結(jié)地鐵鋼軌探傷工作十分重要，對于地鐵追求的“安全、舒適”等有重要的影響，而地鐵的該