高速鐵路鋼軌斷面檢測技術

摘 要:鋼軌斷面對高速鐵路運營安全有非常重要的作用。本文從鋼軌斷面外觀、軌頭磨耗、內部質量分別進行分析研究。

關鍵詞:鋼軌斷面檢測方法探傷

中圖分類號:U238文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(a)-0043-02

鋼軌是鐵路線路中最重要的設備，其主要作用是支承并引導機車車輛的車輪，直接承受來自車輪的載荷和沖擊。對鋼軌斷面從尺寸、內部構造、質量關系到線路的質量。

1 鋼軌斷面外觀檢查

我國高速鐵路采用60kg/m新鋼軌，鋼軌斷面由軌頭、軌腰和軌底三部分組成；軌頭直接承受列車車輪的荷載，對鋼軌外觀檢查直接關系到列車安全。鋼軌外觀檢查，主要從表面質量、平直度、扭曲方面進行檢查，具體標準見表1。

2 鋼軌斷面磨耗檢測

鋼軌磨損的程度，影響鋼軌的使用壽命，是制定線路大、中、小維修工作計劃的基本參數。在鐵道部制定的鋼軌傷損標準中，對鋼軌頭部磨耗量進行了嚴格的規定， 各個鐵路局工務段必須定期對鋼軌頭部磨耗量進行測量，掌握鋼軌的磨損狀態，預測鋼軌的磨損趨勢，以便對鋼軌進行相應的維修，因此，精確測量鋼軌磨耗量，高效和準確的預測鋼軌磨耗趨勢是十分必要的。

目前，鋼軌磨耗檢測技術可分為接觸式檢測和非接觸式檢測兩大類。

我國鐵路工務段現行的鋼軌磨耗檢測主要采用接觸式檢測。這種測量方法準確性差、效率低、可靠性差、工作量大、環境惡劣。接觸式檢測常用于靜態檢測，即檢測設備和鋼軌相對靜止的情況下進行檢測。

非接觸檢測一般采用光學系統來檢測，常用于動態檢測，即檢測設備和鋼軌相對運動的情況下進行檢測。通常它安裝在軌檢車上，動態檢測鐵路線路的鋼軌狀態。

現代微電子技術、控制技術及計算機技術的發展，為開發新型鋼軌磨耗檢測設備創造了條件，鋼軌磨耗檢測技術的發展主要表現為以下幾個方面。

(1)傳感器技術的應用 檢測系統要實現對檢測對象的檢測，信號采集是前提和基礎。傳感器把需要檢測的檢測參數(如溫度、位移、速度、力等)轉換為可測電信號與計算機技術結合起來，從而實現檢測的自動化。近年來，隨著傳感器技術的發展，已經產生了體積比較小巧、可用于復雜環境的新型傳感器。

(2)顯示器及顯示技術的應用 顯示技術是檢測設備與檢測人員溝通的橋梁。最早很多信息是通過數字來表示的，隨著顯示技術的發展，字符、圖形、圖像也逐漸進入了顯示終端，采用液晶顯示器LCD是新型檢測設備的發展方向。

(3)Flash閃存技術的應用 Flash存儲器具有體積小、功耗低、管腳少、容量大、可編程、掉電不容易丟失數據、價格低廉以及足夠多的擦寫次數(10萬次)等優點，在IC卡和智能檢測中得到廣泛的應用。由于Flash存儲器體積小的特點，可以嵌入到單片機控制系統中，取代電腦硬盤作為檢測數據的存放空間，大大縮小了檢測設備的體積，方便攜帶。

(4)單片機控制技術的應用 單片機具有小巧、功耗低、控制功能強等優點，隨著微電子技術的不斷發展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機可以在一塊芯片上同時集成CPU、存儲器、定時器/計數器、并行和串行接口等多種擴展電路，將計算機技術與檢測控制技術結合起來，組成智能化檢測控制系統。

3 鋼軌內部質量檢查

長期以來，我國鋼軌探傷完全依靠手推式探傷儀進行人工探傷。全路現有近8000名專職鋼軌探傷人員使用著約3000臺手推式鋼軌探傷小車，負擔近7萬公里鋼軌的內部傷損檢查。從1989年開始，鐵道部從澳大利亞GEM2CO公司和美國Pandrol Jackson公司進口了13臺大型鋼軌探傷車，使用情況不很理想。

鋼軌傷損出現的數量隨著時間的不斷發展，早期出現較多，隨后進入一個穩定期，再后進入較快發展階段，即符合所謂的浴盆曲線。早期傷損原因主要是由于鋼軌制造或焊接、熱處理等工藝不當造成的，缺陷漏檢或輪軌磨合不良造成的，鋼軌軌距角魚鱗裂紋甚至剝離掉塊以及一些其它原因造成的缺陷所致。

對鋼軌內部質量的檢測主要采用熱酸、硫印、超聲波、磁粉探傷法、射線探傷法、渦流探傷法、滲透探傷法；另外還有諸多非常規方法，如聲發射、紅外、熱成像、激光超聲、電磁超聲等。

超聲波探傷法:它既可檢測鋼軌局部內部質量情況，也可檢測鋼軌全斷面和全長內部質量情況。它能發現和定位存在于鋼軌內部的各種缺陷，如麻點、夾雜、氣孔等。超聲波探傷采用脈沖回聲技術，采用的脈沖頻率4～7MHz，探頭與鋼軌之間的耦合劑采用水或油。為確保檢測精度和可靠性，每次檢測前都要用標準人工試樣校對儀器靈敏度。現在使用的在線超聲波探傷裝置，檢測速度可達0.7～1.5m/s，其準確率至少可達到95％以上。

磁粉探傷法:利用磁力或磁場與鐵磁體的相互作用進行探傷。有缺陷時，一部分磁力線外露形成漏磁場，漏磁場吸附磁粉形成磁痕，給出缺陷的存在。只適于鐵磁材料中非鐵磁性缺陷的檢測。由于趨膚效應，磁探法只能探測表面或近表面缺陷，缺陷顯示直觀可見。

射線探傷法:利用射線的穿透性、衰減性和膠片的光化學作用進行探傷。射線探傷適用于各種不同材質的探傷，但主要用于鑄件和焊縫檢測。射線探傷主要用于內部缺陷的探測，探傷結果顯示直觀，但需要嚴格防護，一般不能連續作業。

渦流探傷法:利用電磁感應原理，線圈在工件表面感應出渦流，有缺陷時，渦流的幅度、相位和分布等都要發生變化，相應地渦流輻射的電磁場也要發生變化，這一變化被接收線圈接收即可給出缺陷。渦流檢測直接檢測的實際上是工件表面阻抗的變化，或者說是通過測量阻抗的變化進行檢測的。阻抗的變化，引起渦流的變化，進而引起渦流電磁場的變化。渦流檢測的主要應用及特點:只適用于導體材料中非導體缺陷的檢測；只能探測表面或近表面缺陷；可用于探傷及材料分選；但是不夠直觀，易受工件表面狀況和形狀影響。

滲透探傷法:主要利用毛細現象。滲透探傷操作簡單，不需要復雜設備，費用低廉，缺陷顯示直觀，具有相當高的靈敏度，能發現寬度1微米以下的缺陷。這種方法由于檢驗對象不受材料組織結構和化學成分的限制，因而廣泛應用于黑色和有色金屬鍛件、鑄件、焊接件、機加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的檢查。它能檢查出裂紋、冷隔、夾雜、疏松、折疊、氣孔等缺陷；但對于結構疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料不適用。

無損檢測技術的共同點:傷與非傷一定存在差異；找出傷與非傷之間的差異；用物理方法取出差異信號；把差異信號顯示出來，但是要排除干擾。

4 結語

隨著科學技術的發展，鋼軌斷面檢測的方法會越來越多，各個鐵路局用的檢測方法各不一樣，制定統一檢測標準是迫在眉睫，這對制定線路維修計劃，保障列車安全、正點運行具有重要現實意義。

參考文獻

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[2]李秋艷.鋼軌斷面檢測技術研究.中南大學碩士學位論文，2007.5.

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