特殊狀態下鋼軌傷損的檢測探討

崔凱

摘 要：論文通過闡述不同線路地段特點，簡述鋼軌傷損發展的起因，指導鋼軌（路軌）探傷對特殊情況下的線路鋼軌進行有效探測，避免人為探傷檢測不當造成鋼軌內部傷損漏檢，消除現役鋼軌潛在隱患，確保運輸安全。

關鍵字：鋼軌 傷損 檢測 措施

引 言

在超聲波鋼軌（路軌）探傷中，根據鋼軌的幾何形狀，按鋼軌產生傷損的部位、性質以及超聲波的傳播規律，把鋼軌探傷區域劃分為三個區域。如下圖所示，其中Ⅰ區、Ⅱ區為路軌探傷儀可探測區，Ⅲ區為路軌探傷儀不可探測區，即路軌探傷的盲區。

在正常情況下，鋼軌軌頭踏面（探測面）應光滑、無擦傷、無碎裂、無銹蝕、無油污、無泥沙、軌底無銹坑等，路軌探傷儀在耦合良好的前提下，能較全面的探測出鋼軌Ⅰ、Ⅱ區域內部的傷損。但在現場探傷作業中，一方面由于機車車輪長期在鋼軌的軌頭面碾壓，使鋼軌踏面產生諸多表面傷損，如掉塊、碎裂、剝離、擦傷、嚴重側磨、壓陷凹槽等缺陷，造成鋼軌探測面狀態不良，探頭與鋼軌表面耦合不良，影響鋼軌探傷儀器的正常檢測。另一方面，線路維修、養護不當，如接頭高低不平、鋼軌低頭、鋼軌焊補工藝不良、鋼軌修理不徹底等，也會造成檢測超聲波無法正常入射到鋼軌內部，造成鋼軌Ⅰ、Ⅱ區缺陷檢出困難。因此，對上述這些特殊狀況下的線路地段在進行鋼軌探傷時，探傷工應提高警惕，采取有效措施，防止鋼軌傷損漏檢。

一、鋼軌焊補地段的鋼軌探傷檢測。

1.鋼軌焊補不良造成鋼軌傷損檢出困難。

⑴鋼軌焊補過程中形成的焊補層為粗晶奧氏體，它在鋼軌踏面上呈圓柱體，垂直于鋼軌面，它對超聲波的衰減影響非常大，超聲波很難穿透。特別是在超聲波斜入射時，由于粗晶聯結的松散性及聲阻不一致，引起超聲波傳播方向發生變化，很難形成與粗晶成一定角度的超聲波。

（2）鋼軌焊補工藝要求較高，鋼軌焊補操作稍有紕漏，就容易產生焊補缺陷。焊補區域的缺陷主要以裂紋呈現，裂紋發展速度快后容易形成焊補層下的核傷，該核傷與一般的鋼軌疲勞核傷不徑相同。一是普通的疲勞原因產生的核傷一般產生于軌頭內側作用面下3-15mm處，距作用邊7.5mm。而焊補層下核傷的傷源在焊補層與母材的聯結地點向下發展，埋藏較淺。二是在鐵路復線區段因鋼軌疲勞原因形成的核傷與鋼軌面垂線呈7-9°夾角。而焊補層下的核傷一般與軌面垂直并與軌縱軸垂直，很少與軌面垂線成一定的夾角。由于焊補層下核傷的上述特殊性，造成普通路軌探傷儀使用內外70 °探頭很難探測到焊補層下的核傷，探傷檢測難度比較大。

2.鋼軌焊補地段探傷要點及采取的措施。

（1）遇有鋼軌焊補時，執機人應站?？床ǎ瑑x器水量要足，提高儀器靈敏度4-6dB。

（2）充分利用0°探頭穿透檢測，觀察儀器超聲波走勢，看焊補層是否有阻礙超聲波傳播到鋼軌內部的現象。

（3）若超聲波無法從鋼軌踏面傳播到鋼軌內部時，可利用校對探頭或使用通用儀器進行軌頭側面校對及兩個探頭一發一收校對等特殊探傷方法檢查。

（4）遇鋼軌接頭處的焊補時，目測焊補層是否分層，若焊補區域影響37 °探頭對螺孔裂紋的檢測時，必須堅持手工檢查。

二、鋼軌接頭處的鋼軌探傷檢測。

1.接頭處軌面碎裂掉快及接頭高低不平引起鋼軌內部的傷損檢出困難。

⑴因為路軌探傷儀傳播超聲波到鋼軌內部是通過探頭與鋼軌軌面填充耦合劑實現的，所以要求被探測鋼軌面應無破損現象。但現場實際是鋼軌接頭因列車反復碾壓和沖擊，時常會出現鋼軌面碎裂掉塊。當儀器探頭置于鋼軌面上時，因鋼軌面碎裂掉塊造成軌面透射聲波急劇下降（或無透射波），探傷儀器無法實現正常探傷。同時，鋼軌存在碎裂掉塊也干擾鋼軌接頭螺孔裂紋的檢出。根據計算，當接頭的掉塊長度大于22.5mm時，路軌探傷儀對于一孔向二孔方向的3mm的上裂紋是無法進行探測的。

（2）探傷作業中對鋼軌接頭螺孔一孔向軌端方向的下裂紋是依靠37 °二次反射波進行探測。當鋼軌接頭存在高低不平（即接頭上下錯牙）病害時，在此處探傷會出現儀器探頭支架架空現象，致使探頭與鋼軌面無法耦合，容易漏掉接頭一孔向軌端方向的下裂紋和0°探頭對軌端額部和軌腰水平裂紋探傷。

2.接頭處軌面碎裂掉快及接頭高低不平地段探傷要點及采取的措施。

（1）通過鋼軌接頭處時，應加大儀器水量，探傷人員必須落實站停看波，堅持執行“三看”即：一看接頭狀態，二看探頭位置，三看出波情況。

（2）仔細甄別鋼軌接頭B超圖形，結合37°螺孔波與0°底波仔細確認，看B超螺孔波是否完整，0°底波是否正常，也可將儀器調向進行再次檢查。

（3）對于37°出波不完整或不出波， 0°底波消失的接頭，結合手工錘敲、軌端縫手電筒鏡照的方法進行檢查，必要時對鋼軌接頭進行拆檢。

三、曲線磨耗地段的鋼軌探傷檢測。

1.曲線上股嚴重側磨，下股壓寬軌面凹槽區段傷損檢出困難。

曲線地段的鋼軌由于受力不均，存在未被平衡的加速度，在列車通過時，曲線上股鋼軌內側與車輪直接接觸，容易加速鋼軌內側的磨耗，使軌面呈圓弧狀，曲線下股鋼軌軌頭頂面金屬變形，形成軌頭肥邊和壓寬，軌頭中心縱向凹槽和破皮等。

（1）曲線上股由于鋼軌軌頭表面的接觸疲勞容易產生軌頭內側上角魚鱗狀剝離裂紋、斜線狀剝離裂紋、和淺層剝離掉塊等傷損，嚴重時會出現鋼軌軌面變窄且呈圓弧狀。當路軌探傷儀進入該區段時，探頭與鋼軌側磨表面呈切線接觸，超聲波的傳播方向與正常情況比較有所變化，探頭的超聲波能量只能部分進入鋼軌內部，另一部分將產生雜亂的超聲波反射，使儀器檢測覆蓋軌頭截面不完整，有漏掉鋼軌內部小缺陷的可能。

（2）曲線下股由于鋼軌軌頭壓寬產生肥邊，軌面呈現破皮壓潰、剝離裂紋和淺層狀剝離掉塊等現象，引起儀器探頭與軌面的耦合不良，超聲波無法正常入射到鋼軌內部，導致儀器失檢，影響傷損的檢出。

2.曲線磨耗地段的探傷要點和采取的措施。

（1）進入曲線區段時應及時調整儀器探頭位置，最大限度的使探頭超聲波能量傳播到鋼軌內部，同時放慢探傷速度，加大儀器水量，確保探頭與軌面耦合良好，適當提高70 °探頭探傷靈敏度。同時注重曲線上股的手工檢查，謹防由于油污的干擾，導致軌頭內側掉塊、平裂及斜裂紋的漏檢。

（2）小半徑曲線上股探測時，調節儀器斜70 °探頭偏角，確保探傷區域的有效掃差。將20 °偏角改為14 °，增加儀器探頭與軌面的接觸面。

（3）曲線下股探測時，調整探頭位置，防止肥邊引起探頭偏離軌頭中心，同時放慢探傷速度，加大儀器水量，注意觀察儀器是否失檢和失波。

（4）目檢和用量具檢查曲線鋼軌磨耗，周期性記錄鋼軌磨耗量，掌握鋼軌磨耗量變化。