鐵路無縫線路焊縫探傷實物對比試塊的研發與應用

王澤

【摘 要】論文論述了近年來中國鐵路鋼軌設備的使用狀況，重點對鋼軌焊縫部位進行了強調，并闡述了其檢測維護情況，指出針對焊縫探傷領域面臨的困難應進行技術創新，通過研發焊縫探傷實物對比試塊解決探傷漏檢問題，提高準確率，以保障高鐵運營安全。

【Abstract】 This paper discusses the application of railway rail equipment in China in recent years. It mainly emphasizes the weld position of rail， and points out that technical innovation should be carried out in view of the difficulties in the field of weld inspection. Through researching and developing the material contrast test block for weld inspection to solve the missed detection of flaw detection， improve the accuracy， so as to ensure the safety operation of high-speed railway.

【關鍵詞】試塊;超聲波探傷;焊縫

【Keywords】 test block;ultrasonic flaw detection; weld

【中圖分類號】U213.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）01-0176-02

1 課題背景

隨著中國鐵路事業的蓬勃發展，“高鐵”一詞早已深入人心，中國高鐵更是成為引領時代潮流的名片之一。隨著“復興號”動車組的問世，代表著中國獨立知識產權的高鐵技術正式突破運營時速400公里大關，鑄就世界陸上運輸行業的最新里程碑。

高鐵提速的背后沉淀著無數的技術創新與設備升級，除了標志性的輕型動力車組技術，保障列車運行安全的自動、半自動化無縫線路設備的升級更新同樣是里程碑式的成就。所謂無縫線路，是指將線路鋼軌通過焊接成為一體，經接觸網通電后成為自動閉塞區段，實現區間內的設備情況被調度指揮中心實時掌握。自動閉塞區間看似容易實現，事實上將25m或50m長的鋼軌焊接成數百甚至數千公里長的整體，并實現實時監控是一項極為浩大的工程，任一處銜接不上都將導致區間斷路形成紅光帶，調度指揮中心將失去對區間以及區間內行駛列車的監控，引發不可測的后果。

將鋼軌經過焊接處理的部位叫做焊縫，焊接方式根據不同原理分為閃光焊、氣壓焊及鋁熱焊等數種，目前我國應用最普遍的線上焊接方式為鋁熱焊。由于受焊接工藝、焊接材料及操作人員技術素質等多方面的影響，鋼軌在焊接過程中往往會產生各種微小缺陷，列車在通過焊縫部位時會對焊口形成較大的沖擊力，導致微小缺陷會緩慢擴大;焊縫在各種應力作用下也會逐漸產生各種疲勞傷損，傷損發展到一定程度后會對整個焊縫部位造成破壞[1]，導致閉塞區間斷路形成紅光帶。因此，鋼軌焊縫不僅對焊接工藝有嚴格的要求，在服役過程中也要定期進行檢測。我國主要采用超聲波焊縫探傷儀對鋼軌焊縫進行檢測，利用超聲波的反射與折射原理進行無損探傷檢查，對焊縫內部的細微缺陷進行判定，是否影響行車安全。

鋁熱焊縫經過高溫處理后會對鋼軌材質造成影響，它的形狀復雜及特殊的焊接工藝，長期以來在鋼軌探傷領域一直是一個難點，尤其是對焊筋波的有效區分存在一定難度。由于鋁熱焊構造較其他部位復雜，在檢測時除了缺陷回波外，還會產生各種非缺陷引起的焊筋波形。如果不能更好地了解波形顯示規律及特征，將缺陷回波誤認為是焊筋回波，就會造成焊筋內缺陷的漏檢。歷年來焊縫部位斷軌數量占全路鋼軌折斷總數的60%以上。因此，研發焊縫實物對比試塊，檢定出焊筋波的特定波形，制定成熟、完善的探傷工藝，能有效地解決以上技術問題。

2 國內現狀

目前國內焊縫探傷作業，對儀器、探頭的各項指標的檢測均為鋼軌母材標準試塊（GHT-1.GHT-5），缺少鋼軌焊縫的檢測試塊，由于無法模擬焊縫且檢測不出焊縫波形圖表，無法描述模擬焊縫中的傷損狀態。因此，有必要開發制造焊縫檢測標準試塊，作為對比試塊提高一線工人檢測焊縫傷損的實操能力。

3 研發過程

4 成果應用

通過試塊樣本，對國內使用的超聲波焊縫探傷儀進行靈敏度及其他各項指標的校正，要求：超聲波探傷靈敏度準確率高，誤差小;能夠正確區分焊筋波與傷波的存在;直觀地判定現場鋁熱焊縫傷損定量[2]，從而大大提高了現場鋁熱焊傷損檢出率。

4.1 單探頭靈敏度校準

①軌頭和軌腰部位。將焊縫實物對比試塊上距軌面140mm的8#橫通孔反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為單探頭軌頭和軌腰部位的探傷靈敏度。②軌底部位。將焊縫實物對比試塊上軌底10#豎孔上棱角的二次反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為單探頭軌底部位的探傷靈敏度。③軌底角部位。將焊縫實物對比試塊上軌底10#豎孔上棱角的二次反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般6dB～8dB，作為單探頭軌底角部位（約20mm范圍）的探傷靈敏度。④軌底中心部位。將焊縫實物對比試塊上距軌底中心的13#切割槽反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為軌底中心裂紋部位的探傷靈敏度。

4.2 雙探頭靈敏度校準

①軌頭部位K型掃查。將焊縫實物對比試塊上距軌面20mm的3#平底孔反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為軌頭部位的探傷靈敏度。②軌腰部位。K型掃查：將焊縫實物對比試塊上距軌面90mm的7#平底孔反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為軌腰部位的探傷靈敏度。 串列式掃查：將焊縫實物對比試塊上距軌面140mm的8#橫通孔反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為軌腰部位的探傷靈敏度。③軌底部位K型掃查。將焊縫實物對比試塊上距軌底中心的11#平底孔反射波高調整到滿幅度的80%，然后根據探測面情況進行適當表面耦合補償，一般2dB～6dB，作為軌底部位的探傷靈敏度。

結果表明，經過焊縫探傷實物對比試塊對焊縫探傷儀器靈敏度的校驗，既方便又準確，能夠正確區分焊筋波與傷波的存在，可直觀地對鋁熱焊縫傷損進行定量，可以對既有線、提速線上的所有鋁焊縫進行探傷檢查，大大提高傷損檢出率，為焊縫探傷儀器對鋁熱焊縫的判傷定量帶來可靠依據。

【參考文獻】

【1】中華人民共和國鐵道部.鐵路線路修理規則[M].北京：中國鐵道出版社，2016.

【2】北京鐵路局.鋼軌探傷基本知識[M].北京：中國鐵道出版社，2013.