鋼軌探傷車在軌道交通線路中的應用

湯金龍、徐棟

（北京市軌道交通運營管理有限公司，北京100068）

0 引言

鋼軌探傷車是裝在軌道中，用于檢測軌道損傷情況的專用車輛，鋼軌探傷車深入鋼軌內部可以對鋼軌軌頭橫向疲勞裂紋進行檢測，分析軌道運行中可能會導致鋼軌出現損傷的主要原因，利用超聲波原理對鋼軌進行檢測。如鋼軌道探傷車通過超聲波，從鋼軌介質傳遞至另一介質時，在介質的分界面上，有部分能量會重新傳遞給原有的發射體，此超聲波被稱之為反射波；此外，部分能量也會從界面穿過，在這一傳播流程中，被稱為透射波。通過超聲波以及透射波的聯合應用，可以更好地分析軌道出現故障的位置以及需要采取的解決措施，以便能夠保障軌道車輛的正常運行。

1 鋼軌探傷車在軌道交通線路中的應用

鋼軌探傷車在軌道交通線路中發揮著獨特的優勢，鋼軌探傷車目前分為電磁鋼軌探傷車以及超聲波鋼軌探傷車兩大類。其中，電磁鋼軌探傷車可以根據非接觸通磁法檢測鋼軌損傷程度[1]。其檢測的最佳速度為每小時30～70km，在檢測過程中，此種車輛對于鋼軌腰部以及鋼軌接頭的鋼軌損傷檢測靈敏度略低，僅為軌頭斷面積的25%（見圖1）。

圖1 地鐵探傷技術

而超聲波鋼軌探傷車是目前應用范圍較廣的探傷車輛，在軌道交通線路中發揮著重要優勢[2]。超聲波鋼軌探傷車利用超聲波法對鋼軌進行損傷探測，能夠探測鋼軌的軌頭以及軌腰范圍內的疲勞缺陷，甚至可以探測出焊接缺陷。此外，還可以檢測擦傷、軌頭壓潰以及波浪形損耗等。超聲波鋼軌探傷車具備自動記錄功能，可以將鋼軌損傷的信號等進行記錄。同時，還可以通過分析，確定損傷大小以及在鋼軌內的位置，也可以確定損傷所在的線路里程。根據記錄的數據，分析鋼軌損傷的發展速度以及發展規律。超聲波鋼軌探傷車的常用檢測速度為每小時30～50km，檢測的最佳靈敏度可以縮小為直徑3mm 的鉆孔，具備較高的應用性。且鋼軌探傷車在行進路線上，位置誤差可達±10cm，軌道不平以及不潔會影響此車的靈敏度。因此，在檢測過程中，若遇冬季，需要配合加熱器使用。在水中添加防凍劑亦可以起到一定程度的優化效果，提升檢測的精準度。目前，鋼軌探傷車在軌道交通線路中朝以下5 方面發展：

使用全新的計算機處理技術，得知傷損信號；

全面保障地面設備的安全性，實現自動里程規劃；

對超聲波探頭進行改進，實現不起落或自動起落；

提高超聲波鋼軌探傷車的檢測速度，降低啟動超聲波鋼軌探傷車的費用；

探索全新的非接觸式檢測方法[3]。

2 鋼軌探傷車在軌道交通線路中的應用技術

鋼軌探傷車的主要探傷技術是通過超聲波的發射完成對于鋼軌疲勞度以及損傷度的分析，我國目前使用的鋼軌探傷車為最新研發的1900 型檢測系統。在設計上，借助了小型鋼軌探傷儀的技術特點，增加了偏轉超過70o的超聲波探頭，以全面提高對于軌道探傷能力。軌道探傷車的車輪直徑由6.5 英寸改為9英寸，減少了超聲波輪內聲程。我國目前擁有的鋼軌探傷車達30 臺以上，其中40km/h 等級4 臺、60km/h等級22 臺（含8 臺60km/h 升級改造車）；4 臺采用SYS-1000 系統，17 臺采用Frontier 系統，5 臺采用1900 系統。轉向架安裝模式探輪結構在英國地鐵已應用多年，為進一步提高探傷檢測速度，2007—2008年，在中國地鐵對轉向架安裝模式探輪結構進行初步試驗，最高試驗速度達107km/h；2009—2010年，以美貸二期引進的首臺探傷車為平臺，組織有關單位合作開展基于轉向架安裝模式和1900 型檢測系統的探傷檢測試驗，試驗進行三輪，并與探傷小車模式進行部分對比，初步驗證這種技術組合具有80km/h 的檢測能力，為轉向架安裝模式結構優化奠定了較好基礎[4]。

3 鋼軌探傷車探傷技術的應用

3.1 向上裂紋以及斜裂紋

在鋼軌探傷車的探傷應用中，首先分析鋼軌探傷車的技術特點。鋼軌探傷車遇到向上裂紋，首先前置探頭會發現裂紋。通過波形，明確裂紋出現的原因。借助螺孔波對于前置探頭進行調節，使螺孔波呈現不同表現方式，保障裂紋在螺孔的范圍內呈現，可以確定裂紋的位置信息[5]。在明確裂紋位置后，進行詳細維修，使其在最大程度上恢復原樣，保障地鐵安全性。而在螺孔波中，射入波形的方向與裂紋的方向呈現90o。在鋼軌探傷車上，顯示回波以及零刻度之間的距離較遠，這就說明此裂縫的位置處于較深的地方。同時，裂痕長度較長，需要對探測結果進行分析，從而有效地得知裂紋出現的具體位置。對于鋼軌的中間部位進行探測時，其波形以及斜裂紋具有相似性，需要對底波進行觀察，結合底波的波形顯示，完成判斷處理工作，必須安排在夜間天窗時間檢測，這種情況下，80km/h～100km/h 檢測速度能夠適應地鐵的維修管理模式[6]。因此，未來鋼軌探傷車速度目標值應定位在80km/h～100km/h。

3.2 針對鋼軌其他探傷

針對鋼軌的其他探傷技術，根據鋼軌的水平進行探測，主要可以分析其是否存在水平裂紋隱患。在探測中，使用零度探頭，探測儀發射出的波形經過軌頭、軌腰，最后到達軌道底部。經軌體發射以及折射產生波形，對相似波形進行分析，判斷在軌道是否存在裂痕，并通過調節探頭，判斷裂痕出現的具體位置，通過對探頭移動、波形位移等，得知此裂痕的大致長度，從而采取合理的補救措施。保障地鐵運行的安全性以及精準性，對鋼軌的頭部進行探傷，鋼軌頭部探測使用70o探頭為國際標準[7]。在探測時，有可能會受到多方面影響。因此，需要對探測范圍進行提升。在探傷時，確保探頭所指方向以及探頭移動角度呈現20o夾角，使波形的發射能夠更加詳細的顯示在探測儀上，使裂痕的位置及長度都能夠有正確的參數進行參考，從而提高探測的正確性以及合理性。在探測中，如出現回波，就說明有損傷，必須進行進一步的探測判斷。在鋼軌探傷中，需要注意各種問題。針對不同的問題，需要采取合理措施，減少錯誤的發生概率，提高地鐵維修檢測的效果，使其質量能夠得到有效保障，在探傷過程中，鋼軌探傷車的波形會出現多次反射，需要以第1 回波為參考，以其他回波為輔助資料進行分析。考慮到儀器會受周圍環境的影響，需要對裂痕的位置進行判斷，以避免出現偏差[8]。

4 結語

綜上所述，質量是地鐵正常運行的前提，鋼軌探傷具備靈敏度極高的優點，在地鐵線路維修檢測中，具有非常重要的作用。通過相關介紹得知，鋼軌探傷技術的靈活應用，使地鐵安全能夠得到全面保障，避免了在后續運行中出現危險事件。相關管理人員還可以在鋼軌探傷車輛上，定期對鋼軌探傷車輛進行檢查，結合鋼軌處理目標，使檢測處于安全精準的狀態。在選擇傳感器的過程中，輪式傳感器對于線路的適應較好。而針對有縫線路或軌頭形態不良等情況，分析在檢測過程中出現的相關問題，應用全新的傳感器，如滑靴式傳感器以及輪式傳感器，使二者結合，能夠更好地發揮探測的優勢。