滲透檢測在鋼軌傷損復核上的應用

佟偉

摘 要：城市軌道交通運營密度大，鋼軌表面易產生疲勞傷損，而超聲波檢測無法有效地對特殊部位表面開口及道岔傷損進行探測，應借助滲透檢測的方法，滲透檢測具有對表面開口及道岔缺陷檢測靈敏度高、操作簡單、檢測迅速的特點。配以合理的檢測工藝，能有效地與現有超聲波檢測手段互補，完善檢測模式，提高城市軌道交通安全系數。

關鍵詞：鋼軌檢測;鋼軌表面傷損;滲透檢測

中圖分類號：U121 文獻標識碼：A

0 引言

鋼軌超聲波檢測作為最廣泛的使用方法，自然有其不可替代的作用。但考慮到超聲波檢測原理及北京城市軌道交通鋼軌傷損的特點，現有的超聲波檢測法無法有效地對鋼軌全面檢測。為確保傷損的全面檢出，而借助滲透檢測方法就顯得十分必要了。

1 滲透檢測基本原理

1.1 概述

滲透檢測（penetrant testing，簡稱PT）;也叫滲透探傷。利用液體的滲透現象、毛細作用和吸附原理來檢查材料、制品表面的開口缺陷[1]。探傷時，將紅色滲透劑施加在被檢表面，如果被檢表面存在缺陷滲透劑便滲入缺陷內，當把表面多余滲透劑去除后再施加白色顯象劑，缺陷內的滲透劑便被吸出從而在白色背景上呈現出紅色缺陷跡痕。適用于檢查金屬材料（包括焊縫，奧氏體不銹鋼，非磁性金屬，及各種鑄件和鍛件）、非金屬材料（如玻璃、陶瓷、氟塑料）及其制品表面開口性的缺陷如暴露于表面的裂紋、氣孔、疏松、分層、未焊透及未熔合等缺陷。

1.2 對工件被檢表面的要求

（1）被檢表面及其周圍25 mm區域內應無油污、銹蝕、切屑、漆層及其它污物。（2）檢查焊縫時，在焊縫表面及距焊縫邊緣30 mm內不應有氧化皮、焊渣、飛濺等污物。 （3）檢查道岔時，加工表面比較粗糙，可適當放寬但不得影響檢驗結果。（4）在10～50℃的溫度條件下，滲透時間通常在10～15 min之間，當環境溫度不在本范圍內，應使用SUS-3鍍鉻試塊試驗，對檢測方法作出鑒定。

1.3 滲透劑、清洗劑、顯象劑的選擇原則

滲透探傷包括熒光法和著色法。熒光法是將含有熒光物質的滲透液涂敷在被探傷件表面，通過毛細作用滲入表面缺陷中，然后清洗去表面的滲透液，將缺陷中的滲透液保留下來，進行顯象。典型的顯象方法是將均勻的白色粉末撒在被探傷件表面，將滲透液從缺陷處吸出并擴展到表面。這時，在暗處用紫外線燈照射表面，缺陷處發出明亮的熒光[2]。著色法與熒光法相似，只是滲透液內不含熒光物質，而含著色染料，使滲透液鮮明可見，可在白光或日光下檢查。一般情況下，熒光法的靈敏度高于著色法。這兩種方法都包括滲透、清洗、顯象和檢查四個基本步驟。

常用的滲透探傷方法有著色滲透探傷、熒光滲透探傷、水洗型滲透探傷、溶劑去除滲透探傷、干式顯像滲透探傷、濕式顯像滲透探傷，實際探傷時經常是將幾種不同方法組合應用。例如水洗型、溶劑去除型的滲透劑組合，既可以使用干式顯像也可以用濕式顯像。

1.4 滲透檢測方法選用

（1）首先應滿足檢測缺陷類型和靈敏度的要求。在此基礎上可根據被檢工件表面粗糙度、檢測批量大小和檢測現場的水源、電源等條件來決定。（2）對于表面光潔且檢測靈敏度要求高的工件，宜采用后乳化型著色法或后乳化型熒光法，也可采用溶劑去除型熒光法。（3）對于表面粗糙且檢測靈敏度要求低的工件宜采用水洗型著色法或水洗型熒光法。（4）對現場無水源、電源的檢測宜采用清洗劑去除型著色法。（5）對于大工件的（例如鋼軌轍叉心）局部檢測宜采用溶劑去除型著色法或溶劑去。（6）對于大工件的局部檢測，宜采用溶劑去除型著色法或溶劑去除型熒光法。

2 滲透檢測操作程序

2.1 預清理和施加滲透劑

在被檢轍叉部位施加滲透劑前，用清洗溶劑清洗被檢表面及其周圍25 mm區域內的油污、銹蝕、切屑、漆層及其它污物，對被檢表面進行充分干燥，然后施加滲透劑。

2.2 探傷方法根據被檢工件的探傷靈敏度、數量、環境等選用

轍叉區作局部探傷時，宜采用刷涂或噴涂法，應注意被檢表面在滲透時間內保持濕潤狀態。噴涂顯像劑時，噴嘴離被檢面距離為300～400 mm，噴涂方向與被檢面夾角為30～40°。

滲透時間取決于滲透劑種類、被檢工件的材質、預測缺陷的種類、大小以及被檢表面狀態和探傷時的環境溫度，在10～50℃的溫度條件下滲透劑持續時間一般不應少于10 min。

2.3 去除多余滲透劑

在清洗工件被檢表面以去除多余的滲透劑時，應注意防止過度去除而使檢測質量下降，同時也應注意防止去除不足而造成對缺陷顯示識別困難。除特別難清洗的地方外，一般應先用干燥、潔凈不脫毛的布依次擦拭，直至大部分多余滲透劑被去除后，再用蘸有清洗劑的干凈不脫毛布或紙進行擦拭，直至將被檢面上多余的滲透劑全部擦凈。但應注意，不得往復擦拭，不得用清洗劑直接在被檢面上沖洗，噴涂方向與被檢面夾角為30～40°。

2.4 施加顯像劑

使用溶劑懸浮顯像劑時，在被檢面經干燥處理后，將顯像劑噴灑或刷涂到被檢面上然后進行自然干燥或用暖風（30～50℃）吹干。采用自顯像時，停留時間最短10 min，最長2 h。懸浮式顯像劑在使用前應充分攪拌均勻。顯像劑的施加應薄而均勻不可在同一地點反復多次施加。噴涂顯像劑時，先搖晃顯象劑進行試噴，噴嘴離被檢面距離為300～400 mm，噴涂方向與被檢面夾角為30～40°薄而均勻地進行噴涂。禁止在被檢面上傾倒濕式顯像劑，以免沖洗掉滲入缺陷內的滲透劑。顯像時間取決于顯像劑種類、需要檢測的缺陷大小以及被檢工件溫度等一般不應少于7 min。

2.5 觀察

觀察顯示應在顯像劑施加后7～60 min內進行。如顯示的大小不發生變化也可超過上述時間。對于溶劑懸浮顯像劑應遵照說明書的要求或試驗結果進行操作。著色滲透檢測時，缺陷顯示的評定應在白光下進行，通常工件被檢面處白光照度應大于等于1 000 lx，當現場采用便攜式設備檢測由于條件所限無法滿足時，可見光照度可以適當降低，但不得低于500 lx。熒光滲透檢測時，顯示的評定應在暗室或暗處進行，暗室或暗處白光照度應不大于20 lx。檢測人員進入暗區，至少經過3 min的黑暗適應后才能進行熒光滲透檢測。檢測人員不能戴對檢測有影響的眼鏡。辨認細小顯示時可用5～10倍放大鏡進行觀察。必要時應重新進行處理和滲透檢測。

2.6 人員要求

從事滲透檢測工作的人員，應經過技術培訓，具有的鋼軌相關知識。凡從事滲透檢測工作的人員，其矯正視力不得低于1.0，且不得有色盲、色弱。

2.7 檢測操作要求

缺陷的確認完成后觀察工件表面，確認有無缺陷。當辨認細小缺陷時，應用10倍放大鏡或數碼相機放大進行觀察。顯示缺陷位置、方向和尺寸大小。確認缺陷后，應用標記筆在工件上畫出缺陷位置，并詳細記錄缺陷的位置、方向和尺寸大小。

3 滲透檢測在實際中的應用

3.1 針對異常波形地段復核方面的使用

在《北京地鐵鋼軌探傷管理規則》中，探傷標準規定鋼軌任何部位不得存在裂紋。現在工作中是依據超聲波波形情況進行判定的，但工作現場情況復雜，例如鋼軌鋼印號、螺孔倒楞不良等許多情況都可以引起異常波形，故需要對出現異常波形的地段進行復核。表面裂紋很細，肉眼分辨很難，需要放大鏡和高倍數碼相機才能發現，例如小于6 mm的裂紋。此時若利用滲透檢測方法進行復核，可使道岔區缺陷及螺孔和表面缺陷直觀可變。尤其是在白光照度低的地下線路，使用著色滲透方法進行檢測，有缺陷立刻顯現，確保復核的準確性。

3.2 在鋼軌焊縫滲透檢測使用

因為鋼軌是高碳鋼，局部高溫極易產生馬氏體進而產生裂紋，且現場操作受環境影響很大，氣溫升降和空氣潮濕變化等均是焊縫出現裂紋的主要原因，而超聲檢測無法探測出焊縫的表面裂紋。所以，對鋼軌焊縫進行滲透檢測是必要的。

鋼軌的鋁熱焊、氣壓焊、接觸焊都有焊縫表面缺陷發生。鋼軌的鋁熱焊氣壓焊推凸時間掌握不好，推凸過程會產生嚴重的表面裂紋危害較大。這也可以使用滲透檢測檢查表面裂紋。

3.3 鋼軌轍叉的滲透檢測使用

在北京地鐵技術標準《工務維修規則》中，轍叉傷損標準中輕傷標準要求轍叉頂面和側面的任何部位不得有裂紋。重傷標準中對垂直裂紋、縱向水平裂紋都有明確的要求。但轍叉的材質為奧氏體高錳鋼。若使用超聲波方法進行檢測，由于內部組織晶粒粗大，透聲性能極差，會嚴重影響檢驗的準確性，不能夠對被檢轍叉作出詳細準確的質量評定。現階段北京地鐵使用手工檢查，外觀查看，并使用檢查錘敲擊等方法，這種原始的方法導致裂紋判定不準等問題。使用滲透檢測因其表面靈敏度高的特點，完全可以補充肉眼檢查的不足。

3.4 其他配件的檢測

目前，標準規定了接頭夾板，彈條扣件夾板等配件要求不得有裂紋，但是全憑肉眼觀測判定有沒有裂紋，顯然是不科學的。最快速有效的方法還是滲透檢測。

3.5 應用案例

2019年1月，復興門至長椿街外環右股長椿街側一眼向軌端向下數據顯示異常，經多次復核為鋼號，但向上方向數據未發現異常。經過滲透檢測操作后，向上向軌端發現螺孔壁內清晰看到裂紋，分析此傷損為螺孔壁裂紋，未向軌腰發展或未達到儀器所能發現的三毫米深度，但這正是滲透探傷所能發現的表面開口裂紋。

4 總結

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。由于檢驗對象不受材料組織結構和化學成分的限制，滲透探傷應用廣泛。滲透檢測作為無損檢測的一種常用的方法在鋼軌檢測上用的不足之處，就是滲透檢測的工作量要比超聲波檢測的工作量要大的多，只能檢測表面開口缺陷，不能顯示缺陷的深度及缺陷內部的形狀和大小。但是，滲透檢測在鋼軌及其配件的檢測方面的應用是可以大有作為的。滲透檢測具有缺陷顯示直觀、靈敏度高、檢測速度快且成本低廉等優點。因此，用在對鋼軌的表面和道岔區缺陷傷損檢測是一種很好的方法。

參考文獻：

[1]金信鴻，張小海，高春法.滲透檢測[M].北京：機械工業出版社，2014.

[2]張華.滲透探傷技術在地鐵軌道檢測中的應用[J].工程技術研究，2021（6）：131-132.