钢轨无损探伤检测的研究

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钢轨无损探伤检测的研究
发布时间:2021-10-15T07:31:19.418Z 来源:《探索科学》2021年9月上17期作者:李欣陈晓亚
[导读] 钢轨内部伤损是比较常见的钢轨缺陷,会对列车运行的安全产生直接影响。

所以对钢轨内部伤损及其成因进行分析,并采取有效措施给予解决,从而提高钢轨探伤质量。

邯钢无损检测设备在线检测中心全套引进加拿大NDT设备,可对矫直后钢轨的断面尺寸、平直度、表面缺陷和内部缺陷进行全方位检测,在全国首次采用了电磁超声设备,进一步确保了产品质量。

邯郸钢铁集团有限责任公司品质管理部李欣陈晓亚河北邯郸 056000
【摘要】钢轨内部伤损是比较常见的钢轨缺陷,会对列车运行的安全产生直接影响。

所以对钢轨内部伤损及其成因进行分析,并采取有效措施给予解决,从而提高钢轨探伤质量。

邯钢无损检测设备在线检测中心全套引进加拿大NDT设备,可对矫直后钢轨的断面尺寸、平直度、表面缺陷和内部缺陷进行全方位检测,在全国首次采用了电磁超声设备,进一步确保了产品质量。

关键词: 钢轨内部伤损; 超声检测;无损探伤
现状:
铁路运输由于受气候影响小、运输能力强、节省能源的优点,已成为现代运输的主要方式之一。

在配置得当的情况下,铁路运输可比公路运输节省 50%~70%的能量。

截至 2020年底,全国铁路营业里程达 14.6万公里,其中高速铁路 3.8 万公里以上。

铁路运输,尤其是当前高速发展的高速铁路已成为我国交通运输最具代表性的产业。

此外,近年来我国城市轨道交通也发展迅猛。

中国是世界上高铁运营里程最长、在建规模最大、运营动车组最多、商业运营速度最高的国家。

由于铁路运输生产的作用、性质和特点,决定了铁路运输必须把安全放在第一位。

一旦发生铁路事故,往往造成巨大的财产损失、人员伤亡、环境破坏并带来难以估量的社会影响。

目前,我国国内大部分的长距离货物运输、中长途旅客运输主要由铁路承担,并且钢轨起着支撑列车的作用。

在列车运行过程中,钢轨不断受到摩擦、挤压、弯曲和冲击作用,再加上钢轨内部可能隐藏的核伤,会导致钢轨突然断裂,甚至造成脱轨、倾覆等重大事故的产生。

因此,铁路系统对生产的钢轨必须进行超声波检测,以降低出厂的钢轨内部出现夹杂、裂缝等情况。

当前钢轨探伤质量的有效提升策略。

随着社会经济科技的迅猛发展,城市化建设对铁路轨道的需求不断提升,而钢轨作为铁路轨道的重要组成部分,在保障铁路安全稳定运行方面有着非常重要的影响。

钢轨的质量直接影响着列车运行的安全性、平稳性和不间断性,但是由于钢轨承受列车车轮的荷载并受到外界因素的影响,很容易受到损耗,因此需要通过高质量的钢轨探伤技术保证铁路的安全运行。

无损探伤原理:
在铁路轨道生产过程中,钢轨内部伤损是比较常见的缺陷,会对列车运行的安全与平稳产生直接影响。

由于钢轨可以引导并支持机车按照规定方向进行行驶,所以钢轨的质量特别关键,所以就需要对钢轨表面、尺寸、内部伤损及其成因进行分析,并采取有效措施给予解决,从而提高钢轨探伤质量。

当前,无损探伤技术作为现代工业生产中极为有效的检测手段,其常用检测方法有磁粉探伤法、涡流探伤法、射线探伤法和超声波探伤法等。

其中超声波无损探伤方法具有穿透能力强、检验范围广、操作简单、安全性能好,以及使用环境要求不高等优点。

该方法以波形作为输出信号,使计算机对信号的识别与处理、人工智能等自动化控制技术能够在探伤过程中得到广泛的应用,实现在线自动控制与探伤,并有效提高探伤的准确性与可靠性。

其原理是通过超声波检测是通过电脉冲激发超声换能器晶片,使其发射超声波。

定向发射的超声波束在被测工件中传播,遇到缺陷时反射、透射和衰减。

利用超声波的反射和透射特性,通过接收回波信号进行伤损评定。

[1]
目前钢轨厂无损检测设备及功能:
当前,国内主要钢铁企业钢轨在线检测系统大多采用国外企业生产的检测装置,其检测速度为1.0-1.2m/s,最大1.5m/s;100m钢轨检测能力为~200t/h,25m钢轨检测能力122t/h。

其中武钢采用紧密随动式超声波在线检测系统,该系统建立了由大晶片双晶探头、活动探头盒、喷涂耐磨板、起落架等组成的随动探伤装置,可根据待检轨面的形状变化和位置波动进行自适应调整,扩大了检测范围,提高了检测精度,满足了高速重轨复杂表面的在线无损快速检测要求。

根据攀钢现有生产能力及未来产业发展的需要,钢轨自动检测系统要求在轨检测速度应达到标准 1.2m/s,最大 1.5m/s,100m 钢轨的检测能力为~230t/h,25m 钢轨的检测能力为130t/h。

[2]
无损检测设备——平直度在线检测此装置在垂直和水平两个方向测量钢轨的平直度,激光分辨率0.02mm;检测系统可编程测量1m、1.5m、2m、3m到3.5m的钢轨波浪,选项最大测量5m的波浪。

无损检测设备——涡流探伤
涡流系统使用非接触传感器,在待检材料中生成涡流来检测表面质量。

无损检测设备——超声波探伤
应用超声波探头阵列,从钢轨两侧的垂直和水平两个方向检测轨头、轨腰和轨底。

检测通道数量:2个探头数量:18个
无损探伤的优势:
本文主要根据邯钢现有钢轨生产的实际情况作为研究基础。

邯钢作为国内首家引进加拿大NDT技术公司在线自动检验和测量工作站,整体技术水平国际领先,主体设备包含轮廓仪、平直度仪、涡流检测系统和超声波检测系统,可实现钢轨尺寸、表面缺陷和内部质量的在线自动检测,进一步保障出厂产品质量。

NDT无损探伤检测系统的设计需要运用超声波探伤基本理论,结合探伤装置的工作流程及现场生产实际的检测技术要求,确定探伤装置采用的探伤方法和耦合方式,以及探头布置、控制系统和机械装置的设计思路。

超声波是一种频率高20KHz 的声波,具有方向性好、穿透能力强、精度高的物理特性。

超声波探伤技术就是利用了超声波的物理特性,并通过电能与声能之间的相互转换实现探伤检测。

超声波检测可以实现在线探伤、其物理特性对人体不会产生危害,也不会影响检测系统的运行状态,所以在工业材料和复杂结构件的无损检测中应用较为广泛。

目前,钢轨超声波在线检测系统常用的耦合方式主要有直接接触法和喷水耦合法。

直接接触法是通过探头与钢轨表面直接接触进行探伤检测。

其优点是探头与钢轨直接接触,能量损耗少,检测精度较高,对探头的信噪比要求较低;缺点是对钢轨的表面光滑度有严格的要求,且直接接触的部位磨损较大,探伤速度较慢。

喷水耦合法是在直接接触法原理的基础上,采用喷水耦合法,在探头与钢轨之间喷射水柱,形成水膜作为耦合剂,对钢轨进行探伤检测。

其优点是由于探头不与钢轨直接接触,磨损小,灵敏度较高;缺点是能量损耗较大,对探头的信噪比要求较高。

考虑到国内超声波探头的制作水平、超声波探伤仪现状及轨梁厂的实际生产现场等条件,耦合方式采用直接接触法探伤,并施加水作为耦合剂,作用是填平钢轨表面上的凹凸不平,便于探头在钢轨检测面上移动扫查,同时排除探头与检测面之间的空气。

结语:
综上所述,为了切实提升钢轨探伤工作的整体质量和效率,相关企业就必须要加强自身管理,定期对人员进行宣传与培训。

针对钢轨探伤检查和灵敏度调节工作需要不断提升工作质量,定期对仪器进行保养和测试,并且不断应用新技术提升钢轨的探伤水平,通过科学有效的管理真正提升列车铁路运行的安全性。

【参考文献】
[1]李石林.超声波钢轨探伤的工作原理及应用[J].科研,2016(12):021-022.
[2]林荣.基于超声导波的钢轨探伤技术研究。

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