浅谈地铁钢轨探伤技术

浅谈地铁钢轨探伤技术

孔翎

【摘要】城市轨道交通中钢轨的质量、工作状态对整个线路的质量以及行车安全有着直接的影响。钢轨伤损主要以表面掉块等疲劳性损伤为主。城市轨道交通有针对性地提出了钢轨伤损防治对策,如提高钢轨焊接质量、缩短探伤周期、引进新的探伤方法及先进设备和做好钢轨探伤检查工作。【关键词】钢轨伤损; 安全分析; 防治

一、概述

钢轨是线路上部建筑中直接承受机车车辆各种荷载的部分。铺设在线路上的钢轨，在机车车辆作用下，又由于养护和气候条件等不同，钢轨在使用过程中极易发生各种各样的伤损。因此，加强探伤检查，及时更更换伤损钢轨，是综合机电工建部门保证行车安全的一项重要措施。

地下铁道作为城市轨道交通的一种重要形式，具有行车密度大、载重较小、通过总量大、乘客舒适度要求高、安全系数要求高等特点；地铁线路绝大部分都处于隧道中，埋深较大，情况复杂；正线基本上采用整体道床，变形较小。作为线路重要组成部分——地铁里的钢轨，比起普通铁路来，具有许多不同的特点。钢轨探伤是线路月检的重要内容之一，是保障钢轨情况正常，确保地铁行车安全的重要手段之一。虽然普通铁路的钢轨探伤工作开展时间长，经验丰富，

模式较为成熟，但由于地铁钢轨探伤与普通铁路情况大为不同，单纯地照搬、硬套，不能很好地指导地铁的钢轨探伤工作；因此，结合现有的地铁线路钢轨探伤资料和积累的经验，对其方法、模式进行分析和讨论，就显得十分重要和必要。

二、地铁线路钢轨常见伤损

核伤、鱼鳞纹、表面掉块、螺孔裂纹、水平裂纹、横向裂纹等是钢轨常见的伤损，作为地下铁道的轨道，自然也不例外。但由于地铁具有前面所描述的诸多特点，“大同”里也有不少“小异”：

1、由于地铁车辆载重较轻，加上整体道床良好的稳定性，钢轨发生核伤、折断的概率非常小；

2、由于地铁运营具有行车密度大的特点，往复频繁的轮轨摩擦，导致钢轨表面的疲劳伤损（如鱼鳞纹、表面掉块等）较为严重；

3、由于地铁目前正处于快速扩张的阶段，线路建设工期赶，加之成都地区地下水丰富，部分线路区段防水工程质量不过关，导致隧道漏水，一些地方甚至直接滴水到钢轨面，导致钢轨下颌、轨腰部位锈蚀严重；

4、地铁站间距离短，列车启动、制动较频繁，车轮对钢轨焊接接头的冲击力大，导致钢轨焊接接头高低超限较多等。

三、常用钢轨探伤方法

无损检测是一门综合性的应用科学技术,它是在不改变或不影响被检对象使用性能的前提下,检验和分析材料,零件和构件的一种非破坏检测方法。无损检查是提高产品质量,确保安全的重要手段。钢轨探伤仪具有特殊的技术条件,环境适应性强工作温度范围在-15°C～45°C。钢轨探伤是无损检测的一个重要组成部分，而无损检测的种类、方法十分丰富，应用于钢轨探伤的一般有超声波探测、涡流探测、磁粉探测、射线探测等方法。

超声波探伤（Ultrasonic Inspection）是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法；当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波束，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。该方法利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播的影响来检验材料内部缺陷的

无损检验方法，现在广泛采用的是观测声脉冲在材料中反射情况的超声脉冲反射法，此外还有观测穿过材料后的入射声波振幅变化的穿透法等，常用的超声波频率在0.5～5MHz 之间。该方法具有如下优点:穿透能力强，探测深度可达数米；灵敏度高，可发现与直径约十分之几毫米的空气隙反射能力相当的反射体；在确定内部反射体的位向、大小、形状及性质等方面较为准确；仅须从一面接近被检验的物体；可立即

提供缺陷检验结果；操作安全，设备轻便等。

涡流探伤（Eddy Current Inspection）是利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。其原理是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。按探测线圈的形状不同，可分为穿过式(用于线材、棒材和管材的检测)、探头式(用于构件表面的局部检测)和插入式(用于管孔的内部检测)三种。

磁粉探伤（Magnetic Particle Inspection）是将钢铁等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位能吸附磁粉的特征，依磁粉分布显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷的探伤方法。该方法的特点是简便、显示直观。其原理是将待测物体置于强磁场中或通以大电流使之磁化，若物体表面或表面附近有缺陷（裂纹、折叠、夹杂物等）存在，由于它们是非铁磁性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。将导磁性良好的磁粉（通常为磁性氧化铁粉）施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来。磁粉探伤的优点是：对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效；设备和操作均较简单；检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤；检验费用也较低。缺点是：仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定

其深度；对剩磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退磁和清洗。

射线探伤（Radiographic Inspection）是利用射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法，其原理是射线能使胶片感光或激发某些材料发出荧光，在穿透物体过程中按一定的规律衰减，利用衰减程度与射线感光或激发荧光的关系可检查物体内部的缺陷。射线探伤分为X 射线探伤、γ射线探伤、高能射线探伤和中子射线探伤。

四、现行探伤模式分析

1、探伤方法及仪器

地铁钢轨探伤主要采用超声波探测法，使用的仪器是汕头超声波探测研究所生产的系列设备和邢台先锋超声电子生产的系列设备，即包括路轨探伤仪JGT-10型手推探伤车、8C型手推探伤车、CTS-9009焊缝探伤仪和升级版数字式通用仪CTS-2020 等。

JGT-10型手推探伤车用于普通钢轨探伤，该仪器具有5 路发射、接收系统，10 个报警闸门，功能齐全，可配用多种探头同时进行探伤，目前我们采用的探头组合是：0°、37°、70°、70°、37°，分别探测轨底、轨腰、轨头位置的伤损，即使是这样的组合也存在探测盲区—轨鄂下部、轨腰中下部和轨底两侧。接收通道配有高精度衰减器，方便缺陷定量；仪器水平线性好，各种轨型均可按比例直读缺陷的