地铁钢轨探伤技术分析地铁钢轨探伤技术论文

1、地铁钢轨探伤技术分析【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

2、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

3、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

4、， 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 C45 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 ( Ult

5、rasonic 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

6、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

7、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

8、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、Y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

9、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

10、陷定量； 仪器水平线性好，各种轨型均可按比例直读缺陷的垂直距离 或水平距离； 第 3、 4、 5 通道均具有螺孔固定回波识别功能， 可实现缺陷报警而螺孔不报警，大大减少误报警次数，探伤 灵敏度高，缺陷检出能力强。第 3 、4 通道具有的同时与延 迟二选一报警功能和第 5 通道的进波与失波报警闸门等利 于检出各种有害缺陷。CTS-2020 采用嵌入式计算机系统和超大规模现场可 编程集成电路设计， 探伤灵敏度余量高达 62dB ，彩色 TFT 液 晶显示屏显示清晰，避免了误读误判，再配以 DAC 、大容量 存储器、 USB 接口等新技术、新功能，突出的电磁兼容设 计技术使仪器的现场抗干扰能力大大加

11、强。最高采样速率 240MHz，最小显示范围 5mm ;工作频率范围分 14MHz , 0.510MHz两档设置，分别突显高灵敏度和宽频带的优 点;界面波跟踪功能，通过 A、 B 闸门间的逻辑关系，容易 实现水浸法探伤或精确测厚;脉冲重复频率可调，避免在探 伤过程中出现混响信号;完善的 DAC 曲线功能，方便进行回 波评价;具有测量探头角度（ K 值）的功能;大容量存储器 可存储高达 500 个数据集，包括波形、曲线、参数、探伤报 告等; .USB 接口可实现仪器内部存储数据、数据波形向 U 盘的转存，打印探伤报告。DAC 曲线是 CTS-2020 新增的一项功能，它通过设定三条 标准曲线构成

12、三个区标准区、超限区和判废区，将 DAC 曲线和回波比较功能，可快速、准确判断回波的性质，从而 大大提高了接头探伤的速度和质量，在地铁新线验收中发挥了不可替代的作用。图1为运用DAC曲线探伤的情形:ni/nC回Q35,0t!BAC 曲 Von刨司门起位25.9mm8.0 tUGHSa4K7R&O EDa28图1 DAC曲线CTS-2020使用斜探头探伤时，可对缺陷进行精确测 试，通过数字仪器的强大功能，可以对缺陷进行精确定位。 图2是来自斜探头探测距表面 40mm1.6的波形；555幅0.5|Da40Ji jf 11 f60.1 K術*1.761|to+414卜 * 辛 牛 4b如度测量 of

13、l41vkI .i卜】辰射?L滦度30.0mm冲厂 J0.aHaTHALa 250.0SRl.7 Ha71 :2 Hp 4H1/3图2斜探头探测波形图2、钢轨探伤周期地铁现行探伤周期规定如下：1）钢轨探伤周期应视线路繁忙程度和钢轨技术状态而定。 隧道内钢轨每月检查一遍，钢轨接头焊缝每半年检查一遍， 为防止漏检，严禁以手工代替仪器检查。车辆段线路和道岔 每季度检查一遍。2 ）连续两个探伤周期内都发现疲劳伤损（如核伤、鱼鳞伤、 螺孔裂纹、水平裂纹、垂直裂纹、表面缺陷（的不良钢轨地 段，应增加仪器探伤的检查遍数，缩短探伤周期。3）在线路上焊接的接头，应焊接后马上抓紧全断面（包括 热影响区）的探伤检查

14、，上道前焊接的钢轨接头，严格执行 “先探伤、后上道”的规定，认真把好质量关。线路上和线路 外进行的焊接接头必须探伤。不符合焊接质量的接头必须重 焊。现场新焊接接头，在办理验交时，应有完整的焊接探伤 记录。4）遇特殊情况，如伤轨数量出现异常，应缩短探伤周期； 现场接触焊缝和铝热焊缝除按规定周期探伤外，要用专用仪 器进行焊缝全断面探伤；现场接触焊每年不少于一次；铝热 焊每半年不少于一次；大修换轨初期和现存的超大修周期地 段的钢轨探伤周期，根据实际情况增加探伤次数。3、分析 结合上述情况，可知地铁钢轨探伤具有如下特点：1 ）探伤手段单一，仅仅采用超声波探伤法；存在一定的探伤盲 区，而且特殊位置如整铸

15、道岔无法进行探伤；2）探伤周期搬套普通铁路的周期，不符合地铁实际； 3 ）探伤人员水平 参差不齐，缺少与外界交流、学习等。五、优化探伤模式分析1、丰富探伤手段 超声波探伤法作为最广泛的使用方法，自然有其不可替代的 作用。但考虑到地铁线路轨道的特点：道岔普遍采用高锰钢 整铸道岔，由于其特殊的晶粒构造，用超声波无法对其进行 有效探伤；地铁对乘客舒适度要求很高，加上地铁运营密度大，钢轨表面（08mm范围）的情况十分关键，而现有的 超声波探伤法无法有效地对该部位进行伤损探测，所以引进 更多的探伤方法就显得十分必要了。磁粉探伤是对高锰钢整铸道岔探伤的一种有效方法，道 岔对于线路的重要性是不言而喻的，引进

16、该方法，并制定合 理的探伤形式和周期，能有效地与现有的探伤手段互补，不 断完善探伤模式。2、引进更先进的探伤设备 随着地铁线网的不断扩张，线网里程、范围越来越大，仅仅 依靠人工探伤是无法满足要求，也不具有经济性。这样，大 型探伤车的采购是很有必要的，尽快实现探伤工作的机械化 和自动化、精准化，是地铁钢轨探伤的下一步目标。 另外，随着科技的不断发展，新的探伤技术、手段不断出现 和更新， 优化现有的超声波探伤法， 不断更新探伤作业方法、 手段是我们日常应该注意的。3、加强交流，提高探伤人员的水平国有铁路的线路里程长， 情况更加复杂， 钢轨伤损类型、 实例更多，其探伤工作人员的经验更加丰富。因此，加强与 国有铁路的探伤人员的交流，向他们学习经验，不断提高自 身的探伤水平，对我们地铁的探伤工作具有积极的意义。六、总结地铁钢轨探伤工作十分重要， 对于地铁追求的“安全、 舒适”等有重要的影响，而地铁的该项工