[科普中国]-轨条探伤器

背景

当前我国铁路基本上均采用小型超声波钢轨探伤仪器来检查钢轨的质量状况，在钢轨探伤工作人员的辛勤劳动下，很多重伤钢轨被及时发现和更换，从而使险情一次又一次地排除掉，保证了列车的安全运行。然而伴随着社会经济的发展和进步，运量和运能之间的矛盾越来越大，可以说目前钢轨探伤模式已经无法适应铁路发展的要求。如何提高钢轨探伤质量成为了社会的重要话题。1

钢轨探伤现状简析钢轨伤损是铁路轨道交通中较为严重的问题，直接影响了列车运行的安全与平稳，与运输成本、钢轨材料的选定以及相关的设计制造有着密切的关系。钢轨需要支持并且引导机车按照规定的方向来行驶。然而在长期的使用过程中，钢轨会出现损伤，例如常见的折断、裂纹以及其他影响性能的各种情况。只有明确钢轨伤损及其成因，才能更好地提高钢轨探伤的工作质量。1

钢轨核伤主要是因为钢轨在冶炼或者是轧制的过程中，所使用的材质比较差，或者是在使用过程中存在着缺陷，使得机车在反复荷载的作用下，应力得以集中，疲劳源不断增加并且扩展。钢轨核伤主要发生在钢轨的头部位置内侧，并且伴随核伤的直径加大，钢轨所承载的能力便会随之降低。因此在高速重复载荷的作用下，钢轨极其容易发生折断。1

钢轨接头这是线路当中最为薄弱的一个环节，机车车辆车轮不断作用于钢轨的接头上，使得承受最大的惯性力要比其他部位增加55%左右。因此在平常的钢轨探伤过程中，经常会发生螺孔裂纹或者是马鞍形磨耗等。1

钢轨纵向与垂直水平裂纹钢轨纵向与垂直水平的裂纹主要是因为钢轨制造工艺较差，没有重视钢锭中存在的严重偏析、缩孔、夹杂等问题。使得钢锭在轧制成为钢轨之后，那些缺陷就会成片状地残留在钢轨头部、钢轨轨腰部位还有钢轨轨底部位，相反地与钢轨纵向平行，呈现水平或者是垂直的状态。1

钢轨轨底裂纹从钢轨腰垂直纵向裂纹向下发展，便成为了钢轨轨底裂纹。钢轨轨底锈坑或者是划痕便会形成钢轨轨底横向裂纹。另外在制造钢轨的过程中，钢轨轨底有轧制、与垫板轨枕间不密贴等缺陷，使得钢轨底部受到极大的应力，从而导致钢轨轨底横向裂纹或者破裂。1

轨条探伤器的分类根据工作原理的不同，轨条探伤器主要分为X光射线探伤器、超声波探伤器、磁粉探伤器、渗透探伤器、涡流探伤器、γ射线探伤器等。1

超声波在轨道探伤的应用钢轨的完整性是行车安全的重要保障，在役钢轨的缺陷直接威胁到人们的人身安全，定期对钢轨进行准确高效的检测是消除隐患的必要手段。由于超声波检测具有灵敏度高、指向性好、穿透力强、对人体无害等特点，目前国内外钢轨无损检测都以超声波探伤技术为主。钢轨数字化超声波探伤系统由硬件和软件两部分组成。硬件系统包括发射模块、接收模块、AD数据采集及存储模块、报警模块和USB通讯模块。软件系统分为上位机和下位机软件：上位机通过USB与下位机实现数据的传递，利用VB界面化编程实现波形显示和存储，通过无限冲击的带通和低通的数字滤波、可变数据长度的频谱分析得到回波在时域和频域的特征;下位机接受上位机发出的指令，利用VC语言编程实现发射频率控制、接收模式切换、增益的调节。依据超声波探伤理论及其应用关键技术，以标准试块、自制试块为实验对象，对设计的数字化超声波探伤系统的垂直线性以及盲区等性能进行测试。最后，利用设计的系统验证几种常见噪声的数学模型，对自制试块以及钢轨的特定缺陷进行定位和缺陷动态波形分析。2

提高钢轨探伤质量的有效途径分析强化管理工作，做好人员培训第一，需要建立完善领导机构，相关部门专门负责人要做好钢轨探伤工作，在各工务段或工务机械段建立钢轨探伤车间，并且配备一定的钢轨探伤的工程技术人员技术人员，上级领导也需要积极地参与到现场钢轨探伤，深入了解钢轨探伤的工作情况，并且及时地解决钢轨探伤工作中出现的问题。第二，建立钢轨探伤仪器检测维护维修中心，对于各段的钢轨探伤设备进行不定期和定期的检测，每年的检查必不可少。从而保证钢轨探伤仪器设备的良好运行，促使钢轨探伤工作能够更加顺利的开展。第三，要严格执行各种规章制度的开展与落实，对各种报表、工作记录、日常仪器设备保养等工作进行进行不定期的检查，并且严格的考核和评比。第四，要做好钢轨探伤人员的培训教育工作，不断地提升工作人员的认识，强化他们岗位责任心，并且构建钢轨探伤工作的奖惩机制，从而增强岗位竞争的意识与责任。第五，在不同的季节其气候特征与钢轨伤损多发区段，更加合理、科学地制定钢轨探伤周期，一般冬季为五个月，这就要求对桥梁上、隧道内、小半径曲线、大坡道及钢轨状态不良地段以及伤轨数量出现异常，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、水平裂纹等）地段检查周期进行缩短，从而实现你漏我防，避免漏检现象的出现。第六，要加强三级数据回放的管理工作，充分利用数字探伤仪的回放功能对数据进行三级回放，及时把一些有危及行车安全的伤损消灭在萌芽状态。第七，要大范围地组织和开展技术攻关与岗位练兵等活动，并且适当地开展一些座谈会，不断的总结和交流各种技术方法和经验，从而全面提升业务技术的水平。另外，也要做好各种钢轨伤损的记录工作，对轻伤轨的监控工作不可忽略，做好资料的搜集与整合，并且对钢轨探伤情况进行分析，从而找到钢轨探伤的一般规律。1

做好钢轨探伤检查与灵敏度调节工作钢轨探伤检查

第一，在上道探伤前，需要仔细、认真地调试仪器的各方面的性能，比如电压的指示情况、钢轨探头与保护膜的结合、各部连接线与探头的压力、水路等等，从而确保钢轨仪器不会“带病”上道。第二，在上道之后，需要依据钢轨的具体类型和状况来整合各个通道报警门的位置、探头的位置以及钢轨探伤的灵敏度。第三，在作业当中，更要严格地控制探伤速度，做到“接头站、小腰慢、大腰匀速探”要听清各个通道的报警声音，明确各个通道波形的显示情况，并且认真看清所有探头在钢轨上面所处的位置，如果出现了异常的显示或者警报，那么就要进行重复探测，依据结合的情况及时地修正钢轨探伤灵敏度与位置。第四，对于那些错牙、绝缘接头、尖轨等需要进行正反方向探，从而提高增益，增大注水量。第五，那些钢轨头部剥落掉块较为严重的位置，相关的检测仪器会失效，因此需要严格按照操作程序，做好各种手工的配合与检测，避免漏检现象的出现。第六，根据钢轨伤损好波形的显示过程，多次采取多种探头和手段、多层次地开展和进行校对与核实，不可错失任何一个可疑的信息与位置，避免漏检或是错判等事故发生。另外，为了进一步加强钢轨探伤的检测，需要每个月定期地转变探头探测的方向，也就是单月份时内后外方向，双月份时外后内方向。针对曲线上侧磨轨道的探测，需要定期进行调整，从而减少轨道探测的盲区。1

灵敏度调节

第一，对于70°的探头，要使其轨道探头端面回波较为清晰和饱满，保证位移够长，前方没有杂波出现，在推行的过程中钢轨探伤灵敏度越大，那么表示越好，能够更好地发现细小的损伤。第二，对于37°探头，要保证螺孔的回波清晰可见、位移足够长，在无杂波影响下，钢轨探伤灵敏度越大，表示越好，有利于及时发现单侧细小孔裂以及轨低横向的裂纹。另外，对于后37°探头，要保证钢轨轨底面回波与螺孔的清晰可见与饱满，在出现波形显示和警报的情况下，钢轨探伤灵敏度越低，表示越好，有利于对钢轨纵向裂纹的检测。1

综合保养仪器，合理调节测试每个月需要定期地对钢轨探伤仪器进行综合保养、调节测试，从而确保仪器能够正常使用。首先，整修车架、钢轨探头架等，将那些已经失效的螺丝、弹簧进行及时的更换与补充，使得钢轨探头的偏角能够正确无误，没有松动，调节更加灵活，保证压力的适当，使得各部分的作用良好。其次，要定期或不定期地测试仪器的综合灵敏度以及探头性能如何，及时地更换已经失效的保护膜。最后，在钢轨伤损的试块上进行调试，充分掌握仪器的动态状况，并且做好各种记录。对于合理调节测试工作，要求及时地检查和排除仪器的故障，调节修正探测范围，适当校正时基线比例以及探伤灵敏度。1

引用超声波探伤技术，全面提高钢轨探伤水平要知道超声波在物体中进行传播时，如果遇到了不连续性的位置时，超声波自身的一些特性就会发生变化，通过这种原理，可以利用超声波来进行钢轨探伤。具体来说，当超声波换能器受到外界作用时，便会向工件发射超声波，而工件当中若存在缺陷时所产生的反射、折射、散射等都能被超声换能器接收到。由由于工件自身的材质有所不同，因此所反映出来的物理特征信号也就不同，这样一来我们就可以对换能器所接收的回波信号进行深入地分析和处理，从而找出铁路钢轨中的缺陷。1