城市轨道交通钢轨无损检测技术分析

城市轨道交通钢轨无损检测技术分析

胡强

浙江省机电设计研究院有限公司浙江杭州310000

摘要：随着城市的不断发展扩大，轨道交通不断成为城市发展的象征。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、缩短检测周期、引进新的检测方法及先进设备和做好钢轨检测检查工作等。

关键词：钢轨检测；安全分析；无损检测；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，加强无损检测检查，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、轻轨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。作为线路重要组成部分——城市轨道交通里的钢轨，比起普通铁路来，具有许多不同的特点。钢轨无损检测是线路月检的重要内容之一，是保障钢轨情况正常，确保城市轨道交通行车安全的重要手段之一。因此，结合现有的城市轨道交通线路钢轨无损检测资料和积累的经验，对其方法、模式进行分析和讨论，就显得十分重要和必要。

二、城市轨道交通线路钢轨常见伤损

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，作为城市轨道交通的轨道，自然也不例外。但由于城市轨道交通具有前面所描述的诸多特点，“大同”里也有不少“小异”。

三、常用钢轨无损检测方法

无损检测是一门综合性的应用科学技，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。钢轨无损检测仪具有特殊的技术条件，环境适应性强工作温度范围在-15℃～45℃。钢轨无损检测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，应用于钢轨无损检测的一般有超声检测、涡流检测、磁粉检测、射线检测等方法。超声无损检测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位置和大小。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。涡流无损检测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无损检测方法。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。磁粉无损检测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无损检测方法。该方法的特点是简便、显示直观。磁粉无损检测的优点是：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无损检测；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，经磁粉无损检测后还需要退磁和清洗。射线无损检测是利用射线穿透物体来发现物体内部缺陷的无损检测方法，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。

四、现行无损检测模式分析

1、无损检测方法及仪器

城市轨道交通钢轨无损检测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，即包括路轨无损检测仪JGT-10型手推无损检测车、8C型手推无损检测车、CTS-9009焊缝无损检测仪和升级版数字式通用仪CTS-2020等。JGT-10型手推无损检测车用于普通钢轨无损检测，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无损检测，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，无损检测灵敏度余量高达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强。USB接口可实现仪器内部存储数据、数据波形向U盘的转存，打印无损检测报告。路外进行的焊接接头必须无损检测。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，应有完整的焊接无损检测记录。遇特殊情况，如伤轨数量出现异常，应缩短无损检测周期；现场接触焊缝和铝热焊缝除按规定周期无损检测外，要用专用仪器进行焊缝全断面无损检测；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无损检测周期，根据实际情况增加无损检测次数。

结合上述情况，可知城市轨道交通钢轨无损检测具有如下特点：无损检测手段单一，仅仅采用超声波无损检测法；存在一定的无损检测盲区，而且特殊位臵如整铸道岔无法进行无损检测；无损检测周期：搬套普通铁路的周期，不符合城市轨道交通实际；无损检测人员水平参差不齐，缺少与外界交流、学习等。

五、优化无损检测模式分析

1、丰富无损检测手段

超声波无损检测法作为最广泛的使用方法，自然有其不可替代的作用。但考虑到城市轨道交通线路轨道的特点：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无损检测；城市轨道交通对乘客舒适度要求很高，加上城市轨道交通运营密度大，钢轨表面（0～8mm范围）的情况十分关键，而现有的超声波无损检测法无法有效地对该部位进行伤损探测，所以引进更多的无损检测方法就显得十分必要了。磁粉无损检测是对高锰钢整铸道岔无损检测的一种有效方法，道岔对于线路的重要性是不言而喻的，引进该方法，并制定合理的无损检测形式和周期，能有效地与现有的无损检测手段互补，不断完善无损检测模式。

2、引进更先进的无损检测设备

随着城市轨道交通线网的不断扩张，线网里程、范围越来越大，仅仅依靠人工无损检测是无法满足要求，也不具有经济性。这样，大型无损检测车的采购是很有必要的，尽快实现无损检测工作的机械化和自动化、精准化，是城市轨道交通钢轨无损检测的下一步目标。另外，随着科技的不断发展，新的无损检测技术、手段不断出现和更新，优化现有的超声波无损检测法，不断更新无损检测作业方法、手段是我们日常应该注意的。

3、加强交流，提高无损检测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，其无损检测工作人员的经验更加丰富。因此，加强与国有铁路的无损检测人员的交流，向他们学习经验，不断提高自身的无损检测水平，对我们城市轨道交通的无损检测工作具有积极的意义。

六、总结

城市轨道交通钢轨无损检测工作十分重要，对于城市轨道交通追求的“安全、舒适”等有重要的影响，而城市轨道交通的该项工作仅仅出于起步的阶段，还有很大的空间去提效、挖潜；只有在国有铁路无损检测丰富经验的基础上，结合城市轨道交通自身的特点，不断学习、分析、进步、完善，才能开创城市轨道交通无损检测工作的一个又一个新局面。

参考文献：

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