轨道无损探伤技术运用管理及策略

轨道无损探伤技术运用管理及策略

许志雄

珠海城建现代交通有限公司广东珠海519000

摘要：本文详细分析了轨道损伤形式与原因，重点介绍了轨道无损探伤技术分类与运用管理策略。地铁、高速列车等轨道车辆具有速度快、运能高的优势，可为出行提供便利，为了确保列车运行安全，进行科学高效的轨道无损探伤具有十分重要的意义。

关键词：轨道交通行业；无损探伤技术；技术分类；运用管理

安全可靠的轨道是列车安全运行的基础与前提，如果轨道出现损伤将会严重威胁乘客的生命财产安全，基于此，需加大研究力度，创新升级无损探伤技术，做到及时发现问题及时处理，最大程度地消除轨道损伤问题带来的消极影响。与发达国家相比，我国在这方面的研究起步较晚，还存在较多问题急需解决，应积极探索实践，提高该项技术的运用水平，保障列车正常运行，进而为轨道交通行业的快速稳定发展注入源源不断的动力。

1.轨道无损探伤技术概述

1.1轨道损伤的形式

轨道损伤问题严重威胁着列车的运行安全，全面了解轨道损伤形式与产生原因有助于更好的展开无损探伤工作，为后续维修养护奠定了基础。总结来说，轨道损伤形式主要包括图一中列出的四种。（1）轨道裂纹。导致裂纹的原因较多，例如热损伤，轨道受热不均后会发生组织上的变化，金属膨胀产生裂纹。疲劳损伤也会促使轨道出现裂纹，随着时间推移，裂纹会逐渐扩大加深。值得注意的是，裂纹还会引发其他损伤形式，需予以重视，及时处理裂纹问题。（2）轨道磨损。轨道经过长时间使用，出现磨损在所难免，但如果磨损较为严重，可能降低轨道的横向稳定性，严重时还会导致列车颠覆。（3）踏面剥离。是指踏面表面的金属片脱落，形成小凹槽，列车经过时受力不均，降低了安全性与稳定性。剥离形式包括疲劳性剥离与热剥离两种，与裂纹的产生原因类似。（4）轨道擦伤。擦伤由列车在轨道上滑行导致，如果制动力过大或缓解不良，擦伤更加明显，有可能诱发严重的安全事故。

图一：轨道损失的形式

1.2轨道无损探伤技术的发展历程

无损探伤是指在不破坏待检设备与材料的基础上，运用一些物理原理探测设备与材料是否存在安全隐患，能否满足使用需求，应用效果良好，目前已经在轨道交通行业广泛应用。无损探伤技术运用时，材料在射线辐射或弹性波作用下性质（电学性质、磁学性质、热学性质等）发生变化，将检测结果与标准数值进行对比便可判断损伤情况。传统探伤工作采取静态检测的方式，在列车停运时对轨道进行全面检查，虽然检测结果的精确度与可信度较高，但会耗费大量的人力、物力与时间，影响了列车的运营效益。使用最多的静态检测方法包括磁粉探伤与压电超声波探伤。为了提高检测效率，探伤技术逐渐由静态检测向动态检测转型，可实现在线测量，不影响轨道列车的正常运行，自动化与智能化水平大幅度提升。现如今，自动探伤系统已经推广普及，不仅能在列车运行过程中实时采集数据，还能在计算机技术与相关软件的辅助下科学分析数据，能够为列车的安全运行保驾护航。我国在无损探伤技术方面的研究尚处于初级阶段，缺乏先进设备，还需借鉴学习其他国家的经验与技术，从而为轨道交通行业的未来发展提供助力。

2.轨道无损探伤技术分类及运用管理策略

2.1射线探伤技术

射线探伤技术利用X射线或γ射线检测轨道是否存在缺陷。射线穿透物体时会均匀衰减，但如果某部分轨道存在质量问题或结构上有差异，射线透过强度将会发生改变，利用射线检测器可测量强度变化，得出损伤形式与程度。射线探伤技术同时适用于金属检查与非金属检查，针对轨道内部的损伤情况检测效果更加优良。现阶段，射线探伤在多个领域都有重要应用，例如航天航空、船舶制造、桥梁建设及轨道交通行业等。但由于射线探伤对人体有一定伤害，需严格遵循相关流程进行操作，并采取有效的防护措施，尽量将辐射伤害降到最低。随着科学技术不断发展，X射线数字实时成像检测技术应运而生，将检测结果用数字图像呈现，经过计算机技术处理后更加直观形象，灵敏度与准确度较高。

2.2激光超声探伤技术

激光脉冲在轨道中会产生超声波，接收器接收后可判断轨道是否能满足列车运行需求，激光超声探伤技术应用了上述原理，可准确高效的完成探伤任务。利用超声信号进行轨道探伤检测的方法较多，例如光学检测法、压电换能器检测法及空气耦合检测法等。实践证明，将激光与空气耦合检测法相结合效果良好，已经成为各国无损探伤的研究重点。非接触式检测系统是美国研制出的一种新型探伤系统，能科学检测列车轨道的裂纹问题，准确率超过百分之九十，可为维修工作提供可靠的数据支持。与传统探伤技术相比，激光超声技术不需接触便可完成任务，同时不需要耦合剂的辅助，操作简便、抗干扰能力大大提升，能在较为恶劣的环境下准确判断损伤问题。激光超声技术适用范围广，可同时检测内部与表面的损伤问题。

2.3电磁超声探伤技术

电磁超声探伤技术发展历史悠久，优点突出，能够保证车辆安全运行，为轨道交通行业的健康发展提供了最大动力。该项技术的核心设备是电磁超声转换器，可在检测过程中发出超声波，将电磁能转换为机械能，在轨道中传播一段时间后经由一定设备转化为电信号，方便人员进行分析研究。简单来说，电磁超声探伤技术应用了洛伦兹力原理、磁致伸缩力机制原理，可有效了解轨道中的缺陷问题。电磁超声转换器可产生纵波、切变波、瑞利波及Lamb波，通过调整外加磁场方向、电磁场频率等条件可选择某一波形进行探伤操作。一般情况下，纵波检测轨道内部缺陷的效果更好，瑞利波适合检测轨道表面缺陷。电磁超声探伤技术可实现快速检测，效率高，不影响轨道列车的正常运行，经济效益与社会效益良好。

2.4数字白光散斑干涉技术

数字白光散斑干涉技术属于光测领域，可准确判断轨道表面的危险裂纹与损伤程度，显著降低了车辆安全事故的发生几率。该项技术对测量环境与工作人员专业能力的要求不高，克服了传统轨道探伤的弊端与不足，更加方便快捷。散斑干涉技术可实现全场测量与在线检测，灵敏性高。数字白光散斑干涉技术应用了散斑干涉原理、傅立叶变换及杨氏条纹图等原理，可与计算机技术进行有机融合，经过一系列科学有效的图像处理后得出轨道的受损情况。在实际检测过程中，工作人员应根据实际情况适当调整镜头倍数，以免增大微位移结果的测量误差，从而提高检测结果的科学性与可信性。数字白光散斑干涉技术虽然易受外界因素影响，但误差波动可控，普遍适用于轨道无损探伤。

2.5渗透探伤技术

渗透探伤技术运用了毛细作用原理，主要检测轨道表面的开口缺陷（包括裂纹、脱落、疏松及夹杂），此项技术对检测材料的性质有一定要求，对于金属或结构紧密的非金属检测效果较好，如果待测材料结构疏松，结果准确性将大打折扣。在具体检测过程中，一般使用灌装渗透检测剂进行操作，这种检测剂将渗透剂、清洗剂与显像剂按照合理配比混合在一起，不需专门设备，方便操作，可大致确定轨道损伤类型与程度，从而为后续维修工作做好铺垫。但渗透探伤技术运用了大量的化学试剂，对工作人员及周围环境的影响较大，不合适长期应用。在轨道交通行业中，该项技术主要用于动机机组的轨道无损探伤。

2.6涡流探伤技术

涡流探伤技术在轨道交通行业中也有较多应用，对检测环境与待测材料无特殊要求，对列车运行安全有着至关重要的影响。该项技术应用了电磁感应原理，利用激磁线圈让轨道内部产生涡电流，并利用接收器观察电流强弱变化，以此判轨道损伤情况。绝大部分列车轨道都是导电材料，为涡流探伤技术的运用提供了极大便利，可有效检测轨道表面及近表面的损伤问题。轨道交通部门应定期使用涡流仪对轨道进行检查，可及时发现裂纹、磨损等问题，消除了列车运行过程中的安全威胁。

3.轨道无损探伤技术的发展前景

从现有轨道无损探伤技术来看，每项技术都有着自身优势与缺陷，尚未有一种技术可同时检测出所有的轨道缺陷问题，在这一背景下，将两种或以上的无损探伤技术进行有机结合将成为未来研究的主要趋势。纵观我国轨道交通行业的发展历史，超声探伤技术与涡流探伤技术应用最多，前者可更好的检测轨道内部缺陷，后者适用于检测轨道表面缺陷，两者结合后可取长补短，实现对轨道的全面检测，为行车安全提供了有力保障。我国相关部门应加大投资力度，研究复合检测系统，将光测技术、图像处理技术、超声波检测技术及ACFM检测技术整合到一起，进行一次检测便可发现轨道存在的所有安全隐患，缩短了检测时间，可靠性也有所提升。总之，未来轨道无损探伤技术必定会更加自动化与智能化。

4.总结

综上所述，无损探伤技术在轨道交通行业的发展中占有举足轻重的地位，直接影响着轨道列车的运行安全与效率，需予以重视，深入研究每种无损探伤技术的特点与适用范围，根据实际情况选择合适的技术进行探伤操作。

参考文献：

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[2]霍达，卢春霞.基于CMOS视频采集卡的X光管道环焊缝检测系统[J].仪表技术与传感器，2012，（12）：160-162，166.