北京铁路局唐山工务段 河北唐山 064000
摘要：近年来，随着列车轴重的增加和运行速度的提高，钢轨疲劳伤损的数量不断增加，特别是由于轮轨相互接触，钢轨轨面上产生的疲劳鱼鳞裂纹。鱼鳞纹的大量产生，容易发展成轨头核伤、斜裂纹，造成钢轨折断，会直接危及行车安全。本文重点阐述通过对鱼鳞纹伤损发展趋势的摸索，分析鱼鳞纹的特点，提出了鱼鳞纹伤损的校对方法和判伤标准，有效确保了铁路行车安全。
关键词：鱼鳞纹 母材探伤仪 通用探伤仪 核伤 校对
1 问题的提出
随着铁路重载快速的发展，钢轨的疲劳伤损逐渐增多，特别是轨头与车轮直接接触部位，由于长期碾压使钢轨表面发生塑性变形，所以轨头伤损是造成钢轨断裂的主要原因，而鱼鳞纹正是起源于轨头表面一种近似鱼鳞状金属碎裂的疲劳伤损，并以裂纹尖端为源发展成多核面的横向疲劳核伤，易造成钢轨突然断裂，危及行车安全。
2 确定方案
2.1 鱼鳞纹干扰探伤。鱼鳞纹深度虽然不是很深，但由于伤损趋向良好，所以在仪器上显示的波形很强，与早期小核伤的出波位置、位移量近似。同时由于鱼鳞纹连续分布，会连续出现相同波形，严重干扰了现场伤损判定，造成早期小核伤的漏检。由于“水平帽”的存在，阻挡了超声波，造成“水平帽”的核伤无法检测。鱼鳞纹进一步发展会形成核伤，在列车重复荷载作用下，钢轨应力集中，直接造成钢轨折断，严重影响行车安全。
2.2 鱼鳞纹下核伤探测方法。针对我段管内的鱼鳞纹特点及设备现状，为了更好的发现鱼鳞纹下的核伤，减少断轨的发生，我们采用JGT-10型钢轨母材探伤仪和GTS-9003H型通用数字探伤仪同时探伤的方法。当进入鱼鳞纹地段探伤时，70°探头出现一次二次伤波的显示并报警，一般的鱼鳞纹波A型显示在荧光屏7.5-8.5格会出现有规律、连续、循环出现的回波显示。B型显示轨颚下会形成连续图形，且离轨颚线较远。如图1和图2所示：
采用母材探伤仪和通用数字探伤仪对鱼鳞纹地段的钢轨顶面和轨头侧面进行综合检测，有效避免了鱼鳞裂纹回波的干扰。母材探伤作业遇有鱼鳞纹密集地段不能随意降低灵敏度，严重地段还应当提高2-4dB，同时要适当调整探头角度，以保证对轨头的全断面探测。遇曲线先调整探头位置，加强反向探测，利用一次波和二次波扫查，盯住波形显示，仔细校对出波、落波位置，波形的位移量，波幅的高低以及探头的位置，特别是70°探头二次波的位移量超过一个大格时，满波幅且回波清晰稳定，应进行认真校对。
我段管内津山、唐遵等线路钢轨上线使用时间较长，部分钢轨已达到疲劳期。由于表面鱼鳞纹或者钢轨压塌等原因，母材探伤仪检查时出现0°探头失波，70°探头没有波形显示。为便于检查出此类情况下的核伤，使用通用探伤仪对以上地段进行探伤，在正常扫查灵敏度的基础上，将其提高8-12dB，从轨头侧面、轨颚部位进行校对，可以有效发现钢轨核伤。如图3所示：
（图3）
2.3母材探伤仪灵敏度补偿及通用探伤仪的标定。根据现场伤损发展的规律，制定切实可行的灵敏度补偿，针对JGT-10型仪器在鱼鳞纹地段采用高灵敏度波形补偿，一般为斜70°探头高灵敏度波形补偿4dB，直70°探头补偿2dB，37°探头补偿3dB，通用探伤仪采用每月标准试块标定一次。
3 方案的实施
3.1 轨头校对法
探伤作业时遇到以下情况要使用通用探伤仪进行复核校对，来判定伤损性质和大小，轨面存在明显发黑，压塌现象；轨面鱼鳞形成“＜”拐弯形状；母材探伤仪出波位移明显及同时出现一二次波；数据回放伤损图形形成核伤趋向。
3.1.1 轨头顶面直移校对法
由于受到鱼鳞纹的影响，超声波无法向其下核伤发射声束，只能接收到的是鱼鳞纹的剥离层的多次反射回波，在鱼鳞纹密集的地方，不宜采用直移校对法，在鱼鳞纹较少的直线地段，可采用直移校对法。如图4所示：
图4
3.1.2 轨头顶面斜移校对法
将校对探头放置轨头顶面，使入射波束向轨头内侧发射，并与轨顶面中心轴向呈14°－20°的倾斜角度，利用一次波对鱼鳞纹下的核伤进行校对。正常情况下，斜移校对只能校对核伤1/3大小的伤损，由于伤损受鱼鳞纹的影响，使探头无法完全检测到整个伤损的位置，只能探测到伤损的边缘，如果鱼鳞纹密集且超过整个轨头的一半以上，只能探测到鱼鳞纹的末端，从而容易造成误判或漏检。
3.1.3 轨头侧面校对法
将轨头外侧打磨平滑、干净，确保耦合良好，将70°探头放置在轨头侧面伤损的一端，左右移动探头，当伤损回波幅度达到满幅度的80％再释放8-12dB，作为校对灵敏度。向前移动探头，找到核伤的近点并使回波降至满幅度的80％且记录出波位置，再向前移动探头，找到核伤的远点并使回波降至满幅度的80％且记录出波位置，利用“时基线法”每格代表的垂直高度计算核伤的宽度。
由于外侧校对法不能校对出核伤的高度，只能校对核伤的相对宽度，但伤损发展有一定规律，一般核伤高度在15mm以内，它的伤高和伤宽基本一样。15mm-25mm范围内它的高宽比约为1:1.3，25mm-35mm范围内它的高宽比约为1:1.5，用此经验修正值来综合估算出核伤的当量高度。
3. 2 轨头颚部校对法
当发现疑似核伤时，在轨头颚部位置左右各150mm范围内用钢丝刷、纱布将轨头颚部锈蚀打磨干净，确保探测面光洁。用70°校对探头放置在轨头内侧颚部疑似核伤的任何一侧进行校对，确保耦合良好。当发现有伤波显示时将伤损回波最高幅度调整到满幅度的80％再释放8-12dB，作为校对灵敏度。然后左右移动探头，使波幅分别在80％的位置停下，做好标记，这两点的中间就是核伤的中心点1同时记下符号，然后将探头位置放置在核伤部位的另一侧，用同样的方法左右移动探头，记录下中心点2，中心点1与中心点2之间的中点就是核伤的准确位置，适用于较垂直的规则性核伤定位，对于倾斜较大的不规则核伤通常采用“时基线法”即可。
颚部校对法不能校对出核伤的高度，只能校对核伤的相对宽度，但伤损发展有一定规律，一般核伤高度在15mm以内，它的伤高和伤宽基本一样。15mm-25mm范围内它的高宽比约为1：1.3，25mm-35mm范围内它的高宽比约为1:1.5，用此经验修正值来综合估算出核伤的当量高度。如图5所示：
（图5）
4 取得的效果
通过现场实践，采用母材探伤仪与通用探伤仪相结合，并使用多种校对手段，能够及时发现钢轨鱼鳞纹地段轨顶面下的核伤，且定位定量准确，消除断轨隐患，保障了正常的铁路运输秩序。
参考文献：
[1] 铁路线路修理规则．北京：中国铁道出版社．2014．
[2] 铁路职工岗位培训教材编审委员汇编.钢轨探伤工．北京：中国铁道出版社．2010．
[3]《JGT-10数字钢轨仪使用说明》
[4]《CTS-1008通用探伤仪使用说明》
论文作者:张颖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：鱼鳞论文; 伤损论文; 钢轨论文; 回波论文; 探伤仪论文; 波形论文; 地段论文; 《基层建设》2018年第5期论文;