摘要：在钢轨养护以及检查的过程中，针对钢轨所出现的伤损情况进行探伤是铁路维修与保养工作中的重要内容。在列车运行过程中，铁路钢轨需要承受来自于列车车轮的荷载，起到使铁路列车在运行过程中按照指定方向前进的作用，因此，若钢轨出现了任何安全问题，对列车运行的安全性和平稳性都会造成极大程度的影响。钢轨铝热焊焊缝超声探伤利用超声波原理，探头向钢轨内部发射声波，接收声波遇到钢轨内部组织或缺陷反射回波，通过分析回波，得出被检测钢轨焊缝损伤情况。
关键词：钢轨焊缝；超声波探伤
一、钢轨焊接的分类及工作原理
在许多国家中铁路交通都是被高度重视的一个行业，不同国家间行业上的学术交流也比较频繁，因此国内外在钢轨焊接工艺上所采用的焊接方法都大同小异，其中闪光焊、气压焊、铝热焊和电弧焊是使用最为广泛的四种焊接方式，而在我国使用比较频繁的是前三种焊接方式。
（一）闪光焊
闪光焊，又名接触焊，是电阻焊的一种，主要工艺包括焊接端预热以及液压顶锻。依据不同的闪光特征还能够细分为连续闪光焊和脉冲闪光焊，连续闪光焊的工艺历史更长，其技术体系也更加成熟。脉冲闪光焊是基于连续闪光技术的缺陷研发出的新型技术，由于使用较少其工艺上尚存在着不足。虽然这两者在工艺上存在不同之处，其工作原理基本相似，都是先将两根需要焊接钢轨以合理的方式接触后再通以强电流，由于钢轨本身存在一定电阻，在强电流经过时会产生电阻热形成高温，两钢轨接触面受高温形成熔化态，此时再通过外部施加的液压顶锻力完成表面的融合，冷却一定时间后金属结晶，两根钢轨就焊接成了一个整体。
（二）气压焊
气压焊，顾名思义，是通过气压设备的使用来完成焊接工艺，其原理同闪光焊类似，在将待焊钢轨贴后进行加热，但其加热方式一般是利用氧-乙炔火焰完成，火焰的热能让两接触面间的区域变为塑性态，周围的金属原子具有足够高的“活化能”后，通过贴合面的液压顶锻来加速原子间的金属键的形成，之后在进行冷却结晶完成焊接。相较于闪光焊，气压焊的设备更为轻便、简单，投入的成本更小，工艺灵活性高，但焊接时钢轨需要纵向移动，两接头的对接处理上要求十分苛刻，也难以对长度较大的钢轨进行焊接，因此气压焊常常被应用于后期的维修工作中。
（三）铝热焊
铝热焊是利用氧化铁作氧化剂，铝粉作还原剂的热剂焊，铝粉、氧化铁和其他添加物按比例调配成铝热焊剂至于反应坩埚中，通过高温火柴激活反应，热融化合金添加物和反应生成的铁在高温作用下形成液态的钢，再浇灌至根据待焊钢轨接头出的外形尺寸制造的砂型空腔中，高温的持续影响下熔化的钢轨与之共同结晶，冷却定型后两段钢轨也化为了一段，其中值得注意的是整个反应过程中温度最高可能会达到3000oC。这种焊接方式相比于闪光焊和气压焊，略去了顶锻的步骤，操作机动性强且不依赖于电力的使用，但其焊缝的总体性能稍差，因此铝热焊常常被运用在线路的应力释放以及跨区线路的道岔联焊和断裂维修中。
二、铁路工务钢轨探伤
2.1 钢轨轨底探伤
首先，是对伤损部位进行探测以及准确定位。对于钢轨轨底进行探伤作业时，因为探伤位置比较特殊，所以在探伤过程中需要使用零度探头，对铁路工务钢轨的水平裂缝进行检测。在进行实际作业时，零度探头的探伤原理是根据其内部所安装的晶片进行纵波的发射，然后在纵波传导过程中会从钢轨的轨头传达到轨腰，然后到达轨道底部，当纵波在轨道底部界面进行反射之后，零度探头内部所安置的另一个晶片会对反射回来的信号进行接收。在纵波发射与回收的过程中，所经过的声程是轨道的两倍。在纵波传导过程中，如果钢轨上存在斜向或者是纵向的裂纹，那么超声波的传递就会停止，零度探头内部所安置的另一个晶片，也就不能够收到返回的纵波。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是在出现裂纹的部位，会在底部和基线0的位置显示水平裂纹的回波，然后工作人员就可以根据所回收到的波纹显示刻度，以及探测场程对所出现裂纹的刻度进行定位，进一步对出现裂纹的位置和钢轨轨面之间的深度进行判断，然后再根据报警时所出现的位移情况，对出现裂纹的长度进行测算。其次，在进行裂纹探测的过程中，因为会出现多次反射的状况，所以进行裂纹的定位是需要以第1次所收到的波纹为主要参考依据。而且在一切使用过程中，因为附近存在阻塞影响，所以轨道表面所标示出的回波刻度与实际上裂纹的深度是不同的。
3.2 钢轨轨头探伤
在进行钢轨轨头探伤过程中，需要使用70度探头进行探伤作业。在实际使用过程中，为了确保在探伤作业过程中，钢轨头部不会受到复杂几何图形影响以及干扰，提高探头探伤的覆盖范围，需要在使用探头过程中，保证探头位置和探头的前进方向之间出现18度到20度之间的夹角。而且为了能够保证在钢轨头部探伤过程中，由探头所发射的横波可以从轨道头部的下颚反射到轨面上，需要在探伤过程中将二次波和一次波进行同时使用。在同时检测二次波与一次波的过程中，能够对钢轨头部所存在的损伤状况进行多角度多位置的探测。
在进行探测的过程中，如果轨头没有损伤，那么其所发射的横波就不会出现回波信号，如果有损伤才会出现回波显示。但对于钢轨头部进行探伤时，若发现存在损伤情况，对损伤位置大小以及具体位置进行定位，就需要依靠回波显示的具体情况来确定。在实际探伤作业过程中，如果所采用的探伤仪器，其灵敏度控制得不是很好，或者是钢轨头部状况比较復杂，会导致探伤过程中出现虚假信号，探伤工作人员会因工作失误而出现误判状况。因此，在进行探伤作业过程中，对于回波信号需要在回收的过程中进行仔细的甄别。
2.3 钢轨螺孔裂纹探伤
在进行钢轨螺孔裂纹探伤作业过程中，使用的探头是37度探头。采用37度探头，通过发射超声波进行钢轨螺孔裂纹的探伤作业，在这种探头作业情况下，同时能够对钢轨底部横向裂纹以及特殊位置水平裂纹和钢轨轨腰部的斜裂纹进行探伤。在具体探伤过程中，每台探伤仪上均配备两个37度探头，其中安装在后方的探头是37度探头与0度探头的组合探头，安装在前方的37度探头是与70度探头的组合。之所以有前置以及后置探头，主要是为了在探伤过程中进行全方位覆盖。对钢轨螺纹进行探伤过程中，可以将螺纹划分为4个象限，在每一个象限当中都可能会出现螺孔裂纹现象。
在实际探伤过程中，前置的37度探头能够划分在4个象限的螺孔中，对第一象限以及第4象限存在的水平裂纹进行探测，同时对第2象限和第4象限的斜裂纹进行探测。后置的双探头能够对第2象限以及第3象限的水平裂纹和第1象限以及第3象限的斜裂纹进行探测。当前置探头在对第1象限以及第4象限的水平裂纹进行探测作业时，螺孔四周存在的裂纹会形成反射角，然后将螺孔水平裂纹进行显现。而对于螺孔来讲，其内部存在的裂纹波和螺孔波距离非常近，所以在显示过程中会存在同时显现的状况。
2.4 探伤作业中的注意事项
在对钢轨进行探伤作业过程中，因为钢轨的覆盖范围非常大，所以探伤作业需要沿着钢轨的铺设路线来进行，分区域来进行探伤作业，因此探伤作业的流动性非常大。但是对探伤作业过程中，现场作业的各项操作都需要根据铁路工务安全规则指导来进行，在探伤作业过程中，除了操作人员还需要有专业人员对探伤作业进行防护，并且在一些拥有不良条件的区域进行探伤作业时，还需要增加中间防护员，并且对探伤作业人员配备对讲机。在探伤作业过程中进行拆检时，需要对铁路来往车辆进行观察，保障自身安全。
4 结语
在铁路安全性保障措施当中，钢轨探伤作业是非常重要的一项工作内容，能够显著避免因铁路钢轨所存在的安全隐患，而导致列车运行安全性事故的出现。所以随着铁路运输量的增加以及运行速度的加快，在铁路钢轨探伤作业过程中需不断对探伤作业技术以及设备进行更新改造，提高探伤作业操作水平，切实保障铁路工务钢轨的安全性。
参考文献：
【1】宋太平.关于铁路工务钢轨探伤工作的探讨[J].同煤科技，2012（3）：25-26.
【2】高建节.关于铁路工务钢轨探伤工作的探讨[J].工程技术：全文版，2016，10（11）：293.
论文作者:田飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/20
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