钢轨探伤技术与应用

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【摘 要】铁路运输是我国不可或缺的一种运输方式,其运输的安全性是非常重要的.本文对国内外钢轨探伤车技术的发展与应用现状进行了分析,阐述并分析了我们国家钢轨探伤车的两种传感器结构、检测速度定位与传感器的两种安装方式,并且对钢轨探伤的管理模式进行了详细的介绍与探讨.

【关 键 词】钢轨；探伤；发展与应用

火车运行过程中会不断与钢轨发生冲击、弯曲、挤压与摩擦作用,钢轨在这些应力的重复作用下,极易出现疲劳裂纹,而疲劳裂纹但凡出现后便会快速的扩展,进而引发钢轨折断和交通事故等.所以,保证铁路安全运输的主要措施就是开展钢轨探伤,因而及时发现并处理所存在的安全隐患就显得至关重要.

1.钢轨探伤技术的发展趋势

1.1模拟探伤技术的数字化进程

钢轨探伤技术根据所处理信号的不同分为全数字式、模拟数字混合式和模拟式三类组成.模拟探伤技术包括显示器、锯齿波电路、发射电路、视频放大电路以及同步电路等几部分.其中同步电路用来保证仪器各部件的同步工作；齿波电路激励示波器水平发生偏转,从而形成时基线；视频放大电路将超声信号放大并输出到显示屏上,从而显示钢轨的具体信息.模拟式探伤技术具有结构简单、易于操作、价格低廉的优点,在工程实际中得到广泛应用.但是模拟式探伤技术也有其自身的缺陷,比如,其无法对检测到的信号进行处理和记录,在检测现场需要安排专业的技术人员对模拟式检测仪所发出的超声回波信号进行手工记录,由于过多的人为因素的干扰,其检测结果的准确性很难保证,极易出现漏判、误判的问题,极大地影响到钢轨探伤质量.将数字化技术引入到超声波探伤仪之中是对模拟探伤仪的改进和提高.数字化技术为模拟探伤仪引入了微处理技术,大大提高了仪器的性能,改善了模拟式探伤技术无法进行数据记录和处理的缺点,使其初步具备了数据采集、存储和处理的功能,并具备了自诊断和自动控速的功能.但是模拟式探伤仪的显示和控制部分并没有得到改进,仍然保留着原有的处理方式.另外,微处理技术中所需的微处理芯片的性能有待进一步提升,由于其限制性,探伤仪仅仅只能够进行一些简单的数据处理,还无法进行复杂的工作.

1.2全数字探伤技术的发展

我国的通用数字化探伤技术开始于上世纪80年代末,1989年,武汉中科创新技术公司研发了数字超声探伤仪,其研制的成功标志着长久以来的常规超声探伤技术在我国市场垄断局面的终结,为超声探伤技术的数字化进程迈上了一大步,全数字式钢轨探伤技术的特点是以数字信号处理和微处理为核心,利用点阵式LED技术,能够对探伤数据进行采集、运算和存储,自动判定缺陷类型和缺陷位置,并实现对数据的打印输出功能.然而,全数字超声探伤技术也有其自身缺陷,如成本较高、在较差环境下运行不稳定、可操作性有待提高等.

2.我国铁路钢轨探伤的发展方向

2.1滑靴式传感器与轮式传感器

滑靴式传感器对于轨头形态有十分苛刻的要求,轨缝和侧磨都会造成滑靴失水而使耦合破坏,对检测结果会造成影响.轮式传感器具有较好的线路适应性,特别是对轨头形态不良、有缝线路的情况的适应.

我国铁路投入使用的探伤车采用的都是轮式传感器,并且多年来一直运行良好,所以将来铁路探伤车的发展仍然是以轮式传感器为主,以滑靴式传感器为补充检测手段.

2.2检测速度定位

我国铁路钢轨探伤车的检测速度定位是依据世界铁路钢轨探伤车技术的发展,根据实用、经济的原则确定的.对于高速铁路,与动车组相比,100km/h的探伤车检测速度还是有很大差距,需要安排在夜间的空窗时间进行检测,这时80-100km/h的检测速度可以满足高速铁路的维修管理模式.对于客货共线铁路,为了便于编入运行图实现周期性探伤,不对铁路运输造成很大的影响,探伤车的理想检测速度也需定位在80-100km/h.所以,我国将来钢轨探伤车的速度目标值应定位在80-100km/h.

2.3传感器的两种安装方式

转向架安装模与检测小车模式是超声传感器的最主要的两种安装方式.其中转向架安装模式的检测速度比较高,而检测小车模式的传感器对中机构的要求比较低.在安全性能方面,处于检测状态时,转向架安装模式的防脱轨性比检测小车模式要好；处于运行状态时,检测小车模式的安全性比转向架安装模式要高.

在我国成熟运用的检测小车模式运行速度基本为60km/h,而应用前景较好的是运行速度为80-100km/h的转向架安装模式,并且需要优化设计转向架安装模式的机械结构,以此降低机械部件疲劳,提高安全性.

3.钢轨探伤的管理模式

3.1钢轨的维护

由钢轨超声波探伤的实践可知,检测结果很大程度上受到钢轨状况的影响.剥离掉块、轨面裂纹可以阻挡超声波的入射,出现检测盲区；轨头形态会因严重的侧磨而发生变化,使探头耦合破坏；操作人员对热影响区伤损和焊缝伤损的判断会受到焊筋反射的干扰.

建议：对钢轨防断进行综合治理,加强探伤检测与钢轨的维护.为了减少焊筋反射的干扰,进行钢轨焊接时要做好焊筋打磨的工作；为了强化轨面超声的入射效果,要对钢轨进行适时的修理性打磨,清除钢轨表面的轻微裂纹.

3.2运用管理

需要依据钢的轨探伤周期,将探伤车的检测运行纳入运行图,来减少运输造成的作业疲劳,使操作人员保持良好的工作状态.铁路局需要建立铁轨伤损数据分析中心,开展地面的回放分析,统一标定探伤仪、探伤车,健全伤损复核的反馈机制,要对钢轨表面情况、波位置、灵敏度与幅度等信息进行复核反馈.为了提高数据的判伤水平与采集水平,需要加强对探伤仪、探伤车的运用管理,对运用经验进行不断总结.

建议：需要选择一条典型的试点线路来建立以探伤车为主、探伤仪为辅的探伤管理模式,并积累实践经验.

3.3轨头核伤

探伤车和探伤仪具有各自不同的检测特性.探伤车可以比较全面的覆盖整个轨头,无明显的盲区,但是轨距角近表面小核伤的检测灵敏度不如探伤仪.探伤仪对轨距角近表面小核伤的灵敏度特别高,轨头两侧的核伤检测效果也特别好,但是对轨头中部位的核伤没有探伤车敏感.由于探伤仪使用的是二次波探伤与偏斜角入射,所以在70度的通道设计上,其可以很好的满足我国铁路轨头核伤的检测需要.可以看出,由于探伤车和探伤仪在轨头核伤的检测能力上具有互补的优势,二者构建的两级探伤网络在世界钢轨防断中发挥着非常重要的作用.

4.结语

总之,通过我国钢轨探伤车技术的发展与应用现状和钢轨探伤的管理模式可知,我国在钢轨探伤方面需做进一步的努力才能达到世界领先水平.因此,应当努力推进国产化工作和国外技术引进工作,做好转向架安装模式的机械结构可靠性的验证,做好轨头核伤检测能力与1900系统的验证工作,从而推动我国运输行业的发展.[科]

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