重载铁路钢轨探伤车漏检轨头核伤的原因和应对措施

2022-03-27 02:00黄雯
科学与生活 2022年2期
关键词:应对措施

黄雯

摘要:目前钢轨探伤车在国内普速铁路及高速铁路得到广泛应用。由于受探伤车能力限制、车下机械架构调整不到位、检测参数设置不合理、线路及钢轨状态不良等内外部因素影响,钢轨探伤车陆续产生漏检伤损的问题。

关键词:重载铁路;钢轨探伤车;核伤因素;应对措施

引言

钢轨轨头的横向疲劳裂纹俗称“核伤”,严重影响道路安全。核伤在铁路钢轨踏面8至12毫米,5-10mm内侧,钢轨纵向地接近垂直踏面10°和25°倾角。核损伤可导致钢轨横向断裂,是钢轨最危险的疲劳缺陷之一。因此核损伤检测钢轨尤为重要,根据B型核损伤有关问题检测车辆是否可以承担铁路线路安全责任。

一、钢轨轨头核伤的特点及其危害

轨头横向疲劳裂纹俗称轨头核伤,简称核伤。一般出现在距踏面8~12mm和距内侧5~10mm处,其方向与钢轨纵剖面接近垂直,对踏面多有10°~25°倾角(单行线)或接近垂直(复行线)。核伤又分为白核和黑核,多数发生在轨头。其形成的主要原因是钢轨本身存在白点、气泡、非金属夹杂或严重偏析等缺陷,在列车的重复载荷作用下,使这些细微裂纹疲劳源逐渐扩大而形成疲劳斑痕(即核伤),当疲劳斑痕没有和外界空气接触时,具有平整光亮的表面,通常成为白核;当这种疲劳斑痕发展至轨头表面而被进入的水气氧化时,称为黑核。核伤可导致钢轨横向断裂,是最危险的钢轨疲劳缺陷之一。西方国家铁路以无缝线路为主,钢轨缺陷主要为核伤,多数国家在核伤面积超过轨头面积30%以上时才要求换轨,法国甚至放宽到55%才换轨,而我国的标准要求比国外要严得多,只要确认是伤,就要求必须换轨。

75kg/m钢轨漏检原因一是仪器存在不足,应该是两个通道共用一条扫描基线进行显示,这样的仪器在检查接头或焊缝附件缺陷时波形显示杂乱,即有焊筋回波又有缺陷回波,该处同时夹杂鱼鳞伤回波,客观上存在判别困难的问题。二是作业人员和作业标准问题,对该处所的探伤没有强调站停看波进行分析,把伤损回波误认为正常回波。

二、轨头核伤的原因和应对措施

各国对核伤均采用折射角为65°~70°的超声横波探头进行探伤。我国根据核伤多出现在轨头内侧上角的特点,多年来探伤仪一直采用二次波法,即将探头向内侧偏转14°~20°,利用经轨颚反射后的二次波进行检测。但这些年也逐渐增加了中心直打70°(探头向内侧偏转0°)探伤检测通道。我国和欧美的探伤车采用直打70°通道一次波、偏斜70°通道(向内侧偏转14°~20°)一次波和二次波進行检测。线路轴重大的前苏联曾经采用内侧偏转35°的一次波检测法。

2.1核伤产生原因

钢轨在生产过程中,钢轨轨头可能存在白点、气泡和非金属杂质等。这样钢轨在使用过程中,在机车车辆的强力冲击作用下,细微的白点、气泡和非金属杂质逐渐扩大,形成断面平坦光亮的白核。白核发展至轨面时受氧化,逐渐发展成为黑核。钢轨轨头踏面在轮轨接触力反复冲击下,形成钢轨表面的鱼鳞伤(表面细裂纹),由于疲劳向下扩展渗透,产生轨头核伤或表面掉块。核伤主要出现在钢轨轨头内侧、钢轨小腰及受冲击力大的部位。

2.2大型钢轨探伤车核伤探测原理简介

大型钢轨探伤车采用超声探轮模式进行探测,每个探轮内有3个70°晶片,折射进入钢轨的声束折射角约为70°。进入钢轨的超声声束扩散角较大,核伤取向不敏感,但能够发现垂直伤损。探测系统发射超声波的最大密度为车辆每移动1/16英寸发射一次。当车辆速度增加时,为使探测系统有足够时间处理回波信息,探测密度(每英寸发射脉冲数)必须降低。当车辆速度逐渐提高时,探测系统发射脉冲间隔切换为1.6mm(1/16英寸)、3.2mm(2/16英寸)、4.8mm(3/16英寸)及6.4mm(4/16英寸),缺陷位置分辨率仍为1.6mm(1/16英寸)。

2.3核伤B型图分析

2.3.1标准轨头母材核伤B型图

按Sperry公司设计原理,70°探头在钢轨内的折射波只存在折射横波,轨头核伤在钢轨内的倾斜度决定核伤在探测系统中的反射B型图形状。轨头母材核伤B型图见图1,可以看出母材核伤带一定折角,这与车辆运行时对钢轨的冲击有关。

2.3.2曲线地段钢轨有表面细裂纹的核伤B型图分析

钢轨探伤车在襄渝线上行K80+693探测到一处钢轨核伤,从B型图上可以看出钢轨表面有细裂纹,工务段对核伤采取上夹板措施,而在夹板螺孔上方还有一处核伤。现场复探发现,探测的钢轨在曲线上股,表面有很多细裂纹,钢轨曲线半径不大,采取上夹板措施后,夹板终端与弯曲的钢轨接触产生应力集中,列车通过时车轮与夹板终端对轨头产生剪切力,导致钢轨表面细裂纹向下发展,产生新的核伤,夹板不能对新核伤形成保护。采用小型探伤仪器检查发现新核伤已快贯穿轨头,立即进行了换轨。

2.3.3核伤分析与建议

曲线上的钢轨表面有细裂纹时,轨头发现核伤,建议不要采取上夹板措施,上夹板会在夹板外侧产生新的伤损,危及行车安全,最好直接更换钢轨。回放钢轨探伤车数据,分析上夹板的钢轨伤损B型图时,观察夹板两端是否有新的伤损出现,如果发现立即通知工务段复探,防止断轨事故发生。

三、探伤车与探伤仪对轨头核伤检测的对比分析

3.1人工伤损检测能力对比

考虑探伤车为动态检测,伤损在间隔采样和自动识别时会降低检测灵敏度,还需要补偿识别灵敏度6dB(试验测算在最低标定灵敏度的基础上增加6dB时,探伤车在最高检测速度下形成3点连续报警反射,能够有效识别)。此时测算出的灵敏度探伤车与探伤仪相同。但在探伤车现场检测过程中,由于探伤车高速运行,其动态耦合、钢轨表面状态不良、自动对中不佳、电路干扰等不能得到足够补偿,为3~6dB。因此探伤车在高速检测和自动识别后,对伤损的检出灵敏度要比探伤仪低3~6dB。

3.2轨形正常情况下较大轨头核伤

对于较大轨头核伤,探伤车会出现多个通道反射情况,如直打70°内侧、中间和外侧,有时还有0°的底波消失,探伤仪在一个通道会出现明显伤损走波。在一处道岔核伤,探伤车和探伤仪均能有效发现。

3.3轨形正常情况下偏于垂直的较小轨头核伤对于偏于垂直的较小轨头核伤,探伤车的直打GC70°能够有效检测,偏斜70°没能有效检测,在探伤车检测前进行的探伤仪检测也没能有效检测出来。

四、结语

采用大型钢轨探伤车进行钢轨探伤,可以及时发现钢轨损伤并采取相应对策,有效防止钢轨断裂的发生。测试设备应在测试线上检测和复检,使用小型检测仪器对损伤进行判断、分析和比较。为了适应铁路发展的需要,铁路巡检车辆的分析能力需要不断提高,尽量规避漏检伤损的问题。

参考文献:

[1]徐永贵.GTC-80型钢轨探伤车及其运用[J].中国铁路,2018(11):55-58.

[2]徐峰.钢轨探伤车技术发展与应用[J].中国铁路,2018(7):38-41.

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