钢轨新制及在役焊缝探伤技法

刘 万 胜

(太原铁路局太原南工务段，山西 晋中 030600)



钢轨新制及在役焊缝探伤技法

刘 万 胜

(太原铁路局太原南工务段，山西 晋中 030600)

介绍了钢轨新焊焊缝与在役焊缝全断面探伤的重点，从串列式扫查、轨头K型扫查、焊缝轨底K型扫查等方面，阐述了新焊焊缝双探头探伤的技法，并总结了在役焊缝双探头探伤的要点，有利于提高焊缝探伤的水平。

钢轨，焊缝，探伤方法，探头

随着我国路网干线的全面提速，以及无缝高速重载铁路的全面发展，对钢轨焊接接头质量提出了新的更高的要求。钢轨接头质量状态的好坏直接影响着铁路运输生产和行车安全，因此使用专用仪器对新焊和在役焊缝进行长期有效的探伤监控，掌握焊缝探伤技术、提高焊缝检测能力也是保证铁路行车安全的有效手段。

焊缝全断面探伤包括新焊焊缝全断面探伤和在役焊缝全断面探伤。新焊焊缝全断面探伤主要发现：材质缺陷、焊接缺陷和加工缺陷；在役焊缝探伤主要发现疲劳缺陷，即新焊焊缝探伤中没有发现的缺陷和使用过程中发展出来的缺陷。

1 新焊焊缝全断面探伤

1.1 新焊焊缝全断面探伤的重点

焊缝的第一次全断面探伤最为重要，有许多缺陷如果第一次全断面探伤没有发现，在大多时候不会再有第二次机会，尤其是在重载线路，若焊缝中存在焊接、打磨不当形成的缺陷，其伤损发展非常快，一般不会超过一个月(灰、光斑除外)，发展快的不超过一周。如大秦重车线207 km+178 m左股，厂焊接头轨底存在焊接缺陷，2011年4月铺设，当时未进行焊缝全断面探伤，5月4日母材仪器发现加固后，于5月12日拉开，见图1；大秦重车线250 km+104 m左股，现场气压焊接头，轨头存在焊接缺陷，2011年4月焊接，焊接完成后进行焊缝全断面探伤，未发现异常，4月25日母材仪器发现时，裂纹已贯通轨头，见图2。因此焊缝第一次全断面探伤一定要认真仔细，严格按照探伤工艺进行。

新焊焊缝全断面探伤的重点是“熔合线”，探伤中一定要找到真正的焊接熔合线。厂焊、气压焊属于锻造焊，其熔合线宽度只有零点几毫米，见图3；铝热焊属于铸造焊，有两条熔合线存在于两侧焊筋的边缘，也最容易产生面积状缺陷。两线之间是填充物，且多为体积状缺陷，见图4。面积状缺陷大多存在于“熔合线”上，因此“熔合线”部位才是我们第一次探伤的重点。

1.2 新焊焊缝探伤前的手工检查

探伤前，应首先对所要探测的对象进行外观的检查，观察轨面有无线纹，下颏轨墙有无明显压痕、碰痕、划伤，是否有在焊接和打磨过程中伤及到母材的情况等。对轨底观察要认真全面看其有无坑洼、塌陷、烧伤、电击伤等。图5，图6中这些缺陷通过手工检查均能发现。

1.3 新焊焊缝双探头探伤的要点

焊缝全断面探伤有双探头法和单探头法。双探头法主要发现面积状缺陷，单探头法主要发现体积状和靠近界面或探测面的面积状缺陷。焊缝全断面探伤可参考TB/T 2658.21—2007钢轨焊缝探伤作业进行；双探头探测时，应考虑主声束的扫查范围及焊缝中容易产生面积状缺陷的部位，从而采取针对性的探测。

1.3.1 串列式扫查

串列式扫查在探测厂焊或气压焊时其指针要对准“熔合线”。铝热焊有两个“熔合线”，因此在对铝热焊进行串列式扫查时，要对焊缝两侧分别进行扫查，探测架如图7所示放置，可避免焊棱的干扰。可以说在探测中有波就有伤。

1.3.2 轨头K型扫查

轨头K型扫查目前没有较好的扫查装置，大多是凭操作者的经验和手法。新焊焊缝全断面探伤，进行轨头K型扫查，可有效发现轨头中大而平的缺陷，尤其是灰斑、光斑及未焊合等缺陷。这些缺陷透声性比较好，返回的能量弱，单探头很难探测，非常容易造成漏检。串列扫查由于声程较远衰减大，回波非常低很难进行伤损判断。图8是大秦重车线一处现场气压焊，光斑灌满整个轨头，焊缝探伤及母材仪器探伤(检查过多遍)均未发现，最终造成折断。焊缝探伤轨头K型扫查，不存在焊棱的干扰，可以认为有波就有伤，即使是回波很低，也可以判伤。

1.3.3 焊缝轨底K型扫查

轨底K型扫查:1)手持双K1槽型探头，对焊缝进行扫查，其单侧扫查范围如图9所示阴影区。且没有有效的扫查装置，只有靠操作人员的经验和手法，探测时左右两只探头前后等速移动，注意探头的耦合，出现回波比较容易判定。为减少探测盲区，有条件应从焊缝两侧分别探测(有些焊缝附近有立螺栓，只能从一面探测)。同时加强单探头对轨底的探测。2)6晶片的矩阵探头对轨底进行分区扫查，矩阵探头位置固定，只有距探头前沿8 mm～14 mm范围，反射的回波较强，超出此范围，其反射回波会明显下降，如图10所示阴影区。我们曾做过这样一个试验：用矩阵探头探测GHT-1试块A端5号平底孔，探头前沿距该孔9 mm，探头耦合良好，此时得到该孔最佳回波。调整衰减器使该孔反射回波达满屏100%。在保证探头耦合良好的情况下，两探头同时向后移动，当后移10 mm时回波高度降低6 dB；后移20 mm时回波高度降低10 dB。因此在探测气压、电阻焊缝时，探头前沿应与焊棱边缘对齐，铝热焊最好离开焊棱10 mm为宜，这样才能对容易产生面积状缺陷的“熔合线”部位进行扫查，如图10所示。探测铝热焊时一定要两面探测，同时加强单探头的探测。

2 在役焊缝全断面探伤

2.1 在役焊缝探伤的重点

焊缝第一次全断面探伤，如果使用灵敏度适当，能切实按照焊缝全断面探伤工艺认真探伤，且没有发现任何缺陷，说明该焊缝合格，焊缝上出现伤损的可能性极低(铝热焊除外)，大秦重车线345.9 km～359.7 km区段钢轨运量已超过22亿t，但焊缝处几乎没有伤损，而且仍在使用。因此我们进行第二次、第三次……全断面探伤时我们探伤的重点应放在焊筋边缘上，此时出现的缺陷大多是加工缺陷，主要以推凸缺陷为主。图11为大秦重车线205 km+5号厂焊接头，铺设日期为2011年4月，2011年12月母材仪器发现加固后于2012年8月9日拉开，其伤损源在焊筋边缘，属典型的推凸缺陷引起的轨底横向裂纹；图12为朔州工务段伤损焊缝，由于推刀在推凸过程中在母材处的划痕引起的水平裂纹。

值得注意的是：用同一把推刀推出的焊道都有可能存在相同的缺陷，如侯马北工务段侯马北探伤车间运城探伤工区管内有20 km线路，许多厂焊接头在轨底部位存在推凸缺陷，每年都有拉开。朔州工务段在连续300 m厂焊接头中有8处接头存在这种缺陷(见图4)。因此最好对存在这种缺陷的地段，采取针对性探测。同时建议：厂焊焊接驻场人员切实负起责来，加强对焊缝外观处理的检查，遇有推凸、打磨等缺陷应马上叫停立即处理，这种缺陷如不处理就是埋在线路上的重大隐患，发现不及时极易造成断轨。

2.2 在役焊缝双探头探伤的要点

在役焊缝轨腰串列式扫查和轨头K型扫查作用不大，因为在役焊缝中轨腰出现伤损大多会有一定倾角。母材仪器有6只70°探头探测轨头，可以把轨头全覆盖。在役焊缝探测主要是轨底，且伤损大多在堆瘤一侧的焊棱边缘。轨底两侧的缺陷，单探头完全能探测到，重点是轨底三角区。

轨底三角区若存在推凸缺陷，在较短时间内发展成轨底横向裂纹，其裂纹与钢轨纵向相对垂直，母材仪器前后37°比较容易发现，判断起来也比较容易。若伤损发展时间较长，裂纹就会与钢轨纵向形成一定的夹角(夹角大于6°时)37°探头就很难发现。因此轨底三角区横向裂纹，最好的探伤方法是双K1槽型探头对轨底进行K型扫查，其方法是：两探头前沿对齐，同时向焊缝处移动，注意探头耦合。出现回波后，进行定位，即由探头入射点向前量1/2轨底宽的距离。定位在本侧焊棱或焊缝中心可以判伤，若是对侧焊棱，应从另一侧反向进行校对。

用矩阵探头探测时，铝热焊和新焊焊缝的探测方法基本相同。从焊缝两侧分别探测，探测厂焊、气压焊时探头前沿应距焊筋边缘10 mm为宜，探测重点是堆瘤一侧。若堆瘤一侧有立螺栓，探测时应尽可能使探头前沿靠近堆瘤一侧进行探测。

由于钢轨焊缝形状复杂，产生缺陷种类较多，探伤难度较大，要想搞好焊缝探伤工作，第一要多摸试块，第二不断总结积累经验，第三多与同行交流沟通，从而逐步提高焊缝探伤的水平。

[1] 铁道部人才服务中心组织.钢轨探伤工[M].北京：中国铁道出版社，2010.

New steel rail system and in-service welding detection method

Liu Wansheng

(TaiyuanSouthBusinessSection,TaiyuanBureauofRailway,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the whole-section detection methods of new steel rail system and in-service welding, describes new welding double-detector detecting techniques from aspects of tandem scanning, rail-head K-type scanning and bottom welding rail K-type scanning, and finally summarizes in-service welding double-detector detecting points, which will be good for improving the welding detection level.

steel rail, welding, detection method, detector

1009-6825(2016)24-0161-03

2016-06-14

刘万胜(1978- )，男

U213.4

A