钢轨探伤车在轨道交通线路中的应用

汤金龙、徐栋

（北京市轨道交通运营管理有限公司，北京100068）

0 引言

钢轨探伤车是装在轨道中，用于检测轨道损伤情况的专用车辆，钢轨探伤车深入钢轨内部可以对钢轨轨头横向疲劳裂纹进行检测，分析轨道运行中可能会导致钢轨出现损伤的主要原因，利用超声波原理对钢轨进行检测。如钢轨道探伤车通过超声波，从钢轨介质传递至另一介质时，在介质的分界面上，有部分能量会重新传递给原有的发射体，此超声波被称之为反射波；此外，部分能量也会从界面穿过，在这一传播流程中，被称为透射波。通过超声波以及透射波的联合应用，可以更好地分析轨道出现故障的位置以及需要采取的解决措施，以便能够保障轨道车辆的正常运行。

1 钢轨探伤车在轨道交通线路中的应用

钢轨探伤车在轨道交通线路中发挥着独特的优势，钢轨探伤车目前分为电磁钢轨探伤车以及超声波钢轨探伤车两大类。其中，电磁钢轨探伤车可以根据非接触通磁法检测钢轨损伤程度[1]。其检测的最佳速度为每小时30～70km，在检测过程中，此种车辆对于钢轨腰部以及钢轨接头的钢轨损伤检测灵敏度略低，仅为轨头断面积的25%（见图1）。

图1 地铁探伤技术

而超声波钢轨探伤车是目前应用范围较广的探伤车辆，在轨道交通线路中发挥着重要优势[2]。超声波钢轨探伤车利用超声波法对钢轨进行损伤探测，能够探测钢轨的轨头以及轨腰范围内的疲劳缺陷，甚至可以探测出焊接缺陷。此外，还可以检测擦伤、轨头压溃以及波浪形损耗等。超声波钢轨探伤车具备自动记录功能，可以将钢轨损伤的信号等进行记录。同时，还可以通过分析，确定损伤大小以及在钢轨内的位置，也可以确定损伤所在的线路里程。根据记录的数据，分析钢轨损伤的发展速度以及发展规律。超声波钢轨探伤车的常用检测速度为每小时30～50km，检测的最佳灵敏度可以缩小为直径3mm 的钻孔，具备较高的应用性。且钢轨探伤车在行进路线上，位置误差可达±10cm，轨道不平以及不洁会影响此车的灵敏度。因此，在检测过程中，若遇冬季，需要配合加热器使用。在水中添加防冻剂亦可以起到一定程度的优化效果，提升检测的精准度。目前，钢轨探伤车在轨道交通线路中朝以下5 方面发展：

使用全新的计算机处理技术，得知伤损信号；

全面保障地面设备的安全性，实现自动里程规划；

对超声波探头进行改进，实现不起落或自动起落；

提高超声波钢轨探伤车的检测速度，降低启动超声波钢轨探伤车的费用；

探索全新的非接触式检测方法[3]。

2 钢轨探伤车在轨道交通线路中的应用技术

钢轨探伤车的主要探伤技术是通过超声波的发射完成对于钢轨疲劳度以及损伤度的分析，我国目前使用的钢轨探伤车为最新研发的1900 型检测系统。在设计上，借助了小型钢轨探伤仪的技术特点，增加了偏转超过70o的超声波探头，以全面提高对于轨道探伤能力。轨道探伤车的车轮直径由6.5 英寸改为9英寸，减少了超声波轮内声程。我国目前拥有的钢轨探伤车达30 台以上，其中40km/h 等级4 台、60km/h等级22 台（含8 台60km/h 升级改造车）；4 台采用SYS-1000 系统，17 台采用Frontier 系统，5 台采用1900 系统。转向架安装模式探轮结构在英国地铁已应用多年，为进一步提高探伤检测速度，2007—2008年，在中国地铁对转向架安装模式探轮结构进行初步试验，最高试验速度达107km/h；2009—2010年，以美贷二期引进的首台探伤车为平台，组织有关单位合作开展基于转向架安装模式和1900 型检测系统的探伤检测试验，试验进行三轮，并与探伤小车模式进行部分对比，初步验证这种技术组合具有80km/h 的检测能力，为转向架安装模式结构优化奠定了较好基础[4]。

3 钢轨探伤车探伤技术的应用

3.1 向上裂纹以及斜裂纹

在钢轨探伤车的探伤应用中，首先分析钢轨探伤车的技术特点。钢轨探伤车遇到向上裂纹，首先前置探头会发现裂纹。通过波形，明确裂纹出现的原因。借助螺孔波对于前置探头进行调节，使螺孔波呈现不同表现方式，保障裂纹在螺孔的范围内呈现，可以确定裂纹的位置信息[5]。在明确裂纹位置后，进行详细维修，使其在最大程度上恢复原样，保障地铁安全性。而在螺孔波中，射入波形的方向与裂纹的方向呈现90o。在钢轨探伤车上，显示回波以及零刻度之间的距离较远，这就说明此裂缝的位置处于较深的地方。同时，裂痕长度较长，需要对探测结果进行分析，从而有效地得知裂纹出现的具体位置。对于钢轨的中间部位进行探测时，其波形以及斜裂纹具有相似性，需要对底波进行观察，结合底波的波形显示，完成判断处理工作，必须安排在夜间天窗时间检测，这种情况下，80km/h～100km/h 检测速度能够适应地铁的维修管理模式[6]。因此，未来钢轨探伤车速度目标值应定位在80km/h～100km/h。

3.2 针对钢轨其他探伤

针对钢轨的其他探伤技术，根据钢轨的水平进行探测，主要可以分析其是否存在水平裂纹隐患。在探测中，使用零度探头，探测仪发射出的波形经过轨头、轨腰，最后到达轨道底部。经轨体发射以及折射产生波形，对相似波形进行分析，判断在轨道是否存在裂痕，并通过调节探头，判断裂痕出现的具体位置，通过对探头移动、波形位移等，得知此裂痕的大致长度，从而采取合理的补救措施。保障地铁运行的安全性以及精准性，对钢轨的头部进行探伤，钢轨头部探测使用70o探头为国际标准[7]。在探测时，有可能会受到多方面影响。因此，需要对探测范围进行提升。在探伤时，确保探头所指方向以及探头移动角度呈现20o夹角，使波形的发射能够更加详细的显示在探测仪上，使裂痕的位置及长度都能够有正确的参数进行参考，从而提高探测的正确性以及合理性。在探测中，如出现回波，就说明有损伤，必须进行进一步的探测判断。在钢轨探伤中，需要注意各种问题。针对不同的问题，需要采取合理措施，减少错误的发生概率，提高地铁维修检测的效果，使其质量能够得到有效保障，在探伤过程中，钢轨探伤车的波形会出现多次反射，需要以第1 回波为参考，以其他回波为辅助资料进行分析。考虑到仪器会受周围环境的影响，需要对裂痕的位置进行判断，以避免出现偏差[8]。

4 结语

综上所述，质量是地铁正常运行的前提，钢轨探伤具备灵敏度极高的优点，在地铁线路维修检测中，具有非常重要的作用。通过相关介绍得知，钢轨探伤技术的灵活应用，使地铁安全能够得到全面保障，避免了在后续运行中出现危险事件。相关管理人员还可以在钢轨探伤车辆上，定期对钢轨探伤车辆进行检查，结合钢轨处理目标，使检测处于安全精准的状态。在选择传感器的过程中，轮式传感器对于线路的适应较好。而针对有缝线路或轨头形态不良等情况，分析在检测过程中出现的相关问题，应用全新的传感器，如滑靴式传感器以及轮式传感器，使二者结合，能够更好地发挥探测的优势。