南宁轨道交通集团有限责任公司广西壮族自治区南宁市530028
摘要:无缝线路主要是通过钢轨焊接的方式实现,其与普通接头有较大的差异,能够节省建设费用,同时也为铁路高速重载的实现提供有效的支持,但是在钢轨焊接过程中需要关注焊缝质量问题,尤其是热焊接过程中由于材料的性质以及道岔等关键部位的焊接,是无缝线路的重要缓解,一旦出现缺陷很可能对铁路安全造成威胁。平面状缺陷是钢轨焊缝的常见问题,其不但降低了钢轨的有效截面,同时可导致应力集中,容易出现焊缝开裂以及钢轨断裂的问题。因此,文章主要针对钢轨焊缝平面状缺陷展开探测。
关键词:钢轨焊缝;平面状缺陷;探测技术
钢轨焊接技术在我国铁路运输建设中的广泛使用,取代了传统钢轨接头,能够减小车轮对钢轨的损伤,从而提高了列车运行中的舒适性。但是由于我国铁路运输密集、重量大,钢轨疲劳程度的增加但同时维修作业的时间大大减少。因此,在短时间内需要完成换轨等维修工作,需要采取有种有效的处理方式。钢轨铝热焊与传统焊接技术相比,具有焊接时间短、经济实惠且对环境的要求不高,因此在钢轨应力放散、抢修和换轨等工作中具有较高的应用价值[1]。但是由于铝热焊的特性决定了其存在一些问题,成为铁路部门关注的重要问题。文章主要是针对钢轨热焊过程中缺陷形成的原因以及检测方式展开探讨,避免焊缝开裂或钢轨断开引起的重大事故,确保铁路运输以及人民财产的安全性。
一、超声波检测技术在钢轨焊缝探测中的作用
随着我国铁路的快速发展,高速动车、大功率机车以及重载货车等车辆应用越来越频繁,高速无缝线路也不断的延长,则对焊接接头的质量提出了更加苛刻的要求,焊接接头内若存在缺陷会对行车安全造成直接影响,因此为了确保铁路运输安全,需要尽早发现焊缝内部缺陷。
无损检测是指利用材料内部结构特性引起的热、声、光、磁、电等反应,并在不损伤工件原始状态的情况下,通过理化方法,利用先进技术和设备,对工件表面与内部质量进行检验的一种方法。目前工业生产与加工中主要是采取射线检测、超声波检测、磁粉检测、液体渗透检测以及涡流检测等方法。其中后三种主要是应用于工件表面缺陷的检查,而前两种方法主要是集中在工件内部缺陷检查,但是由于射线不适用于锻件和钢制品的检验工作中,因此目前铁路钢轨焊缝质量检测主要是采取超声波检测[2]。超声波检测技术主要是利用材料的声学性能,通过超声波发射时间、穿透时间以及能量改变来观察材料缺陷。超声波探测技术在钢轨焊接后焊缝体积缺陷检测中具有较好的应用效果,通常采用普通探头即可达标准水平。平面状缺陷通常与钢轨踏面保持垂直,采取双探头扫查的方式能够达到理想的效果。
目前铁路钢轨焊缝检验中使用的超声波探测仪种类有很多,其中应用最广泛的就是脉冲放射式超声波探测仪,主要是根据声波发射以及穿透衰减规律实现的,也就是在均匀材料中由于缺陷引起的材料界面不连续性而产生不同的声阻抗,声波在不同介质界面的交界处会发生不同的反射,因此可以通过声波能量大小以及声阻抗差异来观察界面是否有缺陷[3]。超声波检测主要是利用超声波在不同材料介质中的传播特征,其检测频率通常在0.5~25.0MHz,金属材料检验通常在1.0~5.0MHz。超声波检测技术与其他技术相比,具有方向性好、频率高、波长短的特点,在焊缝缺陷检测中通常采用的是毫米级波长,能够通过定向发射来探测焊缝缺陷。同时由于能量与频率平方呈正比关系,同时超声波能量与一般声波能量相比要更大,因此酷游较高的穿透性,在材料介质传播过程中,能量损失小且传播距离远。超声波在介质传播过程中能够呈直线传播,并且能够通过发射、折射以及波形转换实现分界面的探测[4]。此外,超声波检测对人体无影响,具有较高的敏感度,适合厚度高的铁轨检验,且检测时间短、经济实惠。
二、钢轨焊缝平面状缺陷产生原因及探测方式
1.钢轨焊缝平面状缺陷产生原因分析
钢轨焊接过程中由于各种因素的影响容易出现缺陷,例如焊接设备参数异常、焊接工艺选择不当以及钢轨质量问题等,出现的问题也各种各样,包括体积状问题,例如焊缝疏松或是夹渣;平面状问题,如细微裂纹、灰斑以及未完全焊合等[4]。体积缺陷通常采用普通探头即可发现。平面状缺陷则具有更高的危害,其不但容易造成各种重大事故,且位置特殊,因此需要采取双探头检查,从而确保行车安全,尽早发现平面状缺陷。
2.平面状缺陷检测方法分析
平面状缺陷的探测方法与普通体积缺陷探测方法不同,这主要是由于平面状缺陷通常与焊缝保持平行或是与探测面保持垂直,当使用横波探头时,反射波会向其他方向传播,导致探头无法直接接受。而接近界面的平面状缺陷能够直接通过单探头探测到,这主要是由于直接反射规律决定的,一般的平面状缺陷通常是采取双探头法进行探测。
常见的探测方法分析:①单探头检查:若平面状缺陷靠近工件的某一截面,能够使用单探头检测观察到,这主要是由于缺陷距离截面近,因此反射声波的分开距离也相对较少,采用单探头即可发现缺陷。②双探头K型扫查:主要是利用两个探头分别放在焊缝的相对探测面上,一个探头发射声波而另一个探头负责接收声波,在扫查过程中两个探头需要保持相对等速移动或相背等速移动。③双探头串列式扫查:该检查方法主要是利用声波在经过缺陷和底面的两次发射之后,通过一前一后探头放置能够被其中一个探头所接收,其中声波探测深度h与探头之间距离L的公式为:。由此可见,探头分开距离越长,探测深度也越高。因此,当探头从分到合移动时,探测点能够从焊缝底部至焊缝上部进行逐步探测。
焊缝缺陷无论在什么位置,声波传播距离都是相同的,因此回波位置通常也是固定的,这也为缺陷位置评估带来较大的便利。因此在应用双探头扫查时需要保持等速移动,手工操作具有一定的难度,因此需要加强操作训练,并借助相应的扫查装置提高扫查的效率。在轨头部分可以在采取K型检测方式进行检查,也可以采用单探头法与双探头法相结合的方式检查。
结束语
铁路运输是我国经济发展的重要基础条件,运输安全直接关系着人们财产和生命安全,为了确保钢轨的质量安全,需要积极采用无损检测技术进行探查。焊缝缺陷的出现对铁路运输安全造成了较大的威胁,因此铁路部门需要利用无损技术加强钢轨焊缝缺陷检验。超声波检测是钢轨缺陷检测的首选技术,其具有指向性好、穿透能力高且敏感度高的特点,因此能够及时发现各种缺陷的存在。在钢轨焊缝缺陷检验中,体积缺陷的检验难度小,采用单探头即可发现,而平面状缺陷则存在一定的难度,通常需要采取双探头扫查的方式来发现,因此需要科学采用双探头法进行检查,确保焊缝质量,避免重大事故的发生。
参考文献
[1]杨正金.地铁钢轨焊缝超声波探伤采用扫查架技术[J].建筑工程技术与设计,2016,21(11):189.
[2]陈选民,文晟.钢轨焊缝的相控阵超声定点扫查工艺研究[J].铁道科学与工程学报,2018,15(8):2148-2154.
[3]邓昌奉.地铁钢轨焊缝全断面探伤方法探讨[J].建筑工程技术与设计,2018,31(25):3677.
[4]周翔,宋伟.钢轨焊缝超声波探伤系统设计与实现[J].四川冶金,2019,41(1):39-43.
[5]王莹莹,李力,高振坤等.钢轨固定闪光焊接头轨底缺陷分析[J].铁道建筑,2017,57(12):106-108.