一 技術(shù)背景
近年來，隨著我國(guó)高速鐵路的建設(shè)與發(fā)展，鐵路事業(yè)發(fā)展取得較大成就。然而高速鐵路大規(guī)模投入運(yùn)營(yíng)，客貨運(yùn)量的增加，對(duì)鐵路安全運(yùn)營(yíng)提出更高要求。鋼軌作為鐵路設(shè)施的重要組成部分，在輪軌接觸過程中，隨時(shí)可能產(chǎn)生各種缺陷，所以對(duì)鋼軌缺陷的檢查尤其重要。鋼軌表面裂紋就是其中一種缺陷，隨時(shí)列車行使的不斷沖擊，鋼軌表面的小裂紋可能會(huì)不斷的往內(nèi)部生長(zhǎng)，最終形成大裂紋，嚴(yán)重者甚至?xí)a(chǎn)生斷軌事故，存在著嚴(yán)重的安全隱患。采用先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)鋼軌疲勞裂紋缺陷進(jìn)行高效而可靠的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)潛在事故的早期預(yù)報(bào)，對(duì)于鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩�、乃至�?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都十分重要。目前主要用超聲檢測(cè)對(duì)鋼軌進(jìn)行探傷，解決了鋼軌大部分缺陷的檢查，為鋼軌的維護(hù)起到了很大的作用。但由于超聲檢測(cè)對(duì)表面缺陷不敏感的特點(diǎn)，加上現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜等原因，超聲很難判斷甚至無法檢測(cè)鋼軌一些特殊部位的表面裂紋缺陷，使鋼軌檢測(cè)存在一定盲區(qū)。而渦流檢測(cè)是一種擅長(zhǎng)于表面缺陷檢測(cè)的無損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)表面缺陷具有很高的靈敏度。它不需要耦合劑，無需接觸，能可靠檢測(cè)出裂紋位置及裂紋走向，并測(cè)量裂紋深度[1]。渦流檢測(cè)能彌補(bǔ)超聲在鋼軌表面檢測(cè)上的不足，與超聲檢測(cè)形成一定的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
二 渦流檢測(cè)原理
渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種常規(guī)無損檢測(cè)技術(shù)[2]。其原理如圖1所示。用交流電壓驅(qū)動(dòng)探頭線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)探頭移動(dòng)到導(dǎo)電材料的待測(cè)區(qū)域，探頭會(huì)在被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生渦流，當(dāng)導(dǎo)體表面或近表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，將影響到渦流的強(qiáng)度和分布，渦流的變化又引起探頭電壓和阻抗的變化，根據(jù)這一變化，就可以間接地知道導(dǎo)體是否有缺陷的存在[3] [4]。圖2所示是導(dǎo)體表面有無裂紋對(duì)渦流的影響。
圖1
圖2裂紋對(duì)渦流的影響
三 渦流檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
a.非接觸。
b.無需耦合劑。
c.表面、亞表面缺陷靈敏度高。
d.檢測(cè)速度快，效率高。
e.檢測(cè)操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
f.無需特殊培訓(xùn)，對(duì)探傷人員要求低。
g.能在高溫狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)。
h.表面鐵銹和涂層無需特殊處理。
i.檢驗(yàn)結(jié)果可以實(shí)時(shí)顯示和通過磁盤等記錄長(zhǎng)期保存，可在必要時(shí)回放重現(xiàn)，并進(jìn)行分析。
四 渦流檢測(cè)系統(tǒng)與方案
一般渦流檢測(cè)系統(tǒng)主要由渦流檢測(cè)儀器，鋼軌專用渦流探頭，探頭線，被測(cè)工件等組成。結(jié)合渦流原理和渦流檢測(cè)的特點(diǎn)，只需使用一臺(tái)渦流儀器，利用鋼軌專用渦流探頭在鋼軌被檢部位進(jìn)行移動(dòng)式掃查，就可以立即得到鋼軌表面是否有裂紋及裂紋的情況，如圖3所示。
圖3渦流檢測(cè)鋼軌方案
本方案選用廣東江蘇超聲電子股份有限公司江蘇超聲儀器分公司DSS-608鋼軌渦流檢測(cè)儀。如圖4 a)該儀器便攜實(shí)用、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、功耗低，能在電池供電下連續(xù)工作 6 小時(shí)以上。該儀器內(nèi)置鋼軌表面裂紋檢測(cè)專用工藝，可實(shí)現(xiàn)鋼軌表面裂紋的快速檢測(cè)。利用探頭在鋼軌被檢部位移動(dòng)，通過儀器阻抗平面圖的顯示可以確定鋼軌表面有無裂紋的存在。而且儀器內(nèi)嵌裂紋深度曲線算法，可以對(duì)裂紋深度進(jìn)行標(biāo)定，自動(dòng)算出裂紋實(shí)際深度并實(shí)時(shí)顯示，非常適合鋼軌表面裂紋的快速檢測(cè)及評(píng)估。該檢測(cè)過程無需耦合劑、可非接觸、方便、直觀和快捷。
根據(jù)鋼軌渦流檢測(cè)的特點(diǎn)及鋼軌裂紋出現(xiàn)部位，汕超公司分別自主研發(fā)了幾款鋼軌專用渦流探頭，如鋼軌軌底探頭、鋼軌焊縫探頭、尖軌探頭等專用探頭。通過對(duì)探頭結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，使提離效應(yīng)影響小，檢測(cè)更方便，實(shí)現(xiàn)了鋼軌不同部位表面裂紋的高效、快速、精確檢測(cè)。如圖4 b)所示。
圖4 渦流檢測(cè)系統(tǒng)
五 檢測(cè)應(yīng)用
5.1鋼軌軌頭表面裂紋檢測(cè)
對(duì)于鋼軌軌面裂紋檢測(cè)，我們采用鋼軌焊縫渦流專用探頭進(jìn)行檢查。將探頭垂直放置在鋼軌軌頭檢查面上，移動(dòng)探頭進(jìn)行檢查即可。如圖5 a)為鋼軌踏面裂紋情況，b)為采用渦流檢測(cè)的效果。這種方式也適用其他相同表面情況的檢測(cè)。
a)踏面裂紋
b)踏面檢查效果
圖5鋼軌軌頭表面裂紋檢查
5.2鋼軌焊縫表面裂紋檢測(cè)
隨著鋼軌線路逐漸無縫化，焊縫焊頭越來越多，運(yùn)能和運(yùn)量的增加也使焊縫傷損逐漸增多，因此焊縫傷損也成為危害鐵路安全的主要傷損之一。
由于列車的高速行駛，鋼軌焊縫邊界附近容易產(chǎn)生表面裂紋，這種裂紋存在很大的安全隱患。由于位置比較特殊，采用其他檢測(cè)手段很難發(fā)現(xiàn)或者檢測(cè)過程很復(fù)雜。使用渦流檢測(cè)方法，利用專用探頭沿焊縫邊界，從焊縫軌底斜面，經(jīng)過軌腰，一直到軌頭下顎，一次完成焊縫邊界的檢查，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，效率高。如圖6為鋼軌渦流檢測(cè)焊縫邊界軌腰裂紋的效果圖。
圖6軌腰6mm深人工裂紋檢測(cè)效果
5.3軌底下表面裂紋檢查
目前，鋼軌軌底特別是焊縫軌底下表面也經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，比如月牙傷等，這些裂紋損傷也是影響鐵路安全運(yùn)輸?shù)碾[患。使用渦流檢測(cè)方法，利用軌底專用探頭從軌底左右掃查，可以快速的得到有無裂紋的存在。如圖7是軌底4mm深人工裂紋檢測(cè)效果。
圖7軌底4mm深人工裂紋檢測(cè)效果
5.4尖軌表面裂紋檢測(cè)
尖軌是道岔的重要部件，依靠尖軌的扳動(dòng)，將列車引入正線或側(cè)線方向。高速運(yùn)行的列車對(duì)尖軌的沖擊力大，尖軌易于磨耗和損傷，表面裂紋是其中一種。同樣，使用尖軌專用探頭或者焊縫探頭可以對(duì)尖軌表面裂紋進(jìn)行檢查，可得知裂紋的深淺。如圖8是尖軌裂紋渦流檢查效果。
a)尖軌側(cè)面橫向裂紋
b)尖軌側(cè)面縱向水平裂紋
圖8尖軌裂紋渦流檢查效果
六 結(jié)論
在鋼軌表面裂紋的檢測(cè)中，渦流檢測(cè)是一種比較快速和簡(jiǎn)便的可行手段。渦流檢測(cè)對(duì)表面裂紋敏感，可以對(duì)鋼軌特殊部位的表面裂紋進(jìn)行檢查，也可以作為鋼軌表面缺陷的一種復(fù)核確診手段，與超聲檢測(cè)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，使鋼軌探傷得到更全面的檢測(cè)。渦流檢測(cè)不需要耦合劑，非接觸，對(duì)鋼軌表面要求不高，檢測(cè)速度快，效率高，能準(zhǔn)確判別是否有裂紋存在，并顯示裂紋深度。同時(shí)對(duì)探傷人員沒有太多要求，無需特殊培訓(xùn)，簡(jiǎn)單易學(xué)。
