轨道表面疲劳缺陷检测的优化
本文旨在:
- 哪些表面缺陷在钢轨中最常见，并会导致钢轨断裂;
- 采用何种检测技术进行检测;分析的有效性;
- 什么样的无损检测设备能够最准确地检测到所描述的钢轨缺陷。
介绍
为了保证钢轨的安全开采，采用无损检测方法对钢轨进行损伤检测。其中第一件事是超声波导轨检测。如今，由于一般交通量的增加和高速列车的使用，轨道上的负荷不断增加。由于滚动接触疲劳- rcf，轨头运行面钢轨损伤日益严重。这些损伤是轨道运行过程中最危险的，因为这可能会导致横向裂缝的发展，并导致钢轨断裂。
关于欧洲铁路系统兼容性的实施，铁路基础设施管理者应为每条铁路服务制定计划。该方案还包括对铁路轨道进行超声波检测，对轨道表面RCF(滚动疲劳)引起的缺陷进行检测和评价。
有两种主要的RCF类型:«蹲下»和“头部检查”——进一步的HC。这些钢轨表面缺陷在其发展和生长的机理方面与钢轨表面缺陷有显著的差异。“蹲下”型缺陷是轮轨相互作用的复杂过程，出现在车轮的微滑移过程中，进而启动轨头运行面的塑性变形机制。这种类型的缺陷类似于«车轮烧伤»类型的缺陷，但有其鲜明的特征:1。“深蹲”类型的缺陷开发需要几个月的时间，而«车轮烧伤»会立即出现。2.“深蹲”类型的缺陷不是一对，这是截然不同的«车轮烧伤»，有一对在邻近的轨道上。
HC缺陷可以发生在任何轨道段，甚至焊接接头。然而，最常见的情况是外轨梯度不足的曲线。当水或耦合剂与受损区域接触时，有利于HC的生长。HC微裂纹扩展可分为两个阶段:裂纹深度不超过3- 5mm时的缓慢扩展阶段和裂纹长度不超过20mm时的快速扩展阶段，导致钢轨断裂。(见图1)。
在UIC 712 R铁路轨道缺陷分类器上面的缺陷指定如下:«蹲»(轨头运行表面裂缝和当地经济萧条)——缺陷代码«227»和«头检查»(单数或一组缺陷在铁路轨距铁路脸上小平行裂缝)的形式——一个代码“2223”。
图2- - - - - -蹲(a和b)和头部检查(c)类型缺陷
欧洲铁路轨道的超声波方法和探测方案，头部检查(HC)型缺陷检测问题
(a) 2.5 MHz直波束探头回波和回波阴影测试技术
(b)前后45度探头回波技术
(c)回声技术，前后探头70度
图3- - - - - -探测方案符合EN 16729-1:2016
在欧洲铁路上，铺设在铁轨上的高速测试系统(扫描速度从40公里/小时开始)和便携式/机械化的单轨和双轨检查车(扫描速度不超过4公里/小时)都被应用。在这些系统中，按照EN 16729-1:2016铁路应用程序执行经典的探测方案。必威体育官网入口基础设施。轨道中轨道的无损检测。超声波检测要求及评价原则。
测试采用以下探头:1个双元件传感器4 МHz 0°，2个单元件传感器2 МHz±70°，2个单元件传感器2 МHz±45°。用于扫描的探头被放置在轨头的中心部分。这种探测方案允许可靠的缺陷检测，代码227 -“蹲下”，位于轨道头部运行表面中心，用0°和70°探头。关于HC和“深蹲”缺陷类型，距轨距面侧偏心，这些只能在一个裂缝发展到延伸到钢轨中央截面- i的阶段检测到。当有铁路断裂的威胁时。
а) А-Scan(带0°探头)
b) b扫描(0°探头)
图4- - - - - -蹲姿缺陷，b超和А-Scan
上述钢轨探测方案在开发的早期阶段(如е)既不允许检测头部检查，也不允许检测横向裂纹缺陷。当裂纹开始在侧面(RCF区域)发展时)。
图5- - - - - -HC开发区
UDS2-77 -超声波探伤仪
单轨的状况
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HC探测的专门探测方案
图6- - - - - -HC定位区，探测方案，探头角度58°，角向±34°
让我们详细讨论由2223代码(HC)缺陷损坏的轨道段的识别问题。这些缺陷代表了相当严重的威胁，因为它们可以发展成横向裂缝，进而可以导致钢轨断裂。最佳的钢轨HC检测方法，能够在钢轨开发的早期阶段检测钢轨损伤，并提供钢轨头部裂纹长度、深度和定位的可靠数据。这种统一的无损检测方法尚待发明。在实际应用中，采用多种检测方法相结合的方法，提高了缺陷早期检测的概率。
目前，对于HC检测，建议提供视觉检测，应用带有照片和视频摄像机的光学系统，使用特殊探头应用超声波检测，以及涡流检测(EC)。
视觉检查通常伴随着图片和视频资料，是一种非常占用资源的方法，并且受人为因素的影响，导致缺失单一或群HC，这些HC只占据了很短的片段。
为了解决HC检测问题，我公司采用了特殊探头，探头角度为58°，相对导轨纵轴角度方向为±34°。中实现了这样的探测单轨探伤仪UDS2-77和双导轨探伤仪UDS2-73扫描仪。这样就可以测试钢轨头部的场面。考虑到轨头配置，该探测方案也可用于测试轨头顶部半径(RCF-Region，见图5)。
从图6可以看出，声波从钢轨圆角平面反射，扫描HC主要所在的RCF-Region，其声波发展的早期阶段(<1 мм)靠近角反射器。因此，58°×34°探头能够很好地检测HC，并根据B-Scan数据(见图7)分析和评估钢轨HC损伤区域长度。
图7- - - - - -“头部检查”类型缺陷显示在b扫描
经过长时间使用所述探头，并考虑到便携式探伤仪的测试技术，以及HC的发展方向(缺陷是针对火车的运动)，58°×34°探头进行了现代化改造。即，探头外壳的设计是这样的，4个压电元件放置在里面，并沿着和反对小车运动(向前和向后)指向轨道头部的场面(见图8)。
图8- - - - - -完整的探测方案，58°探头，±34°角方向
值得一提的是，用58°探头角度和±34°角方向的超声探头只检测«头部检查»包含轨道的区域是可能的。这些裂纹参数的测量，如深度，长度只能通过涡流检测方法，即使用单轨涡流探伤仪ETS-77．
结论
通过分析，我们可以得出结论，标准测深EN 16729-1:2016规范方案在其发展的早期阶段对头部检查和rcf区域裂纹检测是无效的。在rcf区域，通过定制的探测方案，可以保证对HC和裂缝的可靠检测轨道巡检车UDS2-77(一条铁路线)和uds2 - 73(两条铁路线)。裂纹的深度和长度测量只能通过涡流法应用涡流单轨探伤仪ETS-77．
