1、高速鐵路鋼軌探傷技術及規則中國鐵道科學研究院金化所黎連修2010.7.19金屬及化學研究所金屬及化學研究所目 錄 一. 無損檢測簡介 二.常用無損檢測方法 三.鋼軌超聲波探傷 四. 鋼軌焊縫探傷 五. 高速鐵路探傷規則金屬及化學研究所一.無損探傷簡介金屬及化學研究所1.無損檢測技術1.1 無損檢測與無損探傷無損檢測：在不破壞被檢測對象物理化學性能和幾何完整性的情況下，對其表面和內部參數或性能等進行測量，稱為無損檢測。如果檢測的目的是發現傷損，則稱為無損探傷。在大多數情況下，如無特殊說明，無損檢測實際上指的是無損探傷。金屬及化學研究所1.2 無損檢測與檢測 無損檢測：尤其是無損探傷，是對未知 量

2、的檢測，即要檢測的傷不一定存 在，因而有很大的隨機性、偶然性 和不可知性。 檢測：往往是對一個“已知量”的檢測， 或對一個已存在量的檢測，該量有 一定的已知性，或可知性。 金屬及化學研究所1.3 缺陷與傷缺陷：用來說明材料性能的一個總的概念。介質中的非一致性、非均勻性、非連續性都可稱為缺陷，嚴格講晶體中的一個位錯即為一個缺陷。傷：指金屬材料幾何上的連續性遭到破壞，實際上指的是宏觀缺陷。“缺陷”的概念遠比 “傷”大，缺陷包括了傷，或傷是缺陷的一部分。金屬及化學研究所1.4 無損檢測的基本特點無損探傷的顯著特點是不具破壞性，因而可實現檢測對象的100%檢驗，即可實現對100%的檢測對象及每個檢測對

3、象的100%部位進行探傷。無損探傷或無損檢測，其檢測結果往往不夠“精細”，在大多數情況下，只能給出缺陷的有無，而無法準確給出缺陷的大小或性質。金屬及化學研究所1.5 無損檢測與產品質量無損檢測可用于產品生產過程中的各個階段，從原材料的選取、生產工藝的監控，直到最后產品質量的驗收，也可用于在使用過程中安全性能的監督和檢查,是現代工業不可缺少的質量保證手段。現代工業需要：高參數設計、大規模集成、高速度運行、長壽命使用，每道工序、每個部件或部位都必須安全可靠，都需要監督或監控，只有無損檢測才能做到這一點。日本曾有人說：現代工業是建立在無損檢測技術基礎之上的。金屬及化學研究所1.6 無損檢測與安全安全

4、（生產）是當今社會一個熱門話題。直接關系到社會穩定的大局，關系到可持續發展戰略的實施。安南曾指出，僅因工傷及職業病所造成的損失就相當于全球GDP的4%左右。我國是事故和災害大國，2003年因生產事故造成損失2500億，各種自然災害損失1500億，交通事故損失2000億，衛生和傳染病的損失500億。合計6500億人民幣,約相當于損失GDP的6.5%。金屬及化學研究所金屬及化學研究所金屬及化學研究所金屬及化學研究所金屬及化學研究所大連新港輸油管道爆炸金屬及化學研究所金屬及化學研究所金屬及化學研究所近年來，我國安全生產形勢十分嚴峻，近幾年經濟損失甚至有逐年增長的趨勢。隨著社會經濟和科學技術的發展，安

5、全問題不僅不會自行消失，反而會更加突出。因而國內有些人提議：“安全”應提升為我國的一項基本國策，與人口、資源、環境一樣受到廣泛重視。要抓好安全，除其它因素之外，還必須有手段和措施，無損檢測就是其中一種重要的監控手段或技術，因而越來越受到重視。 金屬及化學研究所二.常用無損檢測方法 -五大常規方法金屬及化學研究所五大常規方法：(1).超聲探傷法-UT(2).磁粉探傷法-MT(3).射線探傷法-RT(4).渦流探傷法-ET(5).滲透探傷法-PT 另為還有諸多非常規方法，如聲發射、紅外、熱成像、激光超聲、電磁超聲等。金屬及化學研究所2.1 超聲波探傷法基本原理：利用聲波在介質中的傳播特性、衰減特性

6、和在界面上的反射特性、折射特性等。超聲法適用于鍛件、軋制件等晶粒較細的工件或材料的探傷。主要用于內部缺陷的探測，也可用于表面缺陷的探測。缺陷顯示不夠直觀。金屬及化學研究所 金屬及化學研究所2.2 磁粉探傷法基本原理：利用磁力或磁場與鐵磁體的相互作用進行探傷。有缺陷時，一部分磁力線外露形成漏磁場，漏磁場吸附磁粉形成磁痕，給出缺陷的存在。只適于鐵磁材料中非鐵磁性缺陷的檢測。由于趨膚效應，磁探法只能探測表面或近表面缺陷。缺陷顯示直觀。金屬及化學研究所金屬及化學研究所2.3 射線探傷法基本原理：利用射線的穿透性、衰減性和膠片的光化學作用進行探傷。射線探傷適用于各種不同材質的探傷，但主要用于鑄件和焊縫檢

7、測。射線探傷主要用于內部缺陷的探測。探傷結果顯示直觀，且可長期保存。需要嚴格防護，一般不能連續作業。目前已有了射線工業電視。金屬及化學研究所2.4 渦流探傷法基本原理：利用電磁感應原理。線圈在工件表面感應出一渦流，有缺陷時，渦流的幅度、相位和分布等要發生變化，相應地渦流輻射的電磁場也要發生變化，這一變化被接收線圈接收即可給出缺陷。渦流檢測直接檢測的實際上是工件表面阻抗的變化。或者說是通過測量阻抗的變化進行檢測的。阻抗的變化，引起渦流的變化，進而引起渦流電磁場的變化金屬及化學研究所金屬及化學研究所2.5 滲透探傷（著色探傷）基本原理：主要利用毛細現象。液體表面張力：來自內部分子的相互吸引力，即內

8、聚力。接觸角：金屬及化學研究所毛細作用液面高度： 金屬及化學研究所滲透探傷的基本操作步驟預清洗、滲透、去除、干燥、顯像、觀察1.預清洗 2.滲透 3.清洗4.顯像 5.觀察 6.滲透檢測工件實物示例金屬及化學研究所三.鋼軌超聲波探傷金屬及化學研究所鋼軌探傷包括新制鋼軌探傷和在役鋼軌探傷兩種情況：新鋼軌探傷主要是檢查鋼軌中的材質缺陷和制造缺陷，如夾雜、疏松、氣孔、白點和各種表面裂紋等。在役鋼軌探傷則主要探測在使用中產生的各種疲勞缺陷，即疲勞裂紋。金屬及化學研究所3.1新鋼軌探傷鋼軌內部缺陷使用超聲波法進行探測，而表面和近表面缺陷則主要使用渦流法進行探測。3.1.1 超聲波法內部缺陷：45MHz的

9、超聲縱波，從鋼軌側面、踏面、底面進行掃查；軌底縱向裂紋：從軌底斜面上使用超聲橫波進行探測。 金屬及化學研究所金屬及化學研究所探傷靈敏度 內部材質缺陷：約相當于1.4平底孔。 軌底縱向裂紋：1mm深人工裂紋當量。探傷范圍 鋼軌長度方向: 全長連續檢查. 在橫截面上，最小檢查面積應達到： 軌頭部分：不小于軌頭面積的70； 軌腰部分：不小于軌腰面積的60金屬及化學研究所 軌底部分：與鋼軌腰部下部等寬， 對于60軌約25mm寬。4.1.2渦流探傷 探測表面缺陷，國內基本上沒開展。金屬及化學研究所3.2 在役鋼軌探傷情況簡介3.2.1 檢測缺陷-主要檢查各種疲勞裂紋。 其中最主要的：軌頭核傷、螺孔裂紋和

10、其他各種方向的裂紋及嚴重的縱向夾雜等。3.2.2 發展過程 1950年:進口共振式探傷儀-我國超探開端。 60年代:自己生產鋼軌探傷儀， 80年代:推出多通道探傷儀，帶有前后翻板。 80年代后期:引進大型鋼軌探傷車。 近幾年推出數字探傷儀，通道增多至 89個。金屬及化學研究所3.2.3 鋼軌基本探傷方法金屬及化學研究所3.2.4 核傷探測3.2.4.1 鋼軌核傷-系軌頭橫向疲勞裂紋 呈橢圓形，距踏面812mm、距內側 515mm處。近年來，也有位于軌頭中 部的核傷。與軌頭側面近乎垂直，與踏 面多呈1025夾角（單行線上）或 近乎垂直（復行線上）。核傷在未發展到外表面時肉眼不可見，稱“白核”；已

11、擴展到外表面時，因氧化變為 黑色，稱“黑核”。金屬及化學研究所3.2.4.2 核傷及其探測方法 用二次波探測核傷，軌顎反射面不與探測面平行，為研究缺陷的反射規律，需對聲波在軌頭中的傳波路徑進行研究。金屬及化學研究所3.2.4.3 核傷探測技術的改進與發展 隨著速度和載重量的提高，核傷類型和分布發生不少變化，軌底橫向裂紋數量也有明顯增加。相應的儀器通道和探頭數量都有所增加，下圖列舉了其中一種新形探傷方式。金屬及化學研究所3.2.5 螺孔裂紋的探測 螺孔裂紋是從螺孔周邊開裂發展而成的疲勞缺陷，一般可與水平線呈045夾角。螺孔裂紋的探測方法如圖所示。金屬及化學研究所3.2.6 在役鋼軌探傷設備3.2

12、.6.1 大型鋼軌探傷車 鋼軌探傷車是指能在鐵路上運行并在行進中對兩根鋼軌中的傷損同時進行探測的專用車輛。探傷車一般都自帶動力，也可由其他車輛牽引獨立編組運行，使用的檢測方法主要是超聲法，有些探傷車也使用電磁感應法。 鋼軌探傷車最早可追溯到1928年，為美國的電磁感應式鋼軌探傷車。 1956年德國研制出超聲波鋼軌探傷車，探傷速度僅有12km/h ，后提高到18km/h。 1959年美國也研制出全超聲鋼軌探傷車 。 金屬及化學研究所 鋼軌探傷車是一種大型高科技探傷設備，集和了聲學、機械、電子、自控和計算機等多種專業技術。 除車輛自身外，其探測系統包括：超聲探頭（傳感器）、模擬處理、數字處理、信息

13、分析處理、系統控制、顯示和存儲系統以及機械伺服系統、輔助系統等。 自動化程度高、技術難度大。金屬及化學研究所探傷速度是重要技術指標，可反映出其技術高低。但不是一個完全獨立的指標，還與許多其他因素有關，如線路狀況、鋼軌條件、探傷要求等，目前探傷車的探傷速度一般不超過40 km/h，較好的已達到60km/h ，可探出5mm當量以上的缺陷。我國使用的探傷車為美國制造，輪式探頭，系統升級后，探傷速度可達60km/h。德、法、英等國的主要使用滑靴式探頭。金屬及化學研究所1989年：開始從國外引進，以加強鋼軌探傷工作。第一臺：1989年5月從澳大利亞引進，系Temper公司制造的RFD-140探傷車，由一

14、節車廂組成，采用輪式探頭，探傷速度40km/h。由于種種原因，該探傷車沒有得到很好地應用。1993年開始：改從美國引進。第一批5臺，為PJT（Pandrol Jackson Technologies Inc）公司制造，SYS-1000型鋼軌探傷車。金屬及化學研究所該探傷車：4只輪式探頭，24個通道或24個聲束，探傷速度40km/h。車輛：兩臺為美國制造，一節車廂；另三輛寶雞工程機械廠制造，兩節車廂。1998-2003年：共引進美國探傷車10臺。2005-2007年：引進美國SPERRY公司新型FRONTIER探傷車9臺，探傷速度60km/h，配備自動對中系統和GPS定位裝置。目前已累計從美國引

15、進29臺。 金屬及化學研究所最新引進的探傷車： 30各通道，3個輪探頭，增加了70探頭的二次波探傷,探傷速度可達80km/h。 對于5mm的核傷和8mm的螺孔裂紋，檢出率可達到80%以上，誤報率不大于20%，實測值檢出率可達到95%。 與探傷小車相比，大探傷車的探傷靈敏度稍低些，檢測核傷的可靠性較差，但對螺孔裂紋的檢測效果比較好。金屬及化學研究所輪式傳感器THANK YOUSUCCESS2022/7/1849可編輯金屬及化學研究所SYS-1000型檢測系統 金屬及化學研究所FRONTIER型檢測系統金屬及化學研究所40km/h檢測小車 金屬及化學研究所B型顯示-類似醫學上的B超 金屬及化學研究

16、所標準螺栓孔的B型顯示金屬及化學研究所60km/h檢測小車（起落架）金屬及化學研究所SYS-1000型鋼軌探傷車金屬及化學研究所第一代鋼軌探傷車金屬及化學研究所第二代鋼軌探傷車金屬及化學研究所第三代鋼軌探傷車金屬及化學研究所3.2.6.2 鋼軌探傷小車-鋼軌探傷儀 是指能在一股線路鋼軌上推行并能對鋼軌中的各種缺陷同時進行檢測的小型超聲波探傷設備。 該探傷儀由儀器、探頭和作為運載工具的小車（還起到掃查裝置的作用）三部分組成，儀器一般有59個獨立的通道，可攜帶59只探頭同時工作，能夠對一側鋼軌上不同部位不同類型的缺陷同時進行檢測，具有高效率、低付出的特點，特別適于目前我國的國情。金屬及化學研究所探

17、傷小車具有十分明顯的專用性和特殊性，既能在鋼軌上推行，也能在陸地上推行。可利用列車行進的間隙上道作業，具有機動、靈活、方便、實用的特點。 由于野外使用，主要靠報警聲發現缺陷，因而報警功能十分完善，同時為適應現場作業，電路上做了許多特殊處理，如增大了阻塞和抑制，并帶有很強的距離補償等。探傷小車追求的不是通用指標，而是使用性能。金屬及化學研究所鋼軌探傷小車金屬及化學研究所鋼軌探傷小車金屬及化學研究所鋼軌探傷小車金屬及化學研究所四.鋼軌焊縫探傷金屬及化學研究所4.1鋼軌焊縫及焊縫缺陷4.1.1 鋼軌焊縫 我國無縫線路延伸長度已近5萬余公里，為列車大提速提供了重要的基礎。鋼軌焊接主要有接觸焊氣壓焊和鋁

18、熱焊三種不同的焊接方法,相應地也有接觸焊氣壓焊和鋁熱焊三種不同的焊縫形式。 目前三分之二以上斷軌發生在接頭部位，鋼軌接頭部位已成為線路最薄弱的環節。金屬及化學研究所4.1.2 焊縫缺陷 夾雜、疏松縮孔氣孔、過燒等 -體積狀/點狀缺陷。 光斑、灰斑、裂紋、未焊透等 -平面狀缺陷。 疲勞缺陷：即疲勞裂紋。 平面狀缺陷減小了有效截面，還可造成應力集中，是最危險的缺陷。金屬及化學研究所4.2 鋼軌焊縫常用探傷方法體積狀缺陷： -單探頭法。平面狀缺陷 -單探頭法，利用直角反射。 -雙探頭法，K型和串列式掃查。 -陣列探頭，分區掃查。4.2.1 K型和串列式掃查 探頭須相對或向背等速相對移動，一般都要借助

19、專門的掃查裝置，并且要停頓下來進行探測。金屬及化學研究所 平面缺陷反射 直角反射 金屬及化學研究所 K型掃查 串列式掃查 金屬及化學研究所金屬及化學研究所 陣列式探頭掃查 金屬及化學研究所4.2.2 鋼軌焊縫連續掃查法 上述鋼軌焊縫探傷方法的缺點： 一是只能停頓式作業，不能進行連續掃查。 二是只能探測焊縫自身，難以對熱影響區 進行掃查。 不停頓探傷法：能夠對焊縫連續掃查。 利用 - 復合式陣列探頭， - 電子切換技 術。 金屬及化學研究所 復合陣列探頭 金屬及化學研究所工作原理：可組成20個不同的探傷狀態，分別探測不同的焊縫位置。當探頭不動時，掃查到的是20個分立的點，這20個點構成兩條斜率等

20、于探頭K值的斜線。當探頭移動時，這兩條斜線隨之移動，從而完成對焊縫全部掃查。軌底腳部分及軌頭兩側，仍需用手工或其他方法進行掃查。 金屬及化學研究所4.3 焊縫探傷存在的問題 鋼軌焊縫探傷：目前還有一些技術問題沒有解決。 -光斑和灰斑反射弱，難以有效檢出； -固定波、干擾波多，誤判嚴重； -現場探傷勞動強度大； -探傷設備手段落后。今后應大力開展焊縫探傷工作。金屬及化學研究所五、高速鐵路鋼軌探傷實施細則金屬及化學研究所 5.1 組織管理鐵道部鋼軌探傷主管部門負責全路高速鐵路鋼軌探傷管理工作。鐵路局工務處負責全局高速鐵路鋼軌探傷管理工作，并設鋼軌探傷專職技術主管人員。焊軌基地、工程局和工務段負責本

21、單位鋼軌焊接接頭探傷管理工作，并設專人負責鋼軌探傷技術管理。金屬及化學研究所5.2. 鋼軌探傷人員5.2.1探傷人員應取得相應專業級或以上無損檢測技術資格證書。5.2.2鋼軌探傷執機、操作和傷損分析人員應取得相應專業的級或以上無損檢測技術資格證書。5.2.3焊縫探傷人員應取得相應專業級及以上無損檢測技術資格證書，并應經過專門的焊縫探傷技術培訓。金屬及化學研究所5.3 探傷作業形式應采用以大型鋼軌探傷車為主、小型鋼軌探傷儀為輔的方式對正線鋼軌進行檢查，探傷車檢查發現的傷損應使用小型鋼軌探傷設備進行復核。應采用小型探傷設備對焊縫、站線鋼軌、道岔及伸縮調節器進行檢查。金屬及化學研究所5.4. 探傷周

22、期5.4.1鋼軌 正線：大車每月1遍， 小車每年1遍 到發線：每年4遍（小車） 其它站線：每年2遍（小車） 冬季可適當減小探傷間隔。5.4.2 焊接接頭 廠焊：每2年1遍；現場焊：每年2遍 正線、到發線道岔內焊縫：每年2遍 其它站線道岔內焊縫：每年檢查1遍金屬及化學研究所5.4.3道岔及伸縮調節器 正線道岔及伸縮調節器： 探傷每月檢查1遍 到發線道岔：每年檢查4遍 其它站線道岔：每年檢查2遍5.4.4 鋼軌探傷評判 傷損評判：分為輕傷和重傷 金屬及化學研究所5.4.4.1輕傷 輕傷包括如下兩種情況： （1）鋼軌材質缺陷 未達到250/350km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件規定的鋼軌

23、報廢程度，但差值不超過6dB的缺陷。 （2）焊接缺陷 未達到工務作業 第21部分 鋼軌焊縫超聲波探傷作業規定的焊縫報廢程度，但差值不超過6dB的缺陷。金屬及化學研究所5.4.4.2重傷 （1）在規定的探傷靈敏度下發現疲勞裂紋即判為重傷。 （2）達到或超過250/350km/h客運專線60kg/m鋼軌暫行技術條件規定的鋼軌報廢程度的內部材質缺陷。 （3）達到或超過工務作業 第21部分 鋼軌焊縫超聲波探傷作業規定的焊縫報廢程度的焊接缺陷。金屬及化學研究所5.5. 探傷信息管理5.5.1鋼軌傷損信息管理5.5.1.1 路局應健全、完善傷損鋼軌數據庫，并建立傷損鋼軌計算機統計分析系統。5.5.1.2

24、探傷管理部門應制定年度探傷計劃安排表、鋼軌探傷進度示意圖、鋼軌傷損分析管理圖、探傷工作日志、鋼軌傷損記錄簿和重傷鋼軌登記簿。5.5.1.3 工務段應建立健全臺賬和報表，定期進行鋼軌傷損分析。5.5.1.4鋼軌探傷車和鋼軌探傷儀的檢查、分析報告要按有關規定上報。金屬及化學研究所5.5.2探傷設備信息管理5.5.2.1 應建立健全探傷設備和器材臺賬。5.5.22 探傷儀測試結果應進行記錄和備案5.5.3傷損鋼軌管理5.5.3.1 線路上傷損鋼軌應作標記。5.5.3.2 輕傷鋼軌應定期跟蹤觀測。5.5.3.3下道重傷軌應嚴格管理，防止重新上道。同時，應及時進行傷損復測和分析，確定原因，預防同類傷損再

25、次發生。金屬及化學研究所5.5.4 鋼軌傷損標記：用白鉛油作標記 連續傷損 單點傷損輕傷： 輕傷有發展： 重傷 ： 金屬及化學研究所5.6.探傷作業要點5.6.1 鋼軌探傷5.6.1.1鋼軌探傷車探傷 （1）探傷靈敏度 軌頭核傷： 6mm平底孔當量； 軌底及軌腰裂紋：415mm裂紋當量。 （2）探傷速度： 40km/h 80km/h以上探傷車： 60km/h。 發現的傷損應采用探傷儀進行復核。金屬及化學研究所5.6.1.2小型探傷設備探傷 (1) 探傷靈敏度 軌頭核傷：4mm平底孔當量； 軌底及軌腰裂紋：315mm裂紋當量。(2)探傷速度 一般不大于3km/h。5.6.2 鋼軌焊接接頭探傷 按工務作業 第21部分 鋼軌焊縫超聲波探傷作業標準執行。 金屬