1、概述

钢轨不仅承载着洁白华丽的CRH列车，也承载 着乘客的身家安全，更承载着我国高铁事业蓬勃发展的中国梦。 这就要求钢轨在出厂之前要经过严格的检验，不允许带有任何缺陷，超声检测是最重要的。

钢轨（NDT）无损检测（Nondestructive Testing，NDT），又称无损探伤，是指在不损伤被检测对象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等物理量的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷。无损检测被广泛用于金属材料、非金属材料、复合材料及其制品以及一些电子元器件的检测。NDT包含了许多种已有效应用的方法，最常用的NDT方法是：射线照相检测、超声检测、涡流检测、磁粉检测、渗透检测、目视检测、泄漏检测、声发射检测、射线透视检测等。[2]

2、问题提出

2.1 钢轨无损探伤的基本原理

随着我国高铁事业的蓬勃发展，铁路对使用钢轨的质量性能要求也越来越高。河钢邯钢大型轧钢厂作为全国第五家轨梁厂，如何检测钢轨的缺陷，保证产品质量，确保公司经济效益是至关重要的。钢轨NDT中心，全部引进加拿大进口设备，位于重轨精整区，用于钢轨产品的尺寸精确测量、无损探伤、钢轨分类、自动缺陷打标。该中心能实现对不同钢轨的在线检测，特别是当前市场需要的100米重轨的在线检测，检测最大速度为 1.5m/s。钢轨检测中心包含钢轨表面清理，断面尺寸检测、激光全长平直度检测、内部缺陷超声波站、表面缺陷涡流站和缺陷喷 标装置，钢轨通过检测系统在线自动检测，确保平直度表面质量 以及内部质量达到高速铁路用钢轨标准[1]。 超声检测站（简称EMAT）是钢轨NDT中心极为重要的设 备，用于检测钢轨的内部缺陷，铁路标准中对超声波探伤也有明 确要求。超声波站18个探头的位置、耦合剂（水量）是保证准确探伤的基本要求。传统的超声波是靠压电晶片的压电效应来发 射和接收超声波，探头采用脉冲反射法，在垂直探伤时用纵波， 在斜射探伤时用横波。而钢轨NDT中心的超声检测站是用电磁 方法在钢轨头内部产生超声，由监控从钢轨底部所产生的回声 强度衰减来检测金属冶金组织结构，此装置应用在电磁超声检测钢轨头部和腰部区域的金属结构不正常状况。

    2.2 钢轨探伤遇到的主要原因

随着我厂钢轨生产线工艺的不断完善以及产量不断释放，钢轨NDT中心超声检测站（EMAT）设备在使用过程当中暴露出许多问题。

 （1）因超声检测站（EMAT）检测探头采用水浸探伤工艺，铁道部对轨腰部的检测区域计算提出异议，当被检测钢轨有一定弯曲的情况下，易造成误报、误判和漏检的发生，铁道部认为轨腰部（C探头）的检测区域按探头的晶片尺寸来计算不合适， 虽然我厂选用直径为13mm圆形晶片探头，但是铁道部认为我 们采用的是水浸探伤，直接接触钢轨的是耐磨水嘴，所以轨腰探 头扫查范围为耐磨水嘴和钢轨接触的地方，故需要对设备进行改造[2]。另外，因轧制工艺技术不成熟等原因，在生产过程中经 常会出现不合格钢轨，当生产的钢轨处被检测有一定弯曲的情况下，检测钢轨与探头出现异常波动，导致C探头不能紧密的和钢轨检测面贴紧，造成经常出现一支钢轨在超生波站内重复检验的现象。

 （2）钢轨NDT中心入口有六组钢刷，清除待检测钢轨表面的氧化铁皮，清洁站内原设计有2个气管用于吹扫氧化铁皮，但生产实践发现此气管吹扫能力不足，钢轨表面仍存在较多的氧化铁皮。存留的氧化铁皮会对超声波检测站的探头产生一定的磨损和污染，影响钢轨的检测结果。

3、高速重轨在线探伤统计、对比及分析

3.1 ＮＤＴ探伤结果统计

某年6个月重轨采用 ＮＤＴ 探伤仪在线超声波探伤的结果，见图1。

图1

某年6个月重轨NDT探伤在线探伤的伤轨位置及支数见图2

图2

（ １）高速重轨探伤的平均检出率为1.28％，较普速重轨的检出率要低（普速检出率在 2.0％-2.2％之间）。由于此两种重轨的钢质基本一样，主要原因是高速重轨钢水冶炼内控标准更高， 同时将连铸坯中夹杂、气泡稍多的头尾坯改轧成普速轨。（已刨除异常数据）

（ ２）从图2可以看出检出伤轨缺陷分布情况来看，腰伤占据很大比例，高达74.67％，这与重轨采用连铸坯轧制有关，钢水从连铸坯表面向中心凝固，坯料断面几何中心处夹杂、气泡、缩孔集中。轧制后缺陷集中，这些缺陷分布在重轨轨腰。此外，轨腰探头的频率是 5MHZ，比其它探头的频率高，可以检测出最小的缺陷尺寸约为1.18mm，分辨缺陷的能力大。

4、效果

（ １）ＮＤＴ超声波探伤仪标样重复报准率高，整体性能稳定、可靠，并满足探伤标准和对钢轨轨头、轨腰、轨底缺陷的各项技术要求。

（ ２）高速重轨探伤的平均检出率低于其他重轨的检出率，主要原因是高速重轨的内控标准更高，钢轨内部质量更好。

 （ ３）ＮＤＴ超声波探伤仪在线检测过程中，尚未发现漏检，但存在部分误检现象。

（ ４）高速重轨绝大部分缺陷集中在轨腰区域， 主要原因与重轨坯的连铸轧制工艺有关。经金相检验，这些缺陷主要是氧化物，硫化物和硅酸盐夹杂。            

5、结语

对超声波探伤仪在高速重轨中的应用进行了大量试验，经统计、对比、化验和分析，得出如下结论：超声波探伤仪整体性能稳定、可靠；高速重轨检出率低于其他重轨检出率；检测中尚未发现漏检，但存在部分误检现象；检出伤轨 中，绝大部分缺陷集中在轨腰区域，这些缺陷主要是氧化物，硫化物和硅酸盐夹杂。

【参考文献】

[1]蒋少东，钢轨NDT中心超声检测设备优化改造[J]中国金属通报2018，（5）

[2] 张雪荣，朱小忠，万险峰等，ＮＤＴ超声波探伤仪在高速重轨检测中的应用[J]无损检测2012，（11）