关于山区铁路铝热焊焊缝探伤的几点思考

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摘 要：随着跨区间无缝线路的广泛使用，钢轨的焊缝伤损在设备伤损中占有很大一部分比重，分析我段沪昆线贵阳至大龙区段，仅仅2015年1月至12月，就发现焊缝伤损415处，占全年重伤设备的33.8%，轻伤焊缝110处，占全年轻伤设备的17.2%，而焊缝折断占钢轨折断的70%以上。因此，在进行线路养护的过程中需要对焊缝进行重点关注，以保证线路的防断安全。本文主要针对山区铁路中焊缝探伤问题进行分析，结合实际提出切实可行的防治方法，并根据出现的问题提出一定的建议。

关键词：山区；无缝铁路；焊缝探伤

一、探伤焊缝技术概述

目前钢轨进行焊接的方式主要包括接触焊接、气压焊接、铝热焊接。这些焊接方式在无缝线路中占据的比例是不同的，一般来讲接触焊较多，铝热焊其次，移动气压焊是随着现场接触焊技术的成熟，占据的比例逐渐的降低。因为焊接的设备和焊接的材料以及相关的气温条件、操作工艺的影响，在进行焊接的过程中对技术会造成一定的影响，因此在进行焊接的过程中需要对焊缝进行全面的探伤，在日常的巡检中需要加强对焊缝的检查力度。

目前相关的标准规定，每年必须用专门的仪器对现场焊每年两遍、接触焊每：厂焊焊缝在上道一年时间内使用专用仪器进行首次焊缝探伤，第二次在首次之后不超过五年，以后每三年不少于一次进行检查。而在山区的铁路中，因为铁路的小半径曲线比重大，铝热焊和厂焊断轨的概率基本相同。因此，焊缝探伤是防断工作的重要关键内容之一。

二、焊缝探伤技术

焊缝轨底横向裂纹是钢轨损伤中常见的缺陷，一般是呈现出月牙形的拓展方式，并且和轨底面垂直的相交，在应力集中、养护不到位和温差的变化下较为容易出现钢轨的横向断裂，严重的情况下对行车的安全造成影响。铝热焊接头轨底的焊筋是沿着边缘或者是热影响区进行延伸，接触焊接头影响区钳口部位电机处容易受到伤害，可能会产生轨底的横向裂纹，裂纹与轨底面构成端角反射面，在探伤的前后会出现报警的现象，若是前后37度的探头出现的同时轨底线出现不规则的图形，需要对焊缝进行全面的检查，一旦发现危险的情况及时的进行修复。

三、探伤方法介绍

目前，我局使用SDW-900焊缝探伤仪对焊缝进行探伤。在铝热焊探伤中，使用2.5P13×13K2.5探头为主。这种探头优点有：晶片尺寸大，半扩散角小，指向性好，找伤能力强，穿透厚度大，最远可使用三次波探测，能发现各种体积状缺陷和靠棱边垂直于焊缝的面积状缺陷。缺点是：1、灵敏度低；2、由于探头面积较大，受轨底形状限制，转向困难，耦合要求高；3、由于近场区长度增加，定位定量精度差。为保证铝热焊裂纹不漏检，双K1和K0探头探伤法对轨头和轨腰投影范围采用K型或V型串列式扫查不能省略。在探伤的过程中，为了准确的分辨出轨底焊筋轮廓反射波，排除焊筋轮廓波对轨底的伤害的影响，需要通过探头将焊缝的实际情况进行检查，排除基本的焊伤对铁轨造成的影响以外，需要将K2.5探头标注的入射点通过调节在仪器上进行显示，在进行探头发射超声波进行计算的过程后，对侧焊筋的端角和超声波会相互的作用形成发射的回波，从而使得本侧轨底焊筋与前期的探头之间形成一定的阻碍，不能形成有效的回波，对检查出现一定的阻碍作用，不能及时的发现潜在的问题。一般情况下探头不能发现本侧轨底焊筋的反射回波，只能发现对侧的轨底焊筋轮廓反射波。若测量发现出波的位置在焊筋的中部或者是边缘的时候，一般出现损伤的可能性较大，在进行判断的时候也要更加的注意。

如图所示，铝热焊轨底使用K2.5单斜探头内外一边四次平行扫查和轨底边角偏角扫查方式加强对轨脚边沿和变坡点下方缺陷的探测扫查（扫查参考时间4 分钟）以及三角区连接K2.5（或K1）圆弧双探头使用一发双收功能，主增益对轨底板中心部位做K 型扫查、副增益对轨底板中心部位和上圆弧做单探头扫查，为保证对轨底三角区全面扫查，应将探头置于轨底面圆弧区域，顶住焊筋与轨底板呈60°夹角，探头后移的距离应大于200mm。范围扫查为焊缝两侧各一次200mm（扫查参考时间1 分钟）的扫查。

四、铝热焊探伤难点

如表所示为铝热焊探伤经常出现的问题和出现问题的相关部位：种类、特征、常见部位（见下表）

从下表可以看出，铝热焊伤损的类型多、分布广，伤波特征复杂不易辨别。因此，在进行焊接的过程中需要严格的控制焊接的技术和规程，进行焊接的过程中定义焊接的断口以及装模的附近区域进行打磨，保证断面的完整性，在进行装模的过程中不能将异物带到模具中，确保模具的安装是平整、准确的。严格的将预热的时间、氧气量和液化气量进行控制，不能过多或者过少。在进行焊接的过程中，焊头焊剂受潮会严重的影响到冷却和保温的时间，需要对焊剂的安全性进行保障。在对焊接的工艺进行验收的时候，将轨角进行打磨，按照相关的垂直度进行验收。焊后在焊头温度自然的冷却到40度以后再进行探伤的验收。进行焊接的检查时，需要将焊缝进行技术进行全面的探伤检查，在服役期间的焊缝必须将轨头、轨腰和轨底进行探伤，规范焊缝，两侧各延长不得少于200mm，不能进行钻孔和其他的设计。

五、关于轨脚三角区使用双探头或单探头的现场运用

在现场探伤操作中，对于双探头探伤存在着模糊和混乱的概念，影响了双探头对钢轨焊缝的探伤。显然双探头探伤比起单探头要难于掌握，除了五花八门的扫查机构外，还有手工控制探头运动的方法。操作起来比较困难。另外一个难点是焊缝推凸量的干扰，直通波的干扰，都使得双探头法难于使用。但是钢轨焊缝尤其是闪光焊和气压焊焊缝是一个平面，因此缺陷是平面型且分布在该平面内。这就意味着使用单探头探伤时，缺陷回波被平面缺陷反射到相反的方向而很难探到缺陷，并且缺陷越大越探测不到回波。只有缺陷大小和波长相近才能收到微弱的衍射波。基于这个道理，单探头探伤比较适合铝热焊，因为铝热焊的缺陷是体积状多余平面状。而闪光焊和气压焊应该以双探头探伤为主。目前焊缝探伤的状态大多数是只用单探头探伤，这就造成了大量的闪光焊焊缝探伤走了形式，探伤的可信度较低。为什么焊缝伤损多在轨底角和轨轭被检测出来。其它位置很少有伤？这是因为当伤损位于钢轨表面或靠近表面时，单探头可以收到非常强烈的角反射之缘故。轨底脚探伤使用K2.5探头的原因有两条，一是焊缝厚度比较小，另外就是大角度和缺陷方向更接近于垂直。分析2016年3月28日沪昆线上行K1933+080右股铝热焊焊缝垂直折断原因，从断口位置发现在轨底外侧三区存在25*8的横向裂纹，通过探伤数据分析，该处焊缝伤损由于三通道（双K2.5圆弧对轨底三角区的探伤）标准未落实，耦合灵敏度偏低，无回波显示。因此，加强单K2.5探头对轨底两侧和双K2.5圆弧对轨底三角区的探伤，是现场铝热焊焊缝探伤的关键和主要内容。

六、结束语

通过以上分析，可以发现进行焊缝探伤工作具有一定的困难，对工作人员技术要求较高，也需要决策者具有较高的管理水平，因此需要相关部门及时的组织相关的培训活动，抓好现场焊缝探伤标准落实，不断的提升技术能力，钢轨养护的安全使用，促进钢轨养护技术的进一步发展。

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