优化检测铁轨表面疲劳缺陷
本文致力于：
- 导轨中最常见的是哪种表面缺陷，并可能导致其断裂；
- 哪些检测技术适用于检测该检测技术； 有效性分析；
- 哪种NDT设备可以最准确地检测所描述的轨道缺陷。
介绍
为了保证铁轨的安全开采，在铁轨的破损检测中采用了无损检测方法。 其中的第一件事是超声波轨道测试。 如今，由于一般的交通量增加和高速列车的使用，轨道上的负载不断增加。 由于滚动接触疲劳– RCF，在轨头行驶表面上越来越多地发生铁路损坏。 在轨道服务期间，这些损坏是最危险的，因为这可能会导致横向裂缝的发展并导致轨道断裂。
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线路服务制定计划。 该计划还包括对铁路轨道进行超声波测试，以测试和评估由RCF（滚动疲劳）引起的表面缺陷。
有两种主要的RCF类型：“蹲”和“头部检查”-进一步的HC。 就表面铁缺陷的发展和生长机理而言，它们之间存在重大差异。 “深蹲”型缺陷代表了“轮轨”相互作用的复杂过程，并在车轮微滑动期间出现，从而启动了轨头行驶表面的塑性变形机制。 这种类型的缺陷类似于“车轮灼伤”类型的缺陷，但具有其独特的特征：1.与立即出现的“车轮灼伤”相比，“蹲”型缺陷的发展需要几个月的时间。 2.“蹲”型缺陷不是一对，与在相邻导轨上有一对的“车轮烧伤”不同。
HC缺陷可能在任何轨道段上发生，甚至在焊接接头上也可能发生。 但是，最常见的情况是在外部轨坡度不足的曲线中可以观察到这些。 当水或耦合剂与受损区域接触时，会促进HC的生长。 HC的微裂纹扩展可分为两个阶段：缓慢扩展的主要阶段，即裂纹深度不超过3-5 mm，长度不超过20 mm，快速扩展阶段导致钢轨断裂。 （见图1）。
在UIC 712 R轨道缺陷分类器中，上述缺陷被指定为：«下蹲»（在轨头行驶表面上的裂纹和局部凹陷）–带有代码«227»和«头部检查»的缺陷（单个或一组） 轨距表面上的钢轨上的缺陷（以小的平行裂纹形式出现）–编码为“ 2223”。
图 2 — 下蹲（a和b）和头部检查（c）类型的缺陷
欧洲铁路上的超声波方法和探测方案，头部检查（HC）型缺陷检测问题
（a）使用2.5 MHz直光束探头的回波和回波阴影测试技术
（b）45度回声技术 向前和向后探查
（c）70度的回声技术 向前和向后探查
图 3 — 根据EN 16729-1：2016的探测方案
在欧洲铁路上，铺设在轨道上的高速铁路测试系统（扫描速度从40 km / h以上开始），以及便携式/机械化单轨和双轨检查手推车（扫描速度不超过4 km / h）。 在此类系统中，根据EN 16729-1：2016铁路应用程序，采用了经典的探测方案。 基础设施。 在轨道上进行无损检测。 超声检查和评估原则的要求。
使用以下探头进行测试：1个4МHz0°的双元件换能器，2个2МHz±70°的单元件换能器和2个2 Hz±45°的单元件换能器。 用于扫描的探针放置在导轨头的中央部分。 这种探测方案可通过位于轨道头运行表面中心的代码227（“蹲”）可靠地检测缺陷，并带有0°和70°探头。 关于HC和“下蹲”缺陷类型，它们偏离规范面一侧，只能在其中一个裂纹扩展到铁路中央横截面–i的阶段才能检测到。 e。 当有铁路断裂的威胁时。
а）А-扫描（探头为0°）
b）B扫描（带0°探头）
图 4 — 下蹲缺陷，B扫描和А扫描
上述轨道探测方案不允许在其早期发展阶段（即，当裂纹在侧面（RCF区域）开始发展时）既不检查头部也不检查横向裂缝的缺陷。
图 5 — HC开发区
UDS2-77-用于检测一条铁路状况的超声波探伤仪
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HC检测的专用探测方案
图 6 — HC定位区，测深方案为58°探针角和±34°角向
让我们来探讨一下被2223代码（HC）缺陷损坏的铁路路段的识别问题。 这些缺陷非常严重，因为它们会发展成横向裂纹，进而导致轨道断裂。 最佳的HC HC测试方法，可以在开发的早期阶段检测出钢轨损伤，并提供有关所测长度，深度和钢轨头中裂纹位置的可靠数据。 这种统一的无损检测方法仍然有待发明。 实际上，为了提高早期发现缺陷的可能性，将几种检测方法结合在一起。
如今，对于HC泄漏，建议进行目视检查，将光学系统与照相和摄像机配合使用，对具有特殊探头的超声波进行测试，并进行涡流测试（EC）。
视觉检查通常与图片和视频资料一起进行，并且是一种非常占用资源的方法，此外，它还受到人为因素的影响，导致缺少占单个段的HC或单个HC组。
为了解决HC检测问题，我公司应用了一种特殊的探头，其探头角度为58°，相对于导轨纵轴的角度方向为±34°。 这种探头在单轨探伤仪UDS2-77和双轨探伤仪UDS2-73扫描仪中实现。 这样就可以测试轨道头的磁场。 考虑到轨道头的配置，该探测方案也可以用于轨道头顶部半径的测试（RCF-Region，见图5）。
从图6可以看出，声波从轨道圆角的平面反射，并扫描HC主要位于的RCF区域，该区域在声波的发展的早期阶段（<1мм）。 靠近角反射器。 因此，58°×34°探头可以轻松检测HC，并且根据B-Scan数据（参见图7），也可以分析和评估轨道HC损坏的区域长度。
图 7 — B扫描显示“头部检查”类型的缺陷
经过长时间使用上述探头，并考虑到便携式探伤仪的测试技术，并考虑到HC的发展方向（缺陷针对列车的运动），进行了58°×34°探头现代化， 就是说，探针盒的设计方式是将4个压电元件放置在内部，并沿着和抵抗小车的移动（向前和向后）指向轨道头的磁场（请参见图8）。
图 8 — 58°探头和±34°角向的完整测深方案
值得一提的是，只能检测具有58°个探头角度和±34°个角向超声波探头的导轨的“头部检查”区域。 这些裂纹参数的测量，例如深度，长度，只能通过涡流测试方法进行，即使用单轨涡流探伤仪ETS-77。
结论
正如我们在进行完分析后所得出的结论，符合标准EN 16729-1：2016的探空方案在其开发的早期阶段对于Head Checking和RCF-Region检测的裂纹无效。 通过在铁路轨道检查台车UDS2-77（用于一条铁路线）和UDS2-73（用于两条铁路线）中实施的定制测深方案，可以确保在RCF地区可靠地检测HC和裂缝。 只有通过使用涡流单轨探伤仪ETS-77的涡流方法应用，才能对裂纹的深度和长度进行测量。
