钢轨焊接接头超声探伤缺陷策略研究

李海瑞,  ,仉强

济南轨道交通集团第一运营有限公司， 山东 济南 250000

【摘要】

基于分析钢轨焊接接头超声探伤缺陷策略，首先针对钢轨焊接接头超声探伤工作的方式以及原理；其次通过缺陷定位与回波显示、落锤试验与断口以及取样分析这个方面来分析出钢轨焊接接头超声探伤缺陷策略，这样才可以使得钢轨焊接接头的超声探伤检测工作开展质量得到保证，以此使得铁路运行的安全性得到保证，进而促进我国铁路事业的发展。

【关键词】钢轨焊接接头；超声探伤；缺陷；策略

引言

在我国高铁线路组成中非常重要的基本部分就是无缝线路。在我国高铁建设发展越来越快的背景下，我国现阶段的无缝铁路钢轨焊缝的焊接形式主要有三种，分别是铝热焊、闪光焊以及电压焊。对于钢轨焊缝来说，因为钢轨材质、焊接工艺以及焊接设备等多个方面的影响就会造成其内容存在危害性的缺陷，若是没有将这些缺陷及时的检查出来就将其铺设到了高铁线路上，那么在高铁运行的过程中就会导致钢轨折断等情况的发展，进而造成严重的铁路交通安全事故。与此同时，因为钢轨接头的焊缝是最薄弱的，所以大部分钢轨折断情况都发生在该区域。基于此，为了可以使得铁路运行的安全性得到保证，那么就应该要强化钢轨焊接接头的超声探伤检测工作。

一、钢轨焊接接头超声探伤工作的方式以及原理

对于钢轨焊接接头来说，在使用超声探伤的过程中，探伤形式主要分为两种，也就是焊缝热影响探伤以及焊缝探伤[1]。所谓的超声探伤就是采取声波在介质中传播的衰减原理以及在异质界面上的反射原理来开展探伤。在实际运用的过程中，声波就会在钢轨中进行传播，在这个过程中一旦碰到界面或者是缺陷，那么就会有反射产生，这时发射波就会将钢轨内部的信息反射回来，以此来对钢轨敢接接头缺陷的大小以及位置等进行判断。

  对于钢轨焊接接头内部缺陷来说，结合其形状来划分成为平面状缺陷和体积状缺陷两种。对于体积状缺陷来说，通常可以使用单探头法来开展探测，而就平面状缺陷而言，只能采取横波来开展斜入射探伤。在实际探伤的过程中，声波斜入射的过程中，依据反射定律反射波就会向其他方向传播，因为同一个探头不能接收到反射波，所以在对平面状缺陷进行探伤的时候就可以采取双探头法来进行[2]。采取双探头法进行探测时，这两个探头一个探头用于信号发射，一个用于信号接收。在实际工作时，两个探头一前一后被放置在同一探测面上，并采取一样的速度来进行同一方向的扫查，这个过程被称之为串列式扫查。对于钢轨截面来说，因为其属于异形截面，所以在探伤的过程中可以针对区域不同来采取不同的扫查方式以及探头。

二、钢轨焊接接头超声探伤缺陷策略

（一）缺陷定位与回波显示

  对于热轧钢轨焊接接头来说，在超声探伤的过程中，钢轨焊接接头经过粗铣、焊接之后的热处理、二十四小时的效热处理、矫直以及精铣等步骤来进行。在扫查时从钢轨踏面开始，然后逐渐向轨腰以及延伸部分进行。

  （二）落锤试验与断口

  就钢轨焊接接头来说，在对其断口质量进行验证时较为常用的方式就是落锤试验，在开展试验时要严格的依据有关的规定来进行[3]。在落锤试验开展时，若是落锤一锤击断焊接接头，那么就表示落锤试验的结果不合格。在试验时从断口的外貌就可以发现，整个断口具备明显的脆性断口特点，并且整个断口比较平整。通过探伤可以发现，探伤缺陷的回波定位以及断口断裂起源的位置几乎相同，而实际回拨深度定位和缺陷回波深度定位还是存在一定的误差。从断裂起源的位置来看，发现有放射状的纹路存在，并且向四周扩展，这属于解理断裂，断裂起源也就是缺陷位置。

  （三）取样分析

  1、能谱分析以及缺陷微观

  就钢轨焊接接头取样来说，取样的位置在钢轨焊接接头断裂起源地方，样品取好之后就需要使用酒精来对样品进行清洗，完成清洗工作后需要将其放置在金相显微镜下来观察其金相组织[4]。通显微镜的观察可以发现，断裂起源的位置处显示出整体向下的凹陷，并且形成了孔洞的形貌。与此同时，还可以发现断裂起源位置以及周围的区域都可以发现有自由表面特点的存在，并且还有大量微裂纹的存在。而且在断裂起源位置以及微裂纹内部都可以发现有大量灰色片状物质的存在。

  采取能谱分析来对钢轨焊接接头断裂起源位置微裂纹内部进行观察的时候可以发现，微裂纹内部的物质是由锰、氧、硅以及铁等物质元素组成，并且有非金属的复合氧化物存在。、

  2、金相组织的分析

  在分析金相组织时，应该要在钢轨焊接接头断裂起源的位置来从纵截面金相进行试样。取样完成之后经过镶嵌、打磨以及抛光等步骤来处理试验，之后再将其浸蚀到3%的硝酸溶液中进行观察[5]。通过观察可以发现，在钢轨焊缝上就是断裂起源。而且借助金相显微镜对其进行观察之后发现断裂起源位置有孔洞外貌的存在。对于钢轨焊接来说，其正常的接头组织当中应该存在少量的铁素体以及珠光体，而处于在断裂起源位置的钢轨底表面却并没有发现有组织流变特点存在，而且也并没有观察到晶界熔化的样貌。与此同时，对于钢轨焊接而言，其存在比较常见的一个缺陷就是过烧缺陷，该缺陷最为明显的特点就是黑色蜂窝状，在观察其显微组织时可以发现有晶界熔化现象的存在。

  对于钢轨而言，在其焊接的过程中，因为其焊接的端面发生氧化，所以形成了锰、氧、硅等非金属复合氧化物，这些物质具备的熔点是比较高，所以在整个焊缝组织结晶以及冷却的时候，非金属复合物四周的基体组织就会因为冷却而产生收缩现象，这样就会因此产生微裂纹以及孔洞等缺陷，进而导致钢轨焊缝技术组织的结构发生不连续的现象[6]。对于钢轨焊接接头的微裂纹以及孔洞这些缺陷来说，在运用超声探伤时就会有缺陷回波的产生，开展落锤试验的时候一锤就可以击断。

【结束语】

综上所述，对于钢轨焊接接头而言，在采取超声探伤对其进行探测发现不合格时，那么对其开展落锤试验就会出现一锤击断的情况。而对于落锤断口起源部分来说，其与探伤缺陷回波定位几乎一致。就断裂起源区域而言，该位置有放射状纹路存在，并且向周围延伸，这就是解理断裂。进行显微组织分析的过程中，就需要在落锤断口处进行取样，对于断裂起源位置所存在的微裂纹以及孔洞来说，非金属复合氧化物是其主要的物质成分。并且在断裂起源以及其周围并没有发现有组织流变特征的存在，也没有观察到有晶界熔化面貌的存在，所以也就没有过烧缺陷的存在。而在焊接钢轨时，因为发生了氧化反应，所以就会有熔点比较高的非金属复合氧化物在钢轨焊接接头的内部存在，并且在结晶冷却的时候还会因为这些物质的存在而造成微裂纹以及孔洞的产生，进而造成缺陷的存在。面对这些情况时，就可以采取焊接电流加大的方式来使得焊接热量的输入增加，以此来使得顶锻变形量有效增加，进而可以使得缺陷得以消除。

【参考文献】

[1]方延安,黎伟.钢轨焊接接头超声探伤缺陷分析[J].装备机械,2021(2):74-78.

[2]张志鹏.钢轨焊接接头的超声波缺陷探伤研究[J].经济技术协作信息,2021(35):0143-0145.

[3] 高东海, 罗国伟, 史启帅,等. 钢轨焊接接头圆弧区域超声爬波探伤技术应用[J]. 铁道技术监督, 2022, 50(3):4.

[4] 李文超, 张丕状. 超声波检测钢轨缺陷及定位的研究[J]. 核电子学与探测技术, 2012, 032(009):1062-1065.

[5] 朱兴俊. 双轨式钢轨超声波探伤仪车轴缺陷检测的应用研究[J]. 上海铁道, 2019(S02):3.

[6] 宋宏图, 徐其瑞, 丁韦. 移动闪光焊钢轨接头超声波探伤疑似伤损的解剖分析[J]. 铁道技术监督, 2016(8):4.