道岔部位特殊轨件探伤方法

2021年5月26日00:00:45
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0 引言

道岔是铁路轨道结构的重要组成部分,也是轨道的薄弱环节之一。道岔构造复杂,如固定性辙叉存在轨线中断,尖轨、护轨和翼轨的冲击角远大于曲线轨道,道岔区轨道的竖向和横向刚度变化远远高于普通轨道等,所以道岔所受横向和竖向冲击力较大,设备状态变化快,轨件易产生疲劳伤损和裂纹。同时由于道岔轨件截面形式和几何尺寸与正常钢轨不一样,探伤小车检查时伤损已经远离探伤扫查区域,如果不使用多种探伤方法,就会发生伤损漏检,一旦漏检出现钢轨折断严重的可能性较大,将会影响行车安全。因此,采取有效方法加强道岔轨件探伤检查,防止道岔轨件钢轨折断,对保障运输安全具有重大意义。

1 道岔部位特殊轨件的结构和探伤特点

1.1 高锰钢整铸辙叉

高锰钢整铸辙叉是整体浇铸的,因材料晶粒粗、中间部分为蜂窝组织,使超声能量衰减大,现有钢轨探伤仪无法对其进行检查,只能使用小锤敲击钢轨结合外观检查的方式进行伤损检查。

1.2 贝尔辙叉

贝尔辙叉作为新型组合辙叉具有适应重载、满足钢轨焊接要求、韧性强和稳定性好等优点, 但辙叉心轨和翼轨几何形状复杂,常规探伤存在一定的盲区,需采用钢轨探伤仪、通用探伤仪和手工检查多种方法结合方式进行检查。

1.3 尖轨

尖轨是道岔转辙部分的主要部件,直线型尖轨与基本轨工作边之间存在转辙角,车轮通过时,轮缘冲击尖轨工作边,尖轨磨损较快。AT 型尖轨的高度比相邻的基本轨矮,其轨头、轨腰和轨底的厚度和坡度与标准轨断面不同,这些都增加了探伤难度,不能只采用普通钢轨探伤检查的方法,需多种方法结合才能有效检查,以发现伤损。

1.4 基本轨

基本轨由一定长度的标准断面钢轨制成,除承受车轮的垂直压力外,还与尖轨共同承受车轮的横向水平推力,在尖轨顶宽20 mm 以下部分完全由基本轨受力。在尖轨靠贴基本轨部位钢轨探伤仪容易失检,受螺孔、尖轨表面磨耗等影响,增加了探伤检查难度。因此,在距尖轨尖较近部位不适合钢轨探伤仪的工作方式, 进行探伤仪检查时要正反探伤,即探完1 遍后掉头再探1 遍,并辅以手工检查和外观检查,防止伤损漏检。

2 常见伤损特点及产生原因

2.1 螺孔裂纹

道岔区接头螺孔裂纹伤损产生的数量要高于其他地段接头,主要原因:一是由于道岔区钢轨后期配轨轨端未淬火、钻孔不倒棱和钻孔位置偏差等原因,当螺栓孔拧紧后,接头钢轨轨颚承受向上冲击力、轨腰承受拉力以及螺栓孔壁承受挤力较大;二研究与交流道岔部位特殊轨件探伤方法是辙叉与引轨间因受结构限制,存在受力不一、承受运行冲击力较大和道床弹性不良等因素;三是线路养护难度大,螺栓扭矩不足造成大轨缝,接头处低接头、吊板等病害多。受上述多种因素影响,道岔区螺孔裂纹的产生几率远高于其他地段的接头,而岔跟引轨接头是道岔区段螺孔裂纹发生率最高部位,尤其是新换辙叉后的引轨,更容易引起突发性裂纹产生。据我集团某单位统计,有缝道岔区段一孔螺孔裂纹(一孔指接头两端的第1 个螺孔)近两年共发现16 处,螺孔裂纹伤损率占其它区域接头螺孔裂纹伤损总数的90%,且一孔裂纹导致揭盖几率也大大高于其他螺孔。因此,日常检查要特别注意加强对一孔裂纹的探伤检查。

2.2 轨头核伤

在道岔区域配置的钢轨中,心轨、曲尖轨、曲前导轨、岔趾曲股引轨和基本轨尖轨尖端常产生疲劳伤损甚至核伤。产生这些轨头核伤的原因:一是钢轨冶炼过程中形成的白点、气泡和夹渣物等缺陷,容易形成局部应力集中,经过列车车轮碾压而形成疲劳源;二是由于道岔区钢轨分布复杂、受力不均,各部位钢构件硬度不一、强度不同,加之道岔区线路养护难度大,线路空吊、道床翻浆和板结较多,加大了列车运行的冲击力,应力集中部位疲劳源发展,从而产生核伤引发钢轨突发性折断。

2.3 翼轨裂纹

翼轨是辙叉从心轨过渡到前后引轨或引轨过渡到心轨的轨件,由于辙叉存在有害空间,车轮需要在护轮轨的引导下进行过渡。岔心翼轨位置受车轮冲击力较其他轨件要大,常在有害空间前后产生撞击性裂纹、轨面擦伤或严重掉块,导致辙叉重伤,因此需要加强探伤检查。

2.4 钢轨锈蚀伤损

道岔部位轨件多,在雨雪天气容易积水,加上岔区列车污水多,钢轨的各个部位容易造成锈蚀,特别是钢轨底部,受空气氧化作用部分轨底部位锈蚀后厚度不足,在列车重复作用下,极易产生垫板卡损,造成轨底横向裂纹而引起钢轨折断。

2.5 轨面鱼鳞状剥离裂纹

由于钢轨轧制过程中,表面塑性变形,金属加工硬化、表面硬度提高,车轮与轨面接触应力大,易形成鱼鳞片状剥离,形状有“鱼鳞形”或“八字形”。大部分的鱼鳞伤深度不会很大,最深处约为5 mm ~ 7 mm,但由于伤损取向与钢轨探伤中70 °探头声束容易形成反射条件,所以在仪器上往往形成很强、位移不大的波形显示,容易与早期小核伤的回波显示混淆,同时由于鱼鳞裂纹连续分布、波形密集,给探伤人员的辨别带来较大困难。

3 探伤检查方法

3.1 手工及外观检查

3.1.1 手工检查工具要求

手工检查使用的小锤重量标准要求为,P43 及以下钢轨用0.5 kg 小锤,P50 轨钢轨用0.7 kg 小锤,P60 及以上钢轨用1 kg 小锤,小锤为六角腰鼓型。

3.1.2 手工检查技术要领

检查前,要携带好检查小锺、钢丝刷、电筒和反光镜等,严格执行“一看、二敲、三照、四拆”的作业标准和方法。“看”即为目视检查,注意观察轨顶面白光有无扩大及白光中有无黑线、暗光、轨头有否扩大或下垂、下颚有无铁渣剥落和锈痕、轨底有否翘起等。可结合自然天气条件检查钢轨伤损,在霜雪天气时,裂纹处沾上的霜雪比较少,且融化比较慢,有残留霜雪痕迹;而在雨后,裂纹处留有明显的水痕和流锈现象,干后仍有红锈的痕迹存在。“敲”要做到敲击时手握锤柄,轻松自如,锤头高出轨顶面约40 mm,自由落锤,平敲轨面,用眼看锤的跳动,手感锤柄的震动,结合锤的跳动次数及声音判断有无伤损,正常钢轨小锤将连续跳动3 次~ 5次,声音清脆,有伤的钢轨,小锤落下后,跳动次数显著减少且跳动高度小,甚至不起跳,声音也破浊不清,锤把震动无力。如果仍不确定有无伤损,可将道碴敲碎,取石粒置于轨面上,再用小锤敲击,根据石粒的跳动来判断,如石粒跳动,说明钢轨有伤,反之钢轨无伤。“照”就是在无法直接目视或光线较暗的情况下,用反光镜和电筒进行检查,特别要加强对轨底和轨颚部位的检查。“拆”是在用上述方法检查后,发现有问题却不能确定时,拆下螺栓或夹板进行观察,拆夹板观察必须按拆检工作要求执行,对严重锈蚀或油污钢轨要用钢丝刷除刷后再进行检查。

3.1.3 手工检查关键点

在岔趾岔跟浇铸变化部位、辙叉心有害空间附近的叉心平台及翼轨作用边易产生伤损,实际作业中应作为手工检查的重点部位。另外,应加强手工检查发现伤损的分析,总结伤损发生的位置和小锤敲击的落点范围。不应只敲击钢轨中心部位,应同时敲击作用边与非作用边,以免漏检。实际检查中,多数伤损的位置和小锤敲击轨迹如图1 所示。

道岔部位特殊轨件探伤方法

图1 多数伤损的位置和小锤敲击轨迹

3.2 辙叉部位探伤检查

对普通高锰钢辙叉,无法进行探伤检查,只能进行手工和外观检查。目前,提速干线上铺设的大部分道岔为合金钢组合辙叉,其具有超声波可检性,可利用钢轨探伤仪和手工检查相结合的方法对辙叉内部存在的伤损(核伤、裂纹)和表面伤损(剥离、掉块)进行全面检查。但是由于辙叉的构造特点,辙叉翼轨、心轨没有连续性,对于几何尺寸不一样区域钢轨探伤仪无法有效全面检测。钢轨探伤仪由翼轨向心轨推行时,前探头只能检测至距心轨受力末端400 mm 处;由心轨向翼轨推行时,前探头只能检测至心轨断轨30 mm 断面处。辙叉的主要构件如图2 所示。

道岔部位特殊轨件探伤方法

图2 道岔的主要构件

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