无损检测技术在铁路行业的应用分析

无损检测技术在铁路行业的应用分析

杨乐、杨阳、黄永涛

中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司阿克苏工务段   新疆 阿克苏 843000

摘要：铁路行业发展迅速，但仍然存在很多问题，比如在铁路基础设施方面，检测技术相对落后，存在一定的安全隐患。随着科学技术的发展及铁路工业的快速进步，铁路部门的无损检测技术得到了广泛运用。无损检测技术是利用一套先进的测试方法，对其内部质量、结构完整性和潜在的缺陷进行评价。此项新的科技，不但可改善铁路工业之安全，更可极大地提高机器维修的效能与精度。基于此，文章分析了无损检测技术在铁路行业的应用策略，以供参考。

关键词：无损检测；检测技术；铁路行业

引言：作为我国经济发展的“大动脉”，轨道交通的安全与稳定对于保障我国经济发展具有重要意义。采用切割、打磨等常规检验手段，不但费时费力，还会对工件产生不可逆性损坏，存在一定的安全风险。而无损检测技术能够在不损伤物质的情况下，实现对其内部结构与性质的综合、精准测量[1]。

一、无损检测技术概述

（一）无损检测技术定义

无损检测技术，是指在不引起被测物体结构破坏的情况下，对其内部及表层状态进行的检测、分析与评价方法。该方法在铁路、航空、航天和核能等关键产业中有着广阔的应用前景，是保障装备安全，提升产品质量，防止事故发生的关键。无损检测技术，是以声学、光学和电磁学等物理理论为基础，通过探测物体在一定的物理条件下的反应来获得所需的信息。按其应用的物理机理及工艺方法，可将其划分为超声波法、X射线法、磁粉法、涡流法、红外热像法等。

（二）常见无损检测方法

常见的无损检测方法包括：

超声探测：通过对物质的超声传输性质的分析，来探测物质的内部缺陷及组织。

X光探测：通过 X光的透视功能，对物质的内部结构及缺陷进行探测。

磁粉探伤：通过在被测物体的表层缺陷上施加磁感应，实现对其表层及近表层的缺陷的探测。

涡流探测：应用电磁场的基本理论，在导电介质内形成一种涡流，用以探测被测物体的表面缺陷及壁厚的改变。

红外热图像探测：利用对被测对象表面的红外光进行探测，从而对被测对象的热状况及缺陷进行评价。

（三）应用领域与案例

无损检测技术已被广泛地运用于许多方面，例如铁路部门的轮轴探伤和桥梁探伤；航空领域的飞机结构检测；核电管线及设备的检验。以铁路工业为例，利用无损检测技术对车辆车轴内部裂纹、疲劳损伤等进行监测，保证行车的安全与稳定。无损检测技术具有非破坏性、高精度和高效率等优点。该测试系统对物料和制品无损伤，克服了常规测试手段的缺陷。此外， 无损检测技术还可以使测试过程的自动、智能化，从而大大提高了测试的速度与精度。但是，目前的无损检测技术仍有局限性，如探测深度、探测分辨率和对材料的需求等[2]。

二、无损检测技术在铁路行业的应用价值

（一）保障行车安全

在铁路工业中，无损检测技术的主要价值在于保证列车运行的安全性。采用无损检测技术对轨道装备、材料、结构等进行综合、精准的监测，可以有效地识别出轨道交通中存在的裂纹、腐蚀、空洞等缺陷，有效地预防和降低铁路运行中的安全风险，保障行车和旅客的生命财产。

（二）提高构件质量

无损检测技术也可以有效地改善轨道结构件的品质。对其进行测试，能够对其内部组织及工作特性进行精确评价，剔除不合格的零件，保证每个零件达到高标准的质量要求，不但改善了机车装备的综合性能，而且为机车的长远平稳运营奠定了良好的基础。

（三）预防事故隐患

在轨道交通领域，对危险源进行有效的防范与检查是十分重要的。利用无损检测技术，对轨道交通设施及其构件进行周期性的检查，以便能及时地发现和消除隐患，防止意外。采取这样的预防维修措施，既能保证行车安全，又能降低交通事故所带来的不良后果。

（四）优化维护流程

无损检测技术的引进也有助于改善铁路部门的维修工作。采用常规维修方式进行故障检修，既费时又费力，还会给装备带来损坏。而无损检测技术则能在不损坏设备的情况下，极大地提升维修的效率与精度，并减少维修费用。

三、无损检测技术在铁路行业的应用

（一）在役车轮的探伤

在役车轮探伤以多种类型的疲劳裂缝为研究对象，除了剥离，其产生于轮缘表面10-30 mm的区域，通常从圆周方向开始，继而沿着圆周方向发生弯曲，最终引起轮缘开裂，是一种非常严重的病害。按其断裂方向的差异，将其划分为3种类型。周向裂缝在圆周或横向扩展，亦称为横向裂缝，当其扩展到踏表面时，可引起开裂或出现大范围的落块。在车轮直径上扩展的放射状裂纹是最严重的一种损伤形式，它能直接引起断裂，一种与径向成直角的裂缝。车轮的超声检测技术有很多种，如纵波检测、横波检测、表面波检测等。纵波检测，利用双晶体探针在踏面上扫查，以环形疲劳开裂为主，几乎探测不到径向疲劳裂纹。横波检测，是检测表面中的斜缝及放射状裂缝，而剪切波的折射角大于62度，可应用于车辆装载情况下的轮胎检测。表面波，主要用于行进中列车车轮的自动检测。

（二）轮辋不动车探伤

采用大角横波检测轮辋，当超声波在轮辋内传播时，沿折线方向沿圆周传播，当探针静止时声波沿若干条折线传输，扫描时声波围绕轮子中心转动，检测时，超声波检测到的是踏面上一次产生的弦高h0的连续壳。该技术仅对带有焦点效应的外圆周凹陷表面进行声波反射，而对内圆周凸表面基本无效，无散度损耗；4倍声程后，超声检测灵敏度高，仅需一步扫描即可完成全轮缘检测[]。3

（三）钢轨或者道岔的无损检测

钢轨或道岔的无损检测主要采用无损探伤技术，不但可以精确地了解轨道、道岔的内在缺陷，而且可以对其容许载荷及剩余服役时间进行评价。通过测试结果的反馈，可以对制造过程进行优化。当前，轨道无损检测的方法有：超声波无损探伤、射线无损探伤、激光无损探伤、渗透无损探伤、目视无损探伤、涡流无损探伤等。其中，超声检测是目前最常用的检测手段，可以检测出服役期间出现的各类疲劳裂纹和材料缺陷等。

（四）磁粉探伤

在使用中，必须对检测仪器和检测装置进行性能检验。其功能验证包括常规检验、悬浮液浓度检验及整体敏感性检验。一般检测以检测仪器的力学状况为主，无荧光悬浮液的浓度分别为1.3-2.5 L/100升和0.1-0.6 L/100升。该装置的综合感度测试以A1为基准，在粘贴试件时，测试槽的侧面必须紧密地贴在工件的外表面上，“+”形刻槽上的刻槽要与工件的中线相平行，并在试件周围形成一个“井”字形，牢固而平整地粘贴在试件上，严禁用胶布覆盖试件上的沟槽。测试材料必须贴在检测区域内，其磁场强度不强，容易出现裂缝。当对摇枕进行综合检测时，检测点的正切场不少于2000 A/m，而纵磁电位为0-20000安培，确保测试结果的清晰度。当使用便携式磁轭时，当电极间隔100mm时，提升力应不小于34.3N(3.5kg圆柱试块)或44.1N（4.5kg平板试块）。在规定的磁场强度标准下，测试片应该是清晰和完整的。采用专用床式磁粉探伤机进行整体磁化。采用人工或自动化的方法，使各摇枕均能平稳地固定于检测机上，并能实现喷液、磁化和滚动观察等功能。摇枕的复测使用可携带的交流轭铁用于局域充磁。悬浮体必须能够从携带的交流轭铁中获得部分充磁。采用便携式交流磁轭横跨探伤作业区域进行磁化，在其上喷涂悬浮液，单次充磁不低于3秒，并在相同的区域内互相垂直地对其进行磁性检测，以确保所有方向的缺陷都能被正确检测。

结论：

综上所述，无损检测技术的发展可以用波澜壮阔来形容。从最初的肉眼检测、冲击检测，到后来的超声、 X射线、磁粉等检测手段的发展，为保障轨道交通的安全与发展奠定了坚实的基础。特别是最近几年，随着计算机、图像处理、人工智能等技术的快速发展， 无损检测技术的智能化和自动化程度得到了明显的提高，从而大大提高了无损检测技术的精度与效率。

参考文献：

[1]王运宁.基于超声导波的铁路尖轨无损检测技术研究[D].石家庄铁道大学,2022.

[2]孙巍,罗强,易翠.弹性波CT技术在铁路桥梁零号块无损检测中的应用[J].江西建材,2020,(12):58-59+61.

[3]刘增旭,邓国兵,敬国民.浅谈锚杆无损检测技术在铁路工程中的应用[J].建材与装饰,2020,(03):239-240.