一、技术背景
近年来，随着我国高速铁路的建设与发展，铁路事业发展取得较大成就。然而高速铁路大规模投入运营，客货运量的增加，对铁路安全运营提出更高要求。钢轨作为铁路设施的重要组成部分，在轮轨接触过程中，随时可能产生各种缺陷，所以对钢轨缺陷的检查尤其重要。钢轨表面裂纹就是其中一种缺陷，随着列车行使的不断冲击，钢轨表面的小裂纹可能会不断的往内部生长，最终形成大裂纹，严重者甚至会产生断轨事故，存在着严重的安全隐患。采用先进的技术手段对钢轨疲劳裂纹缺陷进行高效而可靠的检测，实现潜在事故的早期预报，对于铁路运输的安全性、乃至国民经济的发展都十分重要。目前主要用超声检测对钢轨进行探伤，解决了钢轨大部分缺陷的检查，为钢轨的维护起到了很大的作用。但由于超声检测对表面缺陷不敏感的特点，加上现场工况复杂等原因，超声很难判断甚至无法检测钢轨一些特殊部位的表面裂纹缺陷，使钢轨检测存在一定盲区。而涡流检测是一种擅长于表面缺陷检测的无损检测技术，对表面缺陷具有很高的灵敏度。它不需要耦合剂，无需接触，能可靠检测出裂纹位置及裂纹走向，并测量裂纹深度[1]。涡流检测能弥补超声在钢轨表面检测上的不足，与超声检测形成一定的优势互补。
二、涡流检测原理
涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种常规无损检测技术[2]。其原理如图1所示。用交流电压驱动探头线圈产生交变磁�。碧酵芬贫降嫉绮牧系拇馇颍酵坊嵩诒徊獾继迥诓辛鳎钡继灞砻婊蚪砻娉鱿秩毕菔�，将影响到涡流的强度和分布，涡流的变化又引起探头电压和阻抗的变化，根据这一变化，就可以间接地知道导体是否有缺陷的存在[3] [4]。图2所示是导体表面有无裂纹对涡流的影响。
图1
图2. 裂纹对涡流的影响
三、涡流检测技术的优点
a.非接触。
b.无需耦合剂。
c.表面、亚表面缺陷灵敏度高。
d.检测速度快，效率高。
e.检测操作简单，劳动强度低。
f.无需特殊培训，对探伤人员要求低。
g.能在高温状态下进行检测。
h.表面铁锈和涂层无需特殊处理。
i.检验结果可以实时显示和通过磁盘等记录长期保存，可在必要时回放重现，并进行分析。
四、涡流检测系统与方案
一般涡流检测系统主要由涡流检测仪器，钢轨专用涡流探头，探头线，被测工件等组成。结合涡流原理和涡流检测的特点，只需使用一台涡流仪器，利用钢轨专用涡流探头在钢轨被检部位进行移动式扫查，就可以立即得到钢轨表面是否有裂纹及裂纹的情况，如图3所示。
图3. 涡流检测钢轨方案
本方案选用广东汕头ob电竞官网入口股份有限公司汕头超声仪器分公司CTS-608钢轨涡流检测仪。如图4 a)该仪器便携实用、体积小、重量轻、操作简单、功耗低，能在电池供电下连续工作 6 小时以上。该仪器内置钢轨表面裂纹检测专用工艺，可实现钢轨表面裂纹的快速检测。利用探头在钢轨被检部位移动，通过仪器阻抗平面图的显示可以确定钢轨表面有无裂纹的存在。而且仪器内嵌裂纹深度曲线算法，可以对裂纹深度进行标定，自动算出裂纹实际深度并实时显示，非常适合钢轨表面裂纹的快速检测及评估。该检测过程无需耦合剂、可非接触、方便、直观和快捷。
根据钢轨涡流检测的特点及钢轨裂纹出现部位，汕超公司分别自主研发了几款钢轨专用涡流探头，如钢轨轨底探头、钢轨焊缝探头、尖轨探头等专用探头。通过对探头结构的特殊设计，使提离效应影响小，检测更方便，实现了钢轨不同部位表面裂纹的高效、快速、精确检测。如图4 b)所示。
图4. 涡流检测系统
五、检测应用
5.1 钢轨轨头表面裂纹检测
对于钢轨轨面裂纹检测，我们采用钢轨焊缝涡流专用探头进行检查。将探头垂直放置在钢轨轨头检查面上，移动探头进行检查即可。如图5 a)为钢轨踏面裂纹情况，b)为采用涡流检测的效果。这种方式也适用其他相同表面情况的检测。
a)踏面裂纹
b)踏面检查效果
图5. 钢轨轨头表面裂纹检查
5.2 钢轨焊缝表面裂纹检测
随着钢轨线路逐渐无缝化，焊缝焊头越来越多，运能和运量的增加也使焊缝伤损逐渐增多，因此焊缝伤损也成为�：μ钒踩闹饕怂鹬�。
由于列车的高速行驶，钢轨焊缝边界附近容易产生表面裂纹，这种裂纹存在很大的安全隐患。由于位置比较特殊，采用其他检测手段很难发现或者检测过程很复杂。使用涡流检测方法，利用专用探头沿焊缝边界，从焊缝轨底斜面，经过轨腰，一直到轨头下颚，一次完成焊缝边界的检查，操作简单，检测速度快，效率高。如图6为钢轨涡流检测焊缝边界轨腰裂纹的效果图。
图6. 轨腰6mm深人工裂纹检测效果
5.3 轨底下表面裂纹检查
目前，钢轨轨底特别是焊缝轨底下表面也经常出现裂纹，比如月牙伤等，这些裂纹损伤也是影响铁路安全运输的隐患。使用涡流检测方法，利用轨底专用探头从轨底左右扫查，可以快速的得到有无裂纹的存在。如图7是轨底4mm深人工裂纹检测效果。
图7. 轨底4mm深人工裂纹检测效果
5.4 尖轨表面裂纹检测
尖轨是道岔的重要部件，依靠尖轨的扳动，将列车引入正线或侧线方向。高速运行的列车对尖轨的冲击力大，尖轨易于磨耗和损伤，表面裂纹是其中一种。同样，使用尖轨专用探头或者焊缝探头可以对尖轨表面裂纹进行检查，可得知裂纹的深浅。如图8是尖轨裂纹涡流检查效果。
a)尖轨侧面横向裂纹
b)尖轨侧面纵向水平裂纹
图8. 尖轨裂纹涡流检查效果
六、结论
在钢轨表面裂纹的检测中，涡流检测是一种比较快速和简便的可行手段。涡流检测对表面裂纹敏感，可以对钢轨特殊部位的表面裂纹进行检查，也可以作为钢轨表面缺陷的一种复核确诊手段，与超声检测形成优势互补，使钢轨探伤得到更全面的检测。涡流检测不需要耦合剂，非接触，对钢轨表面要求不高，检测速度快，效率高，能准确判别是否有裂纹存在，并显示裂纹深度。同时对探伤人员没有太多要求，无需特殊培训，简单易学。
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