张博
呼和浩特局集团有限公司集宁工务段 内蒙古乌兰察布市 012000
摘要：随着中国铁路事业的蓬勃发展，“高铁”一词早已深入人心，中国高铁更是成为引领时代潮流的名片之一。由于铝热焊构造较其他部位复杂，在检测时除了缺陷回波外，还会产生各种非缺陷引起的焊筋波形。如果不能更好地了解波形显示规律及特征，将缺陷回波误认为是焊筋回波，就会造成焊筋内缺陷的漏检。历年来焊缝部位断轨数量占全路钢轨折断总数的60%以上。因此，研发焊缝实物对比试块，检定出焊筋波的特定波形，制定成熟、完善的探伤工艺，能有效地解决以上技术问题。
关键词：试块；超声波探伤；焊缝
铁路钢轨无缝焊接是铺设无缝线路的重要环节，是线路行车安全的重要保证。由于钢轨的长度受到生产和运输条件的限制，我国当前投入使用的钢轨目前只有两种长度：即12.5m和25m。隙缝的存在会给列车带来一定程度的阻力、颠簸和噪声，它们不利列车的正常运行，对铁轨寿命也会带来负面影响。如果能够将架设铁道的钢轨无缝连接起来，不仅有效降低钢轨的折旧速率，还可以大大提高火车运行时的稳定性，从而提高行车速度。
一、我国无缝线路钢轨焊接技术
现如今，工地焊接联合接头采用气压焊以外，在焊轨厂已停止使用了。热焊技术在我国的推广和应用经历了一个曲折的过程，国内的科学家发明了大剂量三 片模定时预热焊法和相关材料、工艺的创新，使我国铁路无缝线路焊接技术水平大幅提升。现阶段，移动式小型气压焊机已在我国铁路建设中区间联合接头的焊接工程中得到了推广和应用。
1、施工准备。①检查设备。施工前仔细排查设备故障，确保乙炔路、氧气路存气量充足，油路不漏油；推凸刀的刀刃完好无损；压接机、电源、加热器、泵站工作状态良好；各运动部件要活动自如。②安全情况检查。操作人员应按要求穿戴好劳动保护用品。施工现场及其附近区域若存在易燃、易爆物和挥发性气体，必须立即转移或采取安全防护措施。
2、 轨端处理。①钢轨调直。焊接前借助1m的直尺调直钢轨，同时将钢轨矢度＜±0.5mm。②端面打磨。打磨钢轨端面时，钢轨必须与打磨机的两个定位面贴实；打磨时，切记轻拿轻放端面打磨机，确保打磨机精准无误。
3、对轨固定，待焊轨装压接机并夹紧后 ，用300mm 钢板尺检查其固定效果，一般应符合以下条件：①焊缝部位矢度≤0.3mm，两轨顶面高低错位应控制在0.2mm以内，轨顶面要平顺；若两轨顶面高差超限制，可用垫片调平。②误差≤0.3mm，注意作业面应该是平顺的。如果因轨头宽度与设计要求存在较大差异，或轨端发生旁弯，造成调直后无法达到理想状态，此时就要围绕基本轨轮廓面，在1m范围内将作业面直线度偏差控制在0.5mm以内。③两轨底面高低错位量不应超过1mm。④根据设计要求实施预顶后，端面要紧贴钢轨，两底角要密贴，将局部间隙控制在0.3mm以内。⑤若偏差超限制，固定时施工效果不达标，此时要启动压接机，按设计要求重新处理钢轨端面，切忌强行开焊而破坏焊接质量。焊缝探伤:①当焊缝温度＜50℃时方可探伤。②对有疑问的焊接接头应进行复探。③如果焊缝内部未焊透，或存在气孔夹渣或裂纹，应报废焊头重新焊接。
二、焊缝探伤实物对比试块解决探伤漏检问题
将钢轨经过焊接方式根据不同原理分为闪光焊、气压焊及铝热焊等数种，目前我国应用最普遍的线上焊接方式为铝热焊。由于受焊接工艺、焊接材料及操作人员技术素质等多方面的影响，钢轨在焊接过程中往往会产生各种微小缺陷，列车在通过焊缝部位时会对焊口形成较大的冲击力，导致微小缺陷会缓慢扩大；焊缝在各种应力作用下也会逐渐产生各种疲劳伤损，伤损发展到一定程度后会对整个焊缝部位造成破坏，导致闭塞区间断路形成红光带。因此，钢轨焊缝不仅对焊接工艺有严格的要求，在服役过程中也要定期进行检测。我国主要采用超声波焊缝探伤仪对钢轨焊缝进行检测，利用超声波的反射与折射原理进行无损探伤检查，对焊缝内部的细微缺陷进行判定，是否影响行车安全。目前国内焊缝探伤作业，对仪器、探头的各项指标的检测均为钢轨母材标准试块（GHT-1.GHT-5），缺少钢轨焊缝的检测试块，由于无法模拟焊缝且检测不出焊缝波形图表，无法描述模拟焊缝中的伤损状态。因此，有必要开发制造焊缝检测标准试块，作为对比试块提高一线工人检测焊缝伤损的实操能力。以德式铝热焊接（施密特）Z100 规格的焊剂焊接 60kg/m钢轨（焊道两侧各预留出焊缝全断面探伤长度）,要求：焊接良好；钢轨顶面、轨鄂和轨底面打磨彻底、顺坡良好（A-B）（见图）。
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根据图纸，在已焊好的铝热焊焊道中用人工钻头从轨头侧面、轨腰部位、轨底正中及轨底角部位，分别钻入直径为3-4mm 的平底孔、竖孔和宽度为 0.3mm 切割槽。根据焊缝试块制作出来人工伤损进行校对，各部位人工伤损都能在焊缝探伤仪中显示伤损回波。经过以上步骤，制作出了复核技术预期的焊缝探伤实物对比试块样本。
成果应用通过试块样本，对国内使用的超声波焊缝探伤仪进行灵敏度及其他各项指标的校正要求：超声波探伤灵敏度准确率高，误差小；能够正确区分焊筋波与伤波的存在；直观地判定现场铝热焊缝伤损定量，从而大大提高了现场铝热焊伤损检出率。
（1）单探头灵敏度校准。①轨头和轨腰部位。将焊缝实物对比试块上距轨面140mm的8#横通孔反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB,作为单探头轨头和轨腰部位的探伤灵敏度。②轨底部位。将焊缝实物对比试块上轨底10#竖孔上棱角的二次反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB,作为单探头轨底部位的探伤灵敏度。③轨底角部位。将焊缝实物对比试块上轨底 10#竖孔上棱角的二次反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般 6dB～8dB,作为单探头轨底角部位（约20mm范围）的探伤灵敏度。④轨底中心部位。将焊缝实物对比试块上距轨底中心的13#切割槽反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB,作为轨底中心裂纹部位的探伤灵敏度。
（2）双探头灵敏度校准。①轨头部位K型扫查。将焊缝实物对比试块上距轨面20mm的3#平底孔反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB,作为轨头部位的探伤灵敏度。②轨腰部位。K 型扫查：将焊缝实物对比试块上距轨面90mm的7#平底孔反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般 2dB～6dB,作为轨腰部位的探伤灵敏度。串列式扫查：将焊缝实物对比试块上距轨面140mm的8#横通孔反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB,作为轨腰部位的探伤灵敏度。③轨底部位K型扫查。将焊缝实物对比试块上距轨底中心的11#平底孔反射波高调整到满幅度的80％，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般 2dB～6dB,作为轨底部位的探伤灵敏度。
结果表明，经过焊缝探伤实物对比试块对焊缝探伤仪器灵敏度的校验，既方便又准确，能够正确区分焊筋波与伤波的存在，可直观地对铝热焊缝伤损进行定量,可以对既有线、提速线上的所有铝焊缝进行探伤检查，大大提高伤损检出率。
参考文献：
[1]广钟岩，高慧安.我国铁路无缝线路焊接技术分析研究[J].硅谷，2018(11).
[2]涂占宽.钢轨焊缝超声波探伤技术研究及设备研制[R].北京：中国铁道科学研究院金属及化学研究所, 2019.