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[摘 要]分析拼装式组合辙叉心轨轨头核伤的形成原因，制定针对性的探伤检测方法；规范现场作业过程。提高探伤质量。解决了探伤生产一线防断轨、防漏检等实际问题，对工务探伤部门做好防断工作有一定的借鉴和应用价值。
[关键词]拼装式组合辙叉；形成原因；检测方法
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0327-02
拼装式组合辙叉是近年来发展的辙叉制造技术，根据辙叉各个部位受力情况的不同，用不同的材料拼装组合而成，其受力最恶劣的心轨部位采用特殊炼制的金属材料，具有强度高、韧性和硬度适当，抗接触疲劳和耐磨的特点。辙叉整体形貌如图1所示。
乌海工务段管内包兰线现有拼装式组合辙叉244组，产品有浙江贝尔、四川易亨、中铁山桥等生产厂制造的组合辙叉。2015年～2017年间经段探伤部门检查发现组合辙叉心轨轨头核伤（轨头横向裂纹）重伤轨件累计达25组之多，占三年来全段发生重伤辙叉总数的28.1%，组合辙叉均位于站场正线、到发线通过径路，道岔属于工务设备薄弱部位，在该处频繁出现重伤轨件，严重干扰了管内正常运输秩序。
1 伤损形成原因分析
探伤车间将2016年探伤检查中累计发现的16组组合辙叉心轨头核伤（轨头横向裂纹）依次进行现场调查及标本取样，将此类伤损形成原因做如下分析。
1.1 拼装式式组合辙叉心轨轨头核伤回波分析
使用通用探伤仪，连接2.5MHz，13×13k2.5单探头，手持探头与辙叉心纵向无偏角进行锯齿形扫查，探头扫查范围有15%的重叠，扫查过程速度适中，手对探头的压力必须保持基本一致，在辙叉心轨宽35mm处发现有伤损回波显示，灵敏度是32dB，回波由2.5刻度位移至3.8刻度，伤损中心反射点至辙叉心踏面距离18.6mm，确认核伤9mm。线路状态良好，无空掉，无翻白。辙叉心轨头伤损位置及回波显示如图2。
1.2 伤损特征分析
经过多次现场调查后发现，该种伤损形成存有多处共性：一是伤损均在轮轨接触踏面15mm～50mm处发生轨头核伤；二是累计通过总重小，大部分轨头核伤伤损发生在累计通过总重2～3亿吨。以2016年为例，累计通过总重2亿吨以下发生1组，2～3亿吨发生9组，3～4亿吨发生4组，4亿吨以上发生2组；三是伤损发展方向基本一致，均为轮轨接触部位发生核伤（横向裂纹），继续向列车运行相反方向发展，形成纵横向核伤和裂纹伤损。
1.3 伤损形成原因分析
⑴列车逆向过岔时的顺序是，车轮由翼轨→辙叉咽喉→“有害空间”→辙叉心轨实际尖端→辙叉心轨受力踏面，从承受列车冲击力的角度来看，由轮轨通过“有害空间”过渡到辙叉心轨踏面顶宽20～50mm处，瞬间产生的动态荷载造成冲击应力集中，形成踏面处金属断裂现象并发展形成接触疲劳核伤。
⑵列车顺向过岔时，辙叉心轨接触面较小，列车动态荷载累计超过了辙叉心轨踏面的抗疲劳强度值，过早的产生接触疲劳伤损；或轮轨在辙叉顶宽20～50mm范围内剪切应力最大值处产生粗大晶粒组织（粗大夹杂物），形成条状裂纹源，最后发展成纵横型核伤。
⑶由于翼轨磨耗，车轮锥形踏面逆向进岔由翼轨滚向心轨时，车轮逐渐离开翼轨工作边的时候过早接触了辙叉心轨部位，使辙叉心轨15～20mm處受力产生接触疲劳伤损并发展。反之，当车轮由心轨滚向翼轨时，由于翼轨磨耗未及时承受车辆重力，心轨在过渡阶段依然受力，产生疲劳核伤。如图3所示车轮通过辙叉时轮轨接触受力示意图。
通过分析得出，该类伤损从产生至发展具有时间周期短、危害大的特征。由于组合式辙叉心轨部位的特殊组合方式，心轨踏面宽50mm以下部位，使用传统单轨探伤仪受踏面宽度影响及推行时受有害空间的制约无法实现对此部位的检测，因此采用手持单探头法及K行、串列式扫查架扫查的方式进行探伤检测。
2 检测方法
采用手持单探头法及串列式探头扫查的方法进行探伤检测时，对探伤人员业务技能和现场经验要求较高，且辙叉拼装结构结合部位存多个断面，容易干扰探伤人员对伤损的准确判别。探伤部门通过反复推研伤损标本，总结前期积累的经验，制定出一套探测方法。
2.1 手持单探头法探伤检查
⑴k2.5单探头扫查灵敏度调节
将探头置于与被检测辙叉心同一型号状态良好无缺陷的辙叉心轨母材踏面上，提高增益，当仪器屏幕显示母材晶粒的草状回波超过报警线时，降低灵敏度至似出非出状态即可，记录此探伤仪衰减器dB值。
⑵k2.5单探头探伤灵敏度标定
在WGT-3试块上，用k2.5探头测定试块40mmφ3mm横通孔，波高达到80%时，耦合补偿2～6dB，记录此探伤仪衰减器dB值，即为探测辙叉心轨头部位的探伤灵敏度。
手持单探头探测步骤：将探头置于辙叉心踏面调节至扫查灵敏度dB值状态，对辙叉心轨宽13mm至50mm范围进行锯齿式粗扫查，在扫查过程中要采用无偏角及偏角10°左右各扫查一遍，并调换探头方向重复上述动作一遍，确保各取向伤损的检出，同时特别注意清理油层反射波造成的影响，对发现疑似伤损信息进行分析判断，当确定伤损信息后，将仪器衰减器调至探伤灵敏度标定dB值状态，对伤损进行定量，评定。
⑶φ20直探头探伤灵敏度标定
将直探头置于与被检测辙叉心同一型号状态良好无缺陷的辙叉心轨母材踏面上，测定轨底平面反射回波，波高达到80%时候，释放29dB（经测算，利用高176mm的60kg/m钢轨轨底面回波调节直径≥3mm的缺陷不漏检情况下的灵敏度，同种材料不计表面耦合差），记录探伤仪衰减器dB值。
手持直探头探测步骤：将探头置于辙叉心踏面，对辙叉心轨宽20mm至50mm范围进行纵向扫查。在扫查过程中，应仔细观察底面回波变化情况，正常情况，直探头仅底面回波显示，发现底面回波失波、底面回波和裂纹回波同时出现、裂纹回波等情况，根据仪器显示裂纹出波位置及探头位移量，判定水平裂纹伤损大小或根据失波后探头位移量，判定纵向裂纹长度。
在手持单探头扫查过程中特别注意辙叉心轨垂直磨耗和侧面磨耗引起的超声声束方向的改变，磨耗较大时，应使用粘度较大的黄油（凡士林）等耦合剂填充踏面磨耗部位，探头缓慢移动，压力适中，尽量保证超声声速对检测范围的有效扫查。
2.2 集成串列式探头扫查架探伤检查
集成串列式探头扫查架灵敏度标定：多组k0.8探头组成的集成串列式探头扫查架置于GHT-1试块踏面，测定试块距轨底面10mm的5号φ3mm平底孔，波高达到80%时，耦合补偿2～6dB，记录此探伤仪衰减器dB值，按照此灵敏度对辙叉心轨部位进行扫查。同时记录距踏面10mm、40mm、90mm、136mm处的1号、2号、3号、4号φ3mm平底孔波高达到80%时的衰减器dB值，当发现缺陷时，按照深度对比1至4号波高，对伤损进行定量，评定。具体扫查步骤为：
集成串列式探头扫查架纵向扫查辙叉心轨全长时，应仔细观察异常波形显示，无伤损情况下，仪器屏幕无回波报警；当垂直踏面的平面状伤损≥φ3mm时，在仪器屏幕固定刻度线上显示伤损回波；特别注意辙叉心轨拼接部位断面的回波、螺栓孔孔壁的回波以及辙叉底部台阶回波的识别。
3 取得成效
2017年4月业务处室探伤专家听取我段探伤部门汇报后，经现场论证得到认可。该探测方法因具有操作简单、易于理解、探测部位针对性强，能有效提升辙叉心轨头核伤发现率的技术特点，在其他探伤单位得到广泛的应用。
通过分析组合辙叉心轨实际尖端轨头伤损的形成原因，制定针对性的检测方法，提升轨头核伤（轨头横向裂纹）检出率和保障行车安全，可有效遏制辙叉心轨轨头伤损引发的钢轨折断风险。
作者介绍
朱瑞强，呼和浩特铁路局乌海工务段探伤主管工程师，15804738306。
[关键词]拼装式组合辙叉；形成原因；检测方法
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0327-02
拼装式组合辙叉是近年来发展的辙叉制造技术，根据辙叉各个部位受力情况的不同，用不同的材料拼装组合而成，其受力最恶劣的心轨部位采用特殊炼制的金属材料，具有强度高、韧性和硬度适当，抗接触疲劳和耐磨的特点。辙叉整体形貌如图1所示。
乌海工务段管内包兰线现有拼装式组合辙叉244组，产品有浙江贝尔、四川易亨、中铁山桥等生产厂制造的组合辙叉。2015年～2017年间经段探伤部门检查发现组合辙叉心轨轨头核伤（轨头横向裂纹）重伤轨件累计达25组之多，占三年来全段发生重伤辙叉总数的28.1%，组合辙叉均位于站场正线、到发线通过径路，道岔属于工务设备薄弱部位，在该处频繁出现重伤轨件，严重干扰了管内正常运输秩序。
1 伤损形成原因分析
探伤车间将2016年探伤检查中累计发现的16组组合辙叉心轨头核伤（轨头横向裂纹）依次进行现场调查及标本取样，将此类伤损形成原因做如下分析。
1.1 拼装式式组合辙叉心轨轨头核伤回波分析
使用通用探伤仪，连接2.5MHz，13×13k2.5单探头，手持探头与辙叉心纵向无偏角进行锯齿形扫查，探头扫查范围有15%的重叠，扫查过程速度适中，手对探头的压力必须保持基本一致，在辙叉心轨宽35mm处发现有伤损回波显示，灵敏度是32dB，回波由2.5刻度位移至3.8刻度，伤损中心反射点至辙叉心踏面距离18.6mm，确认核伤9mm。线路状态良好，无空掉，无翻白。辙叉心轨头伤损位置及回波显示如图2。
1.2 伤损特征分析
经过多次现场调查后发现，该种伤损形成存有多处共性：一是伤损均在轮轨接触踏面15mm～50mm处发生轨头核伤；二是累计通过总重小，大部分轨头核伤伤损发生在累计通过总重2～3亿吨。以2016年为例，累计通过总重2亿吨以下发生1组，2～3亿吨发生9组，3～4亿吨发生4组，4亿吨以上发生2组；三是伤损发展方向基本一致，均为轮轨接触部位发生核伤（横向裂纹），继续向列车运行相反方向发展，形成纵横向核伤和裂纹伤损。
1.3 伤损形成原因分析
⑴列车逆向过岔时的顺序是，车轮由翼轨→辙叉咽喉→“有害空间”→辙叉心轨实际尖端→辙叉心轨受力踏面，从承受列车冲击力的角度来看，由轮轨通过“有害空间”过渡到辙叉心轨踏面顶宽20～50mm处，瞬间产生的动态荷载造成冲击应力集中，形成踏面处金属断裂现象并发展形成接触疲劳核伤。
⑵列车顺向过岔时，辙叉心轨接触面较小，列车动态荷载累计超过了辙叉心轨踏面的抗疲劳强度值，过早的产生接触疲劳伤损；或轮轨在辙叉顶宽20～50mm范围内剪切应力最大值处产生粗大晶粒组织（粗大夹杂物），形成条状裂纹源，最后发展成纵横型核伤。
⑶由于翼轨磨耗，车轮锥形踏面逆向进岔由翼轨滚向心轨时，车轮逐渐离开翼轨工作边的时候过早接触了辙叉心轨部位，使辙叉心轨15～20mm處受力产生接触疲劳伤损并发展。反之，当车轮由心轨滚向翼轨时，由于翼轨磨耗未及时承受车辆重力，心轨在过渡阶段依然受力，产生疲劳核伤。如图3所示车轮通过辙叉时轮轨接触受力示意图。
通过分析得出，该类伤损从产生至发展具有时间周期短、危害大的特征。由于组合式辙叉心轨部位的特殊组合方式，心轨踏面宽50mm以下部位，使用传统单轨探伤仪受踏面宽度影响及推行时受有害空间的制约无法实现对此部位的检测，因此采用手持单探头法及K行、串列式扫查架扫查的方式进行探伤检测。
2 检测方法
采用手持单探头法及串列式探头扫查的方法进行探伤检测时，对探伤人员业务技能和现场经验要求较高，且辙叉拼装结构结合部位存多个断面，容易干扰探伤人员对伤损的准确判别。探伤部门通过反复推研伤损标本，总结前期积累的经验，制定出一套探测方法。
2.1 手持单探头法探伤检查
⑴k2.5单探头扫查灵敏度调节
将探头置于与被检测辙叉心同一型号状态良好无缺陷的辙叉心轨母材踏面上，提高增益，当仪器屏幕显示母材晶粒的草状回波超过报警线时，降低灵敏度至似出非出状态即可，记录此探伤仪衰减器dB值。
⑵k2.5单探头探伤灵敏度标定
在WGT-3试块上，用k2.5探头测定试块40mmφ3mm横通孔，波高达到80%时，耦合补偿2～6dB，记录此探伤仪衰减器dB值，即为探测辙叉心轨头部位的探伤灵敏度。
手持单探头探测步骤：将探头置于辙叉心踏面调节至扫查灵敏度dB值状态，对辙叉心轨宽13mm至50mm范围进行锯齿式粗扫查，在扫查过程中要采用无偏角及偏角10°左右各扫查一遍，并调换探头方向重复上述动作一遍，确保各取向伤损的检出，同时特别注意清理油层反射波造成的影响，对发现疑似伤损信息进行分析判断，当确定伤损信息后，将仪器衰减器调至探伤灵敏度标定dB值状态，对伤损进行定量，评定。
⑶φ20直探头探伤灵敏度标定
将直探头置于与被检测辙叉心同一型号状态良好无缺陷的辙叉心轨母材踏面上，测定轨底平面反射回波，波高达到80%时候，释放29dB（经测算，利用高176mm的60kg/m钢轨轨底面回波调节直径≥3mm的缺陷不漏检情况下的灵敏度，同种材料不计表面耦合差），记录探伤仪衰减器dB值。
手持直探头探测步骤：将探头置于辙叉心踏面，对辙叉心轨宽20mm至50mm范围进行纵向扫查。在扫查过程中，应仔细观察底面回波变化情况，正常情况，直探头仅底面回波显示，发现底面回波失波、底面回波和裂纹回波同时出现、裂纹回波等情况，根据仪器显示裂纹出波位置及探头位移量，判定水平裂纹伤损大小或根据失波后探头位移量，判定纵向裂纹长度。
在手持单探头扫查过程中特别注意辙叉心轨垂直磨耗和侧面磨耗引起的超声声束方向的改变，磨耗较大时，应使用粘度较大的黄油（凡士林）等耦合剂填充踏面磨耗部位，探头缓慢移动，压力适中，尽量保证超声声速对检测范围的有效扫查。
2.2 集成串列式探头扫查架探伤检查
集成串列式探头扫查架灵敏度标定：多组k0.8探头组成的集成串列式探头扫查架置于GHT-1试块踏面，测定试块距轨底面10mm的5号φ3mm平底孔，波高达到80%时，耦合补偿2～6dB，记录此探伤仪衰减器dB值，按照此灵敏度对辙叉心轨部位进行扫查。同时记录距踏面10mm、40mm、90mm、136mm处的1号、2号、3号、4号φ3mm平底孔波高达到80%时的衰减器dB值，当发现缺陷时，按照深度对比1至4号波高，对伤损进行定量，评定。具体扫查步骤为：
集成串列式探头扫查架纵向扫查辙叉心轨全长时，应仔细观察异常波形显示，无伤损情况下，仪器屏幕无回波报警；当垂直踏面的平面状伤损≥φ3mm时，在仪器屏幕固定刻度线上显示伤损回波；特别注意辙叉心轨拼接部位断面的回波、螺栓孔孔壁的回波以及辙叉底部台阶回波的识别。
3 取得成效
2017年4月业务处室探伤专家听取我段探伤部门汇报后，经现场论证得到认可。该探测方法因具有操作简单、易于理解、探测部位针对性强，能有效提升辙叉心轨头核伤发现率的技术特点，在其他探伤单位得到广泛的应用。
通过分析组合辙叉心轨实际尖端轨头伤损的形成原因，制定针对性的检测方法，提升轨头核伤（轨头横向裂纹）检出率和保障行车安全，可有效遏制辙叉心轨轨头伤损引发的钢轨折断风险。
作者介绍
朱瑞强，呼和浩特铁路局乌海工务段探伤主管工程师，15804738306。