摘要：钢轨焊接是保证钢轨连续性和平顺性的关键。由于受自身技术条件限制，焊缝成为钢轨轨条的薄弱处所，是钢轨伤损频发的重灾区和断轨的高发区。通过对焊缝断轨情况及既有焊缝探伤技术的分析，探讨将涡流检测技术应用于焊缝探伤中的可行性，并对试块检验和现场实际应用进行论述。

关键词：钢轨；焊缝；探伤；涡流检测

0.引言

由于其无损测量的特点，目前在许多行业中都得到了广泛的应用。轨道工程中，轨道焊接问题一直是人们关心的问题，其焊接的好坏对轨道的安全、可靠运行有很大的影响。所以对轨道焊接缺陷进行检测是十分必要的。

轨道焊接缺陷的常规检验手段有肉眼观察和超声检测两种。但是，现有的检测技术都有一定的缺陷，比如要求有一定的接触式，对人员的技术要求比较高，而且检测速度比较缓慢。为此，我们将涡流信号测试方法用于轨道焊接缺陷的检测，并获得良好的结果。

涡流检测技术基于法拉第电磁感应原理，利用交流电产生的磁场在导体中产生涡流。当涡流遇到缺陷或异物时，其路径和强度会发生变化，从而可以通过检测涡流信号的变化来判断焊缝中的缺陷情况。

与常规测量方式比较，涡流信号测量技术的优势在于：一是无接触测量，无需与焊接面直接接触，从而避免了二次破坏。其次，该方法对焊接介质的电导率有很大的需求，适合于多种材料的焊接。另外，由于涡电流探测技术具有快速、高效等优点，因此能够快速地对大范围的焊接缺陷进行探测。

利用涡流信号探测方法对轨道焊接缺陷、裂纹和气孔等缺陷进行了研究。通过对涡流信号的检测，可以对缺陷的位置、形状及大小进行判断，从而对焊接的质量及可靠性进行评价，为下一步的维护和维护工作奠定基础。

因此，涡流检测技术在钢轨焊缝探伤中具有广泛的应用前景。它不仅提高了探伤的准确性和效率，还降低了对人员和设备的要求，为铁路行业的安全运营提供了可靠的技术支持。随着技术的不断发展和改进，涡流检测技术在钢轨焊缝探伤中的应用将进一步拓展和完善。

1.现状分析

目前，轨道焊接缺陷的检测方法以超声检测为主。超声检测因其高灵敏度、高穿透性、低成本及技术成熟等优点，已成为轨道防断技术发展的主要方向，但其在焊接检测中也存在3个问题：

（1）超声检测作为一种广泛应用的无损检测方法，其原理是利用高频声波在材料中的传播特性来检测缺陷。然而，尽管这种方法在许多应用中表现出色，但它也存在一些不可忽视的缺陷。首先，超声检测对被检测物表面的耦合状态非常敏感。耦合剂的选择与应用是超声检测中一个关键环节，若耦合不良，将导致声波无法有效传入被检测物体，进而影响检测结果的准确性。

其次，超声波在传播过程中会受到近场区干涉的影响。超声波探头发出的声波在近场区内会发生相位和幅度的变化，这种干涉现象可能导致检测信号的不稳定，尤其是在检测较薄或复杂几何形状的材料时，这一问题尤为突出。近场区干涉不仅降低了检测的灵敏度，还可能使一些细小的裂缝被忽略。

此外，超声检测还存在屏蔽作用的问题。当被检测物内部存在某些结构或材料时，这些结构或材料可能会屏蔽超声波的传播，使得超声波无法到达或返回，从而无法检测到被屏蔽区域的缺陷。这种情况在钢轨焊缝检测中尤为常见，焊缝内部的杂质或不均匀结构可能会导致超声波的屏蔽效应，进而影响检测结果。

特别是在太原局这样一个货运大局和重载的大局，超声检测的这些缺陷更加突出。太原局由于其特殊的运营环境，钢轨焊缝承受着极高的应力和频繁的载荷，这使得焊缝中的细小裂缝更容易出现和发展。尽管现场焊探伤周期较《铁路线路修理规则》（简称《修规》）进行了加密（《修规》规定现场焊探伤周期为2遍/年，实际加密为3遍/年），但探伤周期仍达到4个月。如此长的探伤周期使得焊缝中的细小裂缝有可能在未被检测到的情况下发展成更严重的缺陷，甚至导致断轨事故的发生。

重载列车的频繁运行进一步加剧了这个问题。重载列车对钢轨的压力和震动使得钢轨焊缝中的细小裂缝更容易扩展。由于超声检测对近表层细小裂缝不敏感，这些裂缝在早期阶段往往难以被发现。然而，一旦裂缝扩展到一定程度，就可能导致钢轨的断裂，进而引发严重的事故

为了应对这些挑战，需要改进超声检测技术或引入其他更为敏感和高效的检测方法。涡流检测技术在这方面显示出了巨大的潜力。涡流检测技术通过检测涡流在材料中的变化来发现缺陷，对表面和近表面的缺陷具有较高的灵敏度，能够弥补超声检测在检测近表层细小裂缝方面的不足。

（2）超声检测对检测人员的质量提出了更高的要求。针对铝合金焊接接头，特别是铝热焊接接头，存在大量焊渣、痂皮等附加物，且存在明显的超声反射现象，因此，检测人员对反射波是否为损伤或杂波进行了主观判断，特别是对焊接钢筋边沿位置的损伤识别更为复杂，实际使用过程中往往会产生漏判或误判的现象，因此，中国铁路局提出了对焊接检验人员进行二级检验的必要性。

（3）超声检测不能单独对某些损伤部位进行鉴别，需要通过其它方法的帮助。在焊接检测中，偶尔会发生焊接轨道底部的左右方向检测时，都会发生一个强烈一个微弱的回声，用手蘸着偶合剂轻轻拍打，检测器的波形都会跳跃，就算是一个有经验的检测人员，也不能判断这种现象是否是由于焊接角度处的焊渣造成的，或者是由于焊接筋的边缘有暗裂纹。一般需要对钢轨底部的焊接钢筋进行研磨，根据研磨后的波形来判断有无损伤。但由于其耗时耗力，涉及面广，周期长，很难在实际中得到应用，目前仍采用多个周期持续观测的方式，这势必增大损伤长时间在线的安全性。

2.涡流检测技术优势

针对目前焊接缺陷超声波检测方法中的缺陷，以及对焊接断裂现象的统计和分析，提出了以超声为主，涡流检测为辅的焊接缺陷检测方法。

2.1焊缝折断数据分析

通过对几年来焊接接头断裂事故的调查结果表明，大部分伤损是焊缝轨底角和焊缝轨底三角区和焊缝轨头之类，采用涡流信号探测方法能有效地发现大部分焊接接头的损伤，达到降低钢轨断裂的目的。如太原局集团2017年发生的焊接断裂事故，除了1起因铝合金热焊接而引起的焊接断裂以外，其他断裂都是通过涡电流探测可以探测到的开口损伤（与大气相连），所造成的断裂数量约为92%。

2.2工艺优越性的剖析

涡流无损检测是一种基于电磁感应理论的无损无损无损无损检测技术，其核心思想是在导体中引入激励线圈，通过激励线圈测量涡电流的变化，获取零件内部缺陷的相关信息。目前，涡流法作为一种常用的传统无损检测方法，在国际、国内均有使用，但目前多针对的是钢轨母材鳞片损伤，而在焊接缺陷检测中的实际运用还未见报道。将涡流法用于焊接缺陷的检测具有以下优点：

（1）适合于表面和近表面缺陷的探测，与超声探测技术形成了一种有效的补充。在实际的焊接检测中，大部分的焊接内裂纹都能通过超声波检测得到及时准确的发现。钢轨断裂的焊缝损伤发生在3个部位，即轨底伤损、轨头颚区、和轨腰-轨底之间的过渡弧。其损伤主要是由于焊接接头边沿未进行充分抛光，在其上形成了褶皱状裂缝，从而引起了应力的集中，从而引起了焊接接头的断裂。这些损伤都是表面和近表面（焊接筋条以下）损伤，这也是目前使用涡流信号技术进行焊接缺陷检测的主要依据。

（2）具有较高的测试速度，适用于实际的焊接过程中。根据测量结果，在每日的焊接缺陷检验中，利用电涡流探伤器，对焊接接头鄂部、中间段和轨下的过渡段和轨底进行了一次扫描，测试的速度比常规方法提高了30秒，可以满足实际焊接检验的需要。而校对超声波无法确定的表面、近表面缺陷则效率优势更加明显，以往超声波校对短则需要10余分钟，如对轨底进行打磨验证，甚至需要几天的时间，而涡流检测仅需十几秒就可轻松验证，且结果明确、定位精准，这是涡流检测应用于焊缝探伤的主要原因。

（3）对焊缝探测面要求不高，无需使用耦合剂。与传统的超声探针与被测物体表面的接触方式相比，涡流信号探针与被测物体之间是点接触，因此可以按照被测区域的需要进行各种形式的加工。在前期的实际检测工作中，如果无碴轨道区段焊接钢轨底部发生可疑损伤，因轨下间隙有限，难以对其进行打磨验证，检测人员经常面临着“判则有误，不判又有漏查”的尴尬境地，采用专门的涡流探头可以轻松、快速、准确地判定轨底有没有开口缺陷。

（4）不需要焊接检测表面，不需要耦合剂。由于不需要对被检表面进行预处理，所以可以免去过去对焊缝进行除锈、除尘、涂抹及擦拭偶合剂的步骤，使其更为便捷和快速。

（5）测试的效果是直接的，并且不需要对操作者提出更高的要求。由于其具有可视化的特点，因此被称为“傻瓜”的缺陷检测技术。

3.涡流检测技术在钢轨焊缝探伤中的应用分享

3.1操作流程

利用涡流信号探测技术对轨道焊接缺陷进行析，证实其有效性和可靠性。其具体操作流程如下：

预处理：在使用涡流检测前，应先将铁轨的表面清理干净，保证无油、锈等杂质，否则会对探伤的效果产生不利的影响。与此同时，必须定期对测试仪器进行校验，以保证测试仪器处于良好的工作状态。

传感器的选用：依据轨道焊接材料及测试需要选用适当的电流传感器。如何选用合适的探针是保证测试结果正确的关键。

试验方法：将涡流探头置于钢轨焊缝表面，并沿焊缝进行扫描。通过探头发出的电磁信号与焊缝中的涡流相互作用，检测设备可以实时显示焊缝中的缺陷信息。

数据分析：检测过程中获取的数据需要经过分析处理。利用涡流信号的幅值和相位等参量，可以准确地判定焊接缺陷的位置、大小及性质。

3.2与常规检验方式对比分析

与常规超声、射线探测相比，涡流探测技术有如下优点：

检测速度快：涡流检测能够快速完成大面积焊缝的检测，提高了检测效率，特别适用于在线检测。

高敏感性：涡流检测对表面和近表面的缺陷具有较高的灵敏度，能够发现微小的裂纹和孔隙。

使用方便：该仪器具有便携、易于使用、无需繁琐的前处理等特点，适合多种野外测试条件。

3.3实例的成功运用

下面是一些在轨道焊接中使用涡流信号探测的成功实例：

某铁道集团：将涡激振动探测技术引进到轨道交通中，对上千km钢轨焊接件进行探伤，及时发现和修补了一批隐患，保障了轨道交通的安全运行。

轨道车辆段：采用电涡流探伤方法，对钢轨焊接进行了检验，保证了成品轨道的高品质。使用涡动测试，他们显著地降低了返工率和品质抱怨。

某科研机构：该机构通过对涡流检测技术的深入研究，不断改进检测设备和方法，提高了检测的准确性和可靠性，并推广应用于全国多个铁路项目中。

4.结束语

当前焊缝检测方法单一，焊缝断轨频发，检测手段单一，难以满足高速列车重载、高速安全的需求。目前，我国焊接检测装备尚未实现飞跃式发展和根本提高，需要从多方面入手，通过多种检测手段来弥补缺陷，从而保证焊接接头的安全性。涡电流作为一种比较好的焊接缺陷检测手段，与超声探测技术相互结合，能够发挥各自的优势，对焊接损伤进行早期、微小的检查，快速精准判伤，有效消除断轨隐患，并将漏判和错误判断的可能性降到最低。

参考文献：

[1]刘梦龙.基于涡流的不锈钢焊管焊缝位置快速识别技术研究[D].上海应用技术大学，2023.

[2]原鹏.脉冲涡流技术对带包覆层压力管道无损检测方法研究[D].新疆大学，2021.