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作为检测人,你需要了解的铁路无损检测历史

http://www.qctester.com/ 来源: 本站原创  浏览次数:446 发布时间:2022-6-22 QC检测仪器网

 

很久以前直到现在,铁路所面临的主要问题之一仍然是——铁轨故障。与所有高速行驶模式一样,必要组件的故障可能会造成严重后果。自上世纪20年代后期以来,全球各大铁路公司一直在对其最昂贵的基础设施资产——铁轨进行检查。随着高速交通的增加以及90年代开始火车轴重的增加,今天的铁路检查远比以往任何时候都更加重要。尽管检查的重点似乎是一块定义明确的钢,但其中存在的检测变量十分重要,并且使得检查过程极具挑战性。

铁路的历史可以追溯到1776年,在英格兰谢菲尔德市附近生产出了第一条金属铁路。铁路的诞生改善了采矿等行业的物料运输。
1803年,第一条供公众使用的铁路——萨里铁路在伦敦码头和克罗伊登之间开放运营。这条世界上首条收费铁路提供了比货车更平稳的行驶,但由于使用了马作为牵引动力,因此在速度上没有任何真正的优势。

但是,第一台蒸汽机车很快就到达了现场。1804年,一台蒸汽机车在南威尔士的梅瑟蒂德菲尔(Merthyr Tydfil)的铁厂拉动了一列载有几吨矿石的汽车。接下来,美国的第一台机车于1831年在南卡罗来纳州的铁路上投入运营。

而铁轨也逐渐从铸铁板发展为特殊合金钢,人们将其轧制成标准形状,并经过特殊热处理来获得所需的性能。下图显示了铁轨发展的进程。

当今的钢轨在强度和耐损性能大大优于从前,但是其中的缺陷仍无法避免除非进行定期检查,否则当今火车的重负载和高速度会导致铁轨无法正常使用。
铁路检查最初仅通过目视手段进行。当然,目视检测只会发现外部缺陷,有时甚至是大型内部问题的细微痕迹。由于1911年在纽约州曼彻斯特发生了严重的出轨事故,导致29人死亡,60人重伤,因此需要一种更好的检查方法成为当务之急。

在美国安全局(现为国家运输安全委员会)对事故的调查中,断轨被确定为造成脱轨的原因。该局确定,铁路故障是由完全存在于内部的缺陷引起的,并且可能无法通过视觉手段检测到;并将该缺陷称为横向裂缝。

1915年,标准局开始研究以确定是否可以利用磁来检测横向裂缝。检测技术是使磁化螺线管沿导轨穿过,以在导轨中建立磁通量。用接收线圈检测到由缺陷引起的漏磁。该技术在实验室取得了成功,但是无法在现场区分出缺陷和不相关的铁轨特征。

1923年,埃尔默·斯佩里(Elmer Sperry)博士开始开发和制造具有检测铁轨中横向裂缝能力的铁路检查“车”。1927年,他与美国铁路协会签订了合同,制造了一辆检查车,如下图所示。驾驶室前面的小平板装有检查设备,驾驶室中装有供操作员记录的设备。

1928年,Sperry博士建立了斯佩里铁路服务公司(Sperry Rail Service),其制造的检测车SRS102在俄亥俄州蒙彼利埃的瓦巴什铁路上开始执行检测任务。Sperry采用的检测技术是通过大量的低压电流在钢轨中产生强磁场,利用一对固定在铁轨上的线圈探测其周围磁场的变化。这种磁感应漏磁技术成为早期铁轨检测的基础。

图显示了采用感应法检测铁轨的基本原理。电刷用于接触铁轨并“注入”电流,电流会在铁轨中产生强磁场,如果铁轨存在缺陷,则钢材将不能“支撑”磁通量,并且某些磁通量会从零件中被“挤出”。感应线圈检测到磁场的变化,并将缺陷指示记录在带状图上。而今我们正是使用计算机记录和评估这些异常的。

不幸的是,横向裂缝并不是在铁轨中发现的唯一缺陷类型,可能发生的其他与制造和服役相关的缺陷包括夹杂物、接缝、脱皮和腐蚀等。这些缺陷以及铁轨的正常特征(例如螺栓孔)都可能引发疲劳裂纹。如果这些缺陷未被发现,则可能导致轨道头和腹板分离。而这些缺陷中有许多是无法用漏磁法检测到的,一旦这些缺陷与磁通线平行延伸,或者离感应线圈太远都会造成无法检测。因此,漏磁法被主要用于检测轨头。

为了弥补漏磁法的不足,并能检测其他缺陷类型,超声波检测被开发并逐步推广应用起来。高频声音会传输到金属导轨中,并且来自导轨接头和表面状况的反射以及内部缺陷会被显示在屏幕上,或者导致笔在记录磁带上移动。利用法线波束技术、角度波束技术以及脉冲回波和音高捕获技术,不同的传感器布置可以提供不同的检测功能。随着研究的不断深入,超声检测已经能够实现自动化,可以检查大量的铁轨,就像之前讨论的电磁技术一样,于是第一辆全超声波检查车于1959年推出。

充满流体的轮子或滑橇通常用于将换能器耦合至铁轨上。多年来,Sperry Rail Services开发并使用了包含不同换能器角度组合的滚子搜索单元(RSU),以实现最佳检查,RSU的示意图如下所示:

在Sperry公司有两种主要的检测手段。Sperry轨道检测车被称为“大车”,同时使用超声波和电磁技术来识别缺陷,检查设备被安装在两个车轴之间的车厢中。

 

检测设备的数据被很快传送给车内的操作员,下图显示了操作员面前的显示设备。

联邦铁路管理局(FRA)要求,检测车上的检测设备认为可疑的任何迹象都必须立即进行人工验证,此时检测车会马上进入“停止-启动测试”模式。即当操作员看到磁带上的某些指示问题时,他会使用蜂鸣器信号系统告诉前方驾驶员停车。然后,车厢后退到检测点,操作员会出来用安装在车厢后部的超声波检测仪对轨道进行手动测试。如果确认缺陷,则将其标记出来,铁路工作人员将改变后续通过列车的轨道。如果他们不能马上解决,则列车会被指示慢速指令(低速行驶),直到铁路人员可以对其进行修复。

另外,还可以通过在检测车之后再增加“大车”来提高检测能力,由牵头卡车进行无线电信号测试,这样就省去了进行手动测试的需要,从而使检测车辆能够向前行驶连续测试,并且将结果连续发送并记录在车中以供检查。

图片

目前,高铁通常仅使用超声波检测技术,因为电磁设备对于它来说体积过大。探测车将以每小时6.5~13英里的速度测试铁轨。不过人们始终在探索开发更高速度的检测装置。

很久以前直到现在,铁路所面临的主要问题之一仍然是——铁轨故障。与所有高速行驶模式一样,必要组件的故障可能会造成严重后果。自上世纪20年代后期以来,全球各大铁路公司一直在对其最昂贵的基础设施资产——铁轨进行检查。随着高速交通的增加以及90年代开始火车轴重的增加,今天的铁路检查远比以往任何时候都更加重要。尽管检查的重点似乎是一块定义明确的钢,但其中存在的检测变量十分重要,并且使得检查过程极具挑战性。

图片

铁路的历史可以追溯到1776年,在英格兰谢菲尔德市附近生产出了第一条金属铁路。铁路的诞生改善了采矿等行业的物料运输。
1803年,第一条供公众使用的铁路——萨里铁路在伦敦码头和克罗伊登之间开放运营。这条世界上首条收费铁路提供了比货车更平稳的行驶,但由于使用了马作为牵引动力,因此在速度上没有任何真正的优势。

但是,第一台蒸汽机车很快就到达了现场。1804年,一台蒸汽机车在南威尔士的梅瑟蒂德菲尔(Merthyr Tydfil)的铁厂拉动了一列载有几吨矿石的汽车。接下来,美国的第一台机车于1831年在南卡罗来纳州的铁路上投入运营。

而铁轨也逐渐从铸铁板发展为特殊合金钢,人们将其轧制成标准形状,并经过特殊热处理来获得所需的性能。下图显示了铁轨发展的进程。

图片
当今的钢轨在强度和耐损性能大大优于从前,但是其中的缺陷仍无法避免除非进行定期检查,否则当今火车的重负载和高速度会导致铁轨无法正常使用。
铁路检查最初仅通过目视手段进行。当然,目视检测只会发现外部缺陷,有时甚至是大型内部问题的细微痕迹。由于1911年在纽约州曼彻斯特发生了严重的出轨事故,导致29人死亡,60人重伤,因此需要一种更好的检查方法成为当务之急。

在美国安全局(现为国家运输安全委员会)对事故的调查中,断轨被确定为造成脱轨的原因。该局确定,铁路故障是由完全存在于内部的缺陷引起的,并且可能无法通过视觉手段检测到;并将该缺陷称为横向裂缝。

图片
1915年,标准局开始研究以确定是否可以利用磁来检测横向裂缝。检测技术是使磁化螺线管沿导轨穿过,以在导轨中建立磁通量。用接收线圈检测到由缺陷引起的漏磁。该技术在实验室取得了成功,但是无法在现场区分出缺陷和不相关的铁轨特征。

1923年,埃尔默·斯佩里(Elmer Sperry)博士开始开发和制造具有检测铁轨中横向裂缝能力的铁路检查“车”。1927年,他与美国铁路协会签订了合同,制造了一辆检查车,如下图所示。驾驶室前面的小平板装有检查设备,驾驶室中装有供操作员记录的设备。

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1928年,Sperry博士建立了斯佩里铁路服务公司(Sperry Rail Service),其制造的检测车SRS102在俄亥俄州蒙彼利埃的瓦巴什铁路上开始执行检测任务。Sperry采用的检测技术是通过大量的低压电流在钢轨中产生强磁场,利用一对固定在铁轨上的线圈探测其周围磁场的变化。这种磁感应漏磁技术成为早期铁轨检测的基础。

图显示了采用感应法检测铁轨的基本原理。电刷用于接触铁轨并“注入”电流,电流会在铁轨中产生强磁场,如果铁轨存在缺陷,则钢材将不能“支撑”磁通量,并且某些磁通量会从零件中被“挤出”。感应线圈检测到磁场的变化,并将缺陷指示记录在带状图上。而今我们正是使用计算机记录和评估这些异常的。

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不幸的是,横向裂缝并不是在铁轨中发现的唯一缺陷类型,可能发生的其他与制造和服役相关的缺陷包括夹杂物、接缝、脱皮和腐蚀等。这些缺陷以及铁轨的正常特征(例如螺栓孔)都可能引发疲劳裂纹。如果这些缺陷未被发现,则可能导致轨道头和腹板分离。而这些缺陷中有许多是无法用漏磁法检测到的,一旦这些缺陷与磁通线平行延伸,或者离感应线圈太远都会造成无法检测。因此,漏磁法被主要用于检测轨头。

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为了弥补漏磁法的不足,并能检测其他缺陷类型,超声波检测被开发并逐步推广应用起来。高频声音会传输到金属导轨中,并且来自导轨接头和表面状况的反射以及内部缺陷会被显示在屏幕上,或者导致笔在记录磁带上移动。利用法线波束技术、角度波束技术以及脉冲回波和音高捕获技术,不同的传感器布置可以提供不同的检测功能。随着研究的不断深入,超声检测已经能够实现自动化,可以检查大量的铁轨,就像之前讨论的电磁技术一样,于是第一辆全超声波检查车于1959年推出。

充满流体的轮子或滑橇通常用于将换能器耦合至铁轨上。多年来,Sperry Rail Services开发并使用了包含不同换能器角度组合的滚子搜索单元(RSU),以实现最佳检查,RSU的示意图如下所示:
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在Sperry公司有两种主要的检测手段。Sperry轨道检测车被称为“大车”,同时使用超声波和电磁技术来识别缺陷,检查设备被安装在两个车轴之间的车厢中。
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检测设备的数据被很快传送给车内的操作员,下图显示了操作员面前的显示设备。

图片

联邦铁路管理局(FRA)要求,检测车上的检测设备认为可疑的任何迹象都必须立即进行人工验证,此时检测车会马上进入“停止-启动测试”模式。即当操作员看到磁带上的某些指示问题时,他会使用蜂鸣器信号系统告诉前方驾驶员停车。然后,车厢后退到检测点,操作员会出来用安装在车厢后部的超声波检测仪对轨道进行手动测试。如果确认缺陷,则将其标记出来,铁路工作人员将改变后续通过列车的轨道。如果他们不能马上解决,则列车会被指示慢速指令(低速行驶),直到铁路人员可以对其进行修复。

另外,还可以通过在检测车之后再增加“大车”来提高检测能力,由牵头卡车进行无线电信号测试,这样就省去了进行手动测试的需要,从而使检测车辆能够向前行驶连续测试,并且将结果连续发送并记录在车中以供检查。

图片

目前,高铁通常仅使用超声波检测技术,因为电磁设备对于它来说体积过大。探测车将以每小时6.5~13英里的速度测试铁轨。不过人们始终在探索开发更高速度的检测装置。

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