钢轨缺陷在线高速检测

由圣地牙哥加利福尼亚大学研发的钢轨缺陷检测样机在最近进行的现场试验中取得了令人鼓舞的结果。该研究项目是由美国联邦铁路局研究与开发办公室提供资助。在2008年3月进行的现场试验中,最高检测速度达到10mph。试验轨道包括三节轨头有不同程度内部缺陷的钢轨(占轨头面积的比例分别为3.5%、35%和12%)。其中,二节为表面横向轨头断裂(2%和5%),一节为表面斜向轨头断裂(3.5%)。试验结果表明,对所有缺陷的检测成功率非常高。在不同环境条件下进行的24次试验中,包括大风天气和雨天,成功率达到75～100%。此项研究的目的是开发一种新的钢轨缺陷检测系统,与目前使用的检测系统相比,效果更好、可靠性更高、速度更快。其主要目的是对轨头横向缺陷进行检测。系统采用超声导波,能在钢轨表面断裂处下传播,减少了因钢轨表面剥落引起的横向裂缝所带来的掩蔽作用。同时,由于超声导波在衰减之前可传播较长的距离,因此可大大提高检测的速度。该项研究目前从两方面进行。首先,采用半分析有限元素法(SAFE),预测钢轨中非强制导波及强制导波的传播;其次,在2008年3月安装了基于非接触式激励和超声导波检测的样机,并进行了现场试验。最新的样机利用了SA...     

大轴重商业运输中的钢轨特性——美国联邦铁路局研究结果RR07—16

位于科罗拉多州谱韦希洛的运输技术中心有限责任公司（TTCI）与联合太平洋铁路公司（UP）合作，对商业运输轨道的钢轨特性进行了试验。图1显示的是位于加利福尼亚州蒂哈查皮340英里程标处的第3试验地商业运输钢轨特性试验。试验表明，采用0．75英寸轨侧磨损极限标准，各种新型优质钢轨的平均使用寿命为200MGT（百万总重英吨），若采用轨头面积30％的允许损失标准，使用寿命大约为900MGT。 如使用0．75英寸轨侧磨损极限标准，两段已知MGT曲线的钢轨使用寿命为232到245MGT。使用环境包括较大的山区坡道及6至10度的曲率。在通过169MGT的观察期间，所有被评估钢轨的预期使用寿命相差在10％以内。在此期间，未进行钢轨打磨，也未发现钢轨顶面出现缺陷。 在加速运行试验基地（FAST）进行的类似试验表明，钢轨的预期使用寿命大约提高了一倍，这说明现场列车及润滑条件不同，条件更加恶劣。试验中未发现钢轨的硬度与磨损率大小之间有密切的关系。     

道岔轨面涡流检测技术研究

由于轮轨滚动接触,钢轨轨头工作边容易形成鱼鳞纹,若不及时维修处理,将进一步发展形成重伤或剥离掉块,影响行车安全。根据钢轨及道岔的型面,设计一种轨面涡流检测系统,研究辅助机械扫查装置及适形阵列涡流探头等,并在实验室和现场进行了试验。由检测人员在钢轨上推行完成轨头踏面工作边处表面裂纹检测,获得轨头踏面有无缺陷及缺陷深度的定量评估数据。试验及现场应用研究表明,采用该系统检测钢轨试块,对0.5 mm,1 mm,2 mm,3 mm深的人工斜裂纹均能有效检出并显示深度;采用该系统检测在线钢轨鱼鳞纹,能够显示鱼鳞纹的深度评估数据,为钢轨打磨维修提供参考。     

基于探头声场特性的钢轨超声检测研究

摘要：在分析钢轨主要缺陷分布规律的基础上,引入多元高斯声束模型,结合钢轨形状特征进行了圆形平面探头和矩形平面探头辐射入钢轨内声场的模拟。通过钢轨内部的声场分析模拟,确定各探头的有效检测区域,并对相应的钢轨超声检测工艺开展研究。针对钢轨内部不同位置缺陷进行了超声检测实验,实验结果的A波图显示：轨头内部、轨底及轨腰部的缺陷能够被有效检测,与超声探头声场模拟结果预期能够良好吻合。     

钢轨轨头三维应力有限元分析

应用有限元分析程序ANSYS5．5对60kg·m-1钢轨轨头接触应力和最大负弯矩截面的弯曲应力进行了分析计算，并给出在实际机车轮压作用下有关截面上的应力数值和分布规律，为今后研究钢轨轨头近表面区域缺陷的发展规律及预测伤损钢轨的使用寿命提供了依据。     

重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂失效原因分析

采用扫描电子显微镜、光学显微镜、直读光谱仪、布氏硬度计对重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂件的断口微观形貌、金相组织、化学成分、硬度进行了检验分析。结果表明:铝热焊接头伤损属于起源于轨腰焊筋表面缺陷处的纵向裂纹引起的钢轨S形断裂;轨腰焊筋尖端表面存在大尺寸疏松缺陷是轨腰纵向裂纹产生的主要原因;同时焊缝内部存在缩孔和大量疏松缺陷,降低了焊缝强度,促进了裂纹的快速扩展,最终导致脆性断裂。     

钢轨连接板视频检测系统——美国交通部联邦铁路管理局RR06-03 2006年3月

目前已开发出了钢轨连接板自动视频检测系统，并成功进行了现场裂缝钢轨连接板检测效果评估。联邦铁路管理局研究与开发办公室与ENSCO．INC公司共同为该项研究活动提供资金。该系统利用安装在公路／铁路两用车（图1）上的高分辨率行扫描摄像机和2套钢轨连接板激光传感器进行检测。在两次现场示范检测中，系统对裂缝检测的故障报警率低，达到了预期的要求（检测到的裂缝中40％得到了系统操作人员的确认，60％未被确认）。尽管有15％的裂缝未检测到，但这些裂缝都不是中心裂缝。目前正对检测算法进行修正和试验，以降低裂缝失测率，以及由于道碴过高，植物、油渍、泥土或钢轨连接板附近的其他因素造成的错误判断。     

钢轨轨头内缺陷的超声相控阵DAC定量方法

为改善钢轨现行超声检测方法效率低和定量评价难度大的不足,将传统单探头DAC曲线定量方法引入超声相控阵检测领域,研究一种基于超声相控阵全矩阵数据的轨头内部缺陷定量评价方法。对轨头检测断面进行网格划分,模拟各网格节点处缺陷尺寸。利用超声相控阵测量模型,求得各网格节点处的DAC曲线。基于Kriging插值方法,构建轨头缺陷DAC定量评价模型,实现对检测断面内任意位置缺陷的定量评价。通过搭建钢轨超声相控阵检测试验系统,对钢轨人工缺陷试块进行检测试验。研究结果表明:相比工业中常用的-6 d B缺陷定量方法,本文方法在轨头内部缺陷检测精度和效率上均有明显优势。     

钢轨核伤断裂原因检验分析

通过宏观、微观形貌观察,金相、化学成分及低倍检验,分析钢轨核伤的断裂性质及断裂原因。分析结果表明,钢轨核伤断裂为起源于轨头内部的横裂型核伤,轨头内部存在白点缺陷,是导致形成轨头内部横裂型核伤的主要原因。确定钢轨核伤断裂性质及断裂原因,可为预防此类伤损提供借鉴。     

YOLOv5超声波图像识别技术在高原高寒钢轨探伤中的应用

高原高寒地区环境复杂、昼夜温差大，对铁路建设与运营产生不良影响，容易发生由于钢轨内部伤损引起的断裂事故。研究基于YOLOv5的超声波图像识别技术在青藏铁路钢轨探伤检测中的应用，特别是针对轨头核伤、轨面鱼鳞伤等常见伤损类型进行检测。通过智能钢轨探伤仪采集高寒地段钢轨数据，以YOLOv5方法对数据集进行整理、处理和模型训练，精准识别和定位轨头核伤、轨面鱼鳞伤等损伤。研究表明，基于YOLOv5的模型在识别和定位各类钢轨损伤方面具有很高的准确性和实时性，可以同时进行目标检测和类别分类，并能在保持较高准确度的同时实现快速检测。提供一种新的、更有效的钢轨探伤检测数据分析方法，有助于提高铁路安全和运营效率。     

大轴重商业运输中的钢轨特性

位于科罗拉多州谱韦希洛的运输技术中心有限责任公司(TTCI)与联合太平洋铁路公司(UP)合作,对商业运输轨道的钢轨特性进行了试验。图1显示的是位于加利福尼亚州蒂哈查皮340英里程标处的第3试验地商业运输钢轨特性试验。试验表明,采用0.75英寸轨侧磨损极限标准,各种新型优质钢轨的平均使用寿命为200MGT(百万总重英吨),若采用轨头面积30%的允许损失标准,使用寿命大约为900MGT。如使用0.75英寸轨侧磨损极限标准,两段已知MGT曲线的钢轨使用寿命为232到245MGT。使用环境包括较大的山区坡道及6至10度的曲率。在通过169MGT的观察期间,所有被评估钢轨的预期使用寿命相差在10%以内。在此期间,未进行钢轨打磨,也未发现钢轨顶面出现缺陷。在加速运行试验基地(FAST)进行的类似试验表明,钢轨的预期使用寿命大约提高了一倍,这说明现场列车及润滑条件不同,条件更加恶劣。试验中未发现钢轨的硬度与磨损率大小之间有密切的关系。     

钢轨探伤车轨头伤损检测率低的原因及对策

分析了探伤车在钢轨检测中轨头伤损检测率低的主要原因,提出了控制检测速度、提高轨面光洁度、加强设备维修保养、培训操作人员、及时调整设备参数等有针对性的措施,以达到提高钢轨轨头伤损检测率,确保铁路运输安全的目的。     

我国重载铁路用68kg/m钢轨试验研究

研究目的：目前我国主要的几条重载铁路铺设使用了当今世界上断面最大的75kg／m钢轨，国外重载铁路发达的国家则大量使用美国铁路保养协会钢轨技术条件（AREMA-2004）中规定的136RE（68kg／m）断面的钢轨，且较为成熟。因此开展68kg／m钢轨的试验研究，可为我国重载铁路钢轨的铺用提供更多的选择，对发展我国重载铁路运输具有重要的意义.研究结论：热轧钢轨室温抗拉强度为1080MPa，轨顶面硬度达到300HB；成品钢轨中的氢含量为0．5×10^-4％，氧含量为12.3×10^-4％；轨头踏面及轨角处的显微组织为片状珠光体及少量铁素体；轨底最大残余拉应力为200.2MPa；-20℃断裂韧性KIC为32．5MPa·m^1/2；裂纹尖端强度因子△K=10MPa·m^1/2及13．5MPa·m^1/2时疲劳裂纹扩展速率da／dN分别为9，55m／Gc和31．98m／Gc。由以上试验研究结果可知，我国68kg／m热轧钢轨的各项性能指标均达到了《68kg／m钢轨暂行技术条件》的要求，可以上道试铺。     

钢轨轨头断面激光检测系统的研制

分析了目前钢轨轨头断面轮廓测量方式存在的问题，提出了基于激光位移传感器轨头断面检测系统的设计思路，介绍了该系统机械装置、单片机电路、单片机软件和PC机管理软件的设计方法以及系统样机现场检测试验情况。     

移动式钢轨气压焊接头缺陷分析与应对措施

移动式钢轨气压焊接头存在外观和内在缺陷。分析焊接接头外观缺陷高（低）接头及高低错位、旁弯及左右错位、轨角塌陷、局部凹陷、表面烧伤产生的原因，并提出应对措施；分析焊接接头内在缺陷光斑、未焊透、过烧、粗晶组织产生的原因，并提出应对措施。现场应用表明，钢轨气压焊接头具有较高的静弯、抗疲劳强度和良好的冲击韧性。     

钢轨铝热焊焊缝边缘伤损的超声波检测技术

钢轨铝热焊焊缝边缘在轨头下颚、轨腰表面与溢流飞边交界的根部容易出现伤损,采用常规的超声波检测探伤方法很难发现此类缺陷,介绍了3种探测此类伤损的检测方法,详细说明解决检测过程中出现问题和判断方法.     

钢轨闪光焊接轨头焊缝缺陷分析

通过对钢轨闪光焊接头样品的超声波探伤检查和钢轨接头轨头受拉静弯试验,分析断口微观形貌和疲劳源区能谱、剖面显微组织和剖面形貌及能谱,提出钢轨接头焊缝未焊合缺陷构成疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展产生钢轨接头大面积核伤和钢轨闪光焊接头轨顶面下10～15mm附近容易出现焊缝未焊合缺陷等结论;提出铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行全断面超声波探伤检查、研究开发现场焊接接头热处理中频感应加热方式、优化焊接工艺参数和调整检验规则等建议。     

钢轨全断面感应加热、轨头及轨底喷雾淬火的性能研究

本文介绍50kg／m钢轨全断面感应加热，轨头及轨底同时喷雾冷却淬火的研究，对淬火轨进行一系列试验，并与未淬火轨对比，研究结果表明；淬火轨具有较高的抗断裂性能，而未淬火轨却脆断严重；淬火轨的抗磨损，抗压溃性能均比未淬火轨有明显提高，轨头及轨底经喷雾淬火后，不仅使钢轨达到良好的强韧化效果，还显著地提高钢轨的结构强度。     

基于背景建模的钢轨表面缺陷像素级检测方法

钢轨表面缺陷具有独特性和稀疏性,利用机器视觉技术自动地检测钢轨表面缺陷仍存在很大挑战。提出一种基于背景建模的钢轨表面缺陷像素级检测方法,利用钢轨图像固有特性构建图像背景分布模型,找到背景分布簇中心,以定位到可疑像素点;提出一种钢轨表面缺陷像素级识别方法,根据可疑像素点的上下文特征和空间位置先验概率识别该像素点是否属于真实缺陷,并在钢轨缺陷数据集和实际线路上进行试验验证。研究结果表明:该方法在重载铁路和客运铁路2种钢轨缺陷数据集上均取得良好的识别性能,并在实际线路上达到100%的检测率。     

周期荷载作用下钢轨缺陷检测分析

根据振动理论、瞬态有限元-边界元理论,提出一种利用钢轨振动响应数据对钢轨断裂缺陷进行分析检测的方法.通过建立无砟轨道振动分析动力学模型,研究在节点周期荷载激振下,轨道在钢轨全断裂,钢轨截面50％断裂等缺陷条件下的振动加速度规律特征.结果表明:在不同轨道缺陷条件下,钢轨在2个检测点的振动响应加速度变化特征明显,且能够提取不同轨道缺陷对应的特征规律,多组仿真实验结果误差均在5％以内.本方法是无源检测,方法简单可靠,能够有效地提高轨道检测工作效率,减少线路维护的时间.研究结果可为基于动力学响应的轨道缺陷检测工程技术提供借鉴和利用.