磁记忆检测在无缝钢轨内应力测试中的可行性研究

　　现代高速铁路都采用焊接连接的无接缝钢轨。我国首条长轨———沪宁线上最长的无缝钢轨已达300多公里。钢轨会因热胀冷缩产生巨大的内应力,且钢轨长期在交变载荷下工作,一旦由于内应力过大而产生宏观变形,造成涨轨,将会危及行车安全,进而造成重大损失。但是,采取何种有效的手段对无缝钢轨的内应力进行动态、连续、准确的监测,是铁路部门长期悬而未决的难题。

　　金属磁记忆检测是20世纪90年代后期新出现的一种金属无损检测技术[1,2],由于该方法无需对被测对象表面进行专门处理,无需专门的磁化装置且灵敏度高,笔者对该技术是否可以应用于铁路无缝钢轨的内应力测试进行了试验研究。

　　1　试件及检测仪器

　　试件为60轨,钢号为U71Mn,含碳0.65%~0.77%,硅0.15%~0.35%,锰1.10%~1.15%,磷≤0.04%,硫≤0.04%;抗拉强度σb≥883 N/mm,断后伸长率δ5≥8 %;轨端淬火,淬火层硬度HB301~370。

　　检测所用仪器为俄罗斯动力诊断公司的TSC21M24型应力集中磁指示仪,其磁场强度Hp值测量范围为2 000 A/m,Hp值测量通道数为4,测量间距1~128 mm,最大扫查速度为0.25 m/s。

　　试验数据输入计算机后用MM2SYSTEM软件进行处理。

　　2　试验方法

　　将30 cm长的60轨装于压力机WPM—100T内,并加以固定,使其不发生偏移;每次加压载荷递增100 kN,直至800 kN;使用TSC21M24型应力集中磁指示仪对钢轨进行测量,记录数据。卸载后再进行重复加载测试。

　　3　试验结果及分析

　　3.1　测试结果

　　试验中采用定点测量。发现如果两次试验间隔时间>20 min,固定点的磁场强度测量值基本相同。图1是正常测量时所得到的载荷2磁场强度曲线。Hmax,Hmin和Hmed分别表示Hp的最大值、最小值和平均值。

　　由图1可见随载荷的增加,磁场强度的幅值逐渐增大。Hp和载荷为近似线性关系。这是因为当对钢轨施加载荷,动态应力的存在不仅会使物体产生弹性应变,也会产生磁致伸缩应变,引起磁畴壁位移,改变其自发磁化的方向[3],由于TSC21M24型应力集中磁指示仪所测的是钢轨表面磁场的法向分量Hp(y),得出Hp(y)发生改变。

　　3.2　磁滞效应的影响

　　如两次试验间隔时间较短(<5 min),第二次测量时初始磁场强度测量值会有一定升高。图2为有磁滞现象时的载荷2磁场强度曲线。这是由于磁畴恢复的磁滞效应所致[4],也证明当铁轨处于完全弹性变形区时磁致伸缩应变和磁畴壁位移是可逆的。

　　3.3　表面状态对测试结果的影响

　　钢轨的表面状态发生改变时,如对钢轨表面进行磨光处理后,钢轨表面的磁性能被改变,磁场强度增大。在加载同样的载荷下,其明显高于未经磨光