钢轨超声波探伤技术措施探究

钢轨超声波探伤技术措施探究

唐丹丹

秦皇岛工务段 河北省秦皇岛市 063000

摘要：钢轨焊缝质量直接关系着铁路运输安全，焊接工艺操作失误等原因引起的焊缝缺陷，需利用无损检测方法及时检测，超声波检测是一种有效的检测方式。近年来，超声相控阵检测技术在工业领域取得到良好应用，应用于钢轨焊缝检测可提高检测效率，超声相控阵束聚焦能量强，可避免常规超声检测中出现的漏检情况超声波探伤技术具有良好的穿透能力、较强的反射能力，所以被广泛应用于钢轨探伤中。超声波探伤技术在应用过程中具有诸多优势，且在钢轨探伤工作中有极其重要的作用和影响。通过超声波探伤技术能够及时发现钢轨中的伤损隐患，以此来保障列车运行的安全畅通，同时，也能够保障乘客的人身安全，为城市交通建设作出了较大的贡献。

关键词：声波技术；高铁钢轨；探伤  

超声波探伤技术是目前对金属内部缺陷进行无损检测常用的技术方法，它主要是通过分析超声波在物体内部传播、反射和衰减等物理特性，以判断金属表面和内部存在的夹杂、气孔和裂纹等质量缺陷的大小以及大致位置，进而对金属的力学性能等进行综合分析，在超声波探伤检测仪进行钢轨探伤检测的过程中，由于钢轨表面不洁净、探头选用不合理、试块选择和仪器校准不良等原因，对探伤的灵敏度、准确性和稳定性等都会造成一定的影响。这就需要合理选择探头和试块，确保检测仪检测的准确性。

一、探伤原理与探伤方法

1、探伤原理。探伤是一种非破坏性检测方法，能够在不损伤被测件的前提下掌握其内部质量情况。在探伤技术体系中，超声波检测技术已取得广泛应用，其依托于超声波的传播原理，在传播途径中遇界面时将发生反射，并由指定装置接收反射波，从而以此来揭露被测件的内部缺陷。当前，超声波探伤原理包含如下：（1）脉冲反射检测原理。超声波向被测件发射超声波，在传播途中若遇两种介质不同的交界面，则会出现反射现象；由于其仅需配置一个探头即可，因此可实现同步接收。（2）脉冲投射检测原理。在被测件的两侧分别设置发射探头和接收探头，通过脉冲波穿透被测件而实现检测。（3）共振法检测原理。被测件的厚度为关键参数，在该值达到超声波半波长的整数倍时，便会发生共振；在此基础上，可通过确定相邻共振差而得到工件厚度；同时能根据厚度来判断工件内部质量是否存在缺陷。

2、探伤方法。在铁路钢轨闪光对接焊缝和铝热焊缝探伤工作中，探伤仪是应用较广泛的方法。其具有便携化的特点，为掌上全数字化仪器，功能丰富，是焊缝年检和复查工作中的重要仪器。对于存在损伤的铁路钢轨焊缝来说，应用数字焊缝通用探伤仪，可以实现精细定位、定量地探伤目标。一般来说，体积状缺陷的探测以单探头法较为合适；而遇平面状缺陷时，则可以采用阵列探头法等相关方法。在使用K形与串列式扫查时，并配套专用的扫查装置，以满足探测需求。但是，此方法难以实现连续扫查，且在热影响区的扫查中缺乏可行性。针对此，采用连续探伤法可以对焊缝展开连续的扫查：当探头处于静止状态时，扫查到20个分立点；当探头处于移动状态时，则可以全面扫查焊缝。对于新线开通前的质量检查工作来说，钢轨焊缝探伤扫查架探伤方法较合适。

二、钢轨探伤工作原理

超声波探伤技术自出现以来人们就对这一技术的应用方法进行不断创新和挖掘，目前已经将更多的探伤方法应用到钢轨探伤工作中。脉冲反射式超声波探伤仪应用最广泛，一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面是将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两波介质声阻抗的差异和交界面的取向大小有关，超声波探伤仪器就是根据这个原理设计的。而钢轨探伤的工作模式是由探伤人员操作探伤仪发射超声波，如果钢轨中存在伤损，那么超声波在伤损边缘部分会发生反射，探头将机械能向电能转化，并通过计算机技术将所得到的信息绘制成图像，探伤人员需要对屏幕上的波形、图像进行认真观察和分析，秉持着“一看波形显示，二看探头位置，三看接头状态”的工作要领，做到“不漏检、不误判”，找出钢轨设备的异样，对损伤位置进行准确判断。钢轨大部分的损伤部位之间都存在较大的差异，所以不同的位置对于探头的倾斜角有不同的要求，例如，钢轨轨头应用 70°探头进行检测。钢轨轨腰部分、道岔螺栓孔探测需要应用 37°探头。轨头至轨底的投影面可应用 0°探头。

三、超声波探伤技术在钢轨探伤的应用

1、制定检验标准。根据当前超声波探伤技术实际应用情况来看，在实际检测过程中还存在一定的局限因素，这些因素会对超声波探伤工作造成一定的影响，也会降低探伤工作的质量和准确性，想要对这些问题进行有效解决，就需要制定较为完善的检验标准，在实际制定过程中需要提高对钢轨中各种损伤的了解，并且还要根据不同的钢轨伤损情况和伤损问题制定有针对性的策略，并且根据不同的伤损情况应用不同的角度探头。对于探头的使用时间和使用期限也需要有明确规定，以此来有效保障超声波探伤技术的有效性和准确性，保障钢轨的安全性，也能够保障地铁乘客的安全。

2、加强探伤人员培训。与传统的钢轨检测技术相比，超声波探伤技术操作更加简单，而且实施更加方便，也能够对相应设备的应用潜力进行深入挖掘。探伤人员的专业能力和综合素养是钢轨探伤工作中的重要内容和重要因素。所以在对超声波探伤技术进行应用和管理过程中，需要对探伤人员的工作目的、工作要求、工作内容、工作情况都需要具有明确的标准，以此来保障钢轨探伤工作能够顺利完成，保障钢轨的安全和地铁的运行安全。

3、朝着智能化方向发展。与其他两种策略性相比，这种方法具有更大的操作难度。主要由于人受到不同环境和情绪的影响会对工作效果和工作情况造成一定的影响，但是机器不同，机器比人类工作更加稳定，而且储存概率较低，在不发生故障的情况下都能够稳定运行。但是，目前钢轨探伤技术没有实现全面智能化，仍然需要应用人工进行操作。但是，随着我国科技和经济的发展，在不久的将来一定能够实现超声波探伤技术智能化，以此来保障探伤工作的准确性。

四、探伤过程注意事项

1、扫查速度与力度。移动速度以10m/s以内较为合适，若速度超出该值，则易出现漏检的情况；此外，需向探头施加适当的压力，以确保探伤灵敏度可维持在合理的区间内，避免灵敏度失稳。

2、探伤灵敏度的调节。调节工作应在正式探伤前完成，在合理设定灵敏度后，有助于提高损伤检出率。

3、探伤扫查宽度。在钢轨焊缝的探伤工作中，应做到全宽度扫查，从而保证结果的准确性。

4、检查区域的控制。在开展K形和串列式探伤检测工作时，需重点关注轨头上角和规定上部区域，该两处均为探伤中较为隐蔽且是难度较大的部分，因此要根据实际情况合理补充其他方法，以保证探伤结果的准确性。

5、探测面周边的探伤。以单探头的方式为宜，或根据需求采取组合探头的方法。焊缝并非钢轨的主体结构，而是连接钢轨的纽带，该部分更易出现损伤，因此需加大探测的力度。同时，除了焊缝自身外，还需考虑周边结构，以便全面掌握缺陷情况。

综上所述，铁路钢轨焊缝缺陷易威胁到列车运行的稳定性和安全性，因此必须做好检测工作，从而准确判断焊缝质量情况，以针对缺陷采取处理措施。当前，超声波技术作为一种无损检测技术，已取得广泛的应用，其能以较便捷的方式完成检测工作，且取得的结果准确性。

参考文献：

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［2］李锦，刘景利.钢轨铝热焊焊缝边缘伤损的超声波检测技术［J］.铁道建筑，2019（9）：104-106.

［3］ 李东侠，李静中.铁路工务钢轨探伤工作的探讨［J］.大科技，2018（14）：168-169.