钢轨探伤波形分析总结.docx

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钢轨探伤波形分析总结

钢轨探伤波形分析总结

　　钢轨探伤

　　一、探伤灵敏度

　　.探伤灵敏度的选择：

　　探伤灵敏度对于钢轨探伤仪的重要性，相当于准星对于枪的重要性。

灵敏度可分为三层：

　　一层是以各种试块上校验的灵敏度，如GTS-60、GTS-60C加长试块，它是全路广泛使用的用于确定探伤灵敏度的一种方法。

我们一般用轨头Φ4平底孔最高波的80%波高+6dB做为70°探头的探伤灵敏度；用轨腰螺孔和3mm向上裂纹等高双波80%波高+3dB做为37°探头的探伤灵敏度；用GTS-60C试块底波80%波高+6dB或5mm水平裂纹和螺孔等高双波的80%波高+3dB做为0°探头的探伤灵敏度

　　第二层是在不熟悉仪器使用性能和无缝线路地段使用的一种灵敏度。

钢轨探伤小车抑制“关”，推行几步，待仪器草状波稳定下来以后进行调节，70°探头草状波最高点达到满幅度的15~20%，37°和0°探头草状波最高点达到满幅度的10~15%，调整完毕后抑制放到“开”上，探伤灵敏度即定好了。

　　第三层是在普轨地段找一状态良好的钢轨接头对设定不合适的探伤灵敏度进行修正，一般要求70°探头接头上一、二次波报全；37°探头孔波的80%提高20~25dB，做为37°探头现场探伤灵敏度；0°探头利用钢轨底面回波调节现场探伤灵敏度，轨底回波高80%，提高8~10dB，做为0°探头现场探伤灵敏度。

　　、影响探伤灵敏度的因素

　　1.调整探伤灵敏度的时机很重要，我们通常调整灵敏度都放在钢轨探伤仪保养之后进行，这样有几点不好：

一是错过了钢轨探伤仪最佳调整状态。

仪器在线路上推行了一个月，各个探头保护膜都已经磨得很薄，有的探头架甚至发生了移位，许多部件都已松动，我们这时候调整仪器状态校验灵敏度并记录，得出仪器的各项数据都比较准确。

相反，如果我们先保养仪器，后调整灵敏度，一方面探头加的油层普遍过厚，增加了耦合差，使探伤灵敏度下降；第二新保护膜未磨开，又增加了保护膜衰减值和表面接触不良补偿值，也会造成探伤灵敏度的下降。

这个时候在试块上调整灵敏度，得出的探伤灵敏度往往偏高，现场无法使用。

　　2.探头架压力不够，造成探伤仪推行时探头接触不良，过接头或线路不平顺时探头反复跳动。

原因①是探头架弹簧扭力不够；

　　②是前37°探头架上安装的新水刷毛太硬太密，向上托顶前翻板头；

　　③是探头架受过撞击，发生变形或翻板螺栓脱落造成探头倾斜移位，翻板上翘压力减小。

　　这些原因都会造成探头耦合不良，进而影响到探伤灵敏度。

　　3.水路阻塞。

　　下水不畅造成探头耦合不良，造成探伤灵敏度偏低。

　　4..探头和保护膜之间耦合层太厚或有气泡，造成探头回波中夹有迟到波，声波中有声影区和大量声能被损耗而未进入工件，使灵敏度偏低。

　　5.人为因素对探伤灵敏度的影响：

　　①探伤中不注意对探伤灵敏度的调整，未根据探伤地段和时间段的不同修正灵敏度；

　　②是仪器带病上道，造成仪器灵敏度偏低；

　　③是小半径曲线地段，探头位置发生变化，造成仪器灵敏度偏低，值机人员未进行及时调整；

　　④是各种轨面状态不良地段，例如轨面鱼鳞伤、波磨、碎裂地段，显示屏出波杂乱，值机者为消除杂波，盲目降低灵敏度；

　　⑤小半径曲线轨面上涂有润滑脂，造成探头耦合不良，灵敏度下降，值机人员未及时调整。

　　6.气温对探伤灵敏度的影响：

　　气温的升降变化，容易造成探伤灵敏度的降低。

轨面高温使保护膜内耦合层融化，在探头架压力作用下被挤出保护膜，探头和保护膜之间形成气泡，造成超声能量的衰减，灵敏度下降；低温也可以引起探伤

　　灵敏度的下降，冬季钢轨轨温低，耦合水遇轨面结冰，使探伤仪推行困难，.探头耦合不良，造成探伤灵敏度的降低。

此外探伤仪电压高低，试件的表面粗糙度等都对探伤灵敏度的定量有影响。

　　解决办法：

“定人、定车、定灵敏度”。

“定人、定车”将探伤小车人员固定，操作者对使用的仪器性能、探头组合方式、探头位置等情况熟练掌握，操纵灵活；“定灵敏度”是将“GTS-60c、ZZTS-1、ZZTS-2”等试块上校验的灵敏度做为基准探伤灵敏度，现场推行不同地段时根据线路状况进行适当调整即可。

　　二、伤损位置的确定

　　要做到钢轨伤损定位准确，首先要在CSK-1A试块上测量出探头的入射点位置，并准确的标示在探头外壳或保护膜上。

如果探伤仪能调整零点和探测范围，将各通道效正准确，43、50轨测距200mm,60、75轨测距250mm；如果探伤仪无法调整，则将各通道探测范围和标准测距误差，作为本通道的修正值。

　　70°探头目前对核伤位置的探测主要采用四点法、基线法、和半波高度法。

将探伤仪置于GTS-60加长试块或ZZTS试块上，运用四点法或基线法反复测试各通道探头探测?

4平底孔时，根据每个通道不同刻度值时单独显示水平数据和实际测试水平数据差值，精确调整探头在仪器上的位置，直到误差最小为止。

　　37°探头探测GTS-60试块轨底裂纹，采用前后探头探测位置对照，调向校对等方法确定试块轨底裂纹位置，根据仪器显示和裂纹实际位置误差适当调整探头位置。

　　调整探头位置可采用前后移动探头架在探伤仪上的位置，调整探头环在探头架左右位置，调整保护膜固定螺丝在探头环前后位置等方法。

如无法调整时，记住该通道实测水平值和仪器B显水平测量误差值，对发现的伤损进行加减修正。

也可在探头环上加装软尺等外挂测量用具或在仪器横梁外部标注误差量。

　　三、几种特殊伤损的判别：

　　1.贴近轨头下颚坡面部位小核伤的判别

　　70°探头扫查分为偏角扫查和无偏角扫查两种，本文只正对偏角扫查的方式做简略分析：

70°探头在各种探伤培训教材、指导性文件中对其偏角都有明文规定，但对其在轨面上的位置却未做详细规定，大家约定俗成一般将其调整到轨头正中位置，有的探伤工出于追求核伤出波高峻挺拔杂波少的目的将其调整比较靠轨边，这种方式一次波出波的优势明显，但扫查范围相对变窄，容易漏掉轨鄂比较靠近中心的小核伤。

　　图1图2

　　为了有效监测这种靠近轨鄂中心部位的小核伤，一般将一只向内70°探头调整至离轨头外侧边1/3处，使超声波的声程增加。

声束半扩散角变大，经轨头下颚反射后，二次波扫查面积增加，发现轨鄂部位核伤的能力增强。

同理，在保证试块上4mm人造核伤不漏检的情况下，将一只向外70°探头调整至离轨头内侧边1/3处。

　　2.轨底中心横向裂纹的判别

　　轨底中心横向裂纹是困扰钢轨探伤的难题之一。

一是难发现，二是难确定。

解决方法一是在ZZTS试块轨底偏心25mm横向裂纹80%波高基础上提高3-6dB作为37°探头探伤灵敏度；二是要确定轨底横向裂纹，先要测准探头入射点位置，在保护膜上或探头架万向环上标志出来，37°探头发现轨底出波，计算探头入射点至缺陷的水平距离，并使用直尺在钢轨上标志出来。

看前后37°探头探测位置是否重合，如出波位置不在轨枕上，可用小镜子观察轨底面，看是否存在划伤、小坑锈蚀、凹槽、凸棱、油脂等非缺陷波源如这些非伤因素都可排除，则基本可认为该轨底存在伤损。

如出波位置在轨枕等处无法观察时，除利用前后37°出波位置重合法鉴定外，还可使用单70°探头从轨底上部进行探测。

探测时必须去掉保护膜，使用方法同通用探伤仪探头，遇轨底中心横向裂纹时在荧光屏有明显位移伤波。

　　波形图⑴图3波形图⑵

　　3.几种典型的接头轨端水平裂纹

　　①轨面水平

　　图5波形图⑶

　　②轨鄂水平

　　图6波形图⑷4图

　　波形图⑸

　　轨鄂部位水平易掩盖在接头70°波形图下，需认真识别。

　　③轨腰水平裂纹

　　图7一二孔纵向贯通波形图⑹

　　一孔向轨端水平裂纹⑺轨端向一孔水平裂纹⑻

　　接头轨端轨腰部位水平裂纹是个监测难点，37°探头和0°探头都不易发现。

0°探头在轨端至第1孔失波，37°探头失波或出波杂乱时，可将0°探头增益调整至GTS-60试块5mm水平裂纹和螺孔等高双波80%波高+6dB探伤灵敏度上，加大水量，将接头再推一遍。

如果0°探头在轨腰出波，看其是轨端腰部水平还是螺孔水平裂纹，是否贯通，必要时通知线路工区拆检。

　　④焊缝轨腰水平裂纹

　　曲线钢轨探伤方法

　　一鱼鳞伤的成因

　　鱼鳞伤主要分布于曲线、坡道地段、直线上也有但是很少。

基本上是由于轮轨的相互作用，轨顶面反复出现接触应力，轮轨接触面表层金属发生塑性变形，当接触应力接近钢轨的剪切屈服极限时，使钢轨的几何形状发生变化，表现为轨头踏面压宽、碾边、垂直磨耗和侧面磨耗。

钢轨塑性变形程度和磨耗速率与轮轨接触应力和摩擦力成正比与钢轨的硬度成反比。

钢轨表面的塑性变形一方面使轨顶表面金属加工硬化，硬度提高在表面出现疲劳裂纹，导致薄片状剥离。

另一方面疲劳裂纹易在表面萌发和沿变形流线方向发展。

当塑性变形达到一定深度时，在表面形成的疲劳裂纹将在接触剪应力作用下沿变形流线方向倾斜向下发展。

当裂纹的扩展速率大于磨耗速率时，在接触应力较大的轨顶内侧小圆弧处出现鱼鳞状剥离裂纹，剥离裂纹深度与塑性变形对应，在小半径曲线外轨处，一般可达2mm以上。

在曲线外轨轮轨的粘着濡滑作用下，促进了裂纹发展，前后鱼鳞裂纹贯通而出现掉块。

　　在长大坡道、信号机前后线路上列车爬坡制动、启动、轮轨剧烈摩擦。

使钢轨表面产生淬火马氏体金相组织，硬度高，韧性低。

在轮轨接触应力作用下易产生龟裂和剥离。

　　目前我们统称为鱼鳞伤或鱼鳞伤引起的剥落掉块。

　　二鱼鳞伤的发展趋势

　　根据我段调查结果，鱼鳞伤的发展趋势有以下三种。

1随列车的运行磨掉，鱼鳞伤不发展。

　　2随着塑性变形的流线方向发展，达到一定深度时在水平方向的对称脉环正交剪应力作用下形成水平帽。

水平帽继续扩展，有的形成掉块，由于轨道的不平顺，增加了轮轨冲击力，加速了裂纹发展，如果遇到钢轨本身存在链状夹杂物，向下形成纵横向型核伤。

　　3鱼鳞裂纹直接向下倾斜形成核伤。

　　三目前我段钢轨鱼鳞伤的形势

　　1内昆线和沪昆线属于单线地段，由于列车的往复运行两个趋向的鱼鳞状裂纹扩展相较，主要形成轨面的剥离。

由于沪昆线曲线半径小，曲线上股的轮轨接触压力很大，所以往往很小的轨面剥离就形成断轨。

这和我们使用弯轨器解剖核伤的原理很相近。

　　2洙六复线在曲线地段大面积存在鱼鳞伤。

成密集状分布。

属典型的鱼鳞伤。

由于洙六复线运量大，速度快使得磨耗速率近似或大于鱼鳞裂纹的扩展速度普遍深度不深一般只有1~2毫米。

　　四鱼鳞伤带来问题

　　1鱼鳞伤有的深度虽然不深，但是由于伤损趋向良好，所以

　　在仪器上的波形也很强与早期小核伤的出波位置，位移量近似，同时由于鱼鳞伤连续分布严重干扰了我们的判伤。

造成早期小核伤的漏检。

　　2由于轴重增加，致使钢轨接触疲劳强度不足，形成轨头表面剥离，在轨面呈黑斑并继续往前延伸，在其延伸方向容易产生核伤。

核伤的上部带有剥离层“帽沿”。

由于“水平帽”的存在阻挡了超声波对于“水平帽”下核伤无法检测。

3车流密度高，行车速度快的重载轨道区段。

由于列车在复线中单向运行，小半径曲线上股轨头内侧表面经常发生鱼鳞状破损。

它不同于一般的金属碎裂和剥离，常以裂纹尖端为疲劳源，逐步形成核伤，造成钢轨折断。

严重影响行车安全。

　　综合以上所述区分鱼鳞伤和核伤仪器检查的波形是一个关键

　　五鱼鳞伤的判定和校对探讨

　　1加强二次波探伤。

由于大运量区段曲线上股的鱼鳞伤，其特征存在纵、横两个倾斜面，在复线区段仪器迎着列车方向推行时，应将后发70°探头偏内，有利于鱼鳞破损引起核伤的探测。

　　2由于钢轨接触疲劳强度不足，曲线上或部分直线地段形成鱼鳞状剥离。

向轨头内侧发射的通道，A型显示的荧光屏刻度

　　~间会出现有规律、连续、循环、出现回波显示。

　　3有些鱼鳞伤由于宽度已接近或超过轨面之半，所以在显示二次波的同时，会有一次伤波显示。

这是轨头近表面纵向倾斜面的作用。

凡检查正向有一次波显示，波形位移长，或反向有二次检查波显示，则表明鱼鳞伤已向轨头内劈裂形成核伤。

4根据线路情况对鱼鳞伤本身制定伤损程度标准，量化到仪器出波上。

当深度超过重伤标准时即判重伤，避免发展成核伤造成断轨影响运输生产。

　　6对波幅强、位移大的回波要进行严格校验确认、去伪存真。

以防鱼鳞伤引起核伤的断轨。

　　5随着轴重增加，速度提高，轨头鱼鳞破损有分布广、形式多、扩展快的特点。

针对以上特点，鱼鳞破损轨检查中应作到检查方式要多样；应慢走细看，重点注意波幅强、位移大的回波。

　　地铁钢轨探伤技术分析

　　【摘要】城市轨道交通中钢轨的质量、工作状态对整个线路的质量以及行车安全有着直接的影响。

钢轨伤损主要以表面掉块等疲劳性损伤为主。

城市轨道交通有针对性地提出了钢轨伤损防治对策,如提高钢轨焊接质量、缩短探伤周期、引进新的探伤方法及先进设备和做好钢轨探伤检查工作。

　　【关键词】钢轨伤损;安全分析;防治

　　一、概述

　　钢轨是线路上部建筑中直接承受机车车辆各种荷载的部分。

铺设在线路上的钢轨，在机车车辆作用下，又由于养护和气候条件等不同，钢轨在使用过程中极易发生各种各样的伤损。

因此，加强探伤检查，及时更更换伤损钢轨，是综合机电工建部门保证行车安全的一项重要措施。

　　地下铁道作为城市轨道交通的一种重要形式，具有行车密度大、载重较小、通过总量大、乘客舒适度要求高、安全系数要求高等特点；地铁线路绝大部分都处于隧道中，埋深较大，情况复杂；正线基本上采用整体道床，变形较小。

作为线路重要组成部分——地铁

里的钢轨，比起普通铁路来，具有许多不同的特点。

钢轨探伤是线路月检的重要内容之一，是保障钢轨情况正常，确保地铁行车安全的重要手段之

　　一。

虽然普通铁路的钢轨探伤工作开展时间长，经验丰富，模式较为成熟，但由于地铁钢轨探伤与普通铁路情况大为不

　　同，单纯地照搬、硬套，不能很好地指导地铁的钢轨探伤工作；因此，结合现有的地铁线路钢轨探伤资料和积累的经验，对其方法、模式进行分析和讨论，就显得十分重要和必要。

　　二、地铁线路钢轨常见伤损

　　核伤、鱼鳞纹、表面掉块、螺孔裂纹、水平裂纹、横向裂纹等是钢轨常见的伤损，作为地下铁道的轨道，自然也不例外。

但由于地铁具有前面所描述的诸多特点，“大同”里也有不少“小异”：

　　1、由于地铁车辆载重较轻，加上整体道床良好的稳定性，钢轨发生核伤、折断的概率非常小；

　　2、由于地铁运营具有行车密度大的特点，往复频繁的轮轨摩擦，导致钢轨表面的疲劳伤损较为严重；

　　3、由于地铁目前正处于快速扩张的阶段，线路建设工期赶，加之成都地区地下水丰富，部分线路区段防水工程质量不过关，导致隧道漏水，一些地方甚至直接滴水到钢轨面，导致钢轨下颌、轨腰部位锈蚀严重；

　　4、地铁站间距离短，列车启动、制动较频繁，车轮对钢轨焊接接头的冲击力大，导致钢轨焊接接头高低超限较多等。

　　三、常用钢轨探伤方法

　　无损检测是一门综合性的应用科学技术,它是在不改变

　　或不影响被检对象使用性能的前提下,检验和分析材料,零件和构件的一种非破坏检测方法。

无损检查是提高产品质量,确保安全的重要手段。

钢轨探伤仪具有特殊的技术条件,环境适应性强工作温度范围在-15°C～45°C。

钢轨探伤是无损检测的一个重要组成部分，而无损检测的种类、方法十分丰富，应用于钢轨探伤的一般有超声波探测、涡流探测、磁粉探测、射线探测等方法。

　　超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法；当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波束，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位臵和大小。

该方法利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播的影响来检验材料内部缺陷的无损检验方法，现在广泛采用的是观测声脉冲在材料中反射情况的超声脉冲反射法，此外还有观测穿过材料后的入射声波振幅变化的穿透法等，常用的超声波频率在～5MHz之间。

该方法具有如下优点:

穿透能力强，探测深度可达数米；灵敏度高，可发现与直径约十分之几毫米的空气隙反射能力相当的反射体；在确定内部反射体的位向、大小、形状及性质等方面较为准确；仅须从一面接近被检验的物体；可立即提供缺陷检验结果；操作安全，设备轻便等。

　　涡流探伤是利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。

其原理是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。

按探测线圈的形状不同，可分为穿过式、探头式和插入式三种。

　　磁粉探伤是将钢铁等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位能吸附磁粉的特征，依磁粉分布显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷的探伤方法。

该方法的特点是简便、显示直观。

其原理是将待测物体臵于强磁场中或通以大电流使之磁化，若物体表面或表面附近有缺陷存在，由于它们是非铁磁性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。

将导磁性良好的磁粉施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来。

磁粉探伤的优点是：

对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效；设备和操作均较简单；检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤；检验费用也较低。

缺点是：

仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定其深度；对剩磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退

　　磁和清洗。

　　射线探伤是利用射线穿透物体来发现物体内部缺陷的探伤方法，其原理是射线能使胶片感光或激发某些材料发出荧光，在穿透物体过程中按一定的规律衰减，利用衰减程度与射线感光或激发荧光的关系可检查物体内部的缺陷。

射线探伤分为X射线探伤、γ射线探伤、高能射线探伤和中子射线探伤。

　　四、现行探伤模式分析

　　1、探伤方法及仪器

　　地铁钢轨探伤主要采用超声波探测法，使用的仪器是汕头超声波探测研究所生产的系列设备和邢台先锋超声电子生产的系列设备，即包括路轨探伤仪JGT-10型手推探伤车、8C型手推探伤车、CTS-9009焊缝探伤仪和升级版数字式通用仪CTS-2020等。

　　JGT-10型手推探伤车用于普通钢轨探伤，该仪器具有5路发射、接收系统，10个报警闸门，功能齐全，可配用多种探头同时进行探伤，目前我们采用的探头组合是：

0°、37°、70°、70°、37°，分别探测轨底、轨腰、轨头位臵的伤损，即使是这样的组合也存在探测盲区—轨鄂下部、轨腰中下部和轨底两侧。

接收通道配有高精度衰减器，方便缺陷定量；仪器水平线性好，各种轨型均可按比例直读缺陷的垂直距离或水平距离；第3、4、5通道均具有螺孔固定回波