钢轨探伤工电子版本4.docx

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钢轨探伤工电子版本4

第四章钢轨超声波探伤

掌握钢轨探伤，必须了解各种探头的探测范围和超声波传播方向，熟悉正常和异常情况下的回波规律，以及钢轨内缺陷的类型，在打好理论基础的前提下，不断总结经验，提高判定钢轨伤损的能力。

本章以探测60kg/m钢轨为例进行论述，涉及回波显示部分会说明仪器标定比例，但由于目前钢轨探伤仪种类多，探测范围标定方式不同，以及各探头厂生产的探头折射角误差，因此，论述中的出波和探头位置与实际工作中遇到的会有差别，这一点在学习与实践中予以注意。

第一节70°探头的探伤

70°探头采用横波在钢轨轨头内进行反射式探伤，主要探测轨头核伤和钢轨焊缝轨头的夹碴、气孔和裂纹等。

一、声波的传播途径

（一）偏角扫查

为了一次性检查较大范围轨头内、外侧伤损，采用70°探头置轨面与钢轨纵向呈一定的偏角扫查，使入射钢轨中的横波经轨颚反射来扩大扫查范围。

1．一次波探头发射的超声波在未被轨头下颚反射之前，由伤损或轨端断面反射的回波，图4－1声束0~1段。

2．二次波超声波经轨头下颚反射后，尚未被轨顶面反射之前，由伤损或轨端断面反射的回波，图4－1声束1~2段。

图4－1偏斜放置70°探头声波在轨头内的走向

（二）无偏角扫查

为了有效检测轨头中心区域的横向裂纹，采用70°探头置轨面中心，声束方向与钢轨纵向平行，入射钢轨中的声波由轨面向轨头三角区传播（图4－2），有利于发现钢轨轨头中心区域横向裂纹。

图4－2无偏角放置70°探头声波在轨头内的走向

二、轨端回波显示

（一）A型显示的偏角扫查

当70°探头入射点距轨端（60kg/m轨）216mm左右（图4－3a），荧光屏刻度9.2左右（仪器标定为横波声程1：

2.5），将显示轨端顶角反射波；随着探头向轨端移动，由位置0移至位置1，回波由刻度9.2向5.0移动（图4－3b），这时二次波由轨端顶角向轨颚方向移动，同时，在荧光屏刻度4.8处显示轨颚底角波（图4－3c），探头位置距端轨108mm左右，继续前移，二次回波波幅下降，一次回波波幅上升（图4－3d），并随着探头从位置1移向位置2，一次回波由刻度4.6向1.0处移动（图4－3e）。

图4－3偏角70º探头轨头端面回波A型显示过程

已知：

60kg/m轨、轨颚面中心距轨顶面约为39.5mm、折射角70°、标定比例1:

2.5，二次波：

F=（39.5÷cos70°）×2÷25＝9.24

1．上述是70°探头发射方向和探头移动方向相同的显示过程，由于钢轨探伤仪上还装有向后发射的70°探头，即探头移动方向与发射方向相反，因此，该探头轨端断面回波显示正好与上述过程相反，回波从刻度值小向刻度值大的方向移动，先显示一次回波，再显示二次回波。

2．钢轨探伤仪为提高二次波探伤灵敏度，接70°探头的通道，接收放大电路中采取远距离补偿方式，加上二次波是经轨颚反射，受声束扩散、轨头侧面和顶面的影响，二次波在轨头内的反射较复杂，呈多支波交替显示现象；另外，为防止近区杂波而产生频繁报警，在接收电路中又采取近区抑制方式，使一次回波移不到0刻度。

这些均属于正常现象，切勿为追求一次回波位移到0刻度或二次回波单支波显示，而采取提高或降低探伤灵敏度，这样不利于钢轨探伤。

（二）A型显示的无偏角扫查

当无偏角70°探头入射点距轨端（60kg/m轨）140mm左右（图4－4a），荧光屏刻度10.0（仪器标定为横波声程1：

1.5），显示轨端反射波；随着探头向轨端移动，探头距轨端距离越来越小，回波由刻度大向刻度小移动（图4－4b），它的显示特点与偏角70°探头端面回波显示不同，只有一次波，无二次波。

图4－4直70°探头轨头端面回波A型显示过程

（三）B型显示

B型显示与A型显示不同，某处反射回波，在屏幕上只以一个点表示回波的空间位置。

当70°探头入射点距轨端（60kg/m轨）216mm左右，荧光屏轨颚线下开始出现回波反射点（图4－5a），由于二次回波反射，声程大于一次波，折算出的深度大于轨颚厚度，因此显示回波的“点”出现在轨颚线下部；随着探头向轨端移动，探头由位置0接近位置1，回波声程越来越小，B型显示回波点向上延伸接近轨颚线（图4－5b）；探头移过位置1时，回波显示图会出现继续向上延伸和在轨颚线上同时出现回波显示点，这是一、二次波交替中出现的现象（图4－5c）；当探头由位置1移至位置2（轨端），回波显示点由轨颚线向上延伸接近轨面线（图4－5d、e）。

图4－570°探头轨头端面回波B型显示过程

三、声束覆盖范围

了解和掌握声束覆盖范围，对实际探伤中波形分析有很大帮助。

目前，钢轨探伤仪的探伤工艺一般都采用70°探头在轨面偏角和无偏角两种扫查方式，偏角扫查是利用轨颚反射作用，扩展扫查范围；无偏角扫查是为弥补偏角扫查未检测的区域。

（一）偏角扫查声束覆盖范围

1．一次波声束覆盖范围约占轨头总面积约20%（图4－6a），实际扫查面积大小与探头偏角、位置和探伤灵敏度等有关。

2．二次波声束覆盖范围约占轨头总面积约45%（图4－6b）。

3．同时用两个70°探头，一个检查轨头内侧，另一个检查轨头外侧，由于探头偏角的因素，在轨头中下部仍存在一个“盲区”（图4－6c）。

图4－6偏角70°探头声束覆盖范围示意图

声束覆盖范围的检验方法是在轨端不同位置上向内纵向钻平底孔（图4－7），模拟不同位置的核伤，按正常探伤方法对每一个平底孔进行探测，并记录回波位移情况（表4－1）。

从表中可以看出，轨头中部检测灵敏度比较低，正常探伤灵敏度下，10、15、20号孔无回波，如伤损处于该区域是无法检测出；9、14、18、19、21、22号孔只有一次回波，说明70°探头偏角扫查，对轨头侧面灵敏度较高，对轨头中部检测困难，因此，采用70°探头偏角扫查，轨头中部存在一定的“盲区”，必须使用无偏角70°探头来弥补。

图4－7（4T4）平底孔试块孔位示意

表4－1平底孔回波显示记录

孔号

回波位移

孔号

回波位移

孔号

回波位移

孔号

回波位移

孔号

回波位移

1

6.3~7.7

2

6.0~8.4

3

6.4~8.6

4

0.9~1.1

8.5~9.2

5

7.7~7.8

6

5.5~6.5

7

5.8~6.6

8

1.2~1.5

7.2~7.6

9

1.1~1.8

10

——————

11

4.6~5.8

12

2.2~2.7

5.2~6.0

13

1.8~2.5

7.2~7.4

14

2.0~2.3

15

——————

16

3.4~4.4

4.5~5.1

17

3.0~3.6

4.6~5.7

18

2.4~3.4

19

2.2~2.6

20

——————

21

3.1~4.4

22

3.4~4.4

——————

（二）无偏角扫查声束覆盖范围

根据晶片宽度和声束扩散特性，无偏角70°探头的声束覆盖范围约为轨头总面积的20%（图4－8），从图中可知对，主要探测轨头中部。

图4－8无偏角70°探头声束覆盖范围示意图

根据两个偏角70°探头声束覆盖范围（图4－9a），再增加一个无偏角70°探头探测，三个70°探头同时使用，声束可覆盖整个轨头范围，满足轨头全面扫查的目的（图4－9b）。

图4－9两个偏角加一个无偏角70°探头声束覆盖范围示意图

四、核伤回波显示

70°探头属反射式探伤法，探伤中无伤损存在时，一般不会有回波显示，当遇有伤损，且反射回波能被探头接收时，荧光屏显示伤波并报警，探伤人员可根据回波显示特点，大约确认伤损存在的位置和大小。

（一）规则核伤的显示

规则核伤是指核伤反射面与钢轨纵向基本垂直。

1．偏角检测核伤回波显示

⑴核伤位于轨颚附近由于伤损存在于一、二次波扫查区，且接近轨颚，因此，A型显示在荧光屏刻度5.0左右，一、二次回波连续显示（图4－10a）；B型显示有轨颚线附近，且伤波图形较长。

⑵核伤位于轨头上方一、二次波扫查区，A型显示回波在荧光屏扫描线上分两次显示，两次显示越靠近扫描线两端，则核伤距轨面越近（图4－10b）；B型显示在轨面线附近和离轨颚线较远的下方。

⑶核伤位于轨头一侧上角处于二次波扫查区内，A型显示回波显示于荧光屏刻度5.0以后，回波位置刻度越大，核伤距轨面越近（图4－10c）；B型显示伤损图形在轨颚线下方，离轨颚线距离越大，核伤越靠近轨面。

图4－10偏角探测核伤的位置和回波显示

规则核伤回波显示规律一般具有伤损垂直高度越大，A型显示回波位移越大、B型显示伤损图形越长的特点；伤损位于一、二次重叠扫查区时，则A型显示一、二次波都有，B型显示在同一垂线附近出现两个伤损图形；若核伤处于一次波扫查范围之外，则A型显示仅有二次波显示，B型显示在轨颚线下方仅有一个伤损图形；如果核伤直径已经很大，则A型显示伤波近似与轨端回波，B型显示较长的伤损图形从轨颚线下方至轨面线附近。

2．无偏角检测核伤回波显示

核伤的位置与回波显示刻度相对应（图4－11），伤损越浅，A型显示回波位置靠近起点，B型显示靠近轨面线，反之，伤损越深，A型显示回波位置靠近基线后端，B型显示靠近轨颚线。

图4－11无偏角探测核伤位置和回波显示

（二）倾斜核伤的显示

由于疲劳源的倾斜，以及双线地段列车单向运行或单线地段上、下行列车运量悬殊，使核伤早期呈倾斜性发展，给核伤检查带来难度。

由于核伤倾斜后，伤损回波途径发生改变，伤损回波的显示规律与规则性核伤不相同，认识倾斜性核伤回波显示规律，对波形分析、防止核伤漏检有益。

1．偏角检测倾斜核伤回波特点

⑴核伤位于轨颚附近虽然伤损存在于一、二次波扫查区，当探头接收不到二次波时（图4－12a），A型显示回波在5.0之前，B型显示在轨颚线之上；当探头接收不到一次波时（图4－12b），A型显示回波在5.0之后，B型显示在轨颚线之下。

图4－12偏角检测倾斜核伤位置和回波显示

⑵核伤位于轨头上方虽然在一、二次波扫查区内，由于核伤倾斜后，使一次回波探头无法接收到（图4－13a），从波形显示上会误以为核伤位于内侧上角处；当二次波探头无法接收到（图4－13b），会误以为核伤位于轨头中心处。

图4－13偏角检测倾斜核伤位置和回波显示

⑶核伤位于轨头一侧上角虽然核伤在二次波扫查区内，因核伤倾斜后，当核伤反射面正好与二次波正交时（图4－14a），会有回波显示；当核伤与二次波的入射角过大（图4－14b），回波无法被探头接收，会造成漏检，这一漏检往往在不知不觉中发生。

为防止倾斜性核伤漏检，最有效的方法是增加探头（图4－14c），从另一侧检查，或定期调换70°探头的发射方向，即原来一个探头向前向内，另一个探头向后向外，调整为一个探头向前向外，另一个探头向后向内，以便提高核伤检出的可靠性。

图4－14偏角检测倾斜核伤位置和回波显示

2．无偏角检测倾斜核伤回波特点

当倾斜核伤与声束正交时（图4－15a），在仪器显示屏上会出现核伤波（A显示）或图（B显示）；当倾斜核伤与声束不正交时（图4－15b），虽然核伤处于声波扫查范围之内，因核伤回波无法返回到探头中，荧光屏上无伤波显示，为防止倾斜性核伤漏检，应采取增加探头或调向检查的方式弥补（图4－15C）。

图4－15偏角检测倾斜核伤位置和回波显示

五、非核伤回波识别

（一）剥离层多次反射波

钢轨制造和淬火不良，产生轨头表层剥离，形成不规则的薄层（图4－16）。

超声波在薄层中多次反射后被探头接收，A型显示的荧光屏一次波范围会出现单支或多支回波同时显示的现象；B型显示轨面线附近会有不规则的、密集分布的点，同时会在轨底线上显示0°探头的失波。

图4－16剥离层多次反射波

该类伤损可根据回波和探头位置对应关系来进行识别，如果探头入射点在剥离层上