钢轨探伤工电子版本4.docx

1、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（

2、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41声束01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41声束12段。图41 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42），有利于发现钢轨轨头中心区域横向裂纹。图42 无偏角放置70探头声波在

3、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43a），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43b），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43c），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43d），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43e）。图43 偏角70探头轨头端面回波A型显示过程已知：60 kg/m轨

4、、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=（39.5cos70）2259.241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

5、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44a），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44b），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44 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

6、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45a），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45b）；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45c）；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45d、e）。图45 70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

7、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46a），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46b）。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46c）。图46 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

8、纵向钻平底孔（图47），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41）。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47（4T4） 平底孔试块孔位示意表41 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16.37.726.08.436.48.640.

9、91.18.59.257.77.865.56.575.86.681.21.57.27.691.11.810114.65.8122.22.75.26.0131.82.57.27.4142.02.315163.44.44.55.1173.03.64.65.7182.43.4192.22.620213.14.4223.44.4（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48），从图中可知对，主要探测轨头中部。图48 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49a），再增加一个无偏角70探头探测，三个70探头

10、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49b）。图49 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410a）；B型显示有轨颚线附近，且伤波图形较长。核伤位于轨头上方 一

11、、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410 b）；B型显示在轨面线附近和离轨颚线较远的下方。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410c）；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410 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

12、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411），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411 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

13、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412a），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412b），A型显示回波在5.0之后，B型显示在轨颚线之下。图412 偏角检测倾斜核伤位置和回波显示核伤位于轨头上方 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413a），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413b），会误以为核伤位于轨头中心处。图413 偏角检测倾斜核伤位置

14、和回波显示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414a），会有回波显示；当核伤与二次波的入射角过大（图414b），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414c），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414 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415a），在仪器显示屏上会出现核伤波（A显示）或图

15、（B显示）；当倾斜核伤与声束不正交时（图415b），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415C）。图415 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416）。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416 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