浅谈超声波检测在钢轨探伤中的应用

浅谈超声波检测在钢轨探伤中的应用
发布时间：2022-01-20T07:48:47.121Z 来源：《防护工程》2021年30期作者：杨昊楠[导读] 伤损产生后发展速度快,易造成钢轨折断等重大事故，严重影响铁路运输安全。

因此钢轨探伤检测工作,是保证铁路安全运营的基础工作之一。

呼和浩特铁路局集团公司包头工务段探伤车间内蒙古包头 014040摘要：随着我国经济水平腾飞，铁路发展也逐渐进入新篇章，为国民的出行带来便捷。

作者针对小型钢轨探伤仪在铁路线路维修检测中的应用进行了研究，浅谈了对超声波钢轨探伤技术，及其在铁路线路维修检测中的应用和重要性的一些认识。

关键词：钢轨探伤仪；超声波探伤；钢轨伤损
随着我国铁路列车运行不断发展，运营里程不断延伸，运营速度不断提高，线路无缝化技术的大范围应用，钢轨伤损也随之增加。

列车在加速、制动和通过钢轨接头、焊缝、岔区、曲线等地段时,会加重对钢轨的冲击、挤压、摩擦、和弯曲作用；列车不断提速和轴重的增加,特别是在我国北方地区，冬季气温低，昼夜温差大，钢轨内部拉应力大，更是加快了钢轨伤损的发展速度。

在这些应力的作用下,钢轨非常容易产生疲劳性伤损。

伤损产生后发展速度快,易造成钢轨折断等重大事故，严重影响铁路运输安全。

因此钢轨探伤检测工作,是保证铁路安全运营的基础工作之一。

作为一名钢轨探伤工就要熟悉了解钢轨探伤仪器原理结构并熟练使用，全面掌握探伤的基础知识，把所学到的知识与实际情况相结合。

才能做到及时地发现并准确的判断钢轨伤损。

做到在钢轨探伤中不漏检，不误检。

一、钢轨无损检测：超声波探伤
在目前钢轨探伤中普遍使用超声波探伤（UT）、涡流探伤（ET）、射线探伤(RT)、磁粉探伤(MT)、渗透探伤(PT)五种方法。

其中，超声波探伤是一种很重要的方法，有不可取代的优势。

超声波本质是一种机械波，靠振动在弹性介质内传播，振动频率一般高于20k赫兹（Hz）。

被检对象材质的不同，其工作频率也不同。

在进行无损检测时，超声波的工作频率为0.2～25MHz，最常用的频段为0.5～10MHz。

超声波钢轨探伤技术在实际运用中，包含了很多方面的知识，比如光学中的折射、反射原理和物理学中的关于涉及到力的一些理论。

简洁来说，超声波钢轨探伤技术就是利用超声波在钢轨中传播时所受到的影响情况反映出钢轨结构的受损状况。

二、钢轨伤损分类及产生原因
钢轨伤损的分类从超声波钢轨探伤技术方面看，可分为钢轨接头部位伤损、钢轨纵向水平裂纹及垂直裂纹、钢轨轨底裂纹、钢轨核伤（钢轨轨头横向裂纹）五类。

1.钢轨接头是伤损高发部位，在钢轨使用过程中，接头部位与其他部位连接，受到的作用力大于其他部位60%左右，因此容易产生伤损，如螺孔裂纹、颚部裂纹、马鞍磨耗等。

2.钢轨纵向水平和垂直裂纹是钢轨制造时工艺不良，没有切除钢锭中带有杂质、缩孔、严重偏析等缺陷，在轧制成钢轨后，缺陷成片状存留在钢轨中，与钢轨纵向平行，呈水平或垂直状态。

3.钢轨轨底裂纹产生原因有以下四种：（1）在钢轨制造时，轨底有轧制缺陷或因轨底与垫板轨枕间不密贴，使用中轨底局部产生过大的应力，造成轨底横向裂纹或破裂；（2）轨底划痕或锈坑逐渐发展形成了轨底横向裂纹；（3）轨腰垂直纵向裂纹逐渐向下发展，形成了轨底裂纹；（4）钢轨焊接工艺不良，产生过烧、未焊透、气泡、夹杂，以及光斑或灰斑等内部缺陷，造成了轨底横向裂纹(轨底月牙伤)。

4.钢轨核伤形成原因：由于钢轨冶炼和轧制过程中材质不良或使用过程中的缺陷，在列车不断地荷载作用下形成应力集中，疲劳源不断发展，逐步扩展而形成。

图为钢轨中的一些典型伤损
铁路钢轨存在伤损缺陷未及时发现，是出现断轨导致发生铁路行车事故的主要原因。

所以采用超声波对钢轨进行探伤检查，及时检测出钢轨伤损，进行伤损轨件的更换，可以有效的避免钢轨断裂。

三、数字型超声波钢轨探伤仪及日常应用注意事项
1.GST-8C数字型探伤仪
目前钢轨母材探伤的工作主要是使用大型钢轨探伤车和小型钢轨探伤仪。

其中大型钢轨探伤车虽然在作业速度和检测量方面对于小型钢轨探伤仪有很大优势，但是小型钢轨探伤仪的优势在于更适合复杂的线路情况，也可以在作业现场针对显示的可疑波形和伤损进行定量定位分析，综合判伤。

探伤车发现疑似伤损也仍然需要使用探伤仪来进行复核。

现在我局各探伤部门使用的小型超声波钢轨探伤仪基本为数字型探伤仪，不仅保持了模拟型探伤仪原有的功能还增加了探伤工作数据记录、输出、B型显示和打印等功能，满足了钢轨探伤工作者的各种工作需求。

作业完毕后还可以数据回放，进行二次检查，防止漏检。

根据TB/T2340-2012标准，探伤仪应有携带多个（不少于6个）无源探头（不带放大器的探头）同时工作的能力。

GCT-8C型数字探伤仪有9个探测通道:70°通道6个、37°通道2个、0°通道1个，其中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。

37°探头用横波反射式探伤，主要探测轨腰投影范围的螺孔裂纹、斜裂纹和特殊部位水平裂纹，以及轨底横向裂纹(轨底月牙伤)。

0°探头的探测区域为轨腰投影范围，用纵波反射式和穿透式探伤，主要探测水平裂纹、斜裂纹和纵向裂纹。

2.GST-8C仪器使用注意事项
第一，上道作业前，先仔细、认真地检查仪器的各方面的性能，比如电池电量情况、探头连接线与探头架的压力、探头与保护膜间是否有气泡杂质、是否缺耦合油、水箱水路是否畅通、保险管是否完好等，确保探伤仪不会带故障上道。

第二，上道作业前还应进行灵敏度标定：按探伤工艺要求调节各通道衰减器，达到基准灵敏度的要求。

70°探头以钢轨断面进行探伤灵敏度标定，在钢轨断面波前没有杂波的前提下尽量提高探伤灵敏度。

37°探头使用钢轨标准螺孔进行探伤灵敏度标定，在螺孔最高点回波80%时，50kg/m轨增益14dB、60kg/m轨增益16dB。

0°探头以轨底进行探伤灵敏度标定，在钢轨轨底波高80%时，增益8dB。

调整后在实际钢轨探伤状态下，正常的探测速度推行，可以检出GTS-60试块上的各种人工缺陷（除15°下裂），并能正常报警。

图为GCT-8C数字型探伤仪在钢轨截面上的有效探测范围，探头排列及超声波发射方向
第三，上道后，根据钢轨轨型和状态来调整各个通道探测声程、阀门的位置、探头横向位置及探伤灵敏度。

控制好耦合水量，保证探头耦合良好。

推行探伤仪要平稳，并根据线形条件和需要，随时保证探头位置处于良好状态。

严格地控制探伤速度，杜绝超速。

做到“接头站、小腰慢、大腰匀速探”的作业要求。

第四，作业中，注意各个通道波形显示报警。

出现了异常的波形，执机人必须坚持“站停看波”，及时进行复探校对。

采取多种探头和手段、多层次地开展校对与核实工作，查明原因。

不可放过任何一个可疑的波形，避免漏检或是错判的发生。

第五，进入曲线、道岔区或轨面状态不良地段时，应适当提高探伤灵敏度，加大耦合水量，及时地调整探头位置，需要时执行正反方向探测。

线路状态严重不良的地段，探伤仪的检测会失效，因此需要严格做好手工检查，避免漏检现象的出现。

第六，作业完毕后，仪器应进行放净余水、擦拭、充电和对有关部件进行调整、紧固，将已经失效的螺丝、弹簧进行及时的更换与补充。

为下次作业打好基础。

第七，综合保养仪器，合理调节测试。

除日常保养外，每个月、季、年，还需定期地对钢轨探伤仪器进行综合保养、调节测试，从而确保仪器能够正常使用。

要及时地检查和排除仪器的故障。

对车架、探头架、探头等进行修整，使得探头没有松动，保证压力适当，偏角正确，及时地更换已经失效的保护膜，使其作用良好。

其次，定期地对仪器、探头综合性能进行测试，并且做好各种记录。

最后，在钢轨伤损的试块上进行调试，充分掌握仪器的动态状况，确保探伤作业质量。

做到以上几点，我认为就基本可以避免现场漏探误判。

四、结语
加强钢轨探伤工作，提高伤轨检出率，将安全隐患消灭在萌芽状态，直接关系着列车能否按规定的速度安全、平稳、不间断的运行，钢轨探伤工作已成为工务部门确保安全生产稳定的重要环节。

通过对超声波探伤的学习了解，钢轨伤损的分析、总结，可以进一步提高钢轨伤损的检出效率和判定的准确性，防止和减少断轨事故的发生,对保证行车安全更具有现实意义。

参考文献
[1]彭开宙.《钢轨探伤工》.中国铁道出版社，2014.10
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