鋼軌數字探傷儀器的基本原理及其運用管理的探討

孫 斌 上海鐵路局阜陽工務段

1 探傷儀使用情況

阜陽工務段地處皖西北大地，管轄京九、阜淮、淮南、青阜等線路，正線延長里程約900 km。探傷任務由段檢查監控車間負責實施完成。

1991 年建段以來，阜陽工務段開始采用模擬探傷儀，并根據現場需求及傷損發展特點對模擬探傷儀的外觀、性能、通道設置、探頭配置等進行了改進。

模擬探傷儀使用了脈反射探傷儀工作原理，可多通道同時進行探傷工作，缺點是探傷全過程無法記錄。

隨著科學的發展與路局對先進技術的推廣，阜陽工務段于2010 年開始使用數字探傷儀。

2 數字探傷儀的基本原理

數字探傷儀（數字式超聲波鋼軌探傷儀）是計算機技術和超聲波技術相結合的產物。它是在模擬超聲探傷儀的基礎上，采用計算機技術實現儀器功能的精確和自動控制、信號獲取和處理的數字化和自動化、檢測結果的可記錄性和可再實現性。因此，它具有模擬式超聲探傷儀的基本功能，同時又增加了數字化帶來的數據測量、顯示、存儲與輸出功能。

數字式儀器與模擬式儀器相比的優勢在于接收信號的數字化使超聲波信號的存儲、記錄、再現十分方便，改變了傳統超聲檢測缺乏永久記錄的缺點；同時，也方便了信號的分析和處理，從而可從接收的超聲信號中得到更多的量化信息；顯示器不需要傳統的示波管，使得儀器可小型化；儀器參數的數字式控制使檢測參數可以存儲，檢測過程重現方便；還便于實現遙控等功能，為自動檢測系統提供了更方便的條件。數字化使儀器功能可用軟件不斷擴展，可實現使一臺儀器滿足不同使用者的要求。

3 數字探傷儀的現場管理

3.1 使用設置

與模擬儀器具有顯著不同的是，數字儀器在使用前需要進行設置。設置的內容主要包括：第一，全程記錄，必須設置為“打開”，否則將關閉存儲器的工作，失去記錄功能。第二，報警速度、可調值，根據規定進行設置。第三，編碼輪微調，如果編碼輪記錄有偏差則需要在此進行設置。第四，編碼輪方向，根據情況設置“左”或“右”，設置錯誤則無法正常工作。第五，編碼輪種類，編碼輪共分為光電輪和磁旋輪兩大類，根據實際配置選擇。如果選擇錯誤則會造成儀器非正常工作（設置還包括作業參數：線名、行別、里程、股別、作業人員等）。

3.2 里程標定

在作業過程中需要準確地記錄作業里程，禁止抬機經過道岔現象的發生。否則，極有可能由于過道岔時抬儀器過岔心等情況造成記錄里程與實際里程不匹配的情況。

為了便于在回放中對傷損進行準確定位，要求作業班實行1 km 進行一次里程標定的制度。每到公里牌即停機對里程進行一次校正。在站場內作業時因需要在各個股道之間往返，而目前使用的儀器又無法對股道、道岔號及走行路線做出明確標定，因此在站場內進行探傷時采用的是“時間記錄法”。如果在某個時間點上發現疑似傷損，則在復核過程中即可快速鎖定作業區段，將復核工作效率提高。

3.3 作業中做好標記

作業時按有關規定進行鋼軌探傷。為了便于回放人員區分非缺陷回波，有利于現場復核時查找回波的地點，在探傷時對特殊處所出波應做好明確的標記，如焊縫、道岔等。如遇可疑波形應及時校對復核排查，是缺陷的打上相應的傷損標記，非缺陷回波打上放過標記，并做好情況說明通報回放工區。

3.4 作業完成后的數據下載

儲存區最佳的下載時間是每天探傷后，下載時在儀器上插入U 盤，在管理界面的相應選項中選擇數據下載命令即可。

4 數字探傷儀常見問題處理

（1）探頭設置與B 超畫圖。經過斷面時，有的70°探頭出波明顯異常，不是一條豎線而是劃了一條大斜線，產生原因是儀器上探頭的向前或向后設置與實際相反，調整探頭的發射方向。

（2）編碼輪的正反轉與調校。編碼輪的旋轉方向需要進行設置，進入管理菜單，將正轉變成反轉或將反轉變為正轉。現場還遇到問題，推行1 000 m 后，記錄里程會變為1 050 m 或950 m。遇到這種情況后，則需要校準編碼輪，進入管理菜單系統參數調整，編碼輪微調減少（或增加）5%，則可以解決這種情況。

（3）時鐘芯片和存儲器發生的故障及排除。有時候發生記錄無法下載，或在現場設置了正確的時間和里程，而回放顯示為亂碼，這兩種情況則有可能是時鐘芯片存在的問題，更換時鐘芯片可解決此問題。

（4）回放軟件不完善。由于數字儀器畢竟是新生事物，特別是GT-2 儀器上道時間更晚，所以通過回放感覺到軟件不完善的地方較多，如：儀器導出數據時容易出錯，導致回放數據混亂；回放軟件參數項不能真實反映現場作業狀態；道岔標示不能反應道岔號；回放軟件的查找功能不完善；解決辦法：使用中發現問題及時與廠家聯系，請廠家幫助軟件升級。

5 數字探傷儀的制度管理

5.1 制定疑似傷損的分級制度

對于進入現場復核程序的傷損實行“傷損分級”制度，確認傷損為“A”級（如核傷、位移量大的螺孔裂紋、軌底橫向裂等易引發斷軌的傷損），必須在發現確認后最短時間內進行復核；其他疑似傷損為“B”級（除A 級以外的傷損），要下一周期內復核完畢。傷損等級必須在《疑似傷損通知書》（復核通知書）中明確注明。

5.2 制定各級管理職責

（1）線路科職責如下：通過對各班組重點作業地段的回放，對班組的作業質量進行評價；通過對車間與段的回放質量進行比較，對回放質量做出評價；指導車間進一步做好回放體系的健全和回放質量的提高工作；建立健全《傷損圖片波形數據庫》；通過回放比較同一區段不同執機人的檢查效果；通過回放積累傷損變化規律等資料。回放覆蓋率要求5%左右，薄弱區段不少于20%。線路科回放的要點：一是注意各班組的覆蓋率要均勻；二是全段的防斷重點區段。

（2）檢查監控車間職責如下：要求車間將數據回放納入月度安全分析會中，結合回放發現的問題進行研究，制訂預防措施；車間要有一名干部（技術員）對數據回放工作總負責，對數據回放、信息上報、復核安排等工作進行協調安排；負責為數據庫的建立健全提供各種必要的信息和資料；車間每月末將回放情況進行匯總（具體內容包括：通過回放發現疑似傷損的數量、經過現場復核的數量、現場未及時復核的疑似傷損數量、通過對回放的觀察發現的作業中存在的問題、解決的措施等），并報線路科；車間要對現場判重傷的質量進行監督。回放覆蓋率必須達到100%（均勻的原則上有重點地回放）。車間回放重點是：重點地段、技術力量較弱的班組、道岔區段、注意對發現問題整改情況的跟蹤。

（3）回放工區職責如下：通過回放發現現場遺漏的傷損；通過回放對執機人的技術水平作客觀評價。回放覆蓋率必須達到100%，并在當日工作結束后最短時間內進行回放（24 h 之內）。工區回放重點是重點地段、現場有疑問的處所和技術力量較弱的人員。

（4）各級回放員的職責如下：發現現場遺漏的傷損；客觀評價各作業班的作業質量；對作業班的作業時間、作業速度、現場靈敏度修正、判定傷損進行監督，發現不符合規定的要及時上報車間主任。

5.3 制定考核制度

（1）回放必須認真細致，本著“誰回放、誰負責”的原則，對疑似傷損和作業中存在的問題詳細記錄，并通知相關班組、督促作業班組進行反饋。

（2）工區自行回放并在回放中確認的傷損，按照段有關獎勵規定執行，漏檢人的處理由工區決定，并報車間。

（3）車間回放工區發現并確認的傷損，按照段有關規定獎勵車間回放工區回放員，并根據車間自定的考核意見對責任班組進行考核。

（4）段回放發現并確認的傷損，傷損獎發給段回放員，并比照漏檢標準，對下兩級回放員和現場執機人員進行處理。

（5）現場發現較大的傷損（核傷直徑大于12 mm，孔裂長度大于16 mm），應對上一周期數據進行回放，有顯示但回放人員未發現的，對回放人員進行追責。考核金額根據現場具體情況及車間制定的考核意見確定。

（6）發生責任漏檢或加固處所拉開情況，屬探傷責任的，各級回放員與檢查人責任共擔。

（7）各級回放員通知的傷損，發現工區謊報、瞞報、漏報信息的，按照有關規定進行考核。

6 回放經驗的體會

在全程回放過程中摸索總結出的幾種常用方法如下：

（1）圖形判定法。通過對《重傷圖形數據庫》的積累，找出核傷（或孔裂）的某些必備要素，只要具備了這些要素就可認定為重傷。這是使用了數字探傷儀的一大發展，標志著探傷技術向著通俗易懂的“圖像學”進步。這樣的資料積累多了，可以做一本便于攜帶的小冊子，上面記錄經典傷損的圖形，現場發現異常后只要拿出小冊子的有關內容和現場進行比較，如果確實符合傷損要素即可判傷（或通知復核確認）。

（2）長度測量法。主要用于判定無縫線路上的傷損，某處圖形若無法判定是焊筋波還是傷損，則可用此法。測量一下該點前后的焊縫，如果長度在25 m 左右，則可判為焊筋；如果小于此數，則必須要認真校對，考慮可能是重傷。

（3）臺賬比對法。如某地點出波比較明顯，則可結合《擦傷等輕傷鋼軌臺賬》等進行一下分析排除，如果地點能與臺賬地點吻合，則說明擦傷引起傷損的可能性比較大，提醒現場注意即可。又比如某處出波超乎尋常的大而現場未判重傷，這種情況首先應該考慮在《焊接接頭臺賬》中找到。因為作業班漏的一般是小傷，太大的傷損漏檢的可能性極低。此方法的要義是不能將回放孤立，在回放中要結合各種臺賬進行。

（4）前后比較法。“前”是指前一個或者幾個周期；“后”是指本周期。前后比較法主要是指本次發現疑問處所但無法判定的，可找出前一個或幾個周期的數據來進行比較（由于偏角70°探頭是隔月調向檢查，所以偏角70°應比較前2 個周期），如果有發展，就可判定為傷損。

7 實際工作中的效果檢驗

阜陽工務段在2011～2012 年的探傷工作中，由于正確合理使用了數字探傷儀，共發現疑似傷損232 處，其中段一級回放發現了23 處，車間回放發現209處，共通過回放發現重傷鋼軌5 根，有效地避免了斷軌事故的發生。此外還利用數字儀器回放發現了現場違反探傷一日作業標準化的諸多問題。由于我們在數字探傷儀的管理、使用、分析等環節采取了積極的措施，有效地控制了斷軌事件的發生，確保了我段防斷爭零控零目標的實現。