大型鋼軌探傷車X-FIRE70°探輪晶片的應用

■ 李均

采用小型探傷儀器（探傷小車）人工檢測鋼軌傷損漏檢率高，工作效率低，勞動強度大，探傷人員工作環(huán)境惡劣，安全性差，不能滿足鐵路提速要求。采用大型鋼軌探傷車可提高探傷檢測速度及鋼軌傷損檢出率，降低錯、漏檢率，改善探傷人員工作條件，降低勞動強度，提高工作效率，滿足鐵路發(fā)展需求。根據(jù)我國鐵路養(yǎng)路機械化的發(fā)展方針， 武漢鐵路局主要干線鋼軌探傷采用以大型鋼軌探傷車為主、人工檢測為輔的模式，特別是武廣、合武、宜萬、石武等高速線路開通后，人工檢測難度增大，主要依靠鋼軌探傷車定期進行檢測，確保線路運營安全。

1 GTC-6型鋼軌探傷車X-FIRE探輪晶片原理

偏斜70°探頭換能器的聲束與鋼軌縱向形成了一個經(jīng)過優(yōu)化的夾角，用以發(fā)現(xiàn)軌頭內(nèi)核傷和鋼軌焊接接頭頭部的夾渣、氣孔和裂紋等。為擴大對軌頭的掃查范圍，探頭在軌面的位置應與縱軸呈20°（或14°）偏角，使入射鋼軌中的橫波經(jīng)軌頭下顎作二次反射，利用一次波和二次波同時進行探測，主要檢查軌頭內(nèi)側的小核傷（補充直打70°探輪不能檢測到的區(qū)域），尤其是軌面龜裂等傷損，其探傷靈敏度較高，便于發(fā)現(xiàn)較小的缺陷。

（1）一次波。指從探頭直接發(fā)射的超聲波在鋼軌中尚未被軌顎反射之前，由缺陷或端面反射回來的回波。一次波可探測的范圍不到軌頭總面積的30％。

（2）二次波。指超聲波經(jīng)軌顎反射后繼續(xù)前進，在尚未被軌頂反射之前，由傷損或斷面反射回來的波。二次波探測的范圍約占軌頭總面積的60％。

二次波在軌頭掃查的范圍包括一次波的掃查范圍。圖1為波束覆蓋軌頭截面及盲區(qū)示意圖。

2 GTC-6型鋼軌探傷車X-FIRE探輪晶片探傷難度

（1）客觀局限性。分析道岔區(qū)、曲線、焊縫等地段的傷損困難，因為道岔區(qū)、曲線地段的探傷小車對中不是很好，探輪可能不在鋼軌的中心位置，探輪打偏致使信息量過大，造成誤判或漏判。焊縫傷損由于焊接工藝不同，超聲波反射回來的信息也不同，鋁熱焊晶粒較為粗大，反射信息過多，且焊筋較寬大，超聲波反射回來的信息多而強烈，容易造成誤判。鋼軌探傷車為了高速檢測，在傷損間隔采集信息和識別時，檢測靈敏度降低，對帶有斜角較小的軌頭核傷，探傷車不能有效發(fā)現(xiàn)，只會出現(xiàn)零星信息，不能為傷損分析提供參考。

（2）設備狀態(tài)。探傷小車靜態(tài)調(diào)整精度影響大型鋼軌探傷車的檢測，影響探傷設備不穩(wěn)定的主要因素見圖2。

（3）探傷人員素質(zhì)。武漢鐵路局探傷人員整體素質(zhì)良好，但傷損分析及判定能力還需進一步提高。通過現(xiàn)場傷損復探，了解實際情況，記住傷損發(fā)生位置，每個周期進行圖形對照和分析，適當調(diào)整參數(shù)，分析影響檢測的其他原因。

3 偏斜70°探輪探傷難點及解決措施

3.1 做好機械調(diào)整

（1）探輪對中調(diào)整。探輪在鋼軌軌頭中心線上，可使探輪探頭換能器的聲能從鋼軌表面進入鋼軌，并在軌頭內(nèi)側傳播。良好的對中可使探輪的一次聲束打到軌額部，不會被鋼軌頭腰結合部反射，偏離聲束覆蓋范圍。通過降低噪聲干擾，探測系統(tǒng)以高靈敏度檢測傷損，去掉來自軌面的雜波信號，盡可能使聲能入射到傷損處，并返回到換能器上，同時也可減少軌距角微裂紋產(chǎn)生的干擾。

（2）探輪調(diào)零。通過9英寸探輪專用調(diào)零架進行調(diào)整，使0°聲束垂直向下。調(diào)整探輪使0°晶片地波在探傷儀上達到最高，應特別注意最高點后的螺栓緊固，減少人為操作產(chǎn)生的誤差。

（3）探輪下壓量調(diào)整。探輪調(diào)整要求探頭內(nèi)角度的變化在軌面處于規(guī)定的范圍，需要調(diào)整下壓力使其與鋼軌接觸面為50 mm左右。通過示波器觀察0°界面波，使界面波在20μs/格處。同時校準，使其觸發(fā)脈沖至界面波前沿為92μ s。

（4）探輪傾角調(diào)整。為使同側3個探輪在一個水平值≤0.2°，使用電子水平儀器測量探輪架水平。調(diào)節(jié)探輪架上的螺桿，使同側3個探輪靜態(tài)水平值達到一致；每使用300 km左右進行一次水平值調(diào)整檢查。

3.2 探輪參數(shù)調(diào)整

分析出大型鋼軌探傷車探測核傷靈敏度的理論值，以φ=3 mm的橫通孔計算大型鋼軌探傷車的靈敏度，可得到反射聲壓 P a= P o A d ，取鋼軌超聲聲程λa 8 a 100μs，根據(jù)探傷車頻率2.25 M Hz，統(tǒng)一到超聲探測靈敏度φ=4 mm的平地孔，探傷車探測靈敏度的補償值為：20lg P a ≈10 db。根據(jù)探P b傷檢測經(jīng)驗推斷出，檢測小核傷需要提高3～6 db增益。

根據(jù)以上理論值，采用人工傷損在試驗線上進行不同速度的參數(shù)調(diào)整標定，通過對人工傷損尺寸的大小和B顯上顯示柵格大小進行當量對比，觀察A顯在閘門內(nèi)的出波情況，閘門內(nèi)盡量不要有雜波，適當增加或減少增益。直到B顯上顯示柵格大小與人工傷損尺寸大小相近（反復進行試驗，找到最接近、最理想的參數(shù)）。在實際檢測線路時，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整參數(shù)，因試驗線上的軌面狀態(tài)與實際檢測線路不同，根據(jù)A顯在閘門內(nèi)的出波情況進行調(diào)整，閘門內(nèi)盡量不要有雜波。通過檢測一段距離后，結合A顯閘門內(nèi)出波與B型顯示圖形，如果通過道岔時的B型圖與試驗線相似，即為晶片參數(shù)。

4 結束語

大型鋼軌探傷車運用水平的不斷提高，可有效預防主要干線斷軌發(fā)生。因此，要做好探傷設備在試驗線的靜態(tài)調(diào)試標定工作，結合工務段的復核工作，采用小型探傷儀器進行傷損判斷、分析和對比，不斷提高偏斜70°探輪的現(xiàn)場使用、分析對比傷損能力，以提高鋼軌探傷水平。

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