鐵路鋼軌焊縫探傷中超聲波技術的應用分析

馬琦

摘要：通過合理運用超聲波檢測技術，工作人員可發現隱藏在鐵路鋼軌焊接構件中的缺陷，強化鐵路交通的安全性。超聲波無損檢測技術具備檢測對象范圍廣、技術器材使用方便、定位速度快、成本低等特殊優勢，能夠評估鐵路鋼軌焊接構建力學性能的變化規律，全面客觀地反映實際情況。本文主要分析了鐵路鋼軌焊縫缺陷的主要類型及其成因，并指出了合理利用超聲波技術檢測焊縫缺陷的現實意義，總結了應用超聲波探傷方法的正確路徑。

關鍵詞：鐵路鋼軌;焊縫探傷;超聲波技術

前言：進入新世紀以來，隨著聲學技術的不斷發展，超聲波探測技術逐步走向成熟，工程檢測人員習慣于使用新型脈沖反射式探傷儀，根據具體檢測目標調整工作頻率范圍，通過操作儀器發出超聲波，使之在作為檢測對象的材料中快速傳播，并使用儀器接收來自界面的反射訊號，通過在計算機設備中將訊號還原為詳細檢測數據并制成波狀圖，評估材料內部的缺陷情況與疲勞程度。

一、鐵路鋼軌焊縫缺陷的基本類型、成因分析

影響焊縫性能、必須及早排查的焊接缺陷主要包含氣孔、夾渣、裂紋等，其中裂紋是指開口位移距離較長、帶有尖銳端頭的鋸齒形缺陷，部分長寬比較高的裂縫可被肉眼識別發現，由于鐵路鋼軌材料在焊接工作中加熱不均勻，不同部位的受熱溫度不一致，導致材料結構在冷卻后發生形變，焊接點承受較大張力，焊縫內或受熱區會因溫差、濕度等原因產生大量裂縫，裂縫又可被分為微觀裂紋、宏觀裂紋兩大類。氣孔是指焊接部位融化金屬析出的氣體停留在焊接金屬中，在材料逐步冷卻后形成大小不一的球狀孔洞，在焊接部位形成氣孔的氣體主要是二氧化碳與氫氣，由于未能嚴格控制鐵路鋼軌焊接環節的施工質量，缺乏電弧保護，金屬融化面積過大，鋼軌焊接部分容易形成大量孔洞，影響鐵路的使用安全。夾渣主要是指在鋼軌焊接過程中殘留于焊縫中的異物，多為固體物質，施工人員可將夾渣按照外形分為塊狀、長條狀等，如果焊接部分夾渣數量較多，則容易導致鋼軌所承受的應力不斷集中，金屬材料疲勞度上升，焊接構件的使用壽命縮減，施工人員未能及時清理焊點以及鋼軌上附著的雜質和鐵銹，不同焊層之間堆積的焊渣在焊接過程中掉入尚未完全凝結成型的焊縫中，焊縫的咬邊較深，焊接速度控制不當，導致部分本應析出的焊渣未能浮起。焊縫缺陷容易導致焊接件出現脫落、斷裂，讓潛在的設計缺陷不斷放大，縮短鋼軌的使用壽命，影響構件的力學性能，部分焊點所承受的應力值遠大于正常的設計值，如果焊縫內部出現夾渣、裂縫、氣孔等缺陷，容易使焊縫截面發生間斷[1]。

二、超聲波探傷方法的核心原理、應用價值研究

探傷可被概括為使用高技術含量設備對材料組建進行系統性的檢測活動，此類檢測活動不會對工件造成破壞與損傷，主要包含超聲波、滲透、磁粉等多種檢測方法，其中超聲波探傷方法的故障檢測效率最高，具備突出的應用價值。工作人員可選用高性能的檢測儀器，如脈沖檢測儀、數字化監測儀等，其中脈沖反射儀器主要利用超聲波入射到有著不同物理性質的介質材料中，產生水平界面的反射，并使用檢測探頭接收被材料反射回的超聲波，將其實時轉化為電信號。工作人員可在利用超聲波技術設備進行探測后分析電信號的頻譜，提升超聲波檢測活動中定位缺陷的效率，突出定位的可靠性。工作人員必須根據檢測對象的性質選擇高性能檢測儀器，通過調整檢測方式，控制水平線性誤差，在檢測厚度較大、容易隔絕超聲波信號的材料時，工作人員應當選用發射功率較大、增益范圍廣的儀器，全面強化超聲波的穿透能力，并根據電噪聲大小調整信號頻率，避免受到外部自然條件的干擾[2]。

三、超聲波技術在焊縫探傷領域的正確應用路徑研究

（一）軌頭探傷

為處理好針對焊縫軌頭的探傷工作，工作人員必須選擇使用縱波探頭或表面波探頭在鋼軌的頂部進行縱向移動檢測，讓焊接接口朝上的焊點獲得全面清查，由于超聲波探頭與鋼軌的橫向接觸面較為狹窄，為了保證檢測效果，工作人員可在鋼軌兩側進行縱向移動，讓探頭與鋼軌上焊縫的距離保持在70到90mm左右，超聲束的寬度必須大于焊縫直徑，讓超聲束同時在焊縫、焊筋上反射，在儀器的熒光屏上顯示能夠展現焊縫缺陷的回波，展現焊接點的內部輪廓，找出軌腰和軌頭下方連接處可能存在的缺陷，為強化檢測效果，必須提高提將超聲波檢測儀器的斜探頭安放在鋼軌兩側，并由工作人員操縱進行同步的縱向移動，選擇正確的入射點，適當地增加掃查頻次，檢測目標為垂直片狀缺陷，如未熔合、收縮溝等，使用以機油、甘油為主的耦合劑清洗探測面，清除鋼軌表面附著的焊接飛濺物、銹蝕、污垢等物質，在檢測過程中，一側所發射出的聲波在傳入鋼軌后發生散射，在另一側檢測儀器的熒光屏中無回波顯示，則可證明鋼軌焊接點內部存在缺陷，如果另一側探頭接收到鋼軌反射的超聲波，則可證明焊接點中不存在片狀缺陷。通過采用這一檢測方法，可保證鐵路維護人員在短時間內完成針對整個鋼軌橫截面的探測工作，發現鋼軌軌頭焊縫中的潛在缺陷[3]。

（二）軌腰、軌底探傷

工作人員可使用直探頭探測鋼軌軌腰部分可能存在的焊接缺陷，在檢測過程中縱向移動直探頭，重點檢測焊縫內側與超聲波反射面平行的缺陷，如裂縫、構件斷裂等，完成從軌頭到軌底的探測工作。在檢測過程中，探測儀器熒光屏幕會顯示除了原始超聲波意外的反射回波，如果軌腰部分存在缺陷，則會顯示缺陷波而非完整的反射回波，多數情況下使用鋁熱焊接法焊接的焊縫缺陷點位于軌腰表層，容易產生粗精等缺陷，導致超聲波發生散射，探頭無法接收到軌底波，因此必須合理運用超聲波探測儀器的回聲定位功能，分析反射信號的視域與頻域，依托小波分析技術重新還原檢測信號，描繪出故障特征信號的基本特征，如波長、散射頻率等，提升故障檢測效率，準確判斷故障的具體位置。

結論：為保證我國鐵路交通安全，必須合理運用超聲波檢測技術，控制檢測范圍，深入分析探傷儀所顯示的回波，準確辨識缺陷波與焊筋波，防止出現錯漏與誤判現象。

參考文獻：

[1]陳亮，李保，張洪鵬，陳昌俊.基于DNVGL標準全自動超聲波（AUT）檢測系統認證[J].無損探傷，2021，45（04）：45-48.

[2]王偉，李銀甲，王忠旭，孔祥團.基于AWS D1.6標準碳鋼與雙相不銹鋼焊縫超聲波檢測研究[J].山東電力高等專科學校學報，2021，24（03）：40-43.

[3]李金川.超聲波技術在高鐵鋼軌焊縫探傷中的應用[J].設備管理與維修，2019（01）：149-151.