超声波钢轨探伤的工作原理及应用.docx

超声波钢轨探伤的工作原理及应用摘要：广州地铁目前对在役钢轨无损检测的方法主要是超声波脉冲反射探法伤具体工作内容包括正线线路钢轨探伤月检、车辆段线路探伤季检、焊接接头探伤年检还有铝热焊接头探伤半年检。关键词：无损检测超声波钢轨探伤一引言我们在选购西瓜的时候会用手拍打西瓜外皮听其发出的声响以及凭拍打的手感大致判断西瓜的生熟这可谓最早的“无损检测”的手段了。现如今超声波探伤作为无损检测中的明星是钢轨上线运营后内部质量监测的唯一手段。随着广州地铁开通里程的不断增长运输密度不断的提高对钢轨使用状态的要求也是极端的严格。要监控这不断发展的轨道交通线路钢轨内部质量就得不断提高改进钢轨探伤技术开发应用先进探伤设备。介于超声波探伤的优越性我们有必要对其原理及具体工作内容进行了解。二超声波探伤的基本原理及探伤仪器的构造2.1超声波探伤的基本原理能引起人听觉反应的声波频率范围是20Hz到20kHz频率低于20Hz的称为次声波高于20kHz的称为超声波。声波是机械波波的频率越高传播的直线性越好。超声波易于在固体中传播遇到两种不同介质形成的界面时遵循反射原理直线反射回来。探伤仪用配备的探头与工件良好的接触向工件内部发射超声波并接收声波遇到工件界面或缺陷反射回来的回波回波被转换成电信号在仪器显示屏上以图像显示出来根据超声波在介质中的传播速度和探头发射到接收这一段时间可以定位出缺陷的位置。工件的缺陷越大其反射回来的声波能量也越大通过图像的回波情况可以知道缺陷的大小。探头表面使用了一类特殊的晶体该晶体在交变拉压应力作用下其表面会产生交变电压。这种效应被称为压电效应。能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。反过来压电晶体材料受到交变电压的作用时产生交变应变的现象则称为逆压电效应。2.2探伤仪探头结构探头与工件接触的一面装有压电晶片探伤仪内的高频电脉冲发射电路通过探头向晶片发出高频脉冲电压与工件接触的晶片向工件发射相同频率的超声波；探头接收到超声波时压电晶片发生正压电效应探头产生相同频率的脉冲电压电压经过放大等处理即可在显示屏显示出反射波形图。常用的探头有直探头和斜探头。直探头也称为0°探头即其发射的声波与工件接触面的垂线成0°角发射与接收均由同一探头完成主要用于检测与探测面平行的缺陷如钢轨水平、纵向和斜裂纹等。斜探头有纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头等最常用的是横波斜探头。斜探头发射的声波与工件接触面垂线成一定角度（45°、68.2°、37°和70°等）主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷如各表面裂纹、核伤、焊接缺陷等。三探伤仪的显示说明及校准3.1探伤仪的显示说明超声波探测显示的方式有多种常用的有A型显示和B型显示。A型显示用一根时基线表示某处的回波对应的声波深度（即工件深度）波形的高度表示了回波的强度。B型显示可以同时观测多个通道的回波并在纵向上直观显示了回波的位置。缺陷处在同一深度（一般指声波传播的声程）情况下面积越大反射的回波强度越高。缺陷大小相同但处在不同的深度此时在显示屏上该缺陷的回波高度也有可能是一样的只是显示的时基线位置不同。在检测的时候探测到了缺陷回波结果要以量计的情况下必须使用已经精确校准过的仪器进行探伤比如使用CTS-9008HT数字探伤仪对无缝线路焊接接头进行年检探伤。3.3探头的校准及DAC曲线含义校准探伤仪需要用到标准试块试块上有若干个大小一致的人工制造的孔洞作为已知缺陷。用已校准前沿、零点并已知K值（即探头的发射角度）的探头从试块表面到底面依次探测所有孔洞并记录下每个孔洞回波的峰值然后用一条平滑曲线把各峰值点连起来就形成了DAC曲线。波形中最高的三个峰值点对应了试块中三个不同深度的人工缺陷缺陷所处深度越深其反射波的强度也越弱。假定标准试块的人工缺陷为轻伤标准则实践中如果探测到工件有缺陷回波其波峰低于标定好的虚线则缺陷未达到轻伤标准反之则达到或超过轻伤标准。具体程度可根本回波的高度判定其位置也可以在时基线上确定。焊接接头是无缝线路钢轨薄弱之处需特别对其进行精确定量的探伤检测。接头检查周期为一年具体工作内容为CTS-9008HT数字探伤仪依次对每个焊接接头处钢轨轨头、轨腰及轨底进行全面的探测排除焊接接头任何可能存在的缺陷。四超声波探伤的优点和局限超声波探伤的优点是很突出的具体体现在以下几个方面。1穿透能力强。超声波在固体中传播时能量损失小由其是在钢材中传播时探测深度可达数米能轻易胜任钢轨探伤的作业；2灵敏度高。超声波探伤能引起声波反应的缺陷大小一般