浅谈钢轨超声波探伤检测技术的操作与应用
（河钢集团邯钢大型轧钢厂）
摘 要：超声波探伤检测是利用超声波回波信号对金属表面伤损情况进行检测的技术方法，由于其具有抗电磁干扰能力强、适应温度环境范围广、探伤灵敏度高、穿透能力强、可检测轨型多的优点，因而在金属伤损缺陷检测中得到广泛应用。
关键词：钢轨质量检测；超声波探伤；操作应用超声波探伤检测是利用超声波回波信号对金属表面伤损情况进行检测的技术方法，由于其具有抗电磁干扰能力强、适应温度环境范围广、探伤灵敏度高、穿透能力强、可检测轨型多的优点，因而在金属伤损缺陷检测中得到广泛应用。目前，铁路运输正在向重载、高速的方向发展，对钢轨质量的要求也越来越高，高精度、高灵敏度的超声波探伤检测设备已成为钢轨生产企业保证产品质量的关键。邯钢大型轧钢厂型钢钢轨检测中心采用涡流探伤与超声波探伤联合检测技术，对钢轨进行伤损检测和质量把关。超声波探伤需要严谨正规的操作，但由于仪器性能、检测操作不当等原因，漏检的问题时有发生。本文根据钢轨质量检测实践，对超声波探伤检测中可能存在的漏检原因进行了分析，并对检测操作技术及回波信号分析进行了探讨。
一、钢轨超声波探伤检测的基本原理
超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，通过对不同截面发生反射的回波信号特点的分析，来判断和检测金属有无伤损缺陷。
当探头发出的超声波束由金属表面进入到金属内部时，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，反映金属缺陷的反射波会在荧光屏上形成脉冲波形，检测人员根据这些脉冲波形即可判断金属伤损缺陷的位置和大小。目前，超声波探伤检测已经作为必不可少的技术手段应用于钢轨的质量检测中。经过矫直和冷却后的钢轨会由输出辊道输送至钢轨检测中心，钢轨检测中心会对钢轨进行涡流探伤、超声波探伤、平直度检测等多道质量检测工序。经检测没有质量缺陷的轨件则会由辊道输送至锯钻加工线进行定尺切割和钻孔加工，最后入库。而检测发现有伤损的轨件，则需进行二次检测和伤损标定，限制其加工使用并分析伤损原因。
二、钢轨超声波探伤漏检的原因分析
钢轨探伤检测是一项非常专业而又细致的工作，人员在实施检测的过程中，不仅要注意观察探伤仪荧光屏的回波信号波形，对波形所反映的缺陷问题进行鉴别；还需要及时调节探头位置，修正灵敏度。
通过对钢轨探伤检测实践，漏检原因及防止对策主要有以下：
1、仪器性能
在环境温度变化时，探伤仪内部工作元件和电池有时会出现测点漂移和电量波动的问题，继而对探伤检测的灵敏度和准确性带来影响。
因此而造成的钢轨漏检问题往往难以被操作人员所及时察觉，当发现时可能已有部分轨件因低检测灵敏度较低而漏检。其次，由于钢轨探伤仪动态范围较小，当仪器增益下降一定数值后，有可能存在某个裂纹因未显示回波而漏检。针对以上问题主要还是应从改进检测设备方面入手。要加强对设备的更新，选用热稳定性好的设备控制灵敏度温度漂移；同时为防止电路变化量和元件性能离散积累而带来的数值偏移，可采用微电脑自检和补偿系统，针对自检时发现的温度漂移问题进行相应的补偿。
2、探头位置偏离
探头位置偏离使声波束无法按照检测要求进入钢轨待检部位，检测结果无法准确反映被检区域的损伤缺陷。这主要是探头位置控制不良所致，有的探伤仪由于探头固定不牢固或是人员操作不当而无法紧贴钢轨内侧，严重时偏移量可达 10mm 以上。由于探头偏离待检测区域中心，加之轨面倾斜，致使主声波束因位置偏移而无法扫查钢轨预定部位，该部门可能存在的裂隙也会因此而漏检。过去对于探头位置的调整和校准，都是依靠探伤检测人员通过调节仪器上的横向调整杆来进行修正的，不仅操作不便，工作量大，而且校准精度也不高。新型的探伤检测仪采用微电脑控制，可对探头位置进行独立的机械自动控制，消除因轨件外形不平整和人员操作不当而造成的探头位置偏移和漏检。
3、探头与轨面间耦合不良
由于钢轨轧制缺陷或酸洗清洁不良等原因，轨件表面有时会残存有氧化铁皮、油脂或存在表面擦伤、轧疤等缺陷，导致探头与轨面间耦合不良。超声波声束无法正常射入钢轨内部，使检测精度受到影响，部分裂纹缺陷无法正常检出。解决此类问题，除了要严格控制轨件表面质量和清洁度之外，还可在反射式探伤通道中，设置探头与钢轨耦合情况识别系统。对探头与轨面的耦合情况进行判断，确定耦合接触良好之后再进行探伤检测。例如在斜探头射入点同时输入垂直探测面的超声纵波，通过分析纵向超声波在界面的回波情况，即可由仪器自动对探头与界面耦合情况进行判别。回波发现波峰显著的则说明耦合良好，反之则说明未能良好耦合，仪器便会发出报警信号以提醒探伤操作人员注意，采区清洁表面或是重新耦合的办法，使探头与轨面间良好耦合，确保检测精度。
三、超声波探伤仪的调节与操作
1、超声波探伤仪的灵敏度调节
70°探头探伤灵敏度调节：在轨件上方调节，前方无杂波的情况下尽量开大增益，使接头端面同波位移长，波幅强。37°探头探伤灵敏度调节：在轨腰处调节，最高点同波波幅 80%，释放 50 kg/m 轨 12~14dB、P60 轨 14~16 dB，这是探伤灵敏度较低的标准。0°探头探伤灵敏度调节：在轨底处调节，轨底同波波幅 80%，释放 8~10dB。由于 0°探头在钢轨探伤中担负穿透和反射两种探伤方式，增益释放量过多有利于反射式探伤，不利于穿透式探伤。因此，探伤灵敏度调节应根据现场钢轨状态和伤损情况而定。
2、70°探头探伤操作
70°探伤检测是钢轨质量检测的主要内容，主要是检测轨头核伤，有无气孔、夹喳、裂纹等缺陷。操作时为了一次性检查较大范围的轨头损伤，可使探头在轨面处与轨件纵向呈 20°左右的偏角，使横向超声波入射钢轨时经轨头下颚二次反射来扩大检查范围。70°探头探伤属于反射式探伤法，无回波信号显示的情况下，可基本判断无伤损存在。当显示回波信号时，则意味着伤损的存在。人员可根据回波显示和示波屏所显示的波形深程、水平、垂直刻度等判断伤损的位置和大小。在实际的操作中，由于仪器灵敏度等问题，有时会出现一些假信号影响判断。这就需要人员具备一定的经验，对伤波波形的规律进行总结，正确区分颚部锈蚀波、剥落掉块波、表面擦伤波等波形。
3、37°探头探伤
37°探头同样属于反射式探伤，主要用于探测轨腰投影范围内的斜裂纹、水平裂纹及轨底横向裂纹。37°探头声波覆盖面为轨头至轨底区域，但由于外形缺陷、裂纹倾角等影响，一些缺陷是难以检测发现的。37°探伤灵敏度越高，则越容易发现伤损；但同时杂波也越多，越容易误判。这在调节探伤灵敏度和分析波形时要充分考虑。
4、0°探头探伤
操作时，将 0°探头放置于钢轨顶面中心，发射声束至轨底，可对轨腰投影区域进行检测。0°探头探伤具有穿透式和反射式两种探伤功能。在穿透时探伤时，发射的纵向波会由轨头经轨腰贯穿至轨底，并将纵波反射回探头。如果钢轨内存在裂纹的话，纵波到达裂纹处时其传播方向便会发生改变，使探头因接收不到轨底反射波而产生失底波报警现象。因此，0°探头探伤能够发现轨头至轨底间各种方向的裂纹缺陷，并确定裂纹深度位置。从 0°探头探伤的理论来讲，只要对超声波传播产生阻碍的缺陷都能被检出，但对于纵波限制对纵向投影较小的缺陷检出有一定的难度。受仪器灵敏度和探伤条件等制约，0°探头探伤相比于 70°和 37°探伤其灵敏度要低，在实际操作时需要根据钢轨状态和检测重点来合理调节灵敏度。
参考文献：
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