NDT超声波探伤仪在高速重轨检测中的应用

2012-10-23张雪荣朱小忠万险峰

无损检测 2012年11期

张雪荣，朱小忠，万险峰，张俊，金勇

（1.武钢研究院，武汉 430083；2.武钢股份条材总厂，武汉 430080；3.武钢股份设备部，武汉 430080）

随着铁路运输的发展，钢轨也日益高速、重载化，为确保铁路运输的安全，用于客运专线的高速重轨在出厂前按铁科技［2004］120号文件《客运专线60kg／m钢轨暂行技术条件》需进行在线、逐支、全长超声波检测。为提高检测效率，确保检测质量，某公司从加拿大蒙特利尔NDT公司成套引进超声波在线检测系统，用于高速重轨的在线检测，该系统实物如图1所示。

1 超声波探伤仪工作原理及其简介

图1 NDT超声波系统在线检测工作图

重轨检测采用超声波探伤仪型号为UMS280，该仪器具备8通道，可同时开启7组共21个探头，分别对重轨的头部、腰部和底部进行在线检测。检测钢轨截面如图2。

所有探头除D2、F1和F2探头采用水注式探头外，其余均为水膜式探头。检测过程中，探头固定不动，通过钢轨在生产线上的移动来完成对整段钢轨的在线检测。

图2 超声波检测钢轨截面图

检测时，超声波经发射、耦合传至重轨内部，遇缺陷界面及重轨底面时产生反射回波。其检测示意图如图3所示。

图3 超声波传播及NDT探伤仪显示示意图

无缺陷时可见底面反射回波B，有缺陷时可见缺陷反射回波F和底面反射回波B。操作人员根据波形图上缺陷波F的回波幅度及离底波B的距离来确定缺陷大小和位置。重轨由连铸钢坯经加热、多机架轧机轧制而成，钢内部组织细而均匀，十分有利于超声波传播和检测［1］。

2 在线探伤前的准备

2.1 样轨的制作

按照高速重轨样轨的制作要求，在规格相同，材质相近，加工方式相似的无伤钢轨的轨头和轨腰上钻φ 2mm孔，在轨底上挖1mm×1mm×20mm矩形槽作为标准人工缺陷，样轨制作完毕后，进行检查和测试，并与原标样进行比较，以免在制作过程中造成新的人为缺陷。样轨示意图见图4。

图4 样轨示意图

2.2 探伤灵敏度调整

为保证在线探伤准确率，重轨在动态检测前，须进行静态灵敏度的调整。即放下样轨，静态下调节探头的位置、方向，调出最佳伤波，调节衰减器，使样轨的基准孔槽的最佳反射波高达满波高60%，并以此波高作为基准波高，此时的探伤灵敏度作为基准灵敏度。然后，固定好探头及支架，按《350kg／m客运专线60kg／m钢轨暂行技术条件》的相关要求，在基准灵敏度的基础上加4dB作为重轨在线动态检测时的灵敏度。

2.3 标样的重复报准试验

标准样轨的重复报准试验是检验NDT超声波探伤仪能否满足探伤要求的一项关键指标，它能直观地反映该设备的使用可靠度，也是检验此套设备能否用于生产的关键。表1为NDT探伤仪样轨重复报准试验结果。

表1 NDT探伤仪样轨重复报准试验结果

由表1可知，NDT探伤仪探伤准确率都在99%以上，该探伤仪性能稳定、可靠。

3 高速重轨在线探伤统计、对比及分析

3.1 NDT探伤结果统计

表2为某年4～9月份高速重轨采用NDT探伤仪在线超声波探伤的结果。

表2 4～9月超声波探伤结果

报警轨中，钢轨缺陷在钢轨各部位的分布情况和所占的比例见表3。

表3 伤轨部位统计

由表2，3可知：

（1）高速重轨探伤的平均检出率为1.28%，较50kg／m重轨的检出率要低（50kg／m检出率在2.0%～2.2%之间）。由于此两种重轨的钢质基本一样，主要原因是高速重轨钢水冶炼内控标准更高，同时将连铸坯中夹杂、气泡稍多的头尾坯改轧成50kg／m轨。

（2）从检出伤轨缺陷分布情况来看，腰伤占据很大比例，高达99.68%，这与重轨采用连铸坯轧制有关，钢水从连铸坯表面向中心凝固，坯料断面几何中心处夹杂、气泡、缩孔集中。轧制后缺陷集中，这些缺陷分布在重轨轨腰。此外，轨腰探头的频率是5MHz，比其它探头的频率高，可以检测出最小的缺陷尺寸约为1.18mm，分辨缺陷的能力大。

3.2 NDT检测结果与便携式探伤仪检测结果对比

为了检验UMS280超声波探伤仪探伤结果的准确性，对检出的部分高速重轨进行取样100支，其中80支为伤轨样，20支为无伤样，然后用便携式探伤仪CTS－4020进行手动复探，复探结果是：80支伤轨样全部都有伤反射信号，伤信号普遍高于或等于标准伤信号。但有4块伤样的伤反射信号略低于标准伤，其缺陷当量尺寸＜φ2mm平底孔，根据铁标规定，是允许存在的，但被NDT探伤仪误判为伤轨。在20块无伤样中，经复查，无缺陷反射信号，即不存在漏判现象。