大型钢轨探伤车X-FIRE70°探轮晶片的应用

2013-12-31李均

铁路技术创新 2013年1期

■ 李均

采用小型探伤仪器（探伤小车）人工检测钢轨伤损漏检率高，工作效率低，劳动强度大，探伤人员工作环境恶劣，安全性差，不能满足铁路提速要求。采用大型钢轨探伤车可提高探伤检测速度及钢轨伤损检出率，降低错、漏检率，改善探伤人员工作条件，降低劳动强度，提高工作效率，满足铁路发展需求。根据我国铁路养路机械化的发展方针，武汉铁路局主要干线钢轨探伤采用以大型钢轨探伤车为主、人工检测为辅的模式，特别是武广、合武、宜万、石武等高速线路开通后，人工检测难度增大，主要依靠钢轨探伤车定期进行检测，确保线路运营安全。

1 GTC-6型钢轨探伤车X-FIRE探轮晶片原理

偏斜70°探头换能器的声束与钢轨纵向形成了一个经过优化的夹角，用以发现轨头内核伤和钢轨焊接接头头部的夹渣、气孔和裂纹等。为扩大对轨头的扫查范围，探头在轨面的位置应与纵轴呈20°（或14°）偏角，使入射钢轨中的横波经轨头下颚作二次反射，利用一次波和二次波同时进行探测，主要检查轨头内侧的小核伤（补充直打70°探轮不能检测到的区域），尤其是轨面龟裂等伤损，其探伤灵敏度较高，便于发现较小的缺陷。

（1）一次波。指从探头直接发射的超声波在钢轨中尚未被轨颚反射之前，由缺陷或端面反射回来的回波。一次波可探测的范围不到轨头总面积的30％。

（2）二次波。指超声波经轨颚反射后继续前进，在尚未被轨顶反射之前，由伤损或断面反射回来的波。二次波探测的范围约占轨头总面积的60％。

二次波在轨头扫查的范围包括一次波的扫查范围。图1为波束覆盖轨头截面及盲区示意图。

2 GTC-6型钢轨探伤车X-FIRE探轮晶片探伤难度

（1）客观局限性。分析道岔区、曲线、焊缝等地段的伤损困难，因为道岔区、曲线地段的探伤小车对中不是很好，探轮可能不在钢轨的中心位置，探轮打偏致使信息量过大，造成误判或漏判。焊缝伤损由于焊接工艺不同，超声波反射回来的信息也不同，铝热焊晶粒较为粗大，反射信息过多，且焊筋较宽大，超声波反射回来的信息多而强烈，容易造成误判。钢轨探伤车为了高速检测，在伤损间隔采集信息和识别时，检测灵敏度降低，对带有斜角较小的轨头核伤，探伤车不能有效发现，只会出现零星信息，不能为伤损分析提供参考。

（2）设备状态。探伤小车静态调整精度影响大型钢轨探伤车的检测，影响探伤设备不稳定的主要因素见图2。

（3）探伤人员素质。武汉铁路局探伤人员整体素质良好，但伤损分析及判定能力还需进一步提高。通过现场伤损复探，了解实际情况，记住伤损发生位置，每个周期进行图形对照和分析，适当调整参数，分析影响检测的其他原因。

3 偏斜70°探轮探伤难点及解决措施

3.1 做好机械调整

（1）探轮对中调整。探轮在钢轨轨头中心线上，可使探轮探头换能器的声能从钢轨表面进入钢轨，并在轨头内侧传播。良好的对中可使探轮的一次声束打到轨额部，不会被钢轨头腰结合部反射，偏离声束覆盖范围。通过降低噪声干扰，探测系统以高灵敏度检测伤损，去掉来自轨面的杂波信号，尽可能使声能入射到伤损处，并返回到换能器上，同时也可减少轨距角微裂纹产生的干扰。

（2）探轮调零。通过9英寸探轮专用调零架进行调整，使0°声束垂直向下。调整探轮使0°晶片地波在探伤仪上达到最高，应特别注意最高点后的螺栓紧固，减少人为操作产生的误差。

（3）探轮下压量调整。探轮调整要求探头内角度的变化在轨面处于规定的范围，需要调整下压力使其与钢轨接触面为50 mm左右。通过示波器观察0°界面波，使界面波在20μs/格处。同时校准，使其触发脉冲至界面波前沿为92μ s。

（4）探轮倾角调整。为使同侧3个探轮在一个水平值≤0.2°，使用电子水平仪器测量探轮架水平。调节探轮架上的螺杆，使同侧3个探轮静态水平值达到一致；每使用300 km左右进行一次水平值调整检查。

3.2 探轮参数调整

分析出大型钢轨探伤车探测核伤灵敏度的理论值，以φ=3 mm的横通孔计算大型钢轨探伤车的灵敏度，可得到反射声压 P a= P o A d ，取钢轨超声声程λa 8 a 100μs，根据探伤车频率2.25 M Hz，统一到超声探测灵敏度φ=4 mm的平地孔，探伤车探测灵敏度的补偿值为：20lg P a ≈10 db。根据探P b伤检测经验推断出，检测小核伤需要提高3～6 db增益。

根据以上理论值，采用人工伤损在试验线上进行不同速度的参数调整标定，通过对人工伤损尺寸的大小和B显上显示栅格大小进行当量对比，观察A显在闸门内的出波情况，闸门内尽量不要有杂波，适当增加或减少增益。直到B显上显示栅格大小与人工伤损尺寸大小相近（反复进行试验，找到最接近、最理想的参数）。在实际检测线路时，应根据现场实际情况调整参数，因试验线上的轨面状态与实际检测线路不同，根据A显在闸门内的出波情况进行调整，闸门内尽量不要有杂波。通过检测一段距离后，结合A显闸门内出波与B型显示图形，如果通过道岔时的B型图与试验线相似，即为晶片参数。