大型钢轨探伤车X-FIRE70°探轮晶片的应用
2013-12-31李均
■ 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。
4 结束语
大型钢轨探伤车运用水平的不断提高,可有效预防主要干线断轨发生。因此,要做好探伤设备在试验线的静态调试标定工作,结合工务段的复核工作,采用小型探伤仪器进行伤损判断、分析和对比,不断提高偏斜70°探轮的现场使用、分析对比伤损能力,以提高钢轨探伤水平。
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