第章钢轨超声波探伤.ppt

轨道道铺筑与探筑与探伤检测第七章第七章 钢轨超声波探超声波探伤 1.第一第一节 7070探探头的探的探伤一、一二次波的概念一、一二次波的概念7070探探头采用横波采用横波在在钢轨轨头内内进行行反射式反射式探探伤，主要探，主要探测轨头核核伤和和钢轨焊接接接接头头部部的的夹碴、气孔和裂气孔和裂纹等。等。为了一次性了一次性检查较大范大范围轨头伤损，采用探，采用探头在在轨面与面与钢轨纵向呈一定的偏角向呈一定的偏角（2020），使入射），使入射钢轨中的横波中的横波经轨头下下颚二次反射来二次反射来扩大大扫查范范围。主主视图视图俯俯视图视图左左视图视图2.一次波一次波探探头发射的超声波在未被射的超声波在未被轨头下下颚反射之前，即由反射之前，即由伤损（缺陷）或（缺陷）或轨端断面端断面反射的回波。反射的回波。一次波能探一次波能探测的范的范围不到不到轨头总面面积的的30%30%。一次波一次波一次波一次波一次波一次波3.二次波二次波超声波超声波经轨头下下颚反射后反射后继续前前进，在尚未被，在尚未被轨顶面反射之前，而由面反射之前，而由伤损或或轨端断面反射的回波。端断面反射的回波。二次波能探二次波能探测的范的范围约占占轨头总面面积的的60%60%，二次波束，二次波束扫查的范的范围包括了一次波束的包括了一次波束的扫查范范围。二次波二次波二次波二次波二次波二次波4.二、二、轨端回波端回波显示示主主视图视图俯俯视图视图左左视图视图探探探探头头在在在在1 1 1 12 2 2 2 9.29.29.29.25.05.05.05.04.84.84.84.84.64.64.64.61.01.0探探探探头过头过1 1 1 1 探探头头接近接近1 1 探探探探头头在在在在0 0 0 01 1 1 1 探探探探头头在在在在0 0 0 0 0 01 12 25.当当7070探探头入射点距入射点距轨端（端（6060轨）216mm216mm左右，左右，荧光屏刻度光屏刻度9.29.2左右，将左右，将显示示轨端端顶角反射波；随着探角反射波；随着探头向向轨端移端移动，由位置，由位置0 0移至位置移至位置1 1，回波刻度由，回波刻度由9.29.2向向5.05.0移移动，这时二次波由二次波由轨端端顶角向角向轨颚方向移方向移动，同同时，在，在荧光屏刻度光屏刻度4.84.8处显示示轨颚端角波，探端角波，探头位位置距置距轨端端108mm108mm左右，左右，继续前移，二次回波波幅下降，前移，二次回波波幅下降，一次回波波幅上升，并随着探一次回波波幅上升，并随着探头从位置从位置1 1移向位置移向位置2 2，一次回波由刻度，一次回波由刻度4.64.6向向1.01.0处移移动。6.上述是上述是7070探探头发射方向和探射方向和探头移移动方向相同的方向相同的显示示过程（即探程（即探头向前向前发射）。由于射）。由于钢轨探探伤仪上上还装有向后装有向后发射的射的7070探探头，因此，因此该探探头轨端断面回端断面回波波显示正好与上述示正好与上述过程相反，回波从刻度程相反，回波从刻度值小向刻小向刻度度值大的方向移大的方向移动，先，先显示一次回波，再示一次回波，再显示二次示二次回波。回波。在以在以轨端断面端断面为基准基准调节7070探探头探探伤灵敏度灵敏度时切切勿将二次波起始勿将二次波起始时的的顶角多方位反射回波当作角多方位反射回波当作杂波波处理，也不能理，也不能过高要求一次波位移到高要求一次波位移到0 0刻度，刻度，这样会会导致探致探伤灵敏度灵敏度过低或低或过高，不利于高，不利于钢轨探探伤。7.三、探三、探测范范围同同时用用两两个个7070探探头，一一个个检查轨头内内侧，另另一一个个检查轨头外外侧，由由于于探探头偏偏角角的的因因素素，在在轨头中中下下部部仍仍存存在在一一个个“盲盲区区”。GT-2GT-2型型钢轨探探伤仪增增加加2 2个个直直打打7070探探头探探测轨头中下部以防核中下部以防核伤漏漏检。8.70 70度度实测的探的探测范范围示意示意图 9.四、四、7070探探头回波信号判断回波信号判断7070探探头属属于于反反射射式式探探伤法法，如如果果无无伤损存存在在，一一般般均均无无显示示回回波波信信号号（轨端端断断面面波波除除外外）。当当遇遇到到伤损时，根根据据回回波波显示示和和示示波波屏屏上上深深程程、水水平平、垂垂直直刻刻度度读数数可可确确定定伤损所所在在的的位位置置，并并初初步步判判定定其其大大小小。在在实际探探伤中中，由由于于轨头的的复复杂情情况况或或仪器器灵灵敏敏度度调节问题，也也会会产生生假假信信号号，干干扰正正常常判判伤。因因此此，对7070探探头的的回回波波信信号号应有有一一个个正正确确鉴别和判断的和判断的过程。程。10.7070探探头检测轨头伤损的一般的一般显示示规律律：（1 1）伤波波显示在一、二次波交替范示在一、二次波交替范围，表面，表面轨头下下颚有有伤，但在，但在焊缝部位，部位，应注意区分注意区分焊筋筋轮廓波廓波 ；（2 2）伤波波显示在二次波范示在二次波范围，表明，表明轨头内外内外测上上角或近表面有角或近表面有伤，应注意区分表注意区分表层剥离掉剥离掉块和和鱼鳞伤；（3 3）既有一次波，又有二次波，表明）既有一次波，又有二次波，表明轨头内有内有较大核大核伤，伤损位于一、二次重叠位于一、二次重叠扫查区；区；（4 4）如果）如果伤波波显示近似与示近似与轨端断面回波，表明核端断面回波，表明核伤直径已直径已经很大。很大。1.1.伤波的波的显示示11.2.2.正确区分假象回波正确区分假象回波（1 1）颚部部锈蚀波波：7070探探头遇到遇到轨头颚部部锈蚀时，会出会出现间断而短促的断而短促的报警声，在示波屏上一、二次交警声，在示波屏上一、二次交替替处，显示没有移示没有移动的跳的跳跃波，此波，此时可适当降低增益，可适当降低增益，使跳使跳跃波得到扼制波得到扼制。（2 2）螺孔反射波）螺孔反射波：当探：当探测遇到遇到轨面面宽度不一，曲度不一，曲线磨耗磨耗严重、重、马鞍形接鞍形接头或探或探头的偏角和位置不当的偏角和位置不当时，在示波屏二次波范在示波屏二次波范围内将内将显示螺孔反射波，示螺孔反射波，可通可通过调节探探头横向位置，使螺孔反射波消失横向位置，使螺孔反射波消失。12.（3 3）夹板卡板卡损波波：探：探头距离距离夹板板8090mm8090mm左右左右时，仪器器报警，在示波屏一、二次波交替警，在示波屏一、二次波交替处显示回波，示回波，波幅波幅稳定，定，这是是夹板卡板卡损引起的回波，引起的回波，可通可通过调节探探头横向位置横向位置进行判断行判断。（4 4）剥落掉）剥落掉块波波：轨头侧面面飞边或曲或曲线内内侧剥落剥落掉掉块也会引起超声波的反射，也会引起超声波的反射，对这种异常反种异常反应要要仔仔细校校对，防止凹凸不平水平裂，防止凹凸不平水平裂纹下暗藏的核下暗藏的核伤，剥落剥落严重也会引起重也会引起轨头内裂。内裂。13.（5 5）焊筋筋轮廓波廓波：焊接接接接头的的轨头下下颚都有都有焊筋筋轮廓存在，尤其是廓存在，尤其是铝热焊头，7070探探伤时有回波有回波显示，一般示，一般显示在一二次波交替范示在一二次波交替范围，但但应仔仔细区分区分在同一位置上在同一位置上轨头内裂的异常内裂的异常伤波波显示示。（6 6）侧面面锯齿波波：由于液：由于液压调缝器卡器卡钳的作的作业，轨头侧面有条束状印痕，面有条束状印痕，在示波屏在示波屏4.04.0刻度左右刻度左右显示示连续、短促、重复的回波、短促、重复的回波。（7 7）表面擦）表面擦伤波波：若擦：若擦伤较浅，在靠近基浅，在靠近基线刻度刻度附近附近显示不示不规则跳跳跃波和短回波，若擦波和短回波，若擦伤有一定深有一定深度，度，则显示在二次波范示在二次波范围内，内，应仔仔细探探测校正。校正。14.五、五、7070探探头注意事注意事项1.1.重重视现场探探伤灵敏度灵敏度调节与修正；与修正；2.2.防止接防止接头1m1m区域核区域核伤的漏的漏检；3.3.根据核根据核伤存在存在规律律综合判合判伤；4.4.重重视倾斜性核斜性核伤的的检测；5.5.注意探注意探头位置和偏角的位置和偏角的检查；6.6.重重视薄弱薄弱处所的所的检查和校和校对。根根据据钢轨受受力力特特点点，应特特别重重视有有缝接接头、焊缝、曲曲线上上股股、大大坡坡道道、变坡坡点点和和道道岔岔基基本本轨、鱼鳞伤地段的地段的检查。15.六、核六、核伤定位定量定位定量钢轨核核伤除除判判定定伤损性性质外外，还应通通过校校对确确定定它它的的位位置置、大大小小和和深深度度，以以便便决决定定对钢轨的的处理。理。校校对方法方法四点定位法四点定位法基基线定位法定位法半波高度定位法半波高度定位法试块对比法比法16.四点法适合于四点法适合于仪器探器探测范范围调节精度不高、核精度不高、核伤两两边都有回波的情况。它是根据探都有回波的情况。它是根据探头折射角与缺陷折射角与缺陷间形成的三角函数关系，来确定核形成的三角函数关系，来确定核伤位置和大小的方位置和大小的方法。法。1.1.四点定位法四点定位法17.（1 1）校校对前要在探前要在探头上上标定出入射点和定出入射点和纵向向中点中点，确定校，确定校对灵敏度；灵敏度；（2 2）校校对中将探中将探头在在钢轨纵向前后移向前后移动，用，用一次波分一次波分别在核在核伤两两侧定出定出ABCDABCD四个点四个点。探。探头由由远离核离核伤向接近核向接近核伤移移动，当核，当核伤波出波出现时，在探在探头入射点入射点对应的的钢轨上做好上做好标记A A点，探点，探头继续前移至核前移至核伤波将要消失波将要消失时，做好，做好标记B B点；探点；探头调向，按上述方法确定出核向，按上述方法确定出核伤C C点和点和D D点；点；18.（3 3）确定核确定核伤中心在中心在钢轨纵向位置（向位置（0 0点）点）。用直尺确定用直尺确定B B点到点到C C点的中心点的中心O O1 1点（核点（核伤顶端在端在轨面的位置）和面的位置）和A A点到点到D D点的中心点的中心O O2 2点（核点（核伤底底端在端在轨面的位置），取面的位置），取O O1 1到到O O2 2的中心的中心O O点，即点，即为核核伤中心在中心在钢轨纵向的位置。如果在向的位置。如果在ABCDABCD四点四点中，中，A A点到点到B B点的距离与点的距离与C C点到点到D D点的距离相同，点的距离相同，则说明核明核伤垂直于垂直于轨面，面，O O1 1、O O2 2两点是重合的，两点是重合的，因此核因此核伤中心在中心在钢轨纵向位置，可直接向位置，可直接读取取B B点到点到C C点的中心点的中心O O1 1点；点；19.（4 4）确定核确定核伤顶端离端离轨面深度面深度（h1h1）。）。根据三根据三角函数关系，可得角函数关系，可得h1=0.19BCh1=0.19BC。（5 5）确定核确定核伤垂直高度垂直高度（h h2 2）。）。根据三角函数根据三角函数关系，可得关系，可得h h2 2=0.19=0.19（AB+CDAB+CD）。（6 6）确定核确定核伤横向横向宽度和距度和距侧边距离距离。核。核伤在在轨头内的横向内的横向宽度一般采用延伸法度一般采用延伸法测定，定，测定定时将探将探头置于起、落波中点或回波幅置于起、落波中点或回波幅值最大的位置最大的位置G G点，然后横向移点，然后横向移动探探头位置，分位置，分别标出回波出回波刚好好跃落落时探探头前沿中心前沿中心对应钢轨处的的E E、F F两点位两点位置，置，则E E点距点距轨头侧边的距离即的距离即为核核伤距距侧边的的距离。距离。EFEF间的距离的距离为核核伤横向横向宽度。度。20.（7 7）校校对注意事注意事项：远点（点（A A或或D D点）距离中点点）距离中点O O的最大距离一般的最大距离一般不超不超过轨头厚度的厚度的2.62.6倍；倍；近点（近点（B B或或C C点）两点点）两点间距离距离过大或大或错位位时，计算出的核算出的核伤深度、高度之和大于深度、高度之和大于轨头高度，高度，这种种现象一般象一般为轨头内有内有“锅盖盖”形或形或“船底船底”形水平状核形水平状核伤存在，可用存在，可用00探探头验证。21.注意核注意核伤边缘的的寻找。找。为了了获得核得核伤最大最大宽度，在探度，在探头向内或外向内或外侧移至核移至核伤边缘时，适当，适当作前后左右作前后左右摆动，直至回波，直至回波跃落。落。注意靠近注意靠近轨头内内侧边缘核核伤宽度的修正。校度的修正。校对靠近内靠近内侧边缘的核的核伤时，当探，当探头的的纵轴中点中点接近内接近内侧边缘时，中点位置，中点位置应予适当修正。予适当修正。2.2.基基线定位法定位法详见课本内容，略。本内容，略。22.第二第二节 3737探探头的探的探伤3737探探头（以往按入射角的（以往按入射角的大小称之大小称之为3030探探头）属反属反射式探射式探伤，发射的超声波从射的超声波从轨面以折射角面以折射角3737方向方向传播播到到轨底。底。主要探主要探测轨腰投影腰投影范范围的螺孔裂的螺孔裂纹、斜裂、斜裂纹和和特殊部位水平裂特殊部位水平裂纹，以及，以及轨底横向裂底横向裂纹。3737探探头探探测区域区域23.一、正常一、正常钢轨接接头螺孔回波螺孔回波显示示掌握好掌握好3737探探头探探伤方法，必方法，必须了解正常情况了解正常情况下下钢轨内的回波内的回波显示示规律，在熟知各种回波与律，在熟知各种回波与探探头位置位置对应关系的基关系的基础上，才能区上，才能区别异常回异常回波，波，发现裂裂纹的存在。的存在。钢轨接接头第一螺孔裂第一螺孔裂纹是探是探测的重点和的重点和难点，掌握点，掌握3737探探头在在钢轨接接头的波形的波形显示，以及第一螺孔裂示，以及第一螺孔裂纹探探测的方法的方法和要和要领是重点。是重点。24.3737探探头探探伤扫查中，中，距离螺孔中心距离螺孔中心77mm77mm左右，左右，仪器器荧光屏刻度光屏刻度4.04.0左右出左右出现螺孔回波螺孔回波。为检查出螺孔不同象限的裂出螺孔不同象限的裂纹，钢轨探探伤仪均配置均配置两只两只3737探探头，一个朝，一个朝仪器推行前方器推行前方发射的称射的称为前前3737探探头，另一个朝，另一个朝仪器推行后方器推行后方发射的射的称称为后后3737探探头。由于两个探。由于两个探头声束方向不同，声束方向不同，螺孔波螺孔波显示移示移动过程正好相反程正好相反,前前3737探探头螺螺孔波从孔波从荧光屏大刻度向小刻度移光屏大刻度向小刻度移动,后后3737探探头螺孔波从小刻度向大刻度移螺孔波从小刻度向大刻度移动。1.1.螺孔回波螺孔回波25.正常螺孔正常螺孔检测回波示意回波示意图前前3737探探头一般是一般是单探探头,后后3737探探头是是组合探合探头（内有一个（内有一个00探探头），受探），受探头结构的影响，从探构的影响，从探头外壳上看，后外壳上看，后3737探探头的入射的入射点比前点比前3737探探头后移后移约10mm10mm，在在观察螺孔波与探察螺孔波与探头位置位置对应关系关系时，前后，前后3737探探头中心离螺孔中中心离螺孔中心的距离相差心的距离相差应为10mm10mm，这一点一点在在实际探探伤中中应在注意。在注意。26.3737探探头探探测钢轨接接头第一孔至第一孔至轨端端间，因，因钢轨类型、螺孔位置和型、螺孔位置和轨面状的影响，以及面状的影响，以及钢轨端面、端面、顶角、角、颏部、腰部等反射作用，会部、腰部等反射作用，会产生生很多固有回波，容易与第一螺孔裂很多固有回波，容易与第一螺孔裂纹或或轨端裂端裂纹混淆。混淆。现以前以前3737探探头探探测50Kg/m50Kg/m轨接接头回回波的波的显示示规律律为例（例（仪器按声程器按声程1 1：2 2调节），），说明各种回波明各种回波规律。后律。后3737探探头回波回波规律与前律与前3737探探头相反。相反。2.2.第一螺孔至第一螺孔至轨端部回波端部回波27.1 1 1 12 2 2 24 4 4 43 3 3 35 5 5 5第一螺孔至第一螺孔至轨轨端部回波端部回波显显示示规规律律28.（1 1）3737探探头探探测遇遇到到第第一一螺螺孔孔时，一一般般在在荧光光屏屏刻刻度度4.04.0左左右右显示示完完整整的的第第一一螺螺孔孔回回波波（上（上图 探探头位置位置1 1）。）。（2 2）探探头入入射射点点移移至至距距轨端端约100mm100mm处，在在荧光光屏屏刻刻度度8.08.0左左右右有有时会会显示示轨头顶角角波波（上上图 探探头位位置置2 2），该回回波波是是由由轨颏和和轨面面多多次次反反射射至至端端角角上上产生生的的回回波波，由由于于43Kg/m43Kg/m、60Kg/m60Kg/m轨下下颏的的斜斜度度大大，反反射射波波的的途途径径有有所所不不同同，因因此，此，显示回波有一定差异。示回波有一定差异。29.（3 3）探探头入入射射点点移移至至轨端端约35mm35mm左左右右时，在在荧光光屏屏刻刻度度2.52.5左左右右显示示轨端端颏部部反反射射波波(下下图 探探头位位置置3 3)。它它是是由由轨端端面面和和轨颏面面形形成成的的端端角角,37,37探探头扩散散声声束束在在端端角角上上的的反反射射。正正常常探探测条条件件下下，每每个个钢轨接接头该回回波波都都会会显示示，且且波波幅幅强，如如果果无无显示示，除除轨面面状状态不不良良外外，一一般般为探探伤灵灵敏敏度度偏偏低低，应及及时进行行修修正。正。30.（4 4）探探头入入射射点点移移至至距距轨端端10mm10mm左左右右，超超声声波波经过轨端端端端面面反反射射至至一一孔孔，在在荧光光屏屏刻刻度度4.34.3左左右右显示示不不完完整整螺螺孔孔波波（下下图 探探头位位置置4 4），又又称称倒倒打打螺螺孔孔波波。该螺螺孔孔波波与与正正常常螺螺孔孔波波不不同同是受一孔至是受一孔至轨端距离的影响端距离的影响。31.（5 5）当当探探头入入射射点点刚过轨缝进入入另另一一根根轨面面时，在在荧光光屏屏刻刻度度约3.93.9左左右右显示示半半个个螺螺孔孔波波(上上图 探探头位位置置5),5),它它和和倒倒打打螺螺孔孔波波一一样都都属属于于不不完完整整螺螺孔孔波波,都都是是受受一一孔孔至至轨端端的的距距离离影影响响，不不能能满足足一一个个完完整整螺螺孔孔波波显示示的的探探测距距离离，只只能能显示示螺螺孔孔波波一一部部分分。当当遇遇有有高高低低接接头、压塌塌或或是是擦擦伤（掉掉块）接接头时，轨缝二二端端的的不不完完整整螺螺孔孔波波很很难显示示，若若使使用用螺螺孔孔反反报警警门，则一一孔孔向向二二孔孔向向上上裂裂纹不不会会产生生报警，容易警，容易导致漏致漏检，因而需要加以重，因而需要加以重视。32.二、螺孔裂二、螺孔裂纹探探测范范围 37度探头的主要检测对象为钢轨螺孔裂纹，螺孔裂纹在钢轨伤损中是危害最大的伤损之一，近年来，由于钢轨螺孔裂纹引起的轨头揭盖时有发生，因此如何提高螺孔裂纹的检出率是防止断轨的重要课题之一，下面将介绍37度探头对钢轨螺孔裂纹的探测范围。33.1.1.第二、三螺孔探第二、三螺孔探测将螺孔划成四个象限，各象限都有可能将螺孔划成四个象限，各象限都有可能产生螺孔裂生螺孔裂纹。按其。按其声束方向，声束方向，前前3737探探头能能发现IIII、IVIV象限的斜裂象限的斜裂纹及及I I、IVIV象象限的水平裂限的水平裂纹；后后3737探探头能能发现I I、IIIIII象限斜裂象限斜裂纹及及IIII、IIIIII象限的水平裂象限的水平裂纹。从。从图中可知，通中可知，通过两个探两个探头两个方向的两个方向的探探测，能基本解决第二、三螺孔各个方向裂，能基本解决第二、三螺孔各个方向裂纹的的检出。出。34.在在钢轨端面、端面、轨面状面状态和螺孔位置正常的情况和螺孔位置正常的情况下，由于下，由于钢轨端面端面对超声波的反射作用，前后超声波的反射作用，前后3737探探头探探测范范围与在第二、三螺孔上有所不与在第二、三螺孔上有所不同。同。前前3737探探头能探本能探本侧第一螺孔除第一螺孔除I I象限以外象限以外裂裂纹、轨端上的裂端上的裂纹和迎端和迎端轨第一螺孔第一螺孔IIII象限象限裂裂纹,而后而后3737探探头探探测范范围刚好弥好弥补前前3737探探头的不足。的不足。2.2.第一螺孔和第一螺孔和轨端探端探测35.THANK YOUSUCCESS2024/5/27 周一36.三、三、3737度螺孔裂度螺孔裂纹探探测波形波形显示示 螺孔向下斜裂螺孔向下斜裂纹：前前3737探探头遇到遇到IVIV象限向下斜裂象限向下斜裂纹，因，因为裂裂纹在螺在螺孔中心下方，反射面比螺孔声程更孔中心下方，反射面比螺孔声程更远，所以在，所以在5.05.0以后先以后先显示螺孔向下裂示螺孔向下裂纹波，裂波，裂纹波消失后，在波消失后，在5.05.0以前以前显示螺孔波，示螺孔波，伤波位移波位移长短与裂短与裂纹长度有度有一定的一定的对应关系，一般关系，一般为裂裂纹越越长，显示裂示裂纹波的波的起点刻度起点刻度值越大、回波位移越越大、回波位移越长。1.1.裂裂纹波波显示示规律律37.螺孔向上斜裂螺孔向上斜裂纹：前前3737探探头探探测遇到遇到IIII象限向上斜裂象限向上斜裂纹时，因，因为裂裂纹处于螺孔的后方，于螺孔的后方，显示特点示特点为先螺孔波，后先螺孔波，后显示示裂裂纹波波，在螺孔波，在螺孔波还没有消失没有消失时，在螺孔波之后就，在螺孔波之后就出出现裂裂纹波。当向上斜裂波。当向上斜裂纹端点低于螺孔端点低于螺孔顶面面时，则伤波波显示在螺孔波范示在螺孔波范围内；当向上斜裂内；当向上斜裂纹较长，且裂且裂纹端点超端点超过螺孔螺孔顶面面时，则裂裂纹的回波失落点的回波失落点超超过螺孔波螺孔波显示范示范围，裂，裂纹回波位移回波位移长，回波失落，回波失落点刻度点刻度值越小。越小。38.螺孔水平裂螺孔水平裂纹：前前3737探探头遇到遇到I I、IVIV象限象限间的螺孔水平裂的螺孔水平裂纹时，由于螺孔周由于螺孔周边和裂和裂纹面之面之间构成角反射作用，能构成角反射作用，能显示螺孔水平裂示螺孔水平裂纹波。探波。探头声束先射及水平裂声束先射及水平裂纹角反射点，后射及螺孔反射面，因此，角反射点，后射及螺孔反射面，因此，先先显示裂示裂纹回波后回波后显示螺孔回波示螺孔回波。因水平裂。因水平裂纹角反射点与角反射点与螺波反射面高差小，螺波反射面高差小，则两个回波两个回波间隔很小，并隔很小，并有有裂裂纹波未消失螺孔波就出波未消失螺孔波就出现的同的同时显示示过程程。39.第一螺孔朝第一螺孔朝轨端向下（或水平）裂端向下（或水平）裂纹：根据超声波反射原理，前根据超声波反射原理，前3737探探头发射的超声波，射的超声波，经轨端面按入射角等于反射角的方向向端面按入射角等于反射角的方向向轨腰下方腰下方传播。播。前前3737探探头显示示轨端端颚部波同部波同时，若声波，若声波射及螺孔向下（或水平）裂射及螺孔向下（或水平）裂纹，在，在荧光屏光屏5.05.0左左右会右会显示裂示裂纹波波，这时探探头入射点距入射点距轨端端1035mm1035mm范范围，如果斜裂，如果斜裂纹越越长，探，探头距距轨端也端也越越远，裂，裂纹波波显示的刻度也越大。示的刻度也越大。由于由于该部位各部位各种回波很多，很种回波很多，很难以听以听报警来确定裂警来确定裂纹，只有看，只有看清清颚部波的同部波的同时，注意螺孔波波位后方回波的，注意螺孔波波位后方回波的显示，示，这样才能才能发现裂裂纹。40.一孔朝二孔向上裂一孔朝二孔向上裂纹：前前3737探探头入射点入射点进入另一根入另一根钢轨顶面面时，显示示不完整螺孔波。探不完整螺孔波。探头继续向前移向前移动10mm10mm左右，左右，显示向上裂示向上裂纹波，探波，探头入射点离入射点离轨端端约15mm15mm。由于。由于轨端端顶面不平，多数情况下第一螺孔波不能正常面不平，多数情况下第一螺孔波不能正常显示，因此，示，因此，一但一但发现荧光屏光屏显示螺孔波的刻度示螺孔波的刻度上有回波，上有回波，则要以要以观察探察探头位置方法来位置方法来鉴别，认真区分是螺孔回波真区分是螺孔回波还是向上裂是向上裂纹回波，防止回波，防止误将将向上裂向上裂纹波当成螺孔波来波当成螺孔波来处理理。41.3737度探度探头除了能除了能检测发现大部分的螺孔裂大部分的螺孔裂纹以外，以外，还能能检测部分部分轨端裂端裂纹，轨腰裂腰裂纹和和轨底横向裂底横向裂纹。虽然然3737度探度探头的声波覆盖面的声波覆盖面为轨头至至轨底（底（轨腰腰宽度范度范围）的区域，但由于缺陷形状、取向的影）的区域，但由于缺陷形状、取向的影响（裂响（裂纹倾角角过大或大或过小），小），一些缺陷是不能一些缺陷是不能检测发现的，如螺孔小角度裂的，如螺孔小角度裂纹，轨头轨腰的横向腰的横向及水平裂及水平裂纹，取向不良的，取向不良的轨底横向裂底横向裂纹等等。3737度探度探伤灵敏度越高，灵敏度越高，伤损发现能力也就越高，能力也就越高，但但杂波也就越多，波也就越多，误判率就高判率就高。因此。因此现场探探伤灵灵敏度的敏度的选择必必须双向兼双向兼顾。2.372.37探探伤的几点的几点说明明42.第三第三节 00探探头的探的探伤 00探探头放置放置钢轨顶面中心，面中心，发射声束从射声束从轨面至面至轨底，底，能探能探测的区域的区域为轨腰投影范腰投影范围内内。它具有它具有穿透和反射两种探穿透和反射两种探伤功能功能：穿透式探穿透式探伤时，由一，由一个晶片个晶片发射的射的纵波从波从轨头经轨腰到腰到轨底，被底，被轨底底面反射后，由另一个晶片接收，面反射后，由另一个晶片接收，为使使轨底波不底波不报警，警，仪器均用反器均用反报警小方警小方门罩住罩住轨底波，底波，如果如果钢轨内有内有纵向裂向裂纹和斜裂和斜裂纹，超声波在，超声波在传播播过程中程中改改变方向，使探方向，使探头接收不到接收不到轨底反射波而底反射波而产生失生失底波底波报警警现象象；43.反射式探反射式探伤时，当遇有水平裂，当遇有水平裂纹，超声波在裂，超声波在裂纹面上反射并被探面上反射并被探头接收，接收，荧光屏上光屏上显示回波并示回波并产生生报警警。根据水平裂。根据水平裂纹距距轨面的深度，在基面的深度，在基线上上显示水平裂示水平裂纹回波。所以，回波。所以，00探探头能探能探测轨头至至轨底底间的水平、的水平、纵向和斜裂向和斜裂纹功能功能。00探探头穿透探穿透探伤从理从理论上上说，对轨腰投影范腰投影范围内内任何取向和性任何取向和性质的缺陷，只要的缺陷，只要对超声波超声波传播有阻播有阻碍都能被碍都能被检出，但出，但实际探探伤中由于外界原因和探中由于外界原因和探伤方法的影响，方法的影响，对纵向投影向投影长度度较小的缺陷小的缺陷检出出有一定有一定难度。度。44.一、正常一、正常钢轨内回波内回波显示示钢轨轨腰投影范腰投影范围内无裂内无裂纹时，探，探头发射的超声射的超声波在波在轨底上底上产生反射，回波生反射，回波显示在示在荧光屏刻度光屏刻度（声程（声程1 1：2.52.5）50Kg/m50Kg/m轨6.06.0左右、左右、60Kg/m60Kg/m轨7.07.0左右。当探左右。当探头移向螺孔，移向螺孔，则出出现螺孔波和螺孔波和轨底波底波交替交替显示，示，显示示过程程为：a a轨底波底波bb轨底波和螺底波和螺孔波孔波cc螺孔波螺孔波dd螺孔波和螺孔波和轨底波底波ee轨底波。底波。45.二、裂二、裂纹回波回波显示示规律律00裂裂纹回波回波显示示规律律穿透式穿透式 以失波以失波报警来判定警来判定反射式反射式以裂以裂纹回波回波显示来判定示来判定46.00探探头发射超声束射超声束遇有水平裂遇有水平裂纹时，在基，在基线0 0位与位与轨底波底波间显示水平裂示水平裂纹回波，同回波，同时，轨底底波消失并波消失并报警警。水平裂。水平裂纹距距轨面越深，回波面越深，回波显示刻度示刻度值越大，如果水平裂越大，如果水平裂纹长、且表面平整，、且表面平整，则会会产生多次等生多次等间距水平裂距水平裂纹回波的回波的显示。示。1.1.水平裂水平裂纹47.螺孔螺孔单侧水平裂水平裂纹：有有时会出会出现螺孔波、水平裂螺孔波、水平裂纹波波和和轨底波同底波同时显示的示的现象象。当出。当出现这种种显示，示，应将探将探头横向移横向移动，观察察伤波波变化情况，确定化情况，确定单侧裂裂纹的具的具体部位，由于体部位，由于单侧裂裂纹的横向深度不一或探的横向深度不一或探头位置偏位置偏离离轨面中心面中心轴线等因素，有可能等因素，有可能发生裂生裂纹漏漏检，因而，因而要要经常注意探常注意探头位置的位置的调整。整。48.横向横向倾斜的水平裂斜的水平裂纹：由于：由于钢轨内外内外侧受力不均或受力不均或长期偏期偏载作用下，作用下，轨腰裂腰裂纹呈呈纵向水平向水平发展，在横截面展，在横截面上与水平呈一定的上与水平呈一定的倾斜角。裂斜角。裂纹因在一个方向因在一个方向倾斜后，斜后，产生回波不生回波不强或失底波的或失底波的现象，有波形象，有波形显示示时，还会会出出现回波位置后移。回波位置后移。回波不回波不强或失底波或失底波49.纵向裂向裂纹它的它的长度不一，从几厘米至十几米，甚至度不一，从几厘米至十几米，甚至纵贯整根整根钢轨。轨头，轨腰，腰，轨底部位都有可能存底部位都有可能存在。在在。在钢轨外外观状状态正常的条件下，正常的条件下，00探探头探探测中中发生失底波或底波减弱生失底波或底波减弱报警，警，为避免因避免因轨底（腰）底（腰）严重重锈蚀的干的干扰，一般，一般应适当开大增益，适当开大增益，观察底波察底波是否是否显示，若有底波示，若有底波显示，可不判示，可不判伤；如无底波；如无底波显示，或在示，或在荧光屏光屏扫描描线上有回波上有回波显示，示，则可初步判可初步判为纵向裂向裂纹。2.2.纵向裂向裂纹50.裂裂纹形状形状回回 波波 特特 点点裂裂 纹 与与 回回 波波 图 示示直直线型型一般一般产生在生在轨底或底或轨腰部位，多数存腰部位，多数存在在倾斜劈裂，使入射斜劈裂，使入射轨底的声波被阻底的声波被阻隔，而隔，而产生生现失底波失底波报警。警。曲曲线型型当当纵向裂向裂纹的形状不的形状不规则，伤损以曲以曲线型存在于型存在于钢轨腰部，提高灵敏度后腰部，提高灵敏度后有有时会会显示不固定位置的回波。示不固定位置的回波。开开口口型型裂裂纹顶端横向端横向宽度度较大，入射的超声大，入射的超声波在其波在其顶端端产生反射，回波幅度生反射，回波幅度强，波形波形稳定，可根据回波定，可根据回波显示的刻度确示的刻度确定定纵向裂向裂纹顶端距端距轨面的深度。面的深度。鼓鼓泡泡型型多数在多数在轨腰（或腰（或颏部）形成局部鼓起，部）形成局部鼓起，根据鼓泡的大小会根据鼓泡的大小会产生有生有伤波或波或伤波波和底波并存和底波并存显示，一般示，一般伤波波幅高，波波幅高，探探头位移短，有位移短，有时3737探探头也有回波也有回波显示。除按波形判断外，示。除按波形判断外，还可目可目视或或手摸探手摸探头下方下方轨腰部是否有鼓起腰部是否有鼓起现象。象。51.轨腰斜裂腰斜裂纹：00探探头发射的超声波，在斜裂射的超声波，在斜裂纹上上产生反射声波，无法按原方向生反射声波，无法按原方向传播到播到轨底，因此，底，因此，仪器器发生无生无轨底波而底波而报警的警的现象象。当斜裂。当斜裂纹不不规则或或带有有局部水平裂局部水平裂纹时，在探，在探头移移动过程中，有可能出程中，有可能出现不不连续，波幅不，波幅不强，一，一闪即消失的移即消失的移动回波。回波。3.3.斜裂斜裂纹52.螺孔斜裂螺孔斜裂纹：00探探头遇遇螺孔向下裂螺孔向下裂纹，其，其倾角在角在3737左右，一般左右，一般长度大于度大于15mm15mm，会，会产生螺孔波与生螺孔波与轨底底交替交替过程中，两波均不程中，两波均不显示而示而报警警，裂，裂纹越越长，则失失波探波探头位移也越位移也越长；螺孔向上裂螺孔向上裂纹，其，其倾角角较小小时，会有特殊会有特殊显示形式，示形式，一般表一般表现为底波、螺孔波交替底波、螺孔波交替显示示迟缓或螺孔波或螺孔波变粗粗，这是因一部分声波在斜裂是因一部分声波在斜裂纹与与螺孔形成的端角上反射，螺孔形成的端角上反射，当裂当裂纹长度大于度大于15mm15mm时也会也会产生失底波生失底波报警警。53.三、三、00探探头检测注意事注意事项54.钢轨钢轨超声波探超声波探超声波探超声波探伤伤的局限性的局限性的局限性的局限性任何一种技任何一种技术都有它的局限性，超声波探都有它的局限性，超声波探伤不是万不是万能的，要想能的，要想发现伤损，首先首先仪器得接收到器得接收到伤损信号，信号，而且信号必而且信号必须有一定的幅度有一定的幅度。由于。由于伤损性性质的不一，的不一，伤损形状的形状的变化，化，伤损表面状表面状态的影响，裂的影响，裂纹角度角度的不同，的不同，发射的超声波束不可能和缺陷反射面正交，射的超声波束不可能和缺陷反射面正交，使得接收到的信号非常微弱，甚至淹没在使得接收到的信号非常微弱，甚至淹没在杂波信号波信号内。如取向不良的螺孔裂内。如取向不良的螺孔裂纹，倾斜的斜的轨底横向裂底横向裂纹，大面大面积擦擦伤下的小核下的小核伤等等，从而使得无法等等，从而使得无法识别判判伤。有的有的伤损位于位于仪器探器探测盲区盲区（如（如钢轨轨脚脚伤损，轨头中央的小核中央的小核伤），），对于于这些缺陷，些缺陷，仪器根本不器根本不能能发现。同同时外界干外界干扰，检测速度的限制速度的限制，这些都些都直接影响着探直接影响着探伤质量。量。55.所以，所以，超声波探超声波探伤不是万能的，不是万能的，钢轨探探伤只是后期只是后期的的补救和救和预防措施防措施。因此，。因此，如何提高如何提高线路的养修路的养修质量，减量，减缓钢轨伤损的的发生和生和发展，避免小展，避免小伤损引起引起突突发断断轨是是钢轨防断的关防断的关键点之一点之一。钢轨伤损的漏的漏检是必然的是必然的，因此，我，因此，我们必必须经常分常分析析发现工作中存在的工作中存在的问题，提高，提高钢轨探探伤仪的的检测能力，及能力，及时弥弥补作作业上、工上、工艺中的漏洞，以提高中的漏洞，以提高钢轨伤损检出率。出率。56.20032003年年1010月月2929日日福福州州工工务段段管管内内外外福福线K47+21#K47+21#右右股股钢轨距距福福州州端端169m169m处发生生钢轨折折断断，断断口口有有一一53*33mm53*33mm核核伤，核核伤上上部部至至轨端端轨面面存存在在焊补层，该处断断轨距距轨端端169mm169mm，分分析析探探伤漏漏减减原原因因为未未执行行作作业标准准，没没有有做做到到接接头站站停停看看波波，而而把把核核伤回波回波误认为断面回波断面回波。第四第四节 近年来行近年来行业部分典型事故分析部分典型事故分析57.20032003年年1212月月2626日日1515：4040巡巡道道工工发现沪沪宁宁下下行行K226+18K226+18右右股股钢轨折折断断，折折断断处所所为法法国国铝焊接接头，焊接接时使使用用的的是是保保压焊接接。断断口口焊缝存存在在晶晶粒粒结构构异异常常的的疏疏松松缺缺陷陷。该伤损是是由由于于拉拉伸伸保保压焊接接过程程中中，钢轨移移动形形成成的的焊接缺陷接缺陷。铝焊断断轨58.u京京九九下下行行k889+29#k889+29#轨左左股股京京端端一一孔孔小小角角度度单侧3mm3mm裂裂纹引引起揭盖。起揭盖。u目目前前探探伤仪的的检测能能力力不不能能发现此此细小裂小裂纹。螺孔揭盖螺孔揭盖59.u20042004年年5 5月月3131日日，淮淮南南下下行行K45+11K45+11右右单侧小小角角度度孔孔裂裂10131013引引起起长大大裂裂纹，发现时以裂至鄂部以上以裂至鄂部以上15mm15mm。u该伤损的的产生生原原因因是是钢轨钻孔孔后后未未倒倒棱棱引引起起单侧螺螺孔孔裂裂纹，随随后后突突发形形成成长大大伤损。螺孔裂螺孔裂纹60.l20042004年年1212月月2929日日，杭杭州州站站N7N7道道岔岔曲曲导轨轨脚脚外外侧一一个个由由轨底底锈蚀引引起起的的宽29mm29mm、最最高高处15mm15mm的的伤损引起断引起断轨。l该伤损未未进入入轨腰腰探探测区区，探探伤无法无法检测发现。轨底底伤损断断轨61.20052005年年2 2月月1616日日2020