超聲波測試在鐵路工程質量檢測中應用

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摘要：當前，我國鐵路運輸網絡已逐步完善，大批量的鐵路客運專線相繼開通。在此背景下，如何提高鐵路基礎設施的建設質量成為實現可持續發展的關鍵突破口。針對鐵路鋼軌的施工而言，超聲波測試是重要的質量檢測技術之一，可以在不影響被測件結構完整性的前提下高效完成檢測工作，且檢測結果的可靠性較高，能夠作為施工質量的關鍵分析依據。鑒于此，文章以鐵路工程質量檢測為背景，圍繞超聲波測試技術在其中的應用展開探討，為類似項目提供參考。

關鍵詞：超聲波測試技術；鐵路工程；質量檢測

1鐵路鋼軌探傷技術的行業發展現狀

在鐵路鋼軌探傷領域，大型鋼軌探傷車取得廣泛應用，手提式超聲探傷儀等輕便化裝置產生的檢測結果可以用于驗證大型探傷車的檢測結果?？v觀國外行業發展情況，主流探傷車的運行速度可達到40~80km/h，部分先進的設備可達到100km/h。我國探傷車以輪式傳感器為主，已經取得較突出的成果，但相比于部分發達國家的行業技術現狀，仍存在差距，且有部分產品依賴于進口。我國的幅員遼闊，交通建設規模較大，鐵路事業面臨任務重、時間緊等多重挑戰，加之現場氣候等因素的影響，部分探傷儀器的可行性不足，例如存在檢測結果不準確、效率低等問題，仍有突破空間。

2超聲波無損探傷技術在鐵路鋼軌質量檢測中的應用

無損檢測技術利用聲、光、磁等特性，以不破壞被測物結構的完整性為前提，對結構整體進行全面檢查，判斷其是否存在缺陷或內部是否有不均勻的情況，能夠直接提供缺陷的具體位置、大小等關鍵的信息。超聲波的頻率較高，傳播的方向性較好，且在固體被測物中的傳播狀態良好，遇到兩個不同性質的介質時，能夠在兩者的交界面處發生反射，接收的波形可以反映具體的質量情況。超聲波無損檢測的結果能夠以波形輸出，通過信號處理技術、圖像處理技術等相關技術的應用，生成直觀的檢測數據。在實際應用中，超聲波無損檢測具有操作便捷、設備輕便、效率高、檢測結果可靠、不損傷被測物等特點，在工期緊張、工作量較大的工程中具有可行性。此外，超聲波不會對周邊人群以及環境造成損害，可保證人員的安全，有利于維持現場作業環境的穩定。

3超聲波探傷檢測的原理與主要的探傷方法

3.1基本原理

探傷是一種探尋結構內部質量情況的方法，較為常見的有超聲、射線、滲透、渦流、磁粉五大類。超聲波在傳播期間遇到界面時將發生反射，得到的檢測結果可以用于反映結構物內部的缺陷。（1）脈沖反射檢測原理。由特定裝置發射超聲波，到達兩種不同介質的交界面時出現反射，在檢測過程中可利用某探頭同時負責發射和接收超聲波。（2）脈沖投射判斷缺陷。利用脈沖波的能量變化特性，分別準備發射和接收脈沖波的探頭，將其安裝在待測件的兩側，發射脈沖并接收，根據結果對被測物的缺陷情況進行判斷。（3）共振法檢測原理。利用被測物厚度與超聲波半波長的關系，若前者為后者的整數倍，則出現共振現象，此時根據相鄰共振差可以確定被測件的厚度。

3.2探傷方法

在鐵路鋼軌的無損探傷檢測中，數字焊縫通用探傷儀是較為主流的儀器，配套功能豐富、輕便化特征突出，在鋼軌焊縫與軌道車車軸探傷中均可以取得較好的應用效果。結構平面狀缺陷的檢測可以采取單、雙與陣列探頭法，體積狀缺陷的檢測可采取單探頭法。采用K形與串列式掃查時，利用專門的掃查裝置操作，局限性在于掃查缺乏連續性，在熱影響區的掃查工作中可行性不足。連續探傷法能夠達到連續掃查的效果，在實際應用中，組成20個不同的探傷狀態，探頭穩定在某位置不發生移動時，掃查到20個分立點；探頭發生移動時，對應的兩斜線也同步移動，實現對焊縫的全方位掃查。鋼軌焊縫探傷掃查架探傷的應用優勢突出，檢測結果的真實性較高，可以有效反映鐵路鋼軌的實際情況，及時發現鋼軌的缺陷，根據實際情況予以處理。將該方法應用于新鐵路線開通前的鋼軌探傷檢測中，可以從源頭上消除質量問題和安全隱患，保證驗收質量，使鋼軌可以投入日常使用。

3.3焊縫的全斷面探傷檢測

（1）焊縫軌頭探傷。根據探傷檢測要求配套探頭，利用該裝置在軌頂面做縱向移動掃查。探頭接觸面較小，在實際探傷檢測操作中，可用偏角縱向移動掃查焊縫軌頭。在對焊縫軌頭開展探測工作時，需要嚴格控制探頭的位置，其距焊縫中心80mm，在該位置關系下，將探頭置于軌面中心做移動掃查，結果表明軌道與軌腰連接圓弧部位存在結構缺陷。為獲得較高的探傷檢測率，需要按照規范校對探頭側與鄂部。在鋼軌軌頭兩側面分別設置斜探頭，其可以用于探測垂直片狀缺陷。在操作中，兩探頭按照相同的速度移動，完成對橫截面的整體探測。探傷前需要計算掃查頻率和入射點位置（根據焊縫寬度、掃查密度等基礎參數計算而得），作為正式探測的依據，以便高效落實將探測工作。軌頭焊縫內無缺陷，此條件下B探頭未接到回波，源自A探頭的聲波在軌道側面向前反射，對應至熒光屏中無回波顯示。有部分縱向的片狀缺陷，主要集中分布在軌頭內，源自A探頭的超聲波到達缺陷部位后發生反射，該部分由B探頭接收，此時若缺陷所在的位置位于探頭掃查區外，也無回波顯示。（2）焊縫軌腰探傷。①直探頭所處位置為軌面縱向中部，以較慢的速度探測，實現對待測區域的掃查。利用一次波，可檢測軌頭至軌底部焊縫的體積型缺陷。②鋁熱焊縫邊緣有缺陷疲勞裂紋，具體發生在軌腰與溢流飛邊交界根部；為進一步探明結構的質量情況，在斷口疲勞紋源處取金相試樣，對其進行檢測，以確定該部位的金相組織，對焊接質量進行評價。③鋁熱焊縫中存在粗屏等缺陷時，在超聲波探傷檢測過程中，將出現超聲波散射的情況，聲波在軌底形成的反射能量有限。由于焊縫中有傾斜片狀缺陷，導致軌底波消失。④焊縫中垂直軌面片狀缺陷的檢測可以采用串列式反射法，取兩個探頭，將其置于同一探測面，兩者同步縱向移動。根據檢測要求調整兩探頭間距后，可以實現對被測區域的全面掃查。按前述方法操作，根據檢測結果生成反射回波信息波形圖，如圖1所示。僅憑借波形圖中信息難以明確鋼軌的缺陷，圖像的參考價值有限。小波分析可以同時關注信號視域和頻域，對兩個方面進行分析。依托小波分析技術，重構故障特征信號，檢測鋼軌故障信息，對故障的發生位置進行準確判斷。（3）焊縫軌底探傷。對軌底角進行劃分，得到6個探測區，持續調整偏角和位置，分別以縱向移動探頭的方式展開檢查。掃查軌底角1~3區，操作中嚴格控制探頭入射點的位置，使其與焊縫中心相距約65mm，顯示焊筋上輪廓波；對該間距進行進一步調整，控制為90mm，顯示焊筋下輪廓波。而在軌底角4~6區的掃查工作中，探頭與焊縫中心的距離控制在95mm，在該條件下對特定區域進行全面掃查，顯示焊筋上輪廓波。根據檢測結果加以判斷，若缺陷直徑小于超聲波束寬，此時可以同步顯示焊筋波與缺陷波，間隔約為1mm，雖然存在間隔但較小，說明缺陷緊鄰對側焊筋；若缺陷直徑大于聲波束寬，此時的顯示內容發生變化，即只顯示缺陷波[1]。軌底探傷單探頭發操作如圖2所示。

4超聲波無損探傷的注意事項

（1）探頭不宜過快移動，速度通?？刂圃?0m/s以內，避免影響焊縫檢測結果的全面性。（2）正式探傷前，先對探傷靈敏度進行調整，以4~6dB為宜，此時檢出率較高，能夠保證探傷結果的全面性。（3）針對鋁熱焊縫，對其進行探傷檢測時，掃查范圍需要覆蓋焊縫全寬度。（4）在軌頭探測過程中，需要明確內外側焊筋波的顯示規律，精準判斷缺陷波和焊筋波。（5）在K形或串列式探傷時，工作人員需重點關注探傷掃查的困難區域，例如軌頭上角，若該方法缺乏可行性，則需要根據實際情況調整為其他方法，確保探傷范圍可以覆蓋該區域。（6）針對探測面周邊的探傷掃查不足區域，可采取單探頭自發自收的方法，此外也可以選擇組合探頭的方式，由此延伸探測范圍，確保探測面周邊的部分也經過探傷檢測，此時可以對大范圍的質量缺陷情況進行系統性判斷。

5結語

綜上所述，超聲波無損檢測技術可以在不損傷被測件的前提下高效完成檢測，且結果的指向性較好，能夠為質量分析提供重要的依據。在鐵路工程建設領域，通過超聲波無損檢測技術的應用，可以完成對鋼軌等相關裝置的檢測工作，有利于工作人員對施工質量進行準確判斷，提高施工質量的可控性。

參考文獻

[1]瞿輝，戴曉嬌，趙金菊.超聲波無損檢測技術的發展與應用[J].機電信息，2020（1）：35-38.

作者:韓鋒剛 單位:中鐵十二局集團第一工程有限公司