钢轨超声波探伤技术及设备介绍

铁路钢轨焊缝超声波探伤技术及便携式检测仪器分析摘要：在我国铁路运输过程中，钢轨便携式检测仪对于保证运输的安全性具有非常重要的意义。

钢轨便携式检测仪自主化超声系统在硬件设计、软件信息处理、伤损识别、辅助设计等多个层面都可以被应用。

随着技术水平的提升，相关检测设备也在不断增多，提升了自主化超声系统在钢轨便携式检测仪中的应用效果，对其拓展使用频率，保证铁路运行的稳定性和安稳性等发挥了非常重要的作用。

基于此，本篇文章对铁路钢轨焊缝超声波探伤技术及便携式检测仪器进行研究，以供参考。

关键词：铁路钢轨焊缝；超声波；探伤技术；便携式检测仪器引言在铁路运营中，钢轨起着支撑列车的作用。

在列车运行过程中，钢轨不断受到摩擦、挤压、弯曲和冲击作用，再加上钢轨内部隐藏的核伤，会导致钢轨突然断裂，可能造成脱轨、倾覆等重大事故的产生。

因此，铁路系统要求定期对在役钢轨进行检测，以降低事故发生几率。

本文针对在役钢轨可能出现的断轨、裂缝、核伤等情况，利用超声波技术设计一款钢轨无损检测系统。

超声波试验是通过电脉冲激发换能器的超声波测压器，使其发出超声波。

定向发射的超声波束会传播到要测量的零件中，并在遇到缺陷时进行反射、传递和衰减。

利用超声波反射和传输特性，通过接收回波信号对损伤进行评估。

1探伤原理探伤是一种非破坏性检测方法，能够在不损伤被测件的前提下掌握其内部质量情况。

在探伤技术体系中，超声波检测技术已取得广泛应用，其依托于超声波的传播原理，在传播途径中遇界面时将发生反射，并由指定装置接收反射波，从而以此来揭露被测件的内部缺陷。

当前，超声波探伤原理包含如下三类：（1）脉冲反射检测原理。

超声波向被测件发射超声波，在传播途中若遇两种介质不同的交界面，则会出现反射现象；由于其仅需配置一个探头即可，因此可实现同步接收。

（2）脉冲投射检测原理。

在被测件的两侧分别设置发射探头和接收探头，通过脉冲波穿透被测件而实现检测。

（3）共振法检测原理。

被测件的厚度为关键参数，在该值达到超声波半波长的整数倍时，便会发生共振；在此基础上，可通过确定相邻共振差而得到工件厚度；同时能根据厚度来判断工件内部质量是否存在缺陷。

城市轨道交通钢轨的超声波检测技术研究与应用引言随着城市轨道交通的快速发展和扩张，保障铁轨运行安全和稳定性成为了关键问题。

钢轨作为铁路交通运行的基础设施之一，其质量和完整性对乘客的出行安全至关重要。

因此，城市轨道交通钢轨的超声波检测技术应运而生，成为保障铁轨运行安全以及提高运输效率的重要手段。

一、超声波检测技术的原理及特点1. 原理超声波检测技术以超声波在材料中传播并与内部缺陷产生反射、散射、折射等现象为基础。

利用超声波传播速度和被检测材料中缺陷的反射、散射特性，可以判断缺陷的位置、类型、大小等相关信息。

2. 特点超声波检测技术具有无损检测、高灵敏度、高精度和实时性等特点。

通过超声波检测，可以对钢轨的内部缺陷进行精确的定位和评估，确保铁路运行安全。

二、钢轨超声波检测技术的应用1. 缺陷检测和评估钢轨在长期使用过程中容易出现疲劳裂纹、焊接处缺陷等问题。

超声波检测技术可以对钢轨进行全面检测，及时发现并评估潜在缺陷，为维修和更换提供依据。

2. 动态检测城市轨道交通的运行速度较快，要求钢轨具备良好的稳定性和承载力。

超声波检测技术能够对钢轨进行动态检测，实时监测钢轨的健康状况，从而预防和减少钢轨在使用过程中的故障，确保铁路运行的安全和效率。

3. 监测轨道变形城市轨道交通的车辆经过钢轨时会产生较大的载荷，长期累积可能导致钢轨变形。

超声波检测技术可以监测钢轨的变形情况，及时发现并采取相应的调整措施，保证铁路运行的平稳性和舒适性。

4. 提高运输效率超声波检测技术的应用可以提高城市轨道交通的运输效率。

通过对钢轨进行定期检测和评估，可以合理安排维修计划，及时修复潜在缺陷，减少因维修工作而导致的运输中断时间，提高轨道交通系统的稳定性和可靠性。

三、超声波检测技术的进展与挑战1. 技术进展目前，城市轨道交通钢轨的超声波检测技术已经取得了一定的突破。

超声波探头的材料和结构设计、信号处理算法的优化以及数据分析技术的提升等都为超声波检测提供了更好的工具和方法。

第4章超声波探伤设备简介超声波探伤仪是利用超声波反射或透射原理检查工件缺陷的电子设备。

它的作用是产生电振荡并加于探头晶片，激励晶片发射超声波；同时将探头接收回来的电信号进行放大，通过一定的形式显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。

超声波探伤仪的种类很多，分类的方法各不相同，若按缺陷的显示方式主要可分为以下两种：(一) A型显示通常所说的超声波探伤仪，就是指A型显示的脉冲反射式探伤仪。

它是以水平基线（X轴）表示距离和时间，用垂直于基线的偏转（Y轴）表示幅度的一种信号显示方式。

对同一种均匀介质而言，由于超声波传播时间与缺陷的埋藏深度成正比，因此，可以根据缺陷回波在荧光屏水平线上的位置确定缺陷的深度，用回波幅度的高低来衡量缺陷的大小。

（二）B型显示这是一种能够显示被检工件的横截面的图像，指示反射体的大致尺寸及其相对位置的超声信息显示方法,如图4-1 B型扫描示意图。

这种显示方法是将荧光屏上横坐标代表探头移动距离，纵坐标代表声波传播时间（或距离），基线随探头的移动和回波时间而变化，可直观了解探头移动下方横断面的缺陷分布和离探测面的深度，获得在探头扫查方向的断面图。

图4-1 B型扫描示意图1—探头；2—试件；3—缺陷；4—表面反射；5—底面反射；6—缺陷反射；7 -示波屏4.1 常用超声波探伤仪上海目前具有420公里的投入使用线路里程，但是目前上海地铁运营公司工务分公司只负责1～4号线四条线路的探伤检测工作，共148.53公里，只占上海地铁总里程的35%，其他的线路目前都委托外单位负责探伤检测，所以目前拥有的探伤设备数量不多，但是今后新线的陆续开通，外单位负责线路的接管，地铁工务负责的探伤里程会快速增加，对于钢轨探伤工作量增加的这种预期压力，上海地铁工务放弃增加设备和人员的做法，探讨研究使用大型钢轨探伤车，改变探伤模式，在不大幅增加设备和人员的情况下，提高探伤效率，以满足将来日常的对钢轨探伤检测要求。

超声波检测基本原理—钢轨超声波探伤通过对超声波检测基础理论的学习，来扩展自己的知识面，了解钢轨探伤的基础知识，加强对探伤设备的理解。

2022/6/23基本概念超声波的基本概念、定义01超声波的特性声速、传播特性02超声波检测仪器、探头、检测方法03钢轨探伤小仪器04目录基本概念无损检测医学检验B超X光片射线检测无损检测（N D T）定义：以不损害被检验对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种工程材料、零部件、结构件等进行有效性的检验和测试，借以评价他们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。

目的：探测材料表面及内部缺陷，测量工艺参数，表征材料的组织结构、评价物理及力学性能、预测零部件的寿命。

前提：不损害被检验对象的使用性能。

常规检测方法涡流检测超声检测磁粉检测射线检测超声波检测定义：利用超声波在物体中的多种传播特性，例如反射、折射、衍射、散射、衰减、声速等的变化，可以无损的探测到物体的几何尺寸、表面余内部缺陷、显微组织的变化等。

缺陷波声波声波的定义：机械振动源产生振动，并在弹性介质中传播的过程。

次声波：< 20Hz 声 波：20 Hz ~ 20 KHz 超声波：20 KHz ~ 109Hz声波类型按频率不同分为次声波、声波、超声波等。

超声波的特性超声波类型根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波的传播方向的不同关系，可将波动分为纵波、横波、表面波、板波等。

纵波定义：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相平行的波，称为纵波，用L表示。

能承受拉伸应力或者压缩应力的介质可以传播纵波。

传播介质：固体、液体、气体传播方向横波定义：介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波，称为纵波，用L 表示。

产生横波时质点承受的是剪切应力，只有固体才能承受剪切应力。

传播介质：固体传播方向声速定义：声波在介质中传播的速度，或者说声波在单位时间内传播的距离。

影响因素：弹性模量、密度、温度、应力、均匀性、波形介质纵波横波钢5900m/s3230m/s一般固体中，温度越高，声速越低。

钢轨及焊缝超声波探伤技术分析发布时间：2022-10-22T10:21:56.330Z 来源：《科学与技术》2022年12期作者：侯超[导读] 断轨事故是铁路事故中最严重的事故之一侯超西安市轨道交通集团有限公司运营分公司，陕西西安710100摘要：断轨事故是铁路事故中最严重的事故之一，严重威胁到乘客生命财产安全。

近几年发生的断轨事故，多数是由于钢轨焊缝出现问题导致的，故而针对钢轨焊缝的探伤工作，成为铁路探伤人员的工作重点内容。

超声探伤技术作为无损探伤的重要组成部分，可在不损伤受检物体的基础上，对其内部缺陷进行精准的检测，且与光波、电波相比，超声波可穿过的介质更多且会于截面处反射。

关键词：钢轨焊缝；超声波探伤；技术分析引言目前，钢轨焊缝主要有接触焊、气压焊和铝热焊三种不同的焊接方式。

在焊接过程中，由于受到焊接方法工艺和材质等多种原因的影响，焊接中往往还会产生危害性问题。

在实际使用过程中，焊接中往往还会形成疲劳伤损，甚至疲劳断裂。

钢轨焊接接头的内在品质、直接关乎着运输的安全性，但钢轨焊接接头与其他焊接接头相比，因为受钢轨材料、焊接工序、焊接技术等的影响，而产生焊接问题也是在所难免的。

在实际运用过程中，这种问题如果不被有效检出发展下去，很有可能出现铁轨破坏，甚至交通运输中断的重大事件。

因此，超声波探伤能有效实现对钢轨的无声探伤，从而保障了铁路的运输安全。

一、超声波探伤技术概述（一）超声波探伤技术原理超声波检测技术具有装置简便、敏感度高、测量速度快，以及穿透力强等优点。

超声波探伤所使用的机理大致包括了透射与反射两类，在实际操作中，探伤员通过超声波探测器把超声波传播到被测物中，而超声波在物质中的传递过程中，如果出现了缺口或边缘就会引起反射，探伤人员依据对回收的超声波波形分析，就可以准确判断受测物体的内部情况。

（二）超声波探伤技术分类超声波探伤技术包括多种方法，如穿透法、接触法、脉冲反射法等，属于不同的分类，其主要以下几点进行分类。

钢轨超声波探伤方法
钢轨超声波探伤方法：
①准备工作包括选择合适频率探头一般使用2 5兆赫兹适用于大多数钢轨检测任务同时配备耦合剂如水甘油等确保声波有效传导；
②校准仪器开机后按照说明书指引输入钢轨参数如材质厚度声速等信息并使用标准试块进行零点校正确保测量准确性；
③表面预处理用钢丝刷清除轨头顶面两侧及腰部油污锈迹等杂质避免影响超声波传播造成误判；
④耦合操作将探头垂直紧贴于钢轨表面并均匀涂抹耦合剂使两者之间形成良好接触条件；
⑤扫查方式采用直线往复移动探头覆盖整个检测区域注意保持恒定速度和压力防止漏检或重复扫描同一位置；
⑥缺陷识别观察显示屏上回波信号特征正常情况下只有底波显示一旦出现异常峰值则表明可能存在裂纹夹渣等缺陷；
⑦定位定量通过调整增益灵敏度等参数放大缺陷信号并结合几何尺寸估算缺陷位置大小形状等信息；
⑧记录存储将每次检测结果包括图像数据探伤报告等保存至仪器内存或导出至电脑便于后续分析比对；
⑨数据分析根据行业标准对存储资料进行综合评判确定钢轨损伤等级并提出相应处理意见如修复更换监控等；
⑩定期复检考虑到铁路运输环境复杂多变建议每季度或半年对重点线路开展一次全面复查及时掌握钢轨健康状况；
⑪技术培训为了保证检测质量应对操作人员进行系统培训讲解理论知识实践技巧安全事项等内容提高其业务能力；
⑫持续改进总结以往经验教训结合新技术新材料发展趋势不断完善改进现有工艺流程以适应更高要求。

第4章超声波探伤设备简介超声波探伤仪是利用超声波反射或透射原理检查工件缺陷的电子设备。

它的作用是产生电振荡并加于探头晶片，激励晶片发射超声波；同时将探头接收回来的电信号进行放大，通过一定的形式显示出来，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷的位置和大小等信息。

超声波探伤仪的种类很多，分类的方法各不相同，若按缺陷的显示方式主要可分为以下两种：(一) A型显示通常所说的超声波探伤仪，就是指A型显示的脉冲反射式探伤仪。

它是以水平基线（X轴）表示距离和时间，用垂直于基线的偏转（Y轴）表示幅度的一种信号显示方式。

对同一种均匀介质而言，由于超声波传播时间与缺陷的埋藏深度成正比，因此，可以根据缺陷回波在荧光屏水平线上的位置确定缺陷的深度，用回波幅度的高低来衡量缺陷的大小。

（二）B型显示这是一种能够显示被检工件的横截面的图像，指示反射体的大致尺寸及其相对位置的超声信息显示方法,如图4-1 B型扫描示意图。

这种显示方法是将荧光屏上横坐标代表探头移动距离，纵坐标代表声波传播时间（或距离），基线随探头的移动和回波时间而变化，可直观了解探头移动下方横断面的缺陷分布和离探测面的深度，获得在探头扫查方向的断面图。

图4-1 B型扫描示意图1—探头；2—试件；3—缺陷；4—表面反射；5—底面反射；6—缺陷反射；7 -示波屏4.1 常用超声波探伤仪上海目前具有420公里的投入使用线路里程，但是目前上海地铁运营公司工务分公司只负责1～4号线四条线路的探伤检测工作，共148.53公里，只占上海地铁总里程的35%，其他的线路目前都委托外单位负责探伤检测，所以目前拥有的探伤设备数量不多，但是今后新线的陆续开通，外单位负责线路的接管，地铁工务负责的探伤里程会快速增加，对于钢轨探伤工作量增加的这种预期压力，上海地铁工务放弃增加设备和人员的做法，探讨研究使用大型钢轨探伤车，改变探伤模式，在不大幅增加设备和人员的情况下，提高探伤效率，以满足将来日常的对钢轨探伤检测要求。