任务六 钢轨探伤仪0°探头识别与操作
1.试验目的
熟悉SZT-800数字式钢轨探伤仪0°探头A显、B显出波情况,能够正确区分正常钢轨回波与钢轨伤损回波等各项操作。
2.试验内容
(1)熟悉0°探头位置、A显基线、B显基线;
(2)正常钢轨大小腰检测;
(3)正常钢轨接头处检测;
(4)水平裂纹检测;
(5)斜裂纹检测;
(6)纵向裂纹检测;
(7)非裂纹异常回波识别。
3.试验设备
SZT-800数字式钢轨探伤仪。
4.操作方法
(1)熟悉0°探头位置、A显基线、B显基线。
探伤仪上的0°探头如图1-6-1所示,其中G为前0°探头,F为后0°探头。对应的0°探头 的A显基线如图1-6-2所示,其中前0°基线为图中所指上方相应线条,后0°探头为图中所指下方相应线条。0°探头的B显基线如图1-6-2中所指相应线条。

图1-6-1 0°探头在探伤仪上的位置

图1-6-2 0°探头A显、B显基线
(2)正常钢轨大小腰检测。
钢轨大小腰处,因无螺栓孔,因此正常情况下探头发射超声波由轨头直达轨底,回波深度与钢轨高度有关。A型显示的荧光屏对应基线刻度(声程1∶2.5)50 kg/m轨在6.0左右、60 kg/m轨7.0左右,如图1-6-3所示。

图1-6-3 50轨与60轨对比
(3)正常钢轨接头处检测。
当探头检测有螺孔部位,则螺孔波和轨底波会发生交替显示过程:a轨底波→b轨底波和螺孔波→c螺孔波→d螺孔波和轨底波→e轨底波。B型显示在轨颚线下方呈两端稍倾的水平线,如图1-6-4所示。

图1-6-4 螺栓孔处A显、B显图形

0°探头探伤原理

钢轨探伤仪0°探头识别与操作
(4)水平裂纹检测。
0°探头发射超声束遇有水平裂纹时,A型显示的荧光屏对应基线0位与轨底波间显示水平裂纹回波,同时,轨底波消失并报警;B型显示在轨颚线下方,螺孔水平,显示在螺孔图旁,轨端水平裂纹,显示在轨端部位。水平裂纹距轨面越深,回波显示刻度值越大,如果水平裂纹长且表面平整,则会产生多次等间距水平裂纹回波的显示,如图1-6-5所示。

图1-6-5 钢轨水平裂纹与A显、B显回波
① 遇有钢轨轨腰单侧水平裂纹、轨头部一侧或颚部圆弧处有水平裂纹,裂纹进入声束扫查范围,A型显示的荧光屏对应基线会同时显示底波和水平裂纹回波;B型显示根据裂纹距轨面高度,分别显示在轨面线下方的对应位置上,如图1-6-6所示。

图1-6-6 钢轨水平裂纹与A显、B显回波
② 螺孔单侧水平裂纹,A型显示的荧光屏对应基线有时会出现螺孔波、水平裂纹波和轨底波3波并存的现象;B型显示与螺孔水平裂纹相同。当出现这种显示,应将探头横向移动,观察伤波变化情况,确定单侧裂纹的具体部位,由于单侧裂纹的横向深度不一或探头位置偏离轨面中心轴线等因素,有可能发生裂纹漏检,因而要经常注意探头位置的调整,如图1-6-7所示。

图1-6-7 钢轨水平裂纹与A显、B显回波
(5)斜裂纹检测。
由于钢轨内外侧受力不均或长期偏载作用下,轨腰裂纹呈纵向水平发展,在横截面上与水平呈一定的倾斜角。裂纹因在一个方向倾斜后,产生回波不强或失底波的现象,有波形显示时,还会出现回波位置后移,如图1-6-8所示。

图1-6-8 钢轨横向斜裂纹与A显、B显回波
0°探头遇螺孔向下裂纹,其倾角在37°左右,一般长度大于15 mm,会产生螺孔波与轨底交替过程中,两波均不显示而报警,裂纹越长,则失波探头位移也越长,在B型显示中失波图越长,失波沿长部位与裂纹处于螺孔位置对应;螺孔向上裂纹,其倾角较小时,会有特殊显示形式,一般表现为底波、螺孔波交替显示迟缓或螺孔波变粗,这是因一部分声波在斜裂纹与螺孔形成的二面角上反射,当裂纹长度大于15 mm时也会产生失底波报警,如图1-6-9所示。

图1-6-9 螺孔横向斜裂纹与A显、B显回波
(6)纵向裂纹检测。
纵向裂纹的长度不一,从几厘米至十几米,甚至纵贯整根钢轨。轨头、轨腰、轨底部位都有可能存在。在钢轨外观状态正常的条件下,0°探头探测中发生失底波或底波减弱报警,为避免因轨底(腰)严重锈蚀的干扰,一般应适当开大增益,观察底波有否显示。若有底波显示,可以不判伤;如果仍无底波显示,或在荧光屏扫描线上有回波显示,可初步判为纵向裂纹。各种纵向裂纹回波特点见表1-6-1。
表1-6-1 纵向裂纹回波特点

(7)非裂纹异常回波识别。
① 异常螺孔回波。
老杂轨区段,因线路爬行,螺孔被螺栓挤压、磨耗成椭圆形或是插入人工锯制轨短,螺孔钻眼不良造成卷边或毛刺(见图1-6-10)。探测时会有类似螺孔水平裂纹波显示,其特点是波幅低,显示不稳定或一闪而过。

图1-6-10 钻孔不良回波
② 迟到波。
由于钢轨轨腰宽度较窄或0°探头偏离钢轨横向中心,声束在钢轨侧壁上产生反射和波型转换(见图1-6-11),部分入射螺孔或轨底的超声波声程增加,A型显示的荧光屏对应基线螺孔波或轨底波之后,显示一个与螺孔波或轨底波同时出现同时消失的迟到波。螺孔迟到波容易与螺孔水平裂纹混淆,区别方法可以从回波显示规律上判断,水平裂纹显示规律是螺孔波与裂纹波交替显示,而迟到波则是同时出现同时消失。

图1-6-11 迟到波显示
(8)手工检查确认。
引起0°探头底波消失报警的因素很多,轨面擦伤、油污和灰砂、轨底(腰)锈蚀严重、探头位置偏离轨面中心等。需要通过目视、去污、调整探头排除。对于纵向裂纹已延至轨端的情况,可拆卸螺栓或在轨端面观察裂纹是否存在,而钢轨标志印记,轨腰鼓泡或调边使用钢轨的颚部疲劳裂纹都可采用眼看、手摸和镜照的方法加以确认。
(9)纵向和水平裂纹定位定量。
① 纵向裂纹定位定量。
a.纵向裂纹的位置判断。
轨头纵向裂纹。用0°探头接5通道,将探头置于轨头外侧(见图1-6-12),以无伤轨头侧面的等分波和有伤轨头等分波比较,估算伤损存在位置和正确测定长度,同时可目视轨面黑线和颚部是否有透锈进行综合判断。

图1-6-12 轨头纵向裂纹判断
轨腰纵向裂纹,可参照上述方法判断(见图1-6-13),由于轨腰宽度窄,等分波间隔小,应注意分辨。

图1-6-13 轨腰纵向裂纹判断
轨底纵向裂纹,用70°探头接1通道,置于轨脚坡面(见图1-6-14)与轨腰垂直,先后在有伤和无伤部位进行比较,依据坡面回波差异判定。

图1-6-14 轨底纵向裂纹判断
b.纵向裂纹长度判断。
失波报警法。0°探头置于轨面,在正常探伤灵敏度下,可根据0°探头失波报警时的探头位移长度(A型显示)或失波图形长度(B型显示)确定(见图1-6-15)。一般为报警时探头位移距离就是纵向裂纹的长度,但由于现场裂纹实际状态和仪器探伤灵敏度调节的影响,测出长度与实际裂纹长度会有一些误差。

图1-6-15 失波报警法测长
裂纹回波法。采用与纵向裂纹位置判断相同的方法,轨头和轨腰用0°探头,轨底用70°探头(见图1-6-16)。在确定裂纹位置的同时,探头分别向裂纹两边移动,直至裂纹波刚消失,在探头中心对应的钢轨上做好标记,则两个标记的距离为纵向裂纹长度。此法测出值与实际长度也会有误差,其主要原因是裂纹两端的形状和探测面的影响。

图1-6-16 裂纹回波法测长
② 水平裂纹定位定量。
根据基线所代表的探测声程和回波显示的刻度进行定位,如扫描线按声程1∶2.5调节时,水平裂纹回波在荧光屏刻度3.0,则裂纹距轨面的深度为75 mm处(见图1-6-17)。在现场探伤中,因受仪器的近区阻塞影响,轨头近表面的水平裂纹一次回波被仪器抑制而无法显示,实际显示的第1支回波已不是水平裂纹第1次回波,因此会产生计算出的裂纹深度与实际裂纹深度不一致,这一点在水平裂纹定位中要注意。水平裂纹长度按延伸度法确定,根据回波有无时的探头位移,测得裂纹长度。

图1-6-17 水平裂纹定位定量