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摘要：當(dāng)前，我國鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)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(zhì)量檢測技術(shù)之一，可以在不影響被測件結(jié)構(gòu)完整性的前提下高效完成檢測工作，且檢測結(jié)果的可靠性較高，能夠作為施工質(zhì)量的關(guān)鍵分析依據(jù)。鑒于此，文章以鐵路工程質(zhì)量檢測為背景，圍繞超聲波測試技術(shù)在其中的應(yīng)用展開探討，為類似項目提供參考。

關(guān)鍵詞：超聲波測試技術(shù)；鐵路工程；質(zhì)量檢測

1鐵路鋼軌探傷技術(shù)的行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在鐵路鋼軌探傷領(lǐng)域，大型鋼軌探傷車取得廣泛應(yīng)用，手提式超聲探傷儀等輕便化裝置產(chǎn)生的檢測結(jié)果可以用于驗證大型探傷車的檢測結(jié)果?？v觀國外行業(yè)發(fā)展情況，主流探傷車的運行速度可達(dá)到40~80km/h，部分先進(jìn)的設(shè)備可達(dá)到100km/h。我國探傷車以輪式傳感器為主，已經(jīng)取得較突出的成果，但相比于部分發(fā)達(dá)國家的行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀，仍存在差距，且有部分產(chǎn)品依賴于進(jìn)口。我國的幅員遼闊，交通建設(shè)規(guī)模較大，鐵路事業(yè)面臨任務(wù)重、時間緊等多重挑戰(zhàn)，加之現(xiàn)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(jié)果不準(zhǔn)確、效率低等問題，仍有突破空間。

2超聲波無損探傷技術(shù)在鐵路鋼軌質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

無損檢測技術(shù)利用聲、光、磁等特性，以不破壞被測物結(jié)構(gòu)的完整性為前提，對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行全面檢查，判斷其是否存在缺陷或內(nèi)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(guān)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(tài)良好，遇到兩個不同性質(zhì)的介質(zhì)時，能夠在兩者的交界面處發(fā)生反射，接收的波形可以反映具體的質(zhì)量情況。超聲波無損檢測的結(jié)果能夠以波形輸出，通過信號處理技術(shù)、圖像處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，生成直觀的檢測數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中，超聲波無損檢測具有操作便捷、設(shè)備輕便、效率高、檢測結(jié)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(huán)境造成損害，可保證人員的安全，有利于維持現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)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(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)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(fā)生反射，得到的檢測結(jié)果可以用于反映結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的缺陷。（1）脈沖反射檢測原理。由特定裝置發(fā)射超聲波，到達(dá)兩種不同介質(zhì)的交界面時出現(xiàn)反射，在檢測過程中可利用某探頭同時負(fù)責(zé)發(fā)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(zhǔn)備發(fā)射和接收脈沖波的探頭，將其安裝在待測件的兩側(cè)，發(fā)射脈沖并接收，根據(jù)結(jié)果對被測物的缺陷情況進(jìn)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(guān)系，若前者為后者的整數(shù)倍，則出現(xiàn)共振現(xiàn)象，此時根據(jù)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(shù)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(yīng)用效果。結(jié)構(gòu)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(xù)性，在熱影響區(qū)的掃查工作中可行性不足。連續(xù)探傷法能夠達(dá)到連續(xù)掃查的效果，在實際應(yīng)用中，組成20個不同的探傷狀態(tài)，探頭穩(wěn)定在某位置不發(fā)生移動時，掃查到20個分立點；探頭發(fā)生移動時，對應(yīng)的兩斜線也同步移動，實現(xiàn)對焊縫的全方位掃查。鋼軌焊縫探傷掃查架探傷的應(yīng)用優(yōu)勢突出，檢測結(jié)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(fā)現(xiàn)鋼軌的缺陷，根據(jù)實際情況予以處理。將該方法應(yīng)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(zhì)量問題和安全隱患，保證驗收質(zhì)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(jù)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(yán)格控制探頭的位置，其距焊縫中心80mm，在該位置關(guān)系下，將探頭置于軌面中心做移動掃查，結(jié)果表明軌道與軌腰連接圓弧部位存在結(jié)構(gòu)缺陷。為獲得較高的探傷檢測率，需要按照規(guī)范校對探頭側(cè)與鄂部。在鋼軌軌頭兩側(cè)面分別設(shè)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(jù)焊縫寬度、掃查密度等基礎(chǔ)參數(shù)計算而得），作為正式探測的依據(jù)，以便高效落實將探測工作。軌頭焊縫內(nèi)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(cè)面向前反射，對應(yīng)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(nèi)，源自A探頭的超聲波到達(dá)缺陷部位后發(fā)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(qū)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(xiàn)對待測區(qū)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(fā)生在軌腰與溢流飛邊交界根部；為進(jìn)一步探明結(jié)構(gòu)的質(zhì)量情況，在斷口疲勞紋源處取金相試樣，對其進(jìn)行檢測，以確定該部位的金相組織，對焊接質(zhì)量進(jìn)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(xiàn)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(dǎo)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(jù)檢測要求調(diào)整兩探頭間距后，可以實現(xiàn)對被測區(qū)域的全面掃查。按前述方法操作，根據(jù)檢測結(jié)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(guān)注信號視域和頻域，對兩個方面進(jìn)行分析。依托小波分析技術(shù)，重構(gòu)故障特征信號，檢測鋼軌故障信息，對故障的發(fā)生位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。（3）焊縫軌底探傷。對軌底角進(jìn)行劃分，得到6個探測區(qū)，持續(xù)調(diào)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(qū)，操作中嚴(yán)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(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，控制為90mm，顯示焊筋下輪廓波。而在軌底角4~6區(qū)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(qū)域進(jìn)行全面掃查，顯示焊筋上輪廓波。根據(jù)檢測結(jié)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(cè)焊筋；若缺陷直徑大于聲波束寬，此時的顯示內(nèi)容發(fā)生變化，即只顯示缺陷波[1]。軌底探傷單探頭發(fā)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(nèi)，避免影響焊縫檢測結(jié)果的全面性。（2）正式探傷前，先對探傷靈敏度進(jìn)行調(diào)整，以4~6dB為宜，此時檢出率較高，能夠保證探傷結(jié)果的全面性。（3）針對鋁熱焊縫，對其進(jìn)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(nèi)外側(cè)焊筋波的顯示規(guī)律，精準(zhǔn)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(guān)注探傷掃查的困難區(qū)域，例如軌頭上角，若該方法缺乏可行性，則需要根據(jù)實際情況調(diào)整為其他方法，確保探傷范圍可以覆蓋該區(qū)域。（6）針對探測面周邊的探傷掃查不足區(qū)域，可采取單探頭自發(fā)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(jīng)過探傷檢測，此時可以對大范圍的質(zhì)量缺陷情況進(jìn)行系統(tǒng)性判斷。

5結(jié)語

綜上所述，超聲波無損檢測技術(shù)可以在不損傷被測件的前提下高效完成檢測，且結(jié)果的指向性較好，能夠為質(zhì)量分析提供重要的依據(jù)。在鐵路工程建設(shè)領(lǐng)域，通過超聲波無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以完成對鋼軌等相關(guān)裝置的檢測工作，有利于工作人員對施工質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，提高施工質(zhì)量的可控性。

參考文獻(xiàn)

[1]瞿輝，戴曉嬌，趙金菊.超聲波無損檢測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2020（1）：35-38.

作者:韓鋒剛 單位:中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司