钢轨焊缝超声波探伤常见误判原因及规避措施

中图分类号：U213 文献标识码：A

引言

钢轨焊缝是铁路轨道连接的关键部位，在列车荷载反复作用下，焊缝内部若存在缺陷极易引发重大安全事故。超声波探伤技术通过向焊缝内部发射高频声波，利用缺陷反射信号判断缺陷的位置、大小与性质，具有非破坏性、检测速度快、对体积型缺陷敏感等优势，已成为钢轨焊缝质量检测的法定手段。误判主要表现为漏判与误判两类，前者可能埋下安全隐患，后者则会导致不必要的返工，增加运维成本。因此，深入分析误判原因并制定规避措施，对提高钢轨焊缝探伤质量、保障轨道运行安全具有重要意义。

1 钢轨焊缝结构特征与超声波探伤原理

钢轨焊缝的结构特征决定了其探伤的复杂性。钢轨焊接通常采用闪光焊、气压焊或铝热焊等工艺，焊缝区域由熔合区、热影响区与母材组成：熔合区是焊缝金属与母材的过渡区域，边界不规则且存在组织差异；热影响区因焊接热作用导致晶粒粗大，力学性能与母材存在差异；铝热焊等工艺还可能形成铸造组织，存在气孔、夹渣等固有缺陷风险。这些结构特征使焊缝内部存在复杂的声阻抗差异，易产生非缺陷反射信号，干扰探伤判断。超声波探伤的基本原理是利用声波的反射特性：探头向焊缝发射超声波，声波在不同介质界面发生反射，反射波被探头接收后转化为电信号，通过显示屏呈现为波形。探伤人员根据波形的位置、幅度、形状判断是否存在缺陷及缺陷性质。对于钢轨焊缝，通常采用纵波直探头检测内部体积型缺陷，横波斜探头检测平面型缺陷，通过多角度、多探头组合实现全截面覆盖检测。焊缝的特殊结构会导致多种非缺陷反射信号：熔合线的不规则界面会产生反射波，热影响区的晶粒粗大可能导致声波散射，形成杂波；焊缝余高的几何突变也会产生反射信号。这些信号与缺陷信号在波形特征上可能存在相似性，若缺乏精准识别能力，极易造成误判。

2 钢轨焊缝超声波探伤常见误判原因

2.1 技术因素导致的误判

（1）焊缝结构干扰。焊缝的几何形状与组织特征是产生非缺陷信号的主要原因。比如，在某次作业中，当探铝热焊时，把探头抵到焊带处，出现了两个波，都已冲顶，前面的波是焊带的对侧波，后面的波水平显示 75mm，深度显示 33mm，用尺子量在母材上，离焊带对侧 35mm 处。用手摸，基本不动。把上下表面打磨了一下，还是不动。用探头在对侧校正，在 75mm 的那个位置不出现任何波。按正常来说，那么强的波出现时，在对侧应该能校验到，但是仪器上没有任何显示。判断这个波不在母材上，然后就在焊带上用手拍，结果在焊带的对侧上棱上动，然后就用直磨机打磨，看到波有所下降，就继续打磨，把上棱打磨圆顺，再探伤一看，波消失了。后来分析，这是产生了变形波，超声波在焊带里发生了波形转换，超声波在焊带里来回反射，导致路径变长，声程变长，所以波形显示声程在母材上，实际在焊带上。（2）超声波传播特性影响。超声波在焊缝中的传播路径复杂，可能因折射、反射导致声束偏移，使缺陷定位不准。例如，斜探头入射角度偏差会导致声束在焊缝中传播方向改变，原本指向缺陷的声束可能偏离，而无关界面的反射信号被误判为缺陷；声波在粗晶组织中传播时，衰减加剧导致缺陷信号幅度降低，易将小缺陷漏判；多次反射波可能被误判为深处缺陷，造成定位错误。（3）设备与探头因素。探伤设备的性能直接影响信号采集质量。仪器灵敏度不足会导致小缺陷信号无法识别，而灵敏度过高则会放大杂波，干扰判断；探头频率选择不当会影响缺陷分辨能力；探头晶片磨损、耦合剂涂抹不均会导致声波发射与接收效率下降，产生信号失真。此外，探头楔块磨损或角度偏差会改变声束折射角度，导致检测区域出现盲区，造成漏判。

2.2 操作因素导致的误判

（1）探伤工艺参数设置不当。探伤工艺参数的合理性是准确检测的前提。探头移动速度过快会导致信号采集不完整，错过缺陷波；扫描速度与声速不匹配会造成缺陷定位误差；增益调节不当会导致缺陷波淹没或杂波干扰。对于不同焊接工艺的焊缝，若未针对性调整探头角度、检测范围等参数，会因检测覆盖不全产生漏判。（2）操作人员技能不足。操作人员的专业能力直接影响判伤准确性。对焊缝结构与缺陷形成机理认识不足，易将熔合线反射误判为裂纹；缺乏波形分析经验，难以区分缺陷波与杂波；对不同类型缺陷的波形特征识别不清，可能导致缺陷性质误判。此外，疲劳作业或责任心不足会导致操作不规范，如探头移动不平稳、耦合不良等，影响信号质量。（3）检测环境干扰。现场检测环境的复杂性会干扰探伤过程。钢轨表面存在油污、铁锈、焊渣时，会影响超声波耦合，产生虚假信号；室外检测时的温度变化会改变声速传播速度，影响定位精度；列车振动、电磁干扰可能导致仪器显示不稳定，产生杂波。此外，既有线路焊缝检测时，轨枕、扣件等部件遮挡检测区域，可能形成检测盲区，导致缺陷漏检。

2.3 标准与管理因素导致的误判

（1）判伤标准不明确。钢轨焊缝缺陷的判定缺乏细化标准时，易产生主观偏差。例如，对“可疑信号”的界定模糊，操作人员可能因经验不同做出不同判断；不同焊接工艺的焊缝允许缺陷尺寸差异未明确区分，采用统一标准会导致误判；对缺陷动态扩展风险的评估不足，可能将潜在危险缺陷判定为合格。（2）质量控制体系不完善。缺乏有效的质量复核机制会放大误判风险。探伤记录不完整导致无法追溯复核；未定期开展人员技能考核与设备校准，使操作误差与设备偏差长期存在；对新焊接工艺、新材料钢轨的探伤方法缺乏针对性研究，沿用旧标准检测易产生误判。

3 钢轨焊缝超声波探伤误判的规避措施

3.1 技术优化措施

（1）改进探伤工艺与参数。针对不同焊接工艺的焊缝特性，制定差异化探伤工艺。闪光焊焊缝重点检测热影响区的横向裂纹，采用多角度斜探头交叉检测；铝热焊焊缝需关注浇铸缺陷，增加直探头检测体积型缺陷的频次；对焊缝余高进行预处理，确保表面平整，减少几何反射干扰。通过试块校准优化参数：根据钢轨类型调整探头角度，确保声束覆盖焊缝全截面；通过灵敏度校准设定合理增益，既保证小缺陷可识别，又避免杂波干扰；根据检测速度调整扫描线速度，确保信号采集完整。（2）采用先进检测技术与设备。引入数字化探伤设备提升信号处理能力。数字超声波探伤仪可存储波形数据并进行后期分析，便于复核与追溯；配备图像化显示功能，直观呈现缺陷位置与形态，减少判断误差；采用多通道探头阵列技术，实现焊缝全截面同时检测，避免盲区漏检。开发专用试块模拟焊缝结构：制作包含典型非缺陷反射的对比试块，帮助操作人员熟悉干扰信号特征；设计不同类型、不同尺寸的人工缺陷试块，提升缺陷识别能力。（3）加强焊缝结构预处理。通过表面处理减少耦合干扰：检测前清除钢轨表面的油污、铁锈、焊渣，用砂轮打磨焊缝及周边区域，确保表面粗糙度符合耦合要求；根据环境温度选择合适的耦合剂，保证耦合层均匀连续。对复杂焊缝结构进行辅助标识：在焊缝两侧标注熔合线大致位置，辅助判断反射信号来源；对铝热焊的浇铸口等特殊结构进行标记，避免误判为缺陷。

3.2 操作规范措施

（1）强化操作人员培训与考核。建立系统化培训体系：培训内容涵盖焊缝的冶金原理、超声波传播规律、缺陷波形特征等理论知识，结合典型案例分析提升判断能力；开展实操培训，在模拟试块上练习识别非缺陷信号与缺陷信号，通过考核后方可上岗。定期组织技能竞赛与经验交流：通过盲样测试检验操作人员的判伤准确性，对误判案例进行集体分析，总结识别要点；推广优秀操作人员的判伤经验，形成标准化识别方法。（2）规范现场操作流程。制定标准化操作手册：明确探头移动路径、移动速度、耦合压力等操作细节；规定检测前的设备校准步骤，确保设备状态合格。实施多方向、多探头验证：对可疑信号采用不同角度探头交叉检测，如用 45°探头发现的信号，再用 60^∘ 探头复核，通过反射波变化判断是否为缺陷；对平面型缺陷信号，转动探头观察波形变化，排除非缺陷干扰。（3）优化检测环境控制。改善现场检测条件：在既有线路检测时，提前申请天窗点，确保无列车干扰；搭建临时防护棚，避免雨雪天气影响耦合效果；使用磁性探头支架辅助固定探头，减少手持操作的不稳定性。采用辅助工具提升检测可靠性：使用轨头、轨腰专用探头架，确保探头与钢轨表面良好贴合；配备表面粗糙度测量仪，检测前评估表面处理质量，不符合要求时重新处理。

3.3 管理与标准完善措施

（1）制定细化的判伤标准与流程。建立分类判伤标准：针对闪光焊、气压焊、铝热焊等不同工艺，分别明确缺陷允许尺寸、性质判定阈值，如铝热焊的气孔直径允许值可适当放宽；对可疑信号制定复核流程，如要求双人复核、采用不同设备复检，避免单一判断失误。规范缺陷记录与评估：要求详细记录缺陷位置、波形特征、判定依据，附波形图存档；对判定为合格但存在可疑信号的焊缝，标注关注等级，纳入后续跟踪检测计划。（2）健全质量控制与监督体系。实施三级复核制度：操作人员自检、班组互检、质检人员专检，确保每道焊缝的检测结果经过至少两人确认；对关键区段的焊缝，采用 100% 复核率。定期开展设备与人员校准：按周期校准探伤仪的水平线性、垂直线性、灵敏度，确保设备精度；每年对操作人员进行资格复审，通过理论与实操考核验证技能水平，不合格者暂停上岗。（3）加强技术研发与应用创新。开展针对性技术研究：针对新型钢轨、新型焊接工艺的焊缝特点，研发专用探伤方法与探头；研究焊缝缺陷动态扩展规律，建立基于风险评估的判伤标准，提升判伤的前瞻性。推广智能化探伤技术：开发基于人工智能的波形识别系统，通过机器学习区分缺陷与非缺陷信号，辅助操作人员判断；应用数字孪生技术模拟不同缺陷的超声波反射特征，为培训与判伤提供可视化工具。

4 结束语

综上所述，钢轨焊缝超声波探伤的误判问题是技术特性、操作规范与管理体系共同作用的结果，其规避需要从技术优化、操作规范、标准完善多维度协同发力。通过改进探伤工艺、采用先进设备减少技术干扰，通过强化人员培训、规范操作流程提升判断能力，通过细化判伤标准、健全质量体系确保结果可靠，可显著降低误判率。随着铁路向高速化、重载化发展，钢轨焊缝承受的荷载不断增加，对探伤质量的要求更为严格，建立缺陷发展预测模型，实现主动预防，为轨道安全运行提供更坚实的保障。

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