钢轨焊缝的超声波探伤技术改进

1 前言

铁路基地闪光焊接头容易存在灰斑、未焊透、过烧等缺陷，所以焊接接头是长钢轨的薄弱环节。为检测焊接接头内部是否存在焊接缺陷及缺陷的定量、定位就需要进行钢轨探伤，焊轨基地主要采用CTS-9006 数字探伤仪对接头进行探伤。

由于该种探伤方法使用的探伤仪器（CTS-9006 型）轻巧灵便、耗能较小、功能较多；缺点是在强光下屏幕显示模糊、焊缝信息输入繁琐，数据只能存储瞬间波形。所以不能对钢轨焊缝全断面进行准确扫查，存在一定的探伤盲区。为保证线路行车安全，提高焊缝探伤质量，焊轨基地配套使用铁道科学院研制的 GHT-2B 型钢轨焊缝探伤仪，对原有的超声波探伤工艺进行了研究、改进。

2 基地原有超声波探伤仪（CTS-9006 型）的使用特点

焊轨基地焊缝探伤采用 CTS-9006 型超声波探伤仪，根据 TB/T1632.1-2005《钢轨焊接 第1 部分：通用技术条件》的规定及钢轨断面形状，探伤人员针对轨头和轨底部位采用K2.5 单斜探头进行扫查，轨腰探伤采用单K1 斜探头。在实际探伤作业时，轨头探伤灵敏度一般设定为76dB 左右，轨底为78dB 左右；轨腰探伤灵敏度一般设定为76dB 左右。为了提高探伤准确性、防止漏探视情况可在探伤灵敏度基础上再增益 2-6dB，作为探伤实际扫查灵敏度。

3 钢轨焊缝超声波探伤工艺及缺陷分析

焊轨基地焊接普遍采用闪光接触焊接，在焊接过程中一般会出现过烧、裂纹、灰斑等缺陷，从而大大降低了钢轨焊缝的性能和使用安全系数，给行车安全造成不良后果。钢轨焊缝超声波探伤，就是一种常用的钢轨焊缝内部缺陷的无损检测技术，依据定向辐射超声波束在缺陷界面上产生反射或使透过声能下降等原理，透过测量回波信息和透过声波强度变化来指示伤损的一种方法。

钢轨焊接生产过程中产生的主要缺陷为：

3.1 过烧缺陷

过烧缺陷是在焊接过程中，由于投入热量过高不仅使钢轨端部金属奥氏体晶粒长大，而且在奥氏体过烧晶界上发生了某些使晶界弱化的变化形成。此类缺陷是体积型缺陷，存在于焊缝和热影响区。轻度过烧呈细小黑灰斑点，重度过烧呈黑色蜂窝状（见图1）。

图1 过烧

3.2 裂纹缺陷

裂纹缺陷（见图 2）一般存在于焊缝过烧区，此类缺陷一般形成于焊接过程中或焊后，在焊缝或母材的热影响区局部破裂的缝隙，且部分具有一定潜伏期，是一种非常危险的工艺缺陷，在接头内部严禁存在。此类缺陷回波一般较高，波幅宽，会出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上、下错动现象。

图2 裂纹

3.3 灰斑缺陷

灰斑缺陷是闪光焊主要的缺陷，成因是由于焊接钢轨端部硅锰元素含量较高，顶锻时未能将硅锰及相应氧化物挤出焊缝，残留在焊缝中所形成。此类缺陷是面积型缺陷，一般呈长条形或椭圆形，灰斑色泽与焊缝断口金属不同，平而亮或呈灰色，与周边金属有明显界限。大多存在于焊缝轨底脚及三角区，焊缝轨底脚露头灰斑对接头性能影响较大。此类缺陷一般探测位置不一样，回波的高度和幅度都不一样，由于灰斑很薄，声能透过率相对比较高，反射回波波形单一，波峰高尖锐。

4 探伤工艺的改进

在实际探伤工作中发现CTS-9006 还存在着一些不足：1.在强光下屏幕显示模糊、焊缝信息输入繁琐；2.数据只能存储瞬间波形，没有数据波形回放功能；3.只能形成A 扫波形，不能直观的分析和判断伤损程度和位置；4.检测的准确性和可靠性受人为因素影响很大。针对以上问题，我基地引进了铁科院研制的 GHT-2B 型钢轨焊缝探伤仪和 GHT-Ⅲ型扫查架对钢轨焊缝进行探伤。

4.1 GHT-2B 型钢轨焊缝探伤仪简介

GHT-2B 型钢轨焊缝探伤仪是依据标准《TB/T 2658.21-2007》中“ 工务作业第21 部分：钢轨焊缝超声波探伤作业” ，为钢轨焊缝探伤专门研制的多通道智能超声波探伤仪，采用国际先进的数字集成技术和新型 TFT彩色显示器件，仪器采用人工智能技术，功能强劲，使用方便。

GHT-2B 型钢轨焊缝探伤仪既能实时采集、传输探伤扫查状态和探伤数据，并能同时以 A 扫、B 扫以及视频等方式直观显示各扫查方法的探伤数据。数据回放和分析时，即可以选定具体的 A 显回波进行细节分析，也可以改变不同的灵敏度进行不同的图像B 显示。探伤数据可以以USB 接口导出，也可以通过 RJ45 接口向网络上传，支持焊轨综合监控管理系统升级后的要求，实现探伤数据全程回放和监控管理。

4.2 GHT-Ⅲ型扫查架

GHT-Ⅲ型扫查架（见图 5）是一种多功能钢轨焊缝全断面扫查架，采用无极传输履带驱动探头，简化了结构，减轻了重量，探头走行平稳、连续，有利于声波耦合，适用于钢轨各种焊缝探伤扫查，能够同时对轨头、轨腰和轨底三部位进行扫查。

图 5 GHT-Ⅲ型扫查架

该扫查架采用双探头串联式扫查，探头角度的设定可根据探头测试仪测试结果进行录入。轨腰波门设定为“ 位置 160mm ，宽度 30mm^′′ ；轨头波门设定为“ 位置 70mm ，宽度 10mm^′′ ；轨底波门设定为“ 位置 140mm 宽度 20mm^′′ 。系统使用“ 轨腰 K0.75 探头一对” ，“ 轨头 K1.2 探头一对” ，“ 轨底 K0.88 探头一对” 进行探伤。

利用设备提供的试块来进行探伤质量优化，提高了焊缝探伤的内控标准。单探头由Φ4mm提高到Φ3mm，双探头由Φ3mm提高到Φ2mm。质量标准提高后，缺陷检测能力也相应提高。

6 结束语

通过生产实践，呼和浩特铁路局焊轨段采用 CTS-9006 型和 GHT-2B型探伤仪配合使用，提高了判伤内控标准，有效的排查隐性缺陷防止漏检和误判，充分发挥设备超强的检测能力和存储分析能力，从而较大程度提高了探伤水平，保证了探伤质量。

参考文献：

［1］TB/T 1632.1-2005《钢轨焊接 第 1 部分：通用技术条件》.北京：铁道部.

［2］《钢轨闪光焊培训教程》.北京：铁科院金属及化学研究所，2008.