鋼軌超聲波探傷70°探頭詳解

鋼軌超聲波探傷鋼軌超聲波探傷，就是利用超聲波探傷儀對鋼軌母材（或鋼軌焊縫部分區(qū)域）進(jìn)行無損檢測。目前我們使用的GCT-8C鋼軌探傷儀采用六只70°探頭，兩只37°探頭和一只0°探頭對鋼軌Ⅰ、Ⅱ區(qū)進(jìn)行探測。1.探測方式：70°探頭和37°探頭利用橫波反射法探傷。0°探頭具有脈沖穿透和脈沖反射兩種探傷功能。70°探頭主要探測鋼軌頭部缺陷（Ⅰ區(qū)）。37°主要探測鋼軌螺孔裂紋及鋼軌Ⅱ區(qū)部位（軌頭、軌腰至軌底）部分缺陷。0°探頭探測軌頭至軌底間（軌腰投影范圍）的水平、縱向和斜裂紋。2.工作原理：

70°和37°探頭依據(jù)出波報(bào)警的工作原理；

0°探頭依據(jù)底波的削弱、消失或有傷出波的工作原理，依次來判斷是否有傷損存在。且均有報(bào)警功能。3.報(bào)警頻率：

70°、37°、0°分別采用三種不同報(bào)警頻率加以區(qū)別。

70°通道：250Hz；

37°通道：500Hz；

0°通道：1000Hz。4.探測面的選擇：由于軌頭頂面條件最好，所以正常探傷時(shí)所有探頭均放置于鋼軌頂面上。第一節(jié)70°探頭的探傷

70°探頭采用橫波在鋼軌軌頭內(nèi)進(jìn)行反射式探傷，主要探測軌頭核傷和鋼軌焊縫軌頭的夾渣、氣孔和裂紋等。

目前我局使用的GCT-8C鋼軌探傷小車上共有6只70°探頭。前內(nèi)、后內(nèi)；前外、后外4只探頭均帶20°偏角，是利用一、二次波進(jìn)行探傷。兩只直70°探頭利用一次波進(jìn)行探傷。

后內(nèi)前內(nèi)后外前外前直后直走行方向由于前內(nèi)和后內(nèi)兩只探頭聲束發(fā)射方向相反，因此回波在熒光屏刻度上的位移也相反。

前內(nèi)由大刻度向小刻度移動，后內(nèi)由小刻度向大刻度移動。前外和后外、前直和后直與上相同。9.21.09.21.09.21.09.21.09.21.01.09.2由于70°探測通道采用較強(qiáng)的遠(yuǎn)距離補(bǔ)償，以及軌端頂角反射的因素，一般二次波起始強(qiáng)而雜亂。因此在以軌端斷面為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)70°探傷靈敏度時(shí)，切勿將二次波的頂角反射回波當(dāng)作雜波處理，也不能過高要求一次波位移到0刻度，這樣會導(dǎo)致探傷靈敏度過高，不利于探傷。

一次波位移不到0刻度屬正?，F(xiàn)象。為擴(kuò)大軌頭內(nèi)、外側(cè)的掃查范圍，探頭在軌面與鋼軌縱向呈20°偏角，使入射鋼中的橫波經(jīng)軌頭下顎作二次反射，擴(kuò)大掃查范圍確保對軌頭全面掃查。20°偏角軌頭一、聲波的傳播途徑（一）偏角掃查1.一次波

探頭發(fā)射的超聲波在未被軌頭下顎反射之前，由傷損或軌端斷面反射的回波。

一次波2.二次波超聲波經(jīng)軌頭下顎反射后，尚未被軌頂面反射前，由傷損或軌端斷面反射的回波。

二次波的作用是擴(kuò)大探測范圍，提高不同趨向缺陷的檢出能力。二次波（二）無偏角掃查

為了有效檢測軌頭中心區(qū)域的橫向裂紋，采用70°探頭置于軌面中心，聲束發(fā)射方向與鋼軌縱向平行，入射至鋼軌中的聲波由軌面向軌頭三角區(qū)傳播，有利于發(fā)現(xiàn)鋼軌軌頭中心區(qū)域的橫向裂紋（核傷）。一次波軌頭二、軌端回波顯示（一）偏角掃查當(dāng)70°探頭入射點(diǎn)距軌端（60Kg/m）216mm左右（圖a），熒光屏刻度9.2左右將顯示軌端頂角反射波；聲軸線圖a2109.2軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線隨著探頭向軌端移動，探頭從位置0移至位置1，二次波從軌端頂角向軌顎方向移動，回波從刻度9.2向5.0移動（圖b）9.25.00聲軸線圖b21軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線同時(shí)，在熒光屏刻度4.8處顯示軌顎底角反射波（圖c）；4.85.0圖c210軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線

探頭繼續(xù)前移，二次波回波下降，一次波波幅上升，并隨著探頭從位置1移向位置2，回波從刻度4.8向1.0處移動（圖d）4.81.021圖d0軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（二）無偏角掃查

當(dāng)直70°探頭入射點(diǎn)距軌端140mm左右時(shí)，熒光屏刻度10格顯示軌端反射波；隨之探頭向前移動，探頭距軌端越來越近，回波由刻度大向刻度小移動，與帶偏角的70°探頭不同，直70°只有一次波沒有二次波。140mm101.0三、聲束覆蓋范圍

目前，鋼軌探傷儀的探傷工藝一般都采用70°探頭在軌面有偏角和無偏角兩種掃查方式，偏角掃查是利用軌顎反射擴(kuò)展掃查范圍；無偏角掃查是為彌補(bǔ)偏角掃查未檢測的區(qū)域。（一）偏角掃查聲束覆蓋范圍一次波聲束覆蓋范圍約占軌頭總面積20%，實(shí)際掃查面積大小與探頭偏角、位置和探傷靈敏度等有關(guān)。2.二次波聲束覆蓋范圍約占軌頭總面積45%。3.同時(shí)用兩只70°探頭，一只檢查軌頭內(nèi)側(cè)，另一只檢查軌頭外側(cè)，由于探頭偏角的因素，在軌頭中下部存在一個“盲區(qū)”。平底孔回波顯示記錄孔號回波位移孔號回波位移孔號回波位移孔號回波位移孔號回波位移16.3～7.726.0～8.436.4～8.640.9～1.18.5～9.257.7～7.865.5～6.575.8

～6.681.2～1.57.2～7.691.1～1.810114.6～5.8122.2～2.75.2～6.0131.8～2.57.2～7.4142.0～2.315163.4～4.44.5～5.1173.0～3.64.6～5.7182.4～3.4192.2

～2.620213.1～4.4223.4～4.411022234567891112131415161718192021（二）無偏角掃查聲束覆蓋范圍

無偏角70°探頭聲束覆蓋約為軌頭總面積的20%。兩只偏角70°加上一只無偏角70°探頭，三只探頭同時(shí)使用，聲束可覆蓋整個軌頭范圍，滿足軌頭全面掃查的目的。四、核傷回波顯示

70°探頭屬反射式探傷法，探傷中無傷損存在時(shí)，一般不會有回波顯示，當(dāng)遇有傷損，且反射回波能被探頭接收時(shí)，熒光屏顯示傷波并報(bào)警，可根據(jù)回波顯示特點(diǎn)，大約確認(rèn)傷損存在的位置和大小。（一）規(guī)則核傷的顯示1.偏角檢測核傷回波顯示1）核傷位于軌顎附近由于傷損存在于一、二次波掃查區(qū)，且接近軌顎，因此，A型顯示在熒光屏刻度5.0左右，一、二次回波連續(xù)顯示；B型顯示在軌顎線附近，且傷波圖形較長。5.0軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線2）核傷位于軌頭附近傷損存在于一、二次波掃查區(qū)，A型顯示回波在熒光屏掃描線上分兩次顯示，兩次顯示越靠近兩端，則核傷距軌面越近；B型顯示在軌面線附近和離軌顎線較遠(yuǎn)的下方。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線3）核傷位于軌頭一側(cè)上角傷損處于二次波掃查區(qū)內(nèi)，A型顯示回波顯示在熒光屏刻度5.0以后，回波位置刻度越大，核傷距軌面越近；B型顯示傷損圖形在軌顎線下方，離軌顎線距離越大，核傷越靠近軌面。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線

規(guī)則核傷回波顯示規(guī)律一般具有傷損垂直高度越大，A型顯示回波位移越大、B型顯示傷損圖形越長的特點(diǎn)。傷損位于一、二次重疊掃查區(qū)時(shí)，A型顯示一、二次波都有，B型顯示在同一垂線附近出現(xiàn)兩個傷損圖形。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線若傷損處于一次波掃查范圍之外，則A型顯示僅有二次波顯示，B型顯示在軌顎線下方僅有一個傷損圖形。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線如果傷損直徑很大，則A型顯示傷波近似于軌端回波，B型顯示較長的傷損圖形從軌顎線下方至軌面線附近。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線2.無偏角檢測核傷回波顯示核傷的位置與回波顯示刻度相對應(yīng)，傷損越淺，A型顯示回波位置靠近刻度起點(diǎn)，B型顯示靠近軌面線。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線

傷損越深，A型顯示回波位置靠近刻度后端，B型顯示靠近軌顎線。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（二）傾斜核傷的顯示

核傷會因列車運(yùn)行方向的影響呈傾斜性發(fā)展，這給探傷檢查帶來了一定的難度。由于核傷傾斜后，傷損回波途徑發(fā)生改變，回波的顯示規(guī)律與規(guī)則性傷損不同，認(rèn)識傾斜性傷損回波顯示規(guī)律，對波形分析、防止漏檢誤判有益。1.偏角檢測傾斜核傷回波特點(diǎn)1）核傷位于軌顎附近雖然傷損存在于一、二次波掃查區(qū)，當(dāng)探頭接收不到二次波時(shí)，A型顯示在刻度5.0之前，B型顯示在軌顎線之上。

5.0軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線當(dāng)探頭接收不到一次波時(shí)，A型顯示在刻度5.0之后，B型顯示在軌顎線之下。5.0軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線2）核傷位于軌頭上方雖然在一、二次波掃查區(qū)內(nèi)，由于核傷傾斜后探頭無法接收到一次回波，從波形顯示上會誤以為核傷位于軌頭上角處。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線當(dāng)探頭無法接收到二次回波時(shí)，從波形顯示上會誤以為核傷位于軌頭中心處。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線3）核傷位于軌頭一側(cè)上角雖然核傷在二次波掃查區(qū)內(nèi)，因核傷傾斜后，當(dāng)核傷反射面正好與二次波聲束正交時(shí)，會有回波顯示。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線當(dāng)核傷傾斜不與聲束垂直時(shí)，會造成漏檢，最有效的方法是從另一側(cè)檢測。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線2.無偏角檢測傾斜核傷回波特點(diǎn)當(dāng)傾斜核傷與聲束垂直時(shí)，熒光屏上會有回波顯示。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線當(dāng)核傷傾斜不與聲束垂直時(shí)，雖然核傷處于聲波掃查范圍，熒光屏上無回波顯示，會造成漏檢，最有效的方法是從另一側(cè)檢測。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線五、非核傷回波顯示（一）剝離層多次反射波鋼軌制造和淬火不良，會產(chǎn)生軌頭表面剝離，形成不規(guī)則的薄層，聲波在薄層中多次反射后被探頭接收，A型顯示一次波范圍會出現(xiàn)單支或多支回波同時(shí)顯示的現(xiàn)象；B型顯示在軌面線附近有不規(guī)則、密集分布的點(diǎn)。剝離層末端很容易產(chǎn)生核傷，可根據(jù)回波和探頭位置來進(jìn)行識別。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（二）魚鱗剝離反射波由于鋼軌接觸疲勞強(qiáng)度不足，曲線上股和部分直線地段易形成魚鱗狀剝離，A型顯示的熒光屏刻度

7.5

～

8.5間會出現(xiàn)有規(guī)律、連續(xù)、循環(huán)的回波顯示；B型顯示在軌顎線下方會形成連續(xù)圖形，且離軌顎較遠(yuǎn)。重點(diǎn)注意波幅強(qiáng)、位移大的回波。因?yàn)轸~鱗剝離末端很容易產(chǎn)生核傷。

軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（三）剝離掉塊波軌頭側(cè)面肥邊或曲線內(nèi)側(cè)剝離掉塊，會引起聲波反射，有時(shí)一、二次波都會顯示。由于肥邊易產(chǎn)生應(yīng)力集中而形成核傷，所以對這種異常波形要認(rèn)真校對。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（四）側(cè)面鋸齒波由于勻縫器卡鉗的卡齒使接頭軌頭側(cè)面形成條狀齒痕，檢測時(shí)二次波在齒痕上產(chǎn)生反射，A型顯示在刻度6.0左右顯示連續(xù)、位移短、重復(fù)的回波；B型顯示在軌顎線下出現(xiàn)等距離圖形。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（五）顎部銹蝕波軌頭顎部銹蝕嚴(yán)重時(shí)，較深的銹蝕坑會產(chǎn)生聲波反射，在一、二次波交替處顯示沒有移動的跳躍波。A型顯示在刻度4.5左右；B型顯示在軌顎線下方。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（六）夾板卡損波鋼軌接頭夾板與鋼軌長期摩擦，形成磨損臺階（嚴(yán)重時(shí)會發(fā)展成橫向裂紋），探頭入射點(diǎn)距夾板108mm左右時(shí)，在熒光屏一、二次波交替處顯示波幅穩(wěn)定的回波（刻度4.0左右）。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（七）螺孔反射波鋼軌探傷中遇曲線側(cè)磨嚴(yán)重、探頭偏角和位置不當(dāng)?shù)?，使軌頭內(nèi)聲束方向變化，部分聲波射入螺孔產(chǎn)生回波。探頭距螺孔210mm左右，A型顯示的熒光屏刻度9.0左右顯示螺孔反射波；B型顯示在軌顎線下出現(xiàn)斜線的圖形。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線（八）焊筋輪廓波無縫線路鋼軌焊縫，軌頭下顎都存在一個凸起的焊筋，在熒光屏刻度4.5左右會顯示焊筋輪廓波，鋁熱焊回波強(qiáng)，閃光焊回波較弱。要注意回波位移長、波幅強(qiáng)和多支回波同時(shí)顯示的回波分析，防止焊縫內(nèi)傷損漏檢。軌面線軌顎線軌腰中心線軌底線六、探傷注意事項(xiàng)（一）重視現(xiàn)場探傷靈敏度調(diào)節(jié)和休正

上道檢測前應(yīng)做好探傷靈敏度調(diào)節(jié)，在無雜波的情況下，盡可能提高探傷靈敏度，確保軌頭小核傷及時(shí)發(fā)現(xiàn)。（二）防止接頭1m區(qū)域核傷的漏檢

檢測標(biāo)軌線路接頭1m范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)注意核傷的檢測，因?yàn)榻宇^兩側(cè)各1m范圍是核傷多發(fā)區(qū)，并且因37°和0°探頭螺孔回波報(bào)警的干擾，忽視了70°探頭核傷的報(bào)警，易導(dǎo)致核傷的漏檢。（三）根據(jù)核傷存在的規(guī)律綜合判傷探傷中應(yīng)注意傷損規(guī)律的分析，根據(jù)傷損存在的部位、趨向，合理設(shè)置探頭聲束發(fā)射方向和組合排列。對于焊補(bǔ)層下的核傷檢測，應(yīng)注意70°探頭二次波探傷，同時(shí)結(jié)合0°探頭檢查焊補(bǔ)層是否有脫離。（四）重視傾斜性核傷的檢測（五）注意探頭位置和偏角的檢查

對于同樣大小的核傷，探頭偏角與報(bào)警長度有直接關(guān)系，偏角過大會影響核傷的檢測。因此，要重視探頭位置和偏角的檢查，發(fā)現(xiàn)不當(dāng)及時(shí)調(diào)整。尤其是曲線地段要及時(shí)調(diào)整探頭位置，確保聲束檢測預(yù)定區(qū)域。（六）重視薄弱處所的檢查和校對

應(yīng)注意小腰內(nèi)側(cè)、曲線上股、坡道變坡點(diǎn)和道岔基本軌的檢查，尖軌基本軌正反各檢查一遍，同時(shí)不能忽視擦傷、剝離、焊補(bǔ)層下核傷的檢查和校對。七、核傷定位和定量（一）基線法基線法又稱二點(diǎn)定位法，是根據(jù)回波顯示在熒光屏基線上的位置來確定核傷的位置和大小。此法操作簡便，定位定量精度較高，但要求儀器的探測范圍和靈敏度標(biāo)定準(zhǔn)確，否則影響定位定量精度。根據(jù)三角函數(shù)邊角關(guān)系，按探頭折射角和儀器標(biāo)定聲程比例值，求出熒光屏每格表示實(shí)際水平和垂直距離的系數(shù)。水平和垂直距離系數(shù)儀器標(biāo)定計(jì)算公式67°68°69°70°聲程

1：20水平距離=20sinβ18.418.518.718.8垂直距離=20cosβ7.87.57.26.8聲程

1：25水平距離=25sinβ2323.223.323.5垂直距離=25cosβ9.89.49.08.61.確定校對靈敏度

在鋼軌上調(diào)節(jié)校對靈敏度。探頭橫向置于軌面上，聲束方向朝鋼軌外側(cè)，以軌頭外側(cè)一次反射波顯示在2.5~3.0格范圍內(nèi)，波高80%為基準(zhǔn)，再增益14~16dB即可。2.核傷位置大小測量1）確定核傷近、遠(yuǎn)點(diǎn)波位置使用一次波校對，確定近點(diǎn)波b和遠(yuǎn)點(diǎn)波a，并在探頭入射點(diǎn)對應(yīng)的鋼軌上做好標(biāo)記B、A。baCDBAh2h12）確定核傷中心起波、落波中點(diǎn)刻度乘以水平距離系數(shù)，從探頭入射點(diǎn)向前量得出的值，即為核傷中心在鋼軌縱向的位置。3）確定核傷深度h1

近點(diǎn)波b乘以垂直距離系數(shù)，得出的值即為核傷深度h1

（埋藏深度）。4）確定核