CN106442730B - 一种钢轨焊缝超声波检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种钢轨焊缝超声波检测装置及检测方法包括主体(1)，其特征在于,所述主体(1)横向一侧设置第一悬臂(21)，第一悬臂(21)末端设置第一轨头探头(211)；主体(1)另一侧设置第二悬臂(22)，第二悬臂(22)末端设置第一轨头探头(212)。钢轨焊缝超声波检测装置配置3对探头、具有6种扫查方式，配合专用探伤设备，可以一次快速检测焊缝中的体积状缺陷和平面状缺陷，检测效率高。标准中规定的现有手工探伤校准试块无法完全满足超声波检测装置灵敏校准需要。

Description

一种钢轨焊缝超声波检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及交通运输领域，尤其涉及一种钢轨焊缝超声波检测装置及检测方法。

背景技术

无缝线路是高速铁路的基础。钢轨在焊接过程中会产生焊接缺陷、使用过程中焊缝会产生疲劳裂纹，采用超声波对钢轨焊缝中的焊接缺陷和疲劳裂纹进行检测，是减少钢轨折断、确保列车安全运行最直接﹑最有效的技术手段和措施。超声波检测前需要使用焊缝专用校准试块对设备的检测灵敏度进行校准，目前我国焊缝探伤主要为手工探伤，现有探伤标准、如TB/2658.21和TB/1632.1中已经规定了手工探伤时灵敏度校准试块。

手工单探头探伤具有方便灵活、适用性广的优点，但对钢轨焊缝探伤、其对焊缝中的平面状缺陷检出率低，探伤效率低、有效记录探伤信息少等无法克服的缺点，制约着焊缝探伤质量的提高。

由于各种焊缝缺陷和焊缝轮廓反射面常常集中在一个很小的区域，超声探伤时，缺陷回波与焊缝轮廓反射波互相干扰、不易分辨，缺陷的识别和定量受人为因素影响较大，很容易造成误判和漏探。

常规通用超声探伤设备，多为A型显示、单通道设备，适合手工单探头扫查，检测到的缺陷多为易检测到的体积状缺陷，而对最容易造成钢轨折断的平面状缺陷则不易检测。

常用的通用A型显示探伤设备虽然能够记录探伤时的波形信息，但无法记录探伤过程中探头扫查时的位置信息、也就无法全程动态记录和回放缺陷的图像显示、无法有效对探伤结果进行分析，无法对探伤结果有效追溯，无法有效对多次探伤结果有效对比。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种钢轨焊缝超声波检测装置，包括主体，所述主体横向一侧设置第一悬臂，第一悬臂末端设置第一轨头探头；主体另一侧设置第二悬臂，第二悬臂末端设置第一轨头探头。

其中，主体横向一侧位于第一悬臂上端设置第一轨底探头；主体横向另一侧位于第二悬臂上端设置第二轨底探头。

其中，主体纵向一侧设置轨腰支架，轨腰支架一端设置第一轨腰探头；轨腰支架另一端设置第二轨腰探头。

其中，主体下端一侧设置第一钢轨夹持机构；主体下端另一侧设置第二钢轨夹持机构。

其中，主体上端设置手动/自动转换开关、手柄、编码器、电池盒、充电口、电源开关、七芯插座、调速开关和手轮。

钢轨焊缝超声波检测装置的检测方法，包括选取钢轨试块，所述钢轨试块为一段长度为500mm-600mm的含有不同人工反射体的钢轨，其中，所述钢轨试块的轨头、轨腰和轨底上分别设置人工反射孔；通过钢轨焊缝超声波检测装置进行平面状缺陷双探头探伤灵敏度校准及轨头、轨腰、轨底体积状缺陷单探头探伤灵敏度校准。

其中，钢轨试块的轨头、轨腰和轨底上分别设置的人工反射孔为多个。

其中，钢轨试块分为3部分，分别为A区、B区、C区；其中，A区人工反射体为φ3mm平底孔，B区人工反射体为φ3mm竖孔，C区人工反射体为φ3mm横孔。

本发明中，钢轨焊缝超声波检测装置配置3对探头、具有6种扫查方式，配合专用探伤设备，可以一次快速检测焊缝中的体积状缺陷和平面状缺陷，检测效率高。

附图说明

图1为钢轨焊缝超声波检测装置结构图。

图2为钢轨试块结构图。

图3为钢轨焊缝超声波检测装置输出图表1。

图4为钢轨焊缝超声波检测装置输出图表2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种钢轨焊缝超声波检测装置及检测方法进行阐述。

图1示出一种钢轨焊缝超声波检测装置，包括主体1，所述主体1横向一侧设置第一悬臂21，第一悬臂21末端设置第一轨头探头211；主体1另一侧设置第二悬臂22，第二悬臂22末端设置第一轨头探头212。

所述主体1横向一侧位于第一悬臂21上端设置第一轨底探头121；所述主体1横向另一侧位于第二悬臂22上端设置第二轨底探头。

所述主体1纵向一侧设置轨腰支架25，轨腰支架25一端设置第一轨腰探头251；轨腰支架25另一端设置第二轨腰探头。

所述主体1下端一侧设置第一钢轨夹持机构23；主体1下端另一侧设置第二钢轨夹持机构24。

所述主体1上端设置手动/自动转换开关11、手柄12、编码器13、电池盒14、充电口15、电源开关16、七芯插座17、调速开关18和手轮19。

钢轨焊缝超声波检测装置的检测方法，包括选取钢轨试块，图2示出，所述钢轨试块为一段长度为500mm-600mm的含有不同人工反射体的钢轨，其中，所述钢轨试块的轨头、轨腰和轨底上分别设置人工反射孔；通过钢轨焊缝超声波检测装置进行平面状缺陷双探头探伤灵敏度校准及轨头、轨腰、轨底体积状缺陷单探头探伤灵敏度校准。

所述钢轨试块的轨头、轨腰和轨底上分别设置的人工反射孔为多个。

所述钢轨试块分为3部分，分别为A区、B区、C区；其中，A区人工反射体为φ3mm平底孔，B区人工反射体为φ3mm竖孔，C区人工反射体为φ3mm横孔。

所述钢轨试块中，A区平底孔钻孔方向为从钢轨A侧端面开始，沿钢轨长度方向，孔深为70mm；

B区竖孔距钢轨B侧端面70mm，钻孔方向为钢轨高度方向即垂直于长度方向；

C区横孔距A侧端面350mm,距B侧端面210mm，钻孔方向平行于水平面。

所述钢轨试块中，A区平底孔a1-a6距钢轨踏面距离分别为10mm、20mm、40mm、90mm、136mm(平底孔a5距钢轨底面40mm)、166mm，其中，A区平底孔(a1)-(a6)位于钢轨横截面左右对称中心线上；A区平底孔a6-a8距钢轨底面为10mm、平底孔a9和平底孔a91距钢轨底面6mm；平底孔a6位于钢轨横截面左右对称中心线上，平底孔a7和平底孔a8分别位于平底孔a6两侧，距离分别为50mm和25mm,平底孔a9和平底孔a91距轨底侧面为6mm；平底孔a10、平底孔a13和平底孔a11、平底孔a12分别位于钢轨横截面左右对称中心线两侧，距中心线20mm,平底孔a11和平底孔a12距踏面分别为10mm和20mm,平底孔a13和平底孔a10距踏面分别为20mm和30mm。

B区轨头共3个竖孔b1-b3，竖孔b1-b3的孔间距皆为20mm，竖孔b2与钢轨横截面中心线重合，竖孔b2孔深42mm，竖孔b1和竖孔b3为通孔；B区轨底共7个竖孔b4-b10，竖孔b4-b10各孔间距分别为20mm、20mm、25mm、25mm、20mm、20mm，竖孔b7与距中心线钢轨横截面中心线重合，竖孔b7孔深22mm，其他孔为通孔。

C区共8个横孔c1-c8，横孔c1-c8距踏面分别为10mm、20mm、30mm、40mm、60mm、100mm、140mm、160mm,横孔c5-c7为通孔，横孔c1-c4和c8孔深超过钢轨横截面左右对称中心线15mm。

钢轨焊缝超声波检测装置配置3对探头、具有6种扫查方式，其中轨头2个探头可以实现轨头部位平面状缺陷的K型扫查，轨底2个探头可以实现轨底部位平面状缺陷的K型扫查，轨腰2个探头可以实现轨腰及其延伸部位平面状缺陷的串列式扫查，以上3对探头中的每1对探头中的1个探头可以实现相应部位体积状缺陷的扫查。配合专用探伤设备，可以一次快速检测焊缝中的体积状缺陷和平面状缺陷，检测效率高。标准中规定的现有手工探伤校准试块无法完全满足超声波检测装置灵敏校准需要：

(1)平面状缺陷灵敏度校准

GHT-1试块可以满足功能要求。

(2)体积状缺陷灵敏度校准

GHT-3试块无法满足要求。主要由于以下原因：与手工探伤灵敏度校准不同，使用专用超声波检测装置时无法使用GHT-3试块完成，：

1)手工单探头探伤时，采用GHT-3试块进行校准探伤灵敏度校准，校准时探伤扫查面为钢轨踏面，灵敏度校准后探伤时实际扫查面可以是踏面，也可以是轨头侧面或为轨底侧面、斜面等，即该试块可以满足焊缝不同部位手工单探头探伤灵敏度校准。

2)超声波检测装置探伤时灵敏度校准扫查面和实际探伤扫查面相同，即轨腰及其延伸部位探伤时扫查面为踏面，轨头探伤时扫查面为轨头两侧面，轨底探伤时扫查面为轨底两侧面，GHT-3试块中的横孔加工方向平行于钢轨踏面、垂直于钢轨侧面，只适用于踏面单探头灵敏度校准，无法满足超声波检测装置探伤时探头在轨头侧面探伤和轨底侧面探伤时灵敏度校准。GHT-3试块无法满足要求。

3)GHT-3试块外形与实际钢轨不同，专用超声波检测装置无法安装、固定在试块上进行灵敏度校准。GHT-3试块沿钢轨长度方向将轨头加工掉约15mm，将轨底加工掉约55mm，

4)另外，TB/T2658.21和TB/T1632.1中的试块都是分体试块，试块材质的差异会对灵敏度校准有影响。

针对以上问题，设计了超声波检测装置探伤时的专用对比试块。该试块由实际钢轨(60kg/m、75kg/m和50kg/m，以60kg/m钢轨为例)加工，试块由三部分组成，A部分为平底孔，用于双头探伤时灵敏度校准，B部分为横孔，用于单探头在踏面进行单探头灵敏度校准，C部分为垂向横孔，分别用于单探头在轨头侧面和轨底侧面灵敏度校准标准。该试块可以满足超声波检测装置单探头探伤和双探头探伤灵敏度校准。

试块中，平底孔、水平方向横孔和垂向横孔加工在同一段钢轨上，可完成在同一块试块上完成平面状缺陷双探头探伤灵敏度校准及轨头、轨腰、轨底体积状缺陷单探头探伤灵敏度校准，消除试块材料差异带来的误差。

同时与现有分体试块相比，体积小、重量轻、便于搬运。并可以满足钢轨焊缝超声波检测装置灵探伤敏度校准、也可以满足手工探伤灵敏度校准。

实施例1

如图3和图4所示，钢轨焊缝超声波检测装置配置在实际检测时，可以实现(1)全断面显示：

A型显示：用三个窗口分别显示轨底、轨腰、轨头三个不同的部位A扫回波信号，每个窗口能够同时显示也可分别显示单收发和一收一发两种回波图形；二者分别用不同的颜色进行区分。

B型显示：能够实时显示轨底、轨腰、轨头三个部位的B扫图形及焊缝横断面成像图形，首次实现了钢轨焊缝侧面方向、踏面方向及横断面方向三个方向的成像显示。

视频显示：探伤仪能够直接与显示器或投影仪连接，在焊接基地探伤或回放时，能将探伤图形大屏幕显示，有利于探伤数据的分析和判断。

(2)探伤图形的存贮、回放和查询

探伤仪可实时动态记录并存储探伤扫查过程中探头的位置信息、超声回波A显信号及图像显示。数据回放和分析时，既可以选定具体的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显示。这是国内首次将这一技术应用到钢轨焊缝探伤上，该技术的使用，可以对一些不易判断的焊缝，线上检测时用较高的灵敏度进行扫查，然后线下再进行详细分析，以防止漏检和误判、并提高线上检测效率。探伤仪可同时存储约2万个焊缝探伤数据，数据回放时可以按探伤日期、探伤人员及自定义模式进行检索。探伤数据既可以USB接口导出，也可以网线模式上传，便于探伤数据的管理。

(3)PAC扫查和PAC曲线定量

用双探头法对钢轨焊缝进行K型扫查和串列式扫查时，尽管声波传播路程为一常数，但当缺陷位于不同位置时，由于探头声场受自身扩散及钢轨界面的制约，使得焊缝各处的声压并不相等，同样大小的缺陷位于焊缝不同部位时，反射波高会有很大差别。即缺陷反射声波不仅与传播距离有关，还会与缺陷所处部位的形状有关。本项目首次提出了位置幅度控制的概念，即PAC，以区别于距离幅度控制(DAC)。探伤仪设计了PAC扫查和PAC显示，为准确测定缺陷的当量大小，进而正确判断焊缝质量提供了必要的方法和手段

(4)自动探伤与手工探伤完美结合

该探伤系统第1通道～第6通道采用3对探头、6种扫查方式对钢轨焊缝全断面自动检测，第7通道和第8通道为手工探伤通道，具有普通探伤仪的所有功能，可实现对普通探伤仪的替代。即该探伤系统既具有自动扫查时探伤速度快、定量准确和全断面显示直观的特点外、还具有手工探伤方便灵活的特点。

表1为钢轨焊缝超声探伤系统技术参数

表1

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (7)

1.一种钢轨焊缝超声波检测装置，包括主体(1)，其特征在于,所述主体(1)横向一侧设置第一悬臂（21），第一悬臂（21）末端设置第一轨头探头（211）,所述第一轨头探头（211）为探头K1.2；主体(1)另一侧设置第二悬臂（22），第二悬臂（22）末端设置第二轨头探头（212）,所述第二轨头探头（212）为探头K1.2；

所述主体(1) 横向一侧位于第一悬臂（21）上端设置第一轨底探头（121），所述第一轨底探头（121）为探头K0.88;所述主体(1)横向另一侧位于第二悬臂（22）上端设置第二轨底探头,所述第二轨底探头为探头K0.88；

所述主体(1)纵向一侧设置轨腰支架（25），轨腰支架（25）一端设置第一轨腰探头（251），所述第一轨腰探头（251）为探头K0.75；轨腰支架（25）另一端设置第二轨腰探头，所述第二轨腰探头为探头K0.75。

2.根据权利要求1所述的钢轨焊缝超声波检测装置，其特征在于，所述主体(1)下端一侧设置第一钢轨夹持机构（23）；主体(1)下端另一侧设置第二钢轨夹持机构（24）。

3.根据权利要求1所述的钢轨焊缝超声波检测装置，其特征在于，所述主体(1)上端设置手动/自动转换开关（11）、手柄（12）、编码器（13）、电池盒（14）、充电口（15）、电源开关（16）、七芯插座（17）、调速开关（18）和手轮（19）。

4.根据权利要求1所述的钢轨焊缝超声波检测装置的检测方法，包括选取钢轨试块，其特征在于，所述钢轨试块为一段长度为500mm~600mm的含有不同人工反射体的钢轨，其中，所述钢轨试块的轨头、轨腰和轨底上分别设置人工反射孔；通过钢轨焊缝超声波检测装置进行平面状缺陷双探头探伤灵敏度校准及轨头、轨腰、轨底体积状缺陷单探头探伤灵敏度校准。

5.根据权利要求4所述的钢轨焊缝超声波检测装置的检测方法，其特征在于,所述钢轨试块的轨头、轨腰和轨底上分别设置的人工反射孔为多个。

6.根据权利要求4所述的钢轨焊缝超声波检测装置的检测方法，其特征在于,所述钢轨试块分为3部分，分别为A区、B区、C区；其中，A区人工反射体为φ3mm平底孔，B区人工反射体为φ3mm竖孔，C区人工反射体为φ3mm横孔。

7.根据权利要求6所述的钢轨焊缝超声波检测装置的检测方法，其特征在于,所述钢轨试块中，A区平底孔钻孔方向为从钢轨A侧端面开始，沿钢轨长度方向，孔深为70mm；

B区竖孔距钢轨B侧端面70mm，钻孔方向为钢轨高度方向即垂直于长度方向；

C区横孔距A侧端面350mm,距B侧端面210mm，钻孔方向平行于水平面。