淺談如何提高鋼軌探傷車的檢測質量

國能朔黃鐵路公司 / 任松斌

一、 GTC-80探傷車運用情況概述

（一）工作原理

GTC-80探傷車采用轉向架式探輪機構與SPERRY1900軟件系統配套使用。探輪直接作用在軌面，輪內晶片按照壓電效應原理發射和接收超聲波信號從而實現檢測鋼軌內部傷損的作用。

探傷車每側安裝有3個探輪，前、后輪結構一致，超聲波發射方向相反，包括3個直打70°通道，1個45°通道和1個0°通道；中輪包括2個XF 70°通道和1個0°通道，兩側共有26個超聲通道。

（二）功能特點

1.檢測速度快、作業效率高。探傷車每天可檢測正線500km左右，同樣檢測量，探傷車所需操作人員不到探傷儀的二十分之一。

2.受自然條件影響小，可在不良天氣情況下連續作業，消除了人員上道作業的安全隱患。

3.檢測數據追溯性強，檢測結果重復性好，可進行多次檢測數據同步回放，并具備計算機輔助傷損識別功能。

4.探輪與鋼軌表面完全密貼，更有利于發現近似平行檢測面的疲勞性損傷。

5.螺孔裂紋檢出率高。通過采集探輪位移量功能，能夠更準確的顯示螺孔狀態，提高了螺孔裂紋的檢出能力。

3.探傷車可利用檢測速度快、周期短的特點對正線焊縫進行快速檢測，發現焊縫有異常，則及時通知地面探傷重點校對復核。2015年上半年探傷車發現焊縫重傷占到重傷總數的60%以上。

（三） 存在的問題

1.高速檢測隨之帶來的探輪對中、耦合不良等影響檢測質量。

2.對線路質量要求高。安裝在轉向架上的探輪受到輪軌相對運動，尤其是曲線超高和磨耗不均的情況對其檢測效果影響嚴重。

3.檢測過程因探輪膜破損而中斷，造成檢測數據無效或漏探。

4.探傷車側重于對軌頭中心核傷的檢出，對于偏斜70°探頭二次波的利用不夠，同時相比探傷儀檢測核傷靈敏度要低10db作業，造成軌頭下顎部位的裂紋和軌距角處的核傷檢出率不高。

二、 影響探傷車檢測質量的因素分析

目前探傷車在檢測過程中存在雜波干擾、對中不良、輪緣噪聲等諸多問題。通過分析原因主要集中在以下幾點：

（一） 軌頭磨耗造成對中不良

軌枕承軌槽內軌底坡、曲線超高及上下股磨耗不均，造成探輪與檢測面不垂直，聲束偏離鋼軌的垂直中心線，超聲波以一定夾角在進入鋼軌后在軌墻內形成多次回波，引起0°失波、45°在下顎反射和XF70°軌腰出波等現象。此外，同側3個探輪不處于一條直線，也是造成對中不良的重要原因。

（二） 檢測速度對探測的影響

高速檢測時，線路碎彎、坑洼和曲率變化嚴重影響檢測質量，通過選取不同的線路，在相同檢測參數的條件下進行試驗，取得了以下結果：

圖3 探傷車漏檢的主要傷損

表1 2015年上半年探傷車傷損檢出情況

1.曲線上檢測速度越高，在軌腰位置出現的雜波也就越多（70°通道多以二次波形式出現在軌腰位置），曲線半徑越小越嚴重。

2.探輪隨轉向架運動，在曲線上聲束沿鋼軌切線方向入射，對中系統跟蹤曲率變化不及時，造成聲束偏離鋼軌縱向中心線。

3.此外車輪通過曲線時，輪緣與鋼軌作用面的輪緣噪聲頻率也接近于探傷超聲頻率而被探頭接收，此種雜波極大的干擾檢測。

4.根據多次探傷系統的年檢標定情況分析，檢測質量很大程度上取決于線路狀況。高速檢測時輪軌相對運動引起耦合不良、探輪偏離軌面、探輪下壓量變化等同樣影響較大，速度越高越嚴重。

5.探傷車在80km/h的速度下脈沖掃查間隔為6.4mm，即最小傷損檢出理論值為6.4mm，加之探測面耦合狀況、反射取向和聲能衰減等因素影響，系統的檢測精度會更低。

（三） 參數調整對探測的影響

1.調節0°通道靈敏度必須適中。靈敏度調節過高容易漏掉縱向裂紋等傷損，調節過低或閾值設置過高，易造成失波。

2.加大70°通道延遲會漏掉近表面傷損，在控制軌面雜波的前提下要盡可能減小延遲，同時要設置合理的監視門寬度。

3.聲程最長的是45°通道，受到雜波干擾也最嚴重，根據45°重點掃查傷損的位置，應重點關注軌腰和軌底兩部分，反射報警低于3個點或正常螺孔出波不全要適當提高靈敏度。

4.不同換能器靈敏度及性噪比存在差異，而每一段線路的軌面狀態也不一樣，此外檢測時探輪內溫度升高也會造成探輪膜變形，因此要在檢測過程中根據實際情況不斷的調整靈敏度和探輪下壓量。

5.距離補償不足造成聲能衰減。超聲波束在鋼軌傳播過程中，隨著聲程的增加超聲強度隨之減弱，為了保證當量一致的傷損在鋼軌內不同深度的情況下，能得到同樣的回波強度，探傷系統應根據不同聲程給予一定的增益補償。

三、提高檢測質量的措施

（一） 降低探輪膜損耗

檢測中輪膜破損直接造成檢測中斷，線路鋼軌失檢漏探。

1.根據新換探輪充液情況下壓量不超過91μs，經過磨損后，下壓量調整至92μs，在保證近表面傷損檢出的前提下，降低探輪的壓力。

2.設置中輪下壓量為90μs,0°通道閾值為20%，增益為15對db，E-core與軌面間距為26+2mm，保持E-core與實際軌面平行，確保自動跟蹤效果良好。

3.為了減小鋼軌內側肥邊和毛刺扎破探輪的幾率，在同側探輪處在一條線前提下，將中輪向外拉出2～3mm。

（二）設備改造

1.檢測中探輪懸掛機構隨鋼軌起伏做上下反復動作，以保證探輪密貼軌面。污物附著于探輪垂直軸上，會造成探輪上下作動卡滯，通過給探輪垂直軸加裝防污清潔裝置，確保檢測中探輪作動順暢，解決了 45°軌腰雜波的問題。

2.通過改造噴頭增加了覆蓋面積，能較短時間內在軌面上形成水膜，保證了耦合效果。

（三）電磁對中電壓和傾角值

1.在軌面狀態較好的同型鋼軌上，利用0°底波將同側探輪調整一條線，電磁對中系統感應電壓保持在1.4～1.5V之間。在檢測時，曲線地段可手動干預將將上股對中向內側調整，修正因曲線上股鋼軌軌頭輪廓變化造成的探輪偏離。

2.傾角調整應考慮直線與曲線的平衡關系，傾角值不應過大，否則入射聲束偏離鋼軌中心，經過多次試驗，傾角控制在1.8°～2.0°之間為宜。

（四） 合理的檢測速度

遵循0°沒有連續軌底失波的原則，測試各個通道在R＜800m曲線上不同檢測速度下的出波情況，最佳結果如下：

表2 各種半徑下的檢測速度

（五）適當提高增益和增加監視門寬度

在保證每個通道完整出波且雜波在可辨別的情況下，增益提高2～3db。XF70°通道的監視門寬度加大至125～130μs，利用XF70°下顎二次反射波反向和聲束寬的特性增加軌頭傷損的檢出幾率。

（六）完善標準傷損軌傷損類型

結合線路傷損發展情況，在行業標準傷損軌的基礎上增加了軌頭下顎裂紋、軌底月牙形傷、螺孔水平裂紋，用于驗證探傷車對各類傷損的檢出能力。

四、 結語

（一） 從探輪下壓量、對中裝置高度及橫向位置調整等方面進行改進，降低了輪膜消耗，平均百公里輪膜損耗從運用初期的1個下降到0.6個左右。

（二）通過采取設備改造，控制小半徑曲線檢測速度和調整檢測參數等措施，改善了對中效果，重傷檢出率從運用初期的48.7%提高到2015年的68.6%，極大的促進了探傷車的檢測質量和運用水平。