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第四章钢轨超声波探伤
掌握钢轨探伤,必须了解各种探头的探测范围和超声波传播方向,熟悉正常和异常情况下的回波规律,以及钢轨内缺陷的类型,在打好理论基础的前提下,不断总结经验,提高判定钢轨伤损的能力。本章以探测60kg/m钢轨为例进行论述,涉及回波显示部分会说明仪器标定比例,但由于目前钢轨探伤仪种类多,探测范围标定方式不同,以及各探头厂生产的探头折射角误差,因此,论述中的出波和探头位置与实际工作中遇到的会有差别,这一点在学习与实践中予以注意。
第一节 70°探头的探伤
70°探头采用横波在钢轨轨头内进行反射式探伤,主要探测轨头核伤和钢轨焊缝轨头的夹碴、气孔和裂纹等。
一、声波的传播途径
(一)偏角扫查
为了一次性检查较大范围轨头内、外侧伤损,采用70°探头置轨面与钢轨纵向呈一定的偏角扫查,使入射钢轨中的横波经轨颚反射来扩大扫查范围。
1.一次波 探头发射的超声波在未被轨头下颚反射之前,由伤损或轨端断面反射的回波,图4-1声束0~1段。
2.二次波 超声波经轨头下颚反射后,尚未被轨顶面反射之前,由伤损或轨端断面反射的回波,图4-1声束1~2段。
图4-1 偏斜放置70°探头声波在轨头内的走向
(二)无偏角扫查
为了有效检测轨头中心区域的横向裂纹,采用70°探头置轨面中心,声束方向与钢轨纵向平行,入射钢轨中的声波由轨面向轨头三角区传播(图4-2),有利于发现钢轨轨头中心区域横向裂纹。
图4-2 无偏角放置70°探头声波在轨头内的走向
二、轨端回波显示
(一)A型显示的偏角扫查
当70°探头入射点距轨端(60kg/m轨)216mm左右(图4-3a),荧光屏刻度9.2左右(仪器标定为横波声程1:2.5),将显示轨端顶角反射波;随着探头向轨端移动,由位置0移至位置1,回波由刻度9.2向5.0移动(图4-3b),这时二次波由轨端顶角向轨颚方向移动,同时,在荧光屏刻度4.8处显示轨颚底角波(图4-3c),探头位置距端轨108mm左右,继续前移,二次回波波幅下降,一次回波波幅上升(图4-3d),并随着探头从位置1移向位置2,一次回波由刻度4.6向1.0处移动(图4-3e)。
图4-3 偏角70o探头轨头端面回波A型显示过程
已知:60 kg/m轨、轨颚面中心距轨顶面约为39.5mm、折射角70°、标定比例1:2.5,二次波:F=(39.5÷cos70°)×2÷25=9.2
1.上述是70°探头发射方向和探头移动方向相同的显示过程,由于钢轨探伤仪上还装有向后发射的70°探头,即探头移动方向与发射方向相反,因此,该探头轨端断面回波显示正好与上述过程相反,回波从刻度值小向刻度值大的方向移动,先显示一次回波,再显示二次回波。
2.钢轨探伤仪为提高二次波探伤灵敏度,接70°探头的通道,接收放大电路中采取远距离补偿方式,加上二次波是经轨颚反射,受声束扩散、轨头侧面和顶面的影响,二次波在轨头内的反射较复杂,呈多支波交替显示现象;另外,为防止近区杂波而产生频繁报警,在接收电路中又采取近区抑制方式,使一次回波移不到0刻度。这些均属于正常现象,切勿为追求一次回波位移到0刻度或二次回波单支波显示,而采取提高或降低探伤灵敏度,这样不利于钢轨探伤。
(二)A型显示的无偏角扫查
当无偏角70°探头入射点距轨端(60kg/m轨)140mm左右(图4-4a),荧光屏刻度10.0(仪器标定为横波声程1:1.5),显示轨端反射波;随着探头向轨端移动,探头距轨端距离越来越小,回波由刻度大向刻度小移动(图4-4b),它的显示特点与偏角70°探头端面回波显示不同,只有一次波,无二次波
图4-4 直70°探头轨头端面回波A型显示过程
(三)B型显示
B型显示与A型显示不同,某处反射回波,在屏幕上只以一个点表示回波的空间位置。当70°探头入射点距轨端(60kg/m轨)216mm左右,荧光屏轨颚线下开始出现回波反射点(图4-5a),由于二次回波反射,声程大于一次波,折算出的深度大于轨颚厚度,因此显示回波的“点”出现在轨颚线下部;随着探头向轨端移动,探头由位置0接近位置1,回波声程越来越小,B型显示回波点向上延伸接近轨颚线(图4-5b);探头移过位置1时,回波显示图会出现继续向上延伸和在轨颚线上同时出现回波显示点,这是一、二次波交替中出现的现象(图4-5c);当探头由位置1移至位置2(轨端),回波显示点由轨颚线向上延伸接近轨面线(图4-5d、e
图4-5 70°探头轨头端面回波B型显示过程
三、声束覆盖范围
了解和掌握声束覆盖范围,对实际探伤中波形分析有很大帮助。目前,钢轨探伤仪的探伤工艺一般都采用70°探头在轨面偏角和无偏角两种扫查方式,偏角扫查是利用轨颚反射作用,扩展扫查范围;无偏角扫查是为弥补偏角扫查未检测的区域。
(一)偏角扫查声束覆盖范围
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