馬琦

摘要：通過合理運(yùn)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，工作人員可發(fā)現(xiàn)隱藏在鐵路鋼軌焊接構(gòu)件中的缺陷，強(qiáng)化鐵路交通的安全性。超聲波無損檢測(cè)技術(shù)具備檢測(cè)對(duì)象范圍廣、技術(shù)器材使用方便、定位速度快、成本低等特殊優(yōu)勢(shì)，能夠評(píng)估鐵路鋼軌焊接構(gòu)建力學(xué)性能的變化規(guī)律，全面客觀地反映實(shí)際情況。本文主要分析了鐵路鋼軌焊縫缺陷的主要類型及其成因，并指出了合理利用超聲波技術(shù)檢測(cè)焊縫缺陷的現(xiàn)實(shí)意義，總結(jié)了應(yīng)用超聲波探傷方法的正確路徑。

關(guān)鍵詞：鐵路鋼軌;焊縫探傷;超聲波技術(shù)

前言：進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著聲學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超聲波探測(cè)技術(shù)逐步走向成熟，工程檢測(cè)人員習(xí)慣于使用新型脈沖反射式探傷儀，根據(jù)具體檢測(cè)目標(biāo)調(diào)整工作頻率范圍，通過操作儀器發(fā)出超聲波，使之在作為檢測(cè)對(duì)象的材料中快速傳播，并使用儀器接收來自界面的反射訊號(hào)，通過在計(jì)算機(jī)設(shè)備中將訊號(hào)還原為詳細(xì)檢測(cè)數(shù)據(jù)并制成波狀圖，評(píng)估材料內(nèi)部的缺陷情況與疲勞程度。

一、鐵路鋼軌焊縫缺陷的基本類型、成因分析

影響焊縫性能、必須及早排查的焊接缺陷主要包含氣孔、夾渣、裂紋等，其中裂紋是指開口位移距離較長(zhǎng)、帶有尖銳端頭的鋸齒形缺陷，部分長(zhǎng)寬比較高的裂縫可被肉眼識(shí)別發(fā)現(xiàn)，由于鐵路鋼軌材料在焊接工作中加熱不均勻，不同部位的受熱溫度不一致，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)在冷卻后發(fā)生形變，焊接點(diǎn)承受較大張力，焊縫內(nèi)或受熱區(qū)會(huì)因溫差、濕度等原因產(chǎn)生大量裂縫，裂縫又可被分為微觀裂紋、宏觀裂紋兩大類。氣孔是指焊接部位融化金屬析出的氣體停留在焊接金屬中，在材料逐步冷卻后形成大小不一的球狀孔洞，在焊接部位形成氣孔的氣體主要是二氧化碳與氫氣，由于未能嚴(yán)格控制鐵路鋼軌焊接環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，缺乏電弧保護(hù)，金屬融化面積過大，鋼軌焊接部分容易形成大量孔洞，影響鐵路的使用安全。夾渣主要是指在鋼軌焊接過程中殘留于焊縫中的異物，多為固體物質(zhì)，施工人員可將夾渣按照外形分為塊狀、長(zhǎng)條狀等，如果焊接部分夾渣數(shù)量較多，則容易導(dǎo)致鋼軌所承受的應(yīng)力不斷集中，金屬材料疲勞度上升，焊接構(gòu)件的使用壽命縮減，施工人員未能及時(shí)清理焊點(diǎn)以及鋼軌上附著的雜質(zhì)和鐵銹，不同焊層之間堆積的焊渣在焊接過程中掉入尚未完全凝結(jié)成型的焊縫中，焊縫的咬邊較深，焊接速度控制不當(dāng)，導(dǎo)致部分本應(yīng)析出的焊渣未能浮起。焊縫缺陷容易導(dǎo)致焊接件出現(xiàn)脫落、斷裂，讓潛在的設(shè)計(jì)缺陷不斷放大，縮短鋼軌的使用壽命，影響構(gòu)件的力學(xué)性能，部分焊點(diǎn)所承受的應(yīng)力值遠(yuǎn)大于正常的設(shè)計(jì)值，如果焊縫內(nèi)部出現(xiàn)夾渣、裂縫、氣孔等缺陷，容易使焊縫截面發(fā)生間斷[1]。

二、超聲波探傷方法的核心原理、應(yīng)用價(jià)值研究

探傷可被概括為使用高技術(shù)含量設(shè)備對(duì)材料組建進(jìn)行系統(tǒng)性的檢測(cè)活動(dòng)，此類檢測(cè)活動(dòng)不會(huì)對(duì)工件造成破壞與損傷，主要包含超聲波、滲透、磁粉等多種檢測(cè)方法，其中超聲波探傷方法的故障檢測(cè)效率最高，具備突出的應(yīng)用價(jià)值。工作人員可選用高性能的檢測(cè)儀器，如脈沖檢測(cè)儀、數(shù)字化監(jiān)測(cè)儀等，其中脈沖反射儀器主要利用超聲波入射到有著不同物理性質(zhì)的介質(zhì)材料中，產(chǎn)生水平界面的反射，并使用檢測(cè)探頭接收被材料反射回的超聲波，將其實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。工作人員可在利用超聲波技術(shù)設(shè)備進(jìn)行探測(cè)后分析電信號(hào)的頻譜，提升超聲波檢測(cè)活動(dòng)中定位缺陷的效率，突出定位的可靠性。工作人員必須根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)選擇高性能檢測(cè)儀器，通過調(diào)整檢測(cè)方式，控制水平線性誤差，在檢測(cè)厚度較大、容易隔絕超聲波信號(hào)的材料時(shí)，工作人員應(yīng)當(dāng)選用發(fā)射功率較大、增益范圍廣的儀器，全面強(qiáng)化超聲波的穿透能力，并根據(jù)電噪聲大小調(diào)整信號(hào)頻率，避免受到外部自然條件的干擾[2]。

三、超聲波技術(shù)在焊縫探傷領(lǐng)域的正確應(yīng)用路徑研究

（一）軌頭探傷

為處理好針對(duì)焊縫軌頭的探傷工作，工作人員必須選擇使用縱波探頭或表面波探頭在鋼軌的頂部進(jìn)行縱向移動(dòng)檢測(cè)，讓焊接接口朝上的焊點(diǎn)獲得全面清查，由于超聲波探頭與鋼軌的橫向接觸面較為狹窄，為了保證檢測(cè)效果，工作人員可在鋼軌兩側(cè)進(jìn)行縱向移動(dòng)，讓探頭與鋼軌上焊縫的距離保持在70到90mm左右，超聲束的寬度必須大于焊縫直徑，讓超聲束同時(shí)在焊縫、焊筋上反射，在儀器的熒光屏上顯示能夠展現(xiàn)焊縫缺陷的回波，展現(xiàn)焊接點(diǎn)的內(nèi)部輪廓，找出軌腰和軌頭下方連接處可能存在的缺陷，為強(qiáng)化檢測(cè)效果，必須提高提將超聲波檢測(cè)儀器的斜探頭安放在鋼軌兩側(cè)，并由工作人員操縱進(jìn)行同步的縱向移動(dòng)，選擇正確的入射點(diǎn)，適當(dāng)?shù)卦黾訏卟轭l次，檢測(cè)目標(biāo)為垂直片狀缺陷，如未熔合、收縮溝等，使用以機(jī)油、甘油為主的耦合劑清洗探測(cè)面，清除鋼軌表面附著的焊接飛濺物、銹蝕、污垢等物質(zhì)，在檢測(cè)過程中，一側(cè)所發(fā)射出的聲波在傳入鋼軌后發(fā)生散射，在另一側(cè)檢測(cè)儀器的熒光屏中無回波顯示，則可證明鋼軌焊接點(diǎn)內(nèi)部存在缺陷，如果另一側(cè)探頭接收到鋼軌反射的超聲波，則可證明焊接點(diǎn)中不存在片狀缺陷。通過采用這一檢測(cè)方法，可保證鐵路維護(hù)人員在短時(shí)間內(nèi)完成針對(duì)整個(gè)鋼軌橫截面的探測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)鋼軌軌頭焊縫中的潛在缺陷[3]。

（二）軌腰、軌底探傷

工作人員可使用直探頭探測(cè)鋼軌軌腰部分可能存在的焊接缺陷，在檢測(cè)過程中縱向移動(dòng)直探頭，重點(diǎn)檢測(cè)焊縫內(nèi)側(cè)與超聲波反射面平行的缺陷，如裂縫、構(gòu)件斷裂等，完成從軌頭到軌底的探測(cè)工作。在檢測(cè)過程中，探測(cè)儀器熒光屏幕會(huì)顯示除了原始超聲波意外的反射回波，如果軌腰部分存在缺陷，則會(huì)顯示缺陷波而非完整的反射回波，多數(shù)情況下使用鋁熱焊接法焊接的焊縫缺陷點(diǎn)位于軌腰表層，容易產(chǎn)生粗精等缺陷，導(dǎo)致超聲波發(fā)生散射，探頭無法接收到軌底波，因此必須合理運(yùn)用超聲波探測(cè)儀器的回聲定位功能，分析反射信號(hào)的視域與頻域，依托小波分析技術(shù)重新還原檢測(cè)信號(hào)，描繪出故障特征信號(hào)的基本特征，如波長(zhǎng)、散射頻率等，提升故障檢測(cè)效率，準(zhǔn)確判斷故障的具體位置。

結(jié)論：為保證我國(guó)鐵路交通安全，必須合理運(yùn)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，控制檢測(cè)范圍，深入分析探傷儀所顯示的回波，準(zhǔn)確辨識(shí)缺陷波與焊筋波，防止出現(xiàn)錯(cuò)漏與誤判現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳亮，李保，張洪鵬，陳昌俊.基于DNVGL標(biāo)準(zhǔn)全自動(dòng)超聲波（AUT）檢測(cè)系統(tǒng)認(rèn)證[J].無損探傷，2021，45（04）：45-48.

[2]王偉，李銀甲，王忠旭，孔祥團(tuán).基于AWS D1.6標(biāo)準(zhǔn)碳鋼與雙相不銹鋼焊縫超聲波檢測(cè)研究[J].山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2021，24（03）：40-43.

[3]李金川.超聲波技術(shù)在高鐵鋼軌焊縫探傷中的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修，2019（01）：149-151.