北京铁路局唐山工务段 河北唐山 064000
摘要：安全是铁路运输永恒的主题，而钢轨探伤直接关系到铁路运输安全，如何保证钢轨探伤仪及时发现伤损是铁路工务系统的重要课题，近年来，钢轨超声波探伤仪利用数字和回放技术，大幅度提高了钢轨伤损检出能力。而确保检查质量和回放质量的关键之处在于现场探伤灵敏度的使用，若探伤灵敏度偏低，则较小伤损难以及时检出；若探伤灵敏度偏高，则会出现各种干扰杂波，各种波形信息显示无规律，使执机人员和数据回放人员的工作量大增，同时导致麻痹意识产生，造成漏检。所以如何准确控制探伤灵敏度是保证检查质量的基础。本文阐述如何通过利用钢轨晶粒反射波幅度来调节现场探伤灵敏度，保证钢轨探伤检查质量。
关键词：草状波 探伤灵敏度 伤损 安全
1 问题的提出
我段位于华北平原，季节性温差较大，尤其冬季钢轨及焊缝长时间处于低温环境使得钢轨的脆性进一步增加，钢轨折断几率增大，每年11月至次年2月间发生伤损漏检引发钢轨折断占重要比例，通过分析发现钢轨伤损漏检的主要因素就执机人员使用现场探伤灵敏度不当导致。近几年，我段利用JGT-10型和GCT-11型母材探伤仪一起检测钢轨晶粒反射波幅度调节现场探伤灵敏度，保证钢轨探伤检查质量，受到较好的效果。
2 探伤灵敏度调整
2.1 利用GTS－60C试块调整钢轨探伤灵敏度的基本方法
0°探头通道：反射法5mm水平裂纹当量，穿透法136mm处Ф6mm通孔或6dB底波降低。37°（或35°至45°之间的其他角度）通道：3mm裂纹当量。70°探头通道Ф4平底孔当量。在作业过程中利用钢轨接头断面、螺栓孔等参照反射体校准现场探伤灵敏度。
2.1.1 现场探伤灵敏度调整存在的问题。试块上校准的灵敏度在现场得不到及时的验证，只用通过接头螺栓孔等反射回波刚度凭借执机人员的经验进行判别。
2.1.2 钢轨制造工艺及使用条件对灵敏度的影响。接头断面、螺栓孔等自然反射体因加工工艺、锈蚀、外力作用（如低接头）等因素，对超声波的反射当量离散性影响较大，对这些反射体的使用也没有细致的工艺标准。经现场试验，淬火钢轨接头与热轧钢轨接呕吐及锈蚀螺栓孔与完好螺栓孔反射回波的幅度差值可达12dB；直接影响现场探伤灵敏度的标定。
2.1.3 我段京哈正线系无缝线路，抓不到参考反射体，跨区间无缝线路无钢轨接头，在此区段探伤时无法验证现场探伤灵敏度设置是否合理，只凭经验值或利用焊筋部位反射点验证现场探伤灵敏度。
2.1.4 人员与仪器因素，人员的操作水平、技术业务的差异，及仪器的缺陷检出能力探头的耦合情况等导致现场探伤灵敏度存在较大差异。
2.2探伤灵敏度的调整
2.2.1 灵敏度示值：是指探伤作业过程中执机人员设定的灵敏度值，可以通过数字按钮显示的仪器显示屏上，也可以通过数据分析软件显示，它指示了当前探伤灵敏度设定的dB值，但不能完全反应仪器状态是否可以检测到伤损。
2.2.2实际探伤灵敏度：是指仪器发射的超声波入射到钢轨中经反射体反射，被仪器接收放大，实际显示道显示屏上的回波强度。实际探伤灵敏度可以让我们实时的确认仪器保持在收发正常的状态。评价一台探伤仪的实际探伤灵敏度需要参照反射体惊醒验证。
2.2.3 最优探伤灵敏度：仪器及探头实时保持较高的灵敏度，超声波波束进入钢轨中遇到规定的最小缺陷，其回波能以规定的幅度显示道显示屏上。如何找到一种不受现场条件和人员因素限制参照反射体，用来实时监控和评价钢轨探伤仪保持最优探伤灵敏度，是保证探伤质量、防止漏检的关键。
3 钢轨晶粒度与草状波量化分析
3.1 钢轨金相组织结构特性
众所周知，钢轨材料由随即排列的粗晶体材料构成，并具有“各向同性”的物理特性（图1）。工业中常用的细晶粒有7-8级，晶粒尺寸在0.02mm左右（图1）。
图1
3.1.1 钢轨晶粒反射回波特性。超声波在波长与晶粒度接近的材料中传播时会发生透射、反射和散射现象，部分能量被晶粒反射原路返回，并被探头接收转换成连续回波信号，形成被检材料噪声背景，称“晶粒回波”（图2）通常称之为草状波。
图2
3.1.2草状波与探伤灵敏度的关系。在探伤仪不加抑制的情况下，我们发现：在检测到规定的最小缺陷时，缺陷回波总是伴随着草状波出现，而且草状波幅度与回波幅度都随着dB值线性衰减或增加，通过试验数据分析得出一个初步的结论：利用钢轨探伤仪中的超声波波束入射道钢轨，探伤仪接收到钢轨晶粒度反射回波调整灵敏度示值和仪器工作状态是有效的。
4 利用草状波灵敏度前后伤损准确率对比分析
4.1 利用钢轨断面、螺栓孔、底波调整现场灵敏度
使用JGT-10型数字钢轨探伤仪在普通线路上找到一处钢轨接头，利用钢轨断面、螺栓孔、底波调整各通道现场灵敏度，草状波幅度较低，在此灵敏度下检测GTS-60C试块人工伤损的结果看，轨头伤损有反射波，螺栓孔波齐全，却不能发现较小的上斜裂纹，轨底伤损反射波较弱。
4.2 利用草状波调整各通道现场灵敏度
使用GCT-11型数字钢轨探伤仪在钢轨无伤部位检查，调整各通道草状波幅度达到20％波幅，结果发现利用这个灵敏度检测GTS-60C试块人工伤损，轨头、螺栓孔、轨底伤损全反射。
通过数据试验证明，现场利用草状波幅度调整现场探伤灵敏度范围是科学有效的，探伤灵敏度示值、耦合状态、草状波三者有着密切的联系。可以得出以下结论：一是通过草状波的有无可以判定探头仪器状态是否良好；二是通过草状波的波幅可以判定探伤灵敏度是否正常。
5 试行草状波调整探伤灵敏度成效显著
5.1 利用晶粒波幅度调整探伤灵敏度，改变了传统的借助钢轨断面、螺栓孔、底波等反射体调整探伤灵敏度的做法，不受地域、环境的限制。
5.2 使我段探伤灵敏度调整和钢轨探伤管理有了统一的标准和工艺要求，探伤人员可以实时准确地设置现场探伤灵敏度。
5.3 通过对探伤灵敏度的实时控制，及时发现探头线损坏、气泡、与钢轨耦合不良，报警提示停止作业进行检修，避免漏检发生，实现了钢轨探伤作业全过程控制。
5.4 实现静态灵敏度向动态灵敏度转型。实行草状波幅度自动调整灵敏度后，探伤人员作为标定现场探伤扫查灵敏度的参考值，可以将试块各部位的人工伤损当量植入钢轨探伤仪中带到现场，判伤时可以利用试块人工伤损基准反射体差值对伤损进行判定，提高了判伤的准确性，减少了人为因素对伤损判定结果的影响。
5.5 钢轨母材伤损检出率增高。 利用调整草状波幅度控制探伤灵敏度以来，钢轨母材伤损检出率逐渐上升，试行3个月以来，累计发现母材伤损11处，而且伤损的当量逐渐变小，由原来的10mm当量缩小道8mm当量，大幅度提高了检查质量。
参考文献：
1.《钢轨超声波探伤基础知识》
2.《现代冶金技术》
论文作者:于润学
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：钢轨论文; 灵敏度论文; 伤损论文; 反射论文; 晶粒论文; 波幅论文; 现场论文; 《基层建设》2018年第5期论文;