摘要：使用DGTC-80型钢轨探伤车对钢轨进行超声检测时经常出现螺栓孔位置直70゜探头异常反射信号。经现场验证排除伤损存在，本文通过理论计算证明异常反射是由于声束在螺栓孔处发生波型转换产生的固定反射回波。DGTC-80型钢轨探伤车检测系统直70゜探头参数是基于理论状态下横波检测形式进行设置，波型转换后直70゜探头波束的声速和传播路径均发生变化，回波信号恰好处于后一周期闸门开启范围内被接收，导致出现伪缺陷反射信号。
关键词：钢轨探伤；超声波探伤；波型转换；钢轨螺栓孔
Abstract：The abnormal reflected signal of 70゜ probe on the position of rail bolt hole often appears during rail ultrasonic testing with the DGTC-80-type rail flaw detection car.The rail failure has been negated through verification in field.In this paper，the abnormal reflected signal is proved to be the fixed reflection echo produced by waveform change of the transverse wave in the rail bolt hole by theoretical calculation.The parameters of straight 70゜ probe in detection system of DGTC-80-type rail flaw detection car are set on the basis of the transverse wave testing status in the ideal conditions.So the velocity and propagation path of sound from the straight 70゜ probe are all changed after the waveform change.The echo signal is received exactly within the gate of the next period which causes the fake reflected signal of rail defects.
Keywords：Rail Detection；Ultrasonic Testing；Waveform Change；Rail Bolt Hole
1前言
DGTC-80型钢轨探伤车在广州地铁全线网检测过程中，在检测单螺栓孔时，经常出现距螺孔波中心水平距离200mm附近轨顎线位置直70゜探头异常反射信号。钢轨探伤车数据回放B显波形如图1所示。
图1 钢轨探伤车B显图
从图1分析，怀疑该处异常位置在轨顎处有出现核伤的可能性，因未出现纵波0゜探头发射信号丢失现象，无法确定伤损。
2 复核情况
对检测到伤损采用外观检查和通用探伤仪进行复核，外观检查该处轨头、轨顎部位均无异常。依据铁运[2006]200号《钢轨探伤管理规则》[1]和TB/T2658.9—1995《钢轨超声波探伤作业》标准[2]，对钢轨轨头部位进行通用仪探伤检测。伤损人工复核设备为数字式超声波通用探伤仪，型号为CTS-9003H+，探头规格为2.5MHzK2.75，实测钢轨中横波入射角
，对应
。按照标准要求制作直径3mm横孔DAC曲线，声程设置为100mm，扫查未发现伤损反射。
3 分析与论证
经现场复核，证实此处异常反射信号为伪缺陷信号，推测原因：直70゜探头声束传播至螺栓孔处发生波型转换改变传播路径导致的固定反射信号。
3.1螺栓孔产生的固定反射回波的验证
（1）螺栓孔最高点至轨面高度约为82mm，全程横波传播至钢轨轨面的声程范围
。
钢轨探伤车探伤系统直70゜探头检测时设置监视闸门宽度为
，折算成垂直深度是50.4mm，如图2所示。一个发射接收周期声程
，因为螺栓孔位置已经超出直70゜探头一次波检测范围，异常反射波应该是前一次发射周期的声波完成全路径传播后被后一个闸门开启周期接收，故此波束声程实际应为
。
图2 钢轨探伤车直70゜探头监视闸门参数
据此推断直70゜探头异常出波原因：横波传播至螺栓孔位置发生横波反射时，因探轮入射位置因素导致波型转换产生纵波，纵波传播方向恰好垂直于轨面，到达轨面后原路返回被接收，。波型转换和声束传播路径如图3所示。
T—入射横波；L′—变型纵波；α—横波与螺孔反射点垂线夹角；
β—横波入射角；θ—螺栓孔反射点切线与轨面夹角；X—反射点深度；T′—反射横波
图3 波型转换及传播路径
由图3推导螺栓孔反射点θ、横波入射角β、横波与螺孔反射点垂线夹角α的关系
，由斯涅耳定理可得[3]：
（1）
将
代入上式，计算得螺栓孔反射点切线与轨面夹角
，由此可计算反射点深度X，确定反射点位置。
由图3几何关系可得：
（2）
已知螺栓孔中心距轨面垂直距离H=97mm，螺栓孔半径R=15mm，代入式（2），计算得
。
横波在此反射点发生波型转换产生的纵波传播方向与轨面垂直，形成较强反射，反射波按照原传播路径返回后恰好被处于后一周前闸门开启范围内的探头接收，接收声程位置恰好位于后一周期闸门的末端，计算机按照理论上一次波传播参数进行空间换算后将信号显示在距螺栓孔45゜反射信号中心约200mm轨顎线下方。
（2）下面通过声程S计算反射点位置，反射点深度X与探伤系统显示声程S关系为：
（3）
整理（3）式得
（4）
将图1测算声程S=295.2mm代入式（4），计算得
，与上小结角度验证计算出的入射点相吻合。
4 结论
钢轨探伤车70゜通道检测参数基于理想横波检测状态下进行设置，但受实际检测环境等因素影响往往横波在螺栓孔处发生波型转换。波型转换产生的纵波改变了理想状态下的传播路径和传播速度，并恰好被处于闸门开启状态的探头通道接收，计算机按照设定参数换算并显示在B显图上，形成极易误导探伤人员的异常反射信号。本文通过对螺孔异常反射波的分析论证，理论上诠释并验证此类异常反射信号生成原因，进一步掌握波型转换对钢轨探伤车检测影响规律，对钢轨探伤人员避免漏判、误判具有一定参考价值。
参考文献：
[1] 钢轨探伤管理规则：铁运〔2006〕200 号[S].
[2] 中华人民共和国铁道部.TB／T2658.9—1995工务作业标准 钢轨超声波探伤作业[S].
[3] 中国机械工程学会无损检测学会．超声波检测［M］.2 版.北京：机械工业出版社，2000．
论文作者:陈伟博
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：反射论文; 钢轨论文; 螺栓论文; 纵波论文; 信号论文; 横波论文; 异常论文; 《基层建设》2019年第16期论文;