钢轨超声波探伤70°探头详解

钢轨超声波探伤钢轨超声波探伤，就是利用超声波探伤仪对钢轨母材（或钢轨焊缝部分区域）进行无损检测。目前我们使用的GCT-8C钢轨探伤仪采用六只70°探头，两只37°探头和一只0°探头对钢轨Ⅰ、Ⅱ区进行探测。1.探测方式：70°探头和37°探头利用横波反射法探伤。0°探头具有脉冲穿透和脉冲反射两种探伤功能。70°探头主要探测钢轨头部缺陷（Ⅰ区）。37°主要探测钢轨螺孔裂纹及钢轨Ⅱ区部位（轨头、轨腰至轨底）部分缺陷。0°探头探测轨头至轨底间（轨腰投影范围）的水平、纵向和斜裂纹。2.工作原理：

70°和37°探头依据出波报警的工作原理；

0°探头依据底波的削弱、消失或有伤出波的工作原理，依次来判断是否有伤损存在。且均有报警功能。3.报警频率：

70°、37°、0°分别采用三种不同报警频率加以区别。

70°通道：250Hz；

37°通道：500Hz；

0°通道：1000Hz。4.探测面的选择：由于轨头顶面条件最好，所以正常探伤时所有探头均放置于钢轨顶面上。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渣、气孔和裂纹等。

目前我局使用的GCT-8C钢轨探伤小车上共有6只70°探头。前内、后内；前外、后外4只探头均带20°偏角，是利用一、二次波进行探伤。两只直70°探头利用一次波进行探伤。

后内前内后外前外前直后直走行方向由于前内和后内两只探头声束发射方向相反，因此回波在荧光屏刻度上的位移也相反。

前内由大刻度向小刻度移动，后内由小刻度向大刻度移动。前外和后外、前直和后直与上相同。9.21.09.21.09.21.09.21.09.21.01.09.2由于70°探测通道采用较强的远距离补偿，以及轨端顶角反射的因素，一般二次波起始强而杂乱。因此在以轨端断面为基准调节70°探伤灵敏度时，切勿将二次波的顶角反射回波当作杂波处理，也不能过高要求一次波位移到0刻度，这样会导致探伤灵敏度过高，不利于探伤。

一次波位移不到0刻度属正常现象。为扩大轨头内、外侧的扫查范围，探头在轨面与钢轨纵向呈20°偏角，使入射钢中的横波经轨头下颚作二次反射，扩大扫查范围确保对轨头全面扫查。20°偏角轨头一、声波的传播途径（一）偏角扫查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。

一次波2.二次波超声波经轨头下颚反射后，尚未被轨顶面反射前，由伤损或轨端断面反射的回波。

二次波的作用是扩大探测范围，提高不同趋向缺陷的检出能力。二次波（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°探头置于轨面中心，声束发射方向与钢轨纵向平行，入射至钢轨中的声波由轨面向轨头三角区传播，有利于发现钢轨轨头中心区域的横向裂纹（核伤）。一次波轨头二、轨端回波显示（一）偏角扫查当70°探头入射点距轨端（60Kg/m）216mm左右（图a），荧光屏刻度9.2左右将显示轨端顶角反射波；声轴线图a2109.2轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线随着探头向轨端移动，探头从位置0移至位置1，二次波从轨端顶角向轨颚方向移动，回波从刻度9.2向5.0移动（图b）9.25.00声轴线图b21轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线同时，在荧光屏刻度4.8处显示轨颚底角反射波（图c）；4.85.0图c210轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线

探头继续前移，二次波回波下降，一次波波幅上升，并随着探头从位置1移向位置2，回波从刻度4.8向1.0处移动（图d）4.81.021图d0轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（二）无偏角扫查

当直70°探头入射点距轨端140mm左右时，荧光屏刻度10格显示轨端反射波；随之探头向前移动，探头距轨端越来越近，回波由刻度大向刻度小移动，与带偏角的70°探头不同，直70°只有一次波没有二次波。140mm101.0三、声束覆盖范围

目前，钢轨探伤仪的探伤工艺一般都采用70°探头在轨面有偏角和无偏角两种扫查方式，偏角扫查是利用轨颚反射扩展扫查范围；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一次波声束覆盖范围约占轨头总面积20%，实际扫查面积大小与探头偏角、位置和探伤灵敏度等有关。2.二次波声束覆盖范围约占轨头总面积45%。3.同时用两只70°探头，一只检查轨头内侧，另一只检查轨头外侧，由于探头偏角的因素，在轨头中下部存在一个“盲区”。平底孔回波显示记录孔号回波位移孔号回波位移孔号回波位移孔号回波位移孔号回波位移16.3～7.726.0～8.436.4～8.640.9～1.18.5～9.257.7～7.865.5～6.575.8

～6.681.2～1.57.2～7.691.1～1.810114.6～5.8122.2～2.75.2～6.0131.8～2.57.2～7.4142.0～2.315163.4～4.44.5～5.1173.0～3.64.6～5.7182.4～3.4192.2

～2.620213.1～4.4223.4～4.411022234567891112131415161718192021（二）无偏角扫查声束覆盖范围

无偏角70°探头声束覆盖约为轨头总面积的20%。两只偏角70°加上一只无偏角70°探头，三只探头同时使用，声束可覆盖整个轨头范围，满足轨头全面扫查的目的。四、核伤回波显示

70°探头属反射式探伤法，探伤中无伤损存在时，一般不会有回波显示，当遇有伤损，且反射回波能被探头接收时，荧光屏显示伤波并报警，可根据回波显示特点，大约确认伤损存在的位置和大小。（一）规则核伤的显示1.偏角检测核伤回波显示1）核伤位于轨颚附近由于伤损存在于一、二次波扫查区，且接近轨颚，因此，A型显示在荧光屏刻度5.0左右，一、二次回波连续显示；B型显示在轨颚线附近，且伤波图形较长。5.0轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线2）核伤位于轨头附近伤损存在于一、二次波扫查区，A型显示回波在荧光屏扫描线上分两次显示，两次显示越靠近两端，则核伤距轨面越近；B型显示在轨面线附近和离轨颚线较远的下方。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线3）核伤位于轨头一侧上角伤损处于二次波扫查区内，A型显示回波显示在荧光屏刻度5.0以后，回波位置刻度越大，核伤距轨面越近；B型显示伤损图形在轨颚线下方，离轨颚线距离越大，核伤越靠近轨面。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线

规则核伤回波显示规律一般具有伤损垂直高度越大，A型显示回波位移越大、B型显示伤损图形越长的特点。伤损位于一、二次重叠扫查区时，A型显示一、二次波都有，B型显示在同一垂线附近出现两个伤损图形。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线若伤损处于一次波扫查范围之外，则A型显示仅有二次波显示，B型显示在轨颚线下方仅有一个伤损图形。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线如果伤损直径很大，则A型显示伤波近似于轨端回波，B型显示较长的伤损图形从轨颚线下方至轨面线附近。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线2.无偏角检测核伤回波显示核伤的位置与回波显示刻度相对应，伤损越浅，A型显示回波位置靠近刻度起点，B型显示靠近轨面线。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线

伤损越深，A型显示回波位置靠近刻度后端，B型显示靠近轨颚线。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（二）倾斜核伤的显示

核伤会因列车运行方向的影响呈倾斜性发展，这给探伤检查带来了一定的难度。由于核伤倾斜后，伤损回波途径发生改变，回波的显示规律与规则性伤损不同，认识倾斜性伤损回波显示规律，对波形分析、防止漏检误判有益。1.偏角检测倾斜核伤回波特点1）核伤位于轨颚附近虽然伤损存在于一、二次波扫查区，当探头接收不到二次波时，A型显示在刻度5.0之前，B型显示在轨颚线之上。

5.0轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线当探头接收不到一次波时，A型显示在刻度5.0之后，B型显示在轨颚线之下。5.0轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线2）核伤位于轨头上方虽然在一、二次波扫查区内，由于核伤倾斜后探头无法接收到一次回波，从波形显示上会误以为核伤位于轨头上角处。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线当探头无法接收到二次回波时，从波形显示上会误以为核伤位于轨头中心处。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线3）核伤位于轨头一侧上角虽然核伤在二次波扫查区内，因核伤倾斜后，当核伤反射面正好与二次波声束正交时，会有回波显示。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线当核伤倾斜不与声束垂直时，会造成漏检，最有效的方法是从另一侧检测。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线2.无偏角检测倾斜核伤回波特点当倾斜核伤与声束垂直时，荧光屏上会有回波显示。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线当核伤倾斜不与声束垂直时，虽然核伤处于声波扫查范围，荧光屏上无回波显示，会造成漏检，最有效的方法是从另一侧检测。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线五、非核伤回波显示（一）剥离层多次反射波钢轨制造和淬火不良，会产生轨头表面剥离，形成不规则的薄层，声波在薄层中多次反射后被探头接收，A型显示一次波范围会出现单支或多支回波同时显示的现象；B型显示在轨面线附近有不规则、密集分布的点。剥离层末端很容易产生核伤，可根据回波和探头位置来进行识别。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（二）鱼鳞剥离反射波由于钢轨接触疲劳强度不足，曲线上股和部分直线地段易形成鱼鳞状剥离，A型显示的荧光屏刻度

7.5

～

8.5间会出现有规律、连续、循环的回波显示；B型显示在轨颚线下方会形成连续图形，且离轨颚较远。重点注意波幅强、位移大的回波。因为鱼鳞剥离末端很容易产生核伤。

轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（三）剥离掉块波轨头侧面肥边或曲线内侧剥离掉块，会引起声波反射，有时一、二次波都会显示。由于肥边易产生应力集中而形成核伤，所以对这种异常波形要认真校对。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（四）侧面锯齿波由于匀缝器卡钳的卡齿使接头轨头侧面形成条状齿痕，检测时二次波在齿痕上产生反射，A型显示在刻度6.0左右显示连续、位移短、重复的回波；B型显示在轨颚线下出现等距离图形。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（五）颚部锈蚀波轨头颚部锈蚀严重时，较深的锈蚀坑会产生声波反射，在一、二次波交替处显示没有移动的跳跃波。A型显示在刻度4.5左右；B型显示在轨颚线下方。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（六）夹板卡损波钢轨接头夹板与钢轨长期摩擦，形成磨损台阶（严重时会发展成横向裂纹），探头入射点距夹板108mm左右时，在荧光屏一、二次波交替处显示波幅稳定的回波（刻度4.0左右）。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（七）螺孔反射波钢轨探伤中遇曲线侧磨严重、探头偏角和位置不当等，使轨头内声束方向变化，部分声波射入螺孔产生回波。探头距螺孔210mm左右，A型显示的荧光屏刻度9.0左右显示螺孔反射波；B型显示在轨颚线下出现斜线的图形。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线（八）焊筋轮廓波无缝线路钢轨焊缝，轨头下颚都存在一个凸起的焊筋，在荧光屏刻度4.5左右会显示焊筋轮廓波，铝热焊回波强，闪光焊回波较弱。要注意回波位移长、波幅强和多支回波同时显示的回波分析，防止焊缝内伤损漏检。轨面线轨颚线轨腰中心线轨底线六、探伤注意事项（一）重视现场探伤灵敏度调节和休正

上道检测前应做好探伤灵敏度调节，在无杂波的情况下，尽可能提高探伤灵敏度，确保轨头小核伤及时发现。（二）防止接头1m区域核伤的漏检

检测标轨线路接头1m范围内时，应注意核伤的检测，因为接头两侧各1m范围是核伤多发区，并且因37°和0°探头螺孔回波报警的干扰，忽视了70°探头核伤的报警，易导致核伤的漏检。（三）根据核伤存在的规律综合判伤探伤中应注意伤损规律的分析，根据伤损存在的部位、趋向，合理设置探头声束发射方向和组合排列。对于焊补层下的核伤检测，应注意70°探头二次波探伤，同时结合0°探头检查焊补层是否有脱离。（四）重视倾斜性核伤的检测（五）注意探头位置和偏角的检查

对于同样大小的核伤，探头偏角与报警长度有直接关系，偏角过大会影响核伤的检测。因此，要重视探头位置和偏角的检查，发现不当及时调整。尤其是曲线地段要及时调整探头位置，确保声束检测预定区域。（六）重视薄弱处所的检查和校对

应注意小腰内侧、曲线上股、坡道变坡点和道岔基本轨的检查，尖轨基本轨正反各检查一遍，同时不能忽视擦伤、剥离、焊补层下核伤的检查和校对。七、核伤定位和定量（一）基线法基线法又称二点定位法，是根据回波显示在荧光屏基线上的位置来确定核伤的位置和大小。此法操作简便，定位定量精度较高，但要求仪器的探测范围和灵敏度标定准确，否则影响定位定量精度。根据三角函数边角关系，按探头折射角和仪器标定声程比例值，求出荧光屏每格表示实际水平和垂直距离的系数。水平和垂直距离系数仪器标定计算公式67°68°69°70°声程

1：20水平距离=20sinβ18.418.518.718.8垂直距离=20cosβ7.87.57.26.8声程

1：25水平距离=25sinβ2323.223.323.5垂直距离=25cosβ9.89.49.08.61.确定校对灵敏度

在钢轨上调节校对灵敏度。探头横向置于轨面上，声束方向朝钢轨外侧，以轨头外侧一次反射波显示在2.5~3.0格范围内，波高80%为基准，再增益14~16dB即可。2.核伤位置大小测量1）确定核伤近、远点波位置使用一次波校对，确定近点波b和远点波a，并在探头入射点对应的钢轨上做好标记B、A。baCDBAh2h12）确定核伤中心起波、落波中点刻度乘以水平距离系数，从探头入射点向前量得出的值，即为核伤中心在钢轨纵向的位置。3）确定核伤深度h1

近点波b乘以垂直距离系数，得出的值即为核伤深度h1

（埋藏深度）。4）确定核