NDT在高速重轨检测中的应用

1、NDT在高速重轨检测中的应用摘要：百米高速重轨对内部质量要求严格，其超声波检测面积和重轨内部缺陷的当量尺寸有全新要求。本文介绍NDT超声波探伤仪在高速重轨中的应用实验和使用情况，分析 NDT在高速重轨中应用效果。关键词: NDT 无损检测 高速重轨 超声波探头 样轨0 前言用于客运专线的高速重轨在出厂前要对钢轨进行逐支全长超声波探伤检查，被检测的钢轨最小截面积为：轨头部分不小于70%，轨腰部分不小于60%，轨底部分见图1。为了满足百米高速重轨对内部质量的要求，我厂引进加拿大的NDT超声波处理系统，型号为UMS280，它是8通道高性能探伤设备，可同时开启28个探头对重轨的头部、腰部和腿部进行检测

2、，保证重轨的超声波检测面积符合客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件关于重轨检测面积的要求。图1 轨底超声波探伤区域1、超生波探伤原理超声波是超声频率的机械振动在弹性介质中的传播过程，超声波探伤就是利用材料主身及内部缺陷的声学性质对超声波传播的影响，非破坏地探测材料内部缺陷的大小、形状和分布状况，由于超声波探伤具有灵敏度高，穿透力强，检测速度快，成本低等优点，早已成为无损检测的主要方法之一。重轨由连铸钢坯经加热、多机架轧机轧制而成，钢内部组织细而均匀，十分有利于超声波传播。图2示意超声波在工件中传播路径以及仪器屏幕上显示结果的对应情况。超声波经发射、藕合传至图2超声传播及仪器显示示意图工件内部，

3、遇缺陷界面及工件底面时产生反射回波，屏幕画面以时间轴为横坐标，以回波幅度为纵坐标显示缺陷的位置和反射强度。无缺陷时可见底面反射回波B，有缺陷时可见缺陷反射回波F和底面反射回波B。操作人员从波形图上读出缺陷位置和波幅大小并与参考值进行比较，判出内部缺陷情况并随时记录。重轨在钢水冶炼和随后的轧制加工中可能会产生夹杂、白点和气泡等缺陷，均可通过超声波探伤方法进行检验。2、 NDT探伤仪2.1 探伤仪：UMS280超声波探伤处理系统2.2 探头：四川天源检测有限公司提供的超声波换能器我厂超声波换能器（探头）分为A、B、C、D、E和F等5种类型探头，高速重轨探伤除了D2、F1和F2探头采用水注式探头外，

4、期于的都是水膜式探头，分别负责重轨头踏面及侧边、轨腰、轨底区域探伤。2.3 样轨的制作按照高速重轨样轨的制作要求，在规格相同，材质相近，加工方式相似的无伤钢轨的轨头和轨腰上钻2通孔忽然平底孔，轨底上挖1×1×20矩形槽作为标准人工缺陷，样轨做好后，要进行检查和测试，并与原标样进行比较，以免在制作过程中造成新的人为缺陷。样轨示意图见图3。图3 样轨示意图2.4 探伤灵敏度调整高速重轨采用350kg/m客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件的标准，静态下调整探头的角度和灵敏度，使上述的基准孔槽的最佳反射波高达满波高60%作为探伤的基准波高，并以此为探伤标准；动态检测重轨时，灵敏度

5、提高4dB作探伤灵敏度。2.5 标准样轨的重复试验用标准样轨按照铁标探伤标准的要求，进行重复报准试验是检验设备能否满足探伤要求的一项关键指标，它能够直观地反映设备使用的可靠程度，因此，这项实验是检验此套装置能否用于生产的关键。为此，我们进行了多种情况下的重复报准实验，样轨上的标准孔、槽，基本上都能准确报警，表1是样轨经过调试后的试验结果。表1 样轨重复报准试验结果部位探伤次数报警次数准确率误报率A探头（轨头侧边）100100100%0B探头（轨头踏面）100100100%0C探头（轨腰）1009999%1%D探头（轨头踏面、轨底）100100100%0E探头（轨底）1009898%2%F探头（

6、轨底）100100100%0从表中不难看出，探伤准确率都在98%以上，探伤准确，探伤仪性能稳定。3、高速重轨在线探伤为了保证探伤准确率，每班生产前放下样轨，静态下调节探头的位置、方向，调出最佳伤波，调节衰减器，使其人工缺陷的反射波达到满波高的60%，固定好探头及支架；按客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件增加4dB校正探伤灵敏度，进行动态样轨调试，要求所有的探头都报警，样轨连续跑3遍，检查仪器和探头的稳定性。我厂使用NDT无损探伤仪检测重轨两年，所有的重轨都进行探伤检验，现将2009年4-9月份探伤检验的结果总结成表2。表2 4-9月超声波检验结果月 份探伤支数（支）检出支数（支）检出率4月1

7、25771981.57%5月119251130.95%6月132891861.40%7月128142101.64%8月116241391.20%9月9573850.9%报警轨中，钢轨缺陷在钢轨各部位的分布情况和各占的比例见表3。表3 伤轨部位统计月 份头伤（支）腰伤（支）底伤（支）合计4月219511985月011301136月048604867月021912108月013901399月085085累计支数21237212410.16%99.68%0.16%100%从上面几张表中可以看出：（1）高速重轨探伤的检出率较50kg/m重轨的检出率要低(50kg/m检出率在2.0-2.2%之间)。由于

8、这两种重轨的钢质基本一样，主要原因是高速重轨钢水冶炼内控标准更高，同时将连铸坯中夹杂、气泡稍多的头尾坯改轧成50轨。（2）从高速重轨探伤检出的缺陷分布情况来看，腰伤占有很大的比例(检出伤轨中99.68%为腰伤)，这与我厂重轨采用连铸坯轧制有关，钢水从连铸坯表面向中心凝固，坯料断面几何中心处夹杂、气泡、缩孔集中，轧制后，缺陷集中，轧制后坯这些缺陷分布在重轨轨腰。此外，轨腰探头的频率是5MHz，比其他探头的频率高，可以检测出最小的缺陷尺寸约为1.18mm，分辨缺陷的能力大。4、NDT检测结果与便携式探伤仪检测结果和金相检验结果对比4.1 NDT检测结果与便携式探伤仪检测结果对比为了检验超声波探伤结

9、果和高速重轨内部缺陷的种类，我们对检出的部分伤轨进行取样，用便携式探伤仪CTS-4020进行手动复探，经过手动定位，检测伤轨的当量尺寸和判定伤轨的位置，在检出的80支伤轨中，取80个伤轨样和20个无伤样，80个伤轨样全部都有伤反射信号，伤信号普遍高于或等于标准伤信号，仅有2块伤样的伤反射信号略低于标准伤。20块无伤样，在20块无伤样中，经过复查，无缺陷反射信号。4.2 NDT检测结果与金相检查结果对比将此100块试样进行金相检验，经过手动定位，对上述伤样全部进行了解剖，探伤结果与解剖结果的对比情况如下:(1) 超声报警为伤轨，金相复查属不合格者有76块，对应率为95% 。 (2) 超声检验为正

10、常钢轨，金相复查确属合格者，对应率为100%。 (3) 金相检验不合试样成分分析，沿式样横截面和纵截面进行解剖，金相检验结果可总结成下：1）未发现裂纹缺陷 2） 试样钢中均存在夹杂物，图4中箭头所示区域的夹杂物比其它部位级别稍高，为氧化物B2.5级（见图67）、硫化物A2.5级（见图8）、硅酸盐夹杂C2.5级（见图911）、轨腰厚度方向试样组织（见图14）。3）观察试样厚度方向（加工面），图5中箭头所示区域的块状硫化物聚集分布。级别A2.5级（在截面试样上评定），见图1213。 图4 轨腰试样宏观形貌图 5、轨腰厚度方向宏观形貌 图6 横截面氧化物夹杂图 图7 图6局部放大 图8 纵截面硫化物

11、夹杂 图9 纵截面硅酸盐夹杂 图10 横截面硅酸盐夹杂 图11 图10局部放大 图12 轨腰厚度方向磨面块状硫化物夹杂 图13 图12局部放大 (4)、电子探针对试样中的夹杂物作能谱成分，结果见图15。 1500X第1点Elmt Spect. Element Atomic Compound Type % % % Mg K ED 10.49 9.28 MgO 17.38Al K ED 36.91 29.45 Al2O3 69.74Mn K ED 9.97 3.91 MnO 12.88O 42.63 57.36 Total 100.00 100.00 100.0第2点Elmt Spect. Ele

12、ment Atomic Compound Type % % % Na K ED 0.79 0.77 Na2O 1.06Mg K ED 0.63 0.58 MgO 1.05Al K ED 15.80 13.08 Al2O3 29.86Si K ED 17.01 13.53 SiO2 36.38K K ED 0.30 0.17 K2O 0.36Ca K ED 17.53 9.77 CaO 24.52Ti K ED 0.98 0.46 TiO2 1.64Mn K ED 3.98 1.62 MnO 5.13O 42.99 60.03 Total 100.00 100.00 100.005、结论根据两年

13、来的生产和试验，我们认为:(1) 用NDT探伤装置检测的重轨能够满足YB/T 951-2003探伤标准和客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件中探测轨头、轨腰、轨底缺陷的各项技术要求，能够在高速重轨探伤作业线上投入使用。(2) 高速重轨探伤除了D2、F1和F2探头采用水注式探头外,其它均采用水膜式探头，灵敏度、信噪比提高了，盲区减小，这将有利于与提高探头的探伤灵敏度和探测范围。(3)探头采用密封壳体，减少了因头进水而引起的灵敏度下降、探头损坏和干扰现象，避免了因调整和紧固探头造成探头易损等缺点。(4)探头盒装置采用整体装卸方式，探头盒,探头,耐磨块及接近开关等部件离线组装调试好, 换品种时，60kg/m重轨探伤装置和50kg/m重轨探伤装置整套更换, 利于提高生产作业率。此外，本套装置设有安全门,轨头限制辊道,轨底限