钢轨探伤-中国铁道出版社

全国铁道职业教育教学指导委员会规划教材

高等职业教育铁道工程技术专业“十三五”规划教材

钢轨探伤

何学科主编

陈选民主审

中国铁道出版社有限公司

年·北京

2019

内容简介

本书为高等职业教育铁道工程技术专业十三五规划教材书中较为详细地介绍

“”,

了超声波探伤基础钢轨伤损及探伤方法钢轨探伤设备钢轨探伤以及钢轨探伤管理

、、、

等内容

。

本书内容新且丰富引用了最新标准和本领域最新成果条理清晰逻辑性强本

,,、。

书可作为高等职业院校铁道工程技术高速铁路工程技术等专业的教学用书也可作

、,

为钢轨探伤工岗位培训及超声探伤人员学习的参考用书

。

图书在版编目(CIP)数据

钢轨探伤何学科主编版北京中国铁道出版社

/——:

有限公司.2.

,

全国铁道20职19业.1教1育教学指导委员会规划教材高等职业教育

铁道工程技术专业十三五规划教材

“”

ISBN978-7-113-26436-9

钢何钢轨探伤高等职业教育教材

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①

Ⅳ.①U213.4

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2019)256027

书名:钢轨探伤

作者:何学科

责任编辑:陈美玲电话:电子邮箱:

(010)51873240992462528@

封面设计:崔丽芳

责任校对:王杰

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

印刷:三河市宏盛印务有限公司

版次:年月第版年月第版年月第次印刷

20096120191122019111

开本:印张字数千

/::

787mm×1092mm11610.75275

书号:

ISBN978-7-113-26436-9

定价:元

30.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版的图书如有缺页倒页脱页者请与本社读者服务部调换

,、、,。

联系电话市电路电

:(010)51873174,(021)73174

打击盗版举报电话市电路电

:(010)51873659,(021)73659

第二版前言

本书是高等职业教育铁道工程技术专业十三五规划教材本书重点介绍了

“”。

超声波的基本理论钢轨伤损及钢轨探伤方法常用钢轨探伤仪器设备以及钢轨探

、、

伤管理等有关内容

。

随着我国铁路的快速发展列车的运行速度越来越高载荷越来越大钢轨

,、,

出现伤损的可能性也越来越大提高钢轨探伤人员的素质加大钢轨探伤的力

,,

度对确保铁路行车安全尤为重要本书是根据现行普速铁路线路修理规则

,。《》

普速铁路工务安全规则钢轨探伤管理规则高速铁路无砟轨道线路维修规

《》《》《

则试行高速铁路有砟轨道线路维修规则试行双轨式探伤仪管理办法

()》《()》《》

和钢轨超声波探伤仪等文件标准为依据编写的本书紧密结合当前铁路现

《》、。

场的实际需要力求简洁通俗易懂本书可作高等职业院校铁道工程技术高

,、。、

速铁路工程技术等专业学生的教学用书也可作为钢轨探伤人员岗位培训及超

,

声探伤人员的学习参考书

。

本书由广州铁路职业技术学院何学科担任主编湖南高速铁路职业技术学

,

院望超担任副主编广州铁路职业技术学院陈选民担任主审具体编写分工如

,。

下第一三四章及第六章的第三节由何学科编写第二章由广州铁路职业技术

:、、,

学院李娟编写第五章由望超编写第六章第一二节由中国铁路广州局集团有

,,、

限公司工务部黄祖泽编写本书在编写过程中得到了许多同仁的帮助和指导

。,

在此表示感谢

。

限于我们的知识水平和实践能力书中难免有纰漏和错误恳请专家和读者批

,,

评指正

。

编者

年月

20198

第一版前言

本书由铁道部教材开发小组统一规划为铁路职业教育规划教材本书是根据铁路职业

,。

教育铁道工程工务专业教学计划钢轨探伤课程教学大纲编写的由铁路职业教育铁道工

()“”,

程工务专业教学指导委员会组织并经铁路职业教育铁道工程工务专业教材编审组审定

(),()。

随着我国经济的快速发展铁路在国民经济中的作用愈显突出进入世纪以来我国

,。21,

铁路进入了大发展的快车道伴随着六次大面积提速铁路的运行速度越来越高载荷越来越

,,,

大钢轨出现伤损的可能性也越来越大提高钢轨探伤人员的素质加大钢轨探伤的力度对

,。,,

确保铁路行车安全变得尤为重要本书结合当前铁路现场的实际需要力求简洁通俗易懂

。,,。

本书重点介绍了超声波的基本理论钢轨伤损及钢轨探伤方法常用钢轨探伤仪器设备以

、、

及伤损折断钢轨的处理程序配有钢轨探伤实验实训指导书本书可作为铁道工程工务

,《》。()

专业的教学用书

。

本书由湖南交通工程职业技术学院何学科主编湖南交通工程职业技术学院唐玉生主审

,。

第一三六章由何学科编写第二章由吉林铁道职业技术学院徐光华编写第四章由广铁集团

、、,,

工务检测所黄祖泽编写第五章由湖南交通工程职业技术学院杨锋编写在编写过程中得到

,。

了许多同仁的帮助和指导在此表示感谢

,。

限于我们的知识水平和实践能力书中难免有纰漏和错误恳请专家和读者批评指正

,,。

编者

年月

20093

目录

第一章概述

…………………1

第一节无损检测

……………1

第二节无损探伤方法

………………………2

第三节超声探伤发展概况

…………………4

复习思考题

……………………6

第二章超声波探伤基础

…………7

第一节机械波

……………7

第二节超声波

…………10

第三节超声波在异质界面上的反射和透射

……………13

第四节远场中规则反射体的反射规律

…………………20

复习思考题

…………………22

第三章钢轨伤损及探伤方法

…………………24

第一节钢轨和钢轨伤损

…………………24

第二节钢轨焊接及焊缝缺陷

……………28

第三节钢轨伤损分类标准及其他

、………30

第四节超声波探伤技术

…………………35

复习思考题

…………………49

第四章钢轨探伤设备

…………51

第一节超声波探头

………………………51

第二节试块

…………57

第三节超声波通用探伤仪

………………64

第四节钢轨探伤小车

……………………75

第五节钢轨探伤双轨探伤小车

…………80

第六节超声相控阵探伤仪

………………87

第七节大型探伤车

………………………90

复习思考题

…………………95

第五章钢轨探伤

………………96

第一节探头的探伤

70°……………………96

2

钢轨探伤

第二节探头的探伤

37°…………………105

第三节探头的探伤

0°……………………110

第四节钢轨焊缝探伤方法

………………115

第五节超声相控阵探伤方法

……………128

第六节钢轨探伤手工检查

………………138

第七节数据回放

…………141

复习思考题

…………………150

第六章钢轨探伤管理

…………151

第一节钢轨探伤管理模式及体制

………151

第二节钢轨探伤安全管理及信息管理

…………………158

第三节伤损折断钢轨的处理程序

………162

参考文献

…………………………166

第一章

概述

随着机械石油化工交通运输造船航天以及核能等工业的迅速发展对产品质量的要

、、、、,

求越来越严格尤其是随着动力机械和高压容器向高速高温高压方向发展对产品内在缺陷

,、、,

尺寸提出了精确的定量要求因此无损检测技术也获得了迅速的发展和广泛的运用

。,。

第一节无损检测

所谓无损检测是指在不损坏被检物体的内部结构和使用性能的前提下借助于

(NDT),

各种物理手段对材料构件或设备进行宏观与微观缺陷检测几何特性测量化学成分组

,、、、、

织结构和力学性能变化的评定并进而就材料或构件对特定应用的适应性做出评价的一门

,

学科

。

一、无损检测的特点

不破坏被检对象

(1)。

可以实现的检验

(2)100%。

通过无损检测发现缺陷并作出评价以保证材料或工件的质量

(3),,。

可对关键部件或关键部位在使用中定期检查甚至长期监控以保证运行安全避免发

(4),,,

生事故

。

通过检出的缺陷找出其形成原因和规律可促使有关部门采取措施改进设计或工

(5),,,

艺从而进一步提高产品质量防止和降低出废品

,,。

二、无损检测的作用

无损检测是提高产品质量确保安全的重要手段具有很大的经济效益和社会效益其作

、,,

用主要有

:

无损探伤对产品质量作出评价通过对构件等进行探测发现其表面或内部缺陷

(1)———。,

并进行定位定量分析

。

材料检查用无损检测技术测定材料的物理性能和组织结构能判断材料的品种和

(2)———,

热处理状态进行材料分选

,。

几何度量产品的几何尺寸涂层和镀层厚度表面腐蚀状态硬化层深度和应力状

(3)———、、、

态都能用无损检测技术测定

。

现场监控对在役设备或生产中的产品进行现场的或动态的检测将产品中的缺陷

(4)———,

变化信息连续地提供给运行和生产部门实行监控

。

2

··

钢轨探伤

三、无损检测的发展

无损检测的作用和特点表明无损检测技术是工业发展必不可少的有效工具它必将随着

,,

工业生产的进步而发展早期的无损检测称为无损探伤即另一阶段它的作用是在不

。(NDI),,

损坏产品的前提下发现人眼无法看到的缺陷以满足工程设计中的强度要求第二阶段称为

,。

无损检测这个阶段始于世纪年代它不但对最终产品进行检测而且还要测量

(NDT),2070,,

生产过程中的各种工艺参数制成工件后还需知道它的组织结构晶粒大小和残余应力等第

,、。

三阶段称为无损评价它对航空航天核电能源交通石油和化工等方面的机械产

(NDE),、、、、、

品尤为重要在加强检测的同时注重产品质量的评价确保每一件产品都是合格的在工业发

,,。

达国家已从一般无损评价发展到自动无损评价采用计算机来进行检测和评价尽可能减少人

,,

为因素的影响这在超声检测的发展中尤为突出例如钢轨探伤车这种发展趋势促使无损检

,,。

测人员应具有更广的知识面更深厚的基础理论和更强的综合分析能力

,。

第二节无损探伤方法

无损探伤方法种类很多每种无损探伤方法都有其优点和局限性使用时必须根据被检

,。

对象材料种类缺陷性质和可能产生的部位有针对性地选择最合适的探测方法目前广泛

、,。,

使用的常规方法有以下五种

。

一、射线探伤

(RT)

射线探伤是利用和中子等射线在透过工件和缺陷时衰减程度不同的特性在胶片和

X、γ,

荧光屏上得到伤损图形的探伤方法

。

射线探伤原理如图所示射线源向工件发出射线因工

1.1。,

件的材料结构不同或有缺陷存在使透过工件的射线强度发生不

,

均匀变化这些变化经照相底片感光和显影处理后可获得与工

。,

件结构和缺陷相对应的投影图像通过对图像的观察分析确定

。,

工件内缺陷的种类大小和分布状况射线探伤只适用于体积型

、。

缺陷探测如气孔疏松等对片状缺陷较难检出

,、,。

二、磁粉探伤

(MT)

图缺陷的射线照相

磁粉探伤是将铁磁材料直接通以电流I或置于磁场H之1.1

()()

中使其磁化磁力线遇到缺陷时会绕过缺陷而产生漏磁其产生的磁场吸引磁粉从而显示

,,,,,

缺陷存在的方法图

(1.2)。

图磁粉探伤原理

1.2

缺陷工件

1—;2—

磁粉探伤仅适用于铁磁材料的表面或近表面缺陷的检测其探伤灵敏度的高低受到表面

,

第一章概述3

··

光洁度缺陷形状和取向磁化方法和范围等影响磁粉探伤能确定缺陷的位置大小和形状

、、。、,

但难以确定缺陷的深度

。

三、渗透探伤

(PT)

渗透探伤有着色探伤和荧光探伤两种方法其原理是在清洗过的工件表面施加含有色泽

,

和荧光物质的渗透剂由毛细管现象使之渗入缺陷并留在空腔内然后洗去表面多余的渗透

,,

剂再涂上一层显像剂借毛细管吸附作用使缺陷中的渗透剂吸出通过色泽对比或紫外线

,,,。

照射激发荧光物质发光从而将缺陷的图像显示出来图

,(1.3)。

渗透探伤适用于探测金属材料和致密性非金属材料的缺陷能发现表面开口的裂纹折

,、

叠疏松针孔等通常也能确定缺陷的位置大小和形状但难以确定缺陷的深度渗透探伤

、、,、,。

不适用于探测疏松及多孔材料的缺陷

。

图渗透探伤原理

1.3

油污缺陷渗透剂渗透清洗剂显像剂紫外线灯

1—;2—;3—;4—;5—;6—;7—

四、涡流探伤

(ET)

涡流探伤的原理是将载有交变或脉冲电流的试验线圈靠近导电工件在工件表面内电磁

,

感应产生涡电流而感生的涡电流又产生磁场反作用于原

,,

试验线圈的磁场形成叠加磁场如图所示当工件内

,,1.4。

有缺陷时涡电流因流动途径的变化使涡电流磁场也相应

,,

变化经试验线圈检出异常磁场的变化量可获得缺陷的

,,

信息

。

涡流探伤主要适用于金属和石墨等导电材料表面和近

表面缺陷的检测通常能够确定缺陷的位置和相对尺寸涡

,。

流探伤不适用于非导电材料的缺陷检测

。

图涡流探伤原理

五、超声探伤1.4

(UT)

超声波探伤是利用超声波入射被检工件当超声波遇有缺陷时产生反射回波或者穿

,,

透波被衰减来判断工件内部是否有缺陷存在以及缺陷的位置和大小超声探伤主要检测

,。

工件内部缺陷同时也可发现工件表面的裂纹是五大常规无损探伤中应用最广泛的一种

,,

检测方法有关探伤原理及其检测方法将在以后章节中作重点介绍

。。

射线超声磁粉涡流渗透五大常规探伤方法是现代工业生产中应用最普遍也是较为

、、、、,

成熟的方法其中射线超声探伤主要探测工件内部缺陷对厚度不大形状比较复杂的工件

,、。,

内部缺陷的精确定性定量射线探伤比超声探伤具有优势而工件厚度较大的内部缺陷检测

、,,,

超声探伤又优于射线探伤磁粉涡流渗透主要检测工件表面细微缺陷只是磁粉探伤仅限

。、、,

4

··

钢轨探伤

于铁磁材料涡流探伤仅限于导电材料渗透探伤虽不受上述限制但只能探测工件表面开口

,,,

的缺陷因而五种方法各有其优越性表如能合理配合应用将会得到更好的检

。(1.1),,

测效果

。

表1.1五种无损探伤方法比较

探伤方法优点缺点适用范围

难于对缺陷作精确定性和可用于金属非金属及复合材

对确定内部缺陷大小位、

置1.取向埋深性质等比其他、方定1量.料的铸锻焊件与板材

、、、;、、

超声探伤法有优势一般需用耦合剂对试件形

;,

适用广泛使用灵活费用状2的.复杂性有一定限制

低2廉.、、

检验成本较高检测铸件及焊接件等构件内部

适用于几乎所有材料

1.;缺陷特别是体积型缺陷即具有

1.;对裂纹类缺陷有方向性

探伤结果底片显示直观一定空,间分布的缺陷(

()、限2制.)

便2于.分析;

射线探伤;需考虑安全防护问题如

探伤结果可以长期保存3.(

3.;射线的传播

探伤技术和检验工作质量X、γ)

可4以.监测

直观显示缺陷的形状位只能用于铁磁性材料检测铸件锻件焊缝和机械加

、1.;工零件等铁磁、性材、料的表面和近

置1.大小只能发现表面和近表面

、;表面缺陷如裂纹

灵敏度高可检缺陷最小宽缺2陷.()

,;

度2约.为对缺陷方向性敏感

1μm;3.;

磁粉探伤几乎不受试件大小和形状能知道缺陷的位置和表面

的3限.制长4度.但不知道缺陷的深度

;,

检测速度快工艺简单费

用4低.廉、、

;

操作简便仪器便于携带

5.、

设备简单操作简便投用于检验有色和黑色金属的铸

,,只能检测开口于表面的缺

资1小.陷1.不能显示缺陷深度及缺陷内件锻件粉末冶金件焊接件以

;,及各、种陶、瓷塑料玻璃、制品的裂

效率高对复杂试件也只需部的形状和尺寸、、

(;纹气孔分层缩孔疏松折叠

一2次.检验、、、、、

);无法或难以检查多孔的材及其他开口于表面的缺陷

适用范围广对表面缺陷料2.检测结果受试件表面粗糙度

3.(,影响,

渗透探伤一般不受试件材料种类及其外形;

轮廓限制

)难于定量控制检验操作程