钢轨超声波自动探伤设备结构介绍

钢轨超声波探伤的必要性

钢轨在生产过程中，如果内部存在超过标准允许的缺陷，火车在运行时就有可能引发断轨事故。为避免钢轨内部缺陷带来的安全隐患，采用超声波对钢轨进行内部缺陷检测就很有必要。

钢轨超声波自动探伤设备介绍

根据TB/T2344-2003 《43～75 kg /m热轧钢轨订货技术条件》和《350km/h客运专线60kg/m钢轨暂行技术条件》有关超声波探伤的规定，钢轨超声波检测覆盖区域应满足：（1）轨头≥70%；（2）轨腰≥60% ；（3）轨底检测应覆盖图1阴影部位。

检测原理

钢轨超声波自动探伤采用接触式A型脉冲超声波，以自来水为耦合介质，检测过程钢轨通过传送辊道驱动做直线运动，超声波探头安装在相对静止的起落架上紧贴钢轨轨面实施全长检测。

钢轨超声波自动探伤设备基本构成

主要包括六部分。（1）钢轨输送辊道：使钢轨在检测区域内保持匀速移动，其速度可调。（2）导向约束机构：对钢轨进入检测区域进行导向约束，使钢轨保持稳定的运动状态。（3）测距机构：检测钢轨长度及其位置，用于探头起落控制及缺陷定位与标识。（4）探头耦合机构：用于承载探头，具有良好的随动性。（5）探头调整机构：用于不同轨型的钢轨探头耦合机构的调整。（6）多通道数字式超声波探伤仪。

探头布局、选用及其参数

探头数量最多可以安装13只（在满足标准要求的探伤覆盖率前提下，生产不同规格钢轨时可对探头数量进行增减调整）。其中1、2、3、4、5号探头检测轨头；6、7、8、9、10、11号探头检测轨腰；12号探头检测轨底纵向裂纹；13号探头检测轨底。

钢轨超声波自动探伤设备大量采用双晶探头，主要考虑钢轨各部位检测深度不大，可以充分利用TR探头盲区小、分辨力高的特点。通过手工探测钢轨对比试验，双晶探头相对于单晶探头检测灵敏度更高，缺陷检出效果更好。

探头距离—波幅曲线：双晶探头距离—波幅曲线特性与晶片倾斜角度、晶片间距、晶片大小和有机玻璃楔块高度等参数有关，适当选择这些参数，可以获得较小的探伤盲区，在检测深度区间获得比较平缓变化的距离—波幅特性曲线，这样有利于超标缺陷的自动报警。国内制造的探头，灵敏度余量至少控制在35dB以上，检测盲区控制在2mm以内，检测深度范围波幅变化控制在5dB以内，一般即可满足正常的自动探伤要求。

探头起落架

探头起落架是超声波在线探伤系统开发的难点，它对探头的耦合取决定性作用。由于钢轨的平直度误差以及振动等的影响，钢轨在探伤送进过程常常出现跑偏和上翘等现象，为使探头与钢轨表面实现有效耦合，探头与钢轨断面位置相对稳定，一般要求起落架具有上下和水平方向的跟随性。

实践证明，起落架跟随性的好坏，对探伤结果有如下影响：（1）影响动态样轨检测的重复性。起落架跟随性差，探头检测位置变动大，探头动态样轨调试困难，样轨人工缺陷检测重复性差。（2）影响系统信噪比。起落架跟随性差，机构不能及时响应钢轨的位置变动，探头耦合水层变化大会使水杂波增加，减小信噪比，增加误报机会，甚至无法探伤。（3）影响轨头侧面探伤。起落架跟随性差，轨头侧面轮廓波会进入报警闸门引起误报。

由于钢轨的振动及平直度变化通常属于低频率变动信号，因此，在起落架设计上常常采用弹簧、气缸等驱动元件即可满足机械的跟随响应。

测控系统

测控系统由16通道数字式超声波探伤仪(配高速数据采集处理模块)、计算机系统以及自动控制系统等构成。

测控系统工作原理：探伤仪激励探头发射晶片产生高频超声波脉冲，超声波进入钢轨内部检测到缺陷后反射回来使探头接收晶片产生电信号，探伤仪将该弱电信号进行放大、检波等处理后送入计算机，计算机系统根据用户设置的探伤参数对采集到的数据进行各种相关的处理，并判断出缺陷大小、位置、深度等参数，通过计算机界面自动绘制波形、记录缺陷等；自动控制系统完成操作辊道、前后夹送装置、测距装置以及探头起落架的自动与手动起落等控制。自动控制系统以PLC为核心，通过旋转编码器精确检测钢轨长度，光电开关定点控制起落架起落，保障了自动控制系统安全可靠运行。