超声波探伤技术在钢轨探伤领域的应用及其局限性

超声波探伤技术在钢轨探伤领域的应用及其局限性

纪丹妮

中国铁路北京局集团有限公司石家庄工务段河北石家庄050000

摘要：超声波的探伤技术凭借着独特的穿透能力和可反射的优势，得到广泛应用，特别是在钢轨探伤工作中得到了较大重视。人们就利用超声波的无损探伤技术，对钢轨中损伤进行及时的发现，便于及时修理，以确保铁路的运输安全和乘客安全，为人类做出较大贡献。但是其技术因为有着耗未知等局限性，需要人们积极的探索解决措施。本文主要基于作者实际工作经验，简要的分析超声波的探伤技术原理，并且探讨其在钢轨探伤领域的应用，希望对相关从业人员有所帮助。

关键词：钢轨探伤；超声波探伤技术；应用

前言：

人耳可以察觉到声波频率在20Hz-20000Hz之间，频率不在整个范围内的声波是不能被人耳察觉的。超声波在实际生产中，不能经过人耳察觉，频率高出20000Hz，低于20Hz的声波称为是次声波。因为物体高频率的震动出现声波，与其他声波相比，有着比较良好的定向性，将其应用在各探测中。人们经过利用其良好的穿透性能、可反射的特点，将其应用在金属材料的探伤工作中。在现阶段，人们逐渐把超声波的探伤技术应用在检测管道、检测焊缝、钢轨探伤等的项目上，这对确保物质运输的效果和人身的安全有一定的贡献。因为其技术现还处在发展中，没有全面的解决其局限性的问题。如果说客观上只能探测少量规则的缺陷、耦合剂黏度较低，主观方面的操作人员技术不够熟练、清理习惯没有等等，我们还需加强对超声波探伤技术的完善。

1超声波探伤技术的原理分析

1.1超声波

超声波在金属材料中体现出穿透性的特点，在两个不同界面的交界位置，能够实现发射，在超声波探伤的过程中，材料自身、缺陷的位置都是两种不同的界面，部分超声波在这时候反射回超声波的探头，在计算机中绘制出比较直观地图像，进而有效的确定出损伤的位置，超声波在液体和固体的传播速率方面较大，气体的传播速率则是较小。因此，在钢轨探伤阶段，我们需要避免超声经过气体介质。

1.2超声波的换能器

超声波换能器还称为是超声波的探头，把电能低损耗转化成机械能，在探伤过程中，积极的承担了发射超声波、接收回波任务。常见超声波的探头主要包含了直探头、斜探头，分别进行横波、纵波动检测，其他还分为聚焦探头、水浸探头。超声波探头的应用通常都装配有压陶瓷探头，在压电效应的作用下，对探头底部施加部分的压力，压电晶片的两端则是实施放电，超声波换能器则是将其所产生的电能转变至超声波的形式，之后进行放出。部分的超声波在反射之后，能够继续回到超声波的探头中，超声波探头能够将其超声波转变为电能，将信息传输至计算机中，并且绘制出有关图像。

1.3耦合剂

耦合剂是一种中性叫粘稠的液态物质，现有耦合剂主要分为医用耦合剂、工业耦合剂。超声波的无损探伤应用主要是工业耦合剂，对探头和被测的物体之间空气进行排除。

2超声波的探伤技术在钢轨探伤中的应用分析

2.1钢轨的探伤

在科学技术不断的发展下，人们也在积极探索超声波的探伤领域，一些探伤方法逐渐挖掘出。现在已有的探伤方法主要有测长法和当量法。这些方法现已广泛的应用在钢轨的探伤中，所以本文主要紧紧围绕其钢轨的探伤超声波波探伤技术进行探讨。

2.2钢轨的探伤施工原理分析

钢轨探伤施工流程主要如下：操作人员操控超声波的探头发射超声波，在损伤边缘的位置，超声波反射回探头，探头则是把机械能转变成电能，将其信息传输至计算机中进而形成图像，操作人员经过对图像中异常的情况进行观察，确定损伤的位置。

2.3探伤仪的探头倾斜角度影响

因为钢轨损伤的部位差异性较大，所以对探头倾斜的角度有着很大的不同，比如说：30度角探头则是应用在探测轨腰、螺栓孔的损伤，除此之外，还有50度的角探头、37度角探头、70度角探头等等。

3超声波的探伤技术在钢轨探伤中的应用局限性

3.1客观方面的因素

超声波在反射过程中，通常会有部分超声波直接穿透损伤的位置，这部分超声波并非反射回探头。所以，超声波损耗造成探测的结果有着较大的误差性。在钢轨的探伤过程中，超声波不仅会在损伤的边缘进行反射，还会在其他的界面交界处反射，计算机绘制的图像比较混乱复杂，不能对损伤位置进行正确的辨认。举例进行分析，在该金属材料和空气交界处超声波依旧会反射回超声波的探头，所以，计算机中会出现相对应的波峰和损伤波峰混合在一起。

超声波的探头耦合剂黏度通常相对较低，使得探头、物体之间的空气缝隙过多和过大，使得超声波的大部分损耗在空气介质中，不能实现有效的传播回探头。超声波满足声波普遍的性质，在固体的介质中，传播的速率通常较大，液体的次之，在气体介质中传播的速率则是最小。这就说明我们在钢轨的探伤工作中，尽量选用固体、液体介质，进而有效避免超声波经过气体介质。耦合剂便可起到填充探头和被测物体之间的空隙作用，排除间隙中空气，进而有效的确保超声波穿透的质量。但是如果说耦合剂黏度相对较低，势必会不能完全填充空隙，使得检测结果有着较大的误差。

3.2主观的因素

超声波的钢轨探伤依旧处在人工主导的阶段，还没有真正意义上的实现智能化。人是比较容易出现失误的，操作人员可能会对其探伤仪器不理解，甚至是没有准确认识，极易受到情绪的影响，进而降低了工作的积极性，使得工作阶段粗心马虎。人们对钢轨探伤制定的检验标准不明确，促使各操作人员对检验标准理解有着不够明确，使得各操作人员对检验的标准理解方面有着误差，造成检测结果有着很大的出入。另外，还有一些操作人员自身素质较低，抱着模棱两可的态度进行工作，势必会取得理想成果，在一定程度上阻碍了钢轨的探伤工作进行。

4超声波探伤技术的应用局限性解决措施

4.1制定完善的检验标准

在现阶段情况进行分析，经过建立健全相关检验方法，制定有关检验的标准，能够实现对超声波探伤技术的应用局限性问题进行解决。检验的标准应该从钢轨的实际损伤进行入手分析，对于不同的损伤情况，对探伤仪的探头倾斜程度以及探头的更换期限都有明确的规定。

4.2全面提升操作人员的专业素质

对于技术改造，这个方法比较容易实施，利于发觉已有的设备潜能，操作人员的素质和技能就成为探伤工作决定性的因素。而一个合格的操作人员需要拥有相关的理论知识，熟练的操作技能，进而有效的掌握实际工作习惯。在实际管理阶段，操作人员的培训工作应该明确出工作的技能、工作的要求，保证各钢轨探伤工作的有序落实。

4.3实现钢轨探伤全面的智能化

与之前的两种措施进行比较，这个方法实施难度相对较大。因为人会受到情绪和环境等因素影响，不同的人工作效果也是很大的不同。机器工作相对于人类更加的稳定，出错的概率则是更低，但是因为现在钢轨的探伤在全国主要是由人进行操作，智能化改造规模则是更加的庞大。但是作为一种发展趋势，在未来智能化势必会替代人工。

结束语：

综上所述，超声波的探伤技术在钢轨探伤中的应用，能够实现造福人类，但是实际过程中还存在着一些问题，我们必须积极探究其技术应用局限性，进而正确实现钢轨探伤的全面智能化，有效的提升其工作的效率。

参考文献：

[1]王芬.超声波探伤标尺面版在焊缝探伤中的应用[J].建材与装饰,2018,(31):216-217.

[2]曾祥照.X射线实时成像技术在焊缝探伤中的应用[J].无损探伤,1998,1-4.