提高钢轨焊缝探伤准确率的新方法

提高钢轨焊缝探伤准确率的新方法

孙大凯

青岛地铁运营有限公司 山东青岛 266072

摘要: 本文提出并探讨了三种提高地铁钢轨焊缝探伤准确率的新方法，包括采用相控阵超声技术增强检测精度与效率、结合多模态融合探伤技术实现全面检测与验证、以及引入基于机器视觉的智能探伤系统实现自动化与高精度识别。这些方法旨在应对传统探伤技术中的挑战，提高地铁钢轨焊缝探伤的准确性和可靠性，为城市轨道交通的安全运营提供有力保障。

关键词：钢轨焊缝；准确探伤；方法应用

引言：地铁作为现代城市公共交通的重要组成部分，其安全性和可靠性直接关系到广大市民的出行安全和城市的正常运行。地铁钢轨作为列车行驶的基础设施，其焊缝部位的探伤准确率对于预防轨道故障、确保列车平稳运行具有重要意义。然而，传统的钢轨焊缝探伤方法往往存在检测效率低、准确性不高、易受人为因素影响等问题，难以满足现代地铁运营对安全性的高要求。因此，研究并应用新的探伤技术，提高地铁钢轨焊缝探伤的准确率，成为当前城市轨道交通领域亟待解决的重要课题。

一、基于相控阵技术的超声探伤

（一）方法概述

基于相控阵技术的超声探伤是一种先进的无损检测方法，它融合了超声波的高灵敏度和相控阵技术的灵活性，为地铁钢轨焊缝等复杂结构的检测提供了强有力的支持。该技术通过精确控制相控阵阵列探头中多个独立压电晶片的发射和接收超声波，实现了声束的灵活偏转、聚焦和动态扫查。在检测过程中，仪器发出电脉冲信号，经过功率放大后激励相控阵探头中的各个晶片。各晶片按照预设的时间延迟顺序发射超声波，形成所需的声束。当超声波遇到焊缝中的缺陷时，会发生反射或散射，反射回来的超声波被相控阵探头接收并转换为电信号。这些电信号经过放大、滤波等处理后，利用先进的信号处理技术提取出有用的信息，如缺陷的位置、大小、形状等，并生成直观的图像展示焊缝内部的缺陷情况。

（二）技术优点

1.提高检测效率

在地铁钢轨焊缝探伤中，时间效率至关重要。相控阵技术通过快速调整声束方向和聚焦点，实现了对焊缝的快速全面扫查。无需频繁移动探头或调整检测位置，即可在短时间内完成大量焊缝的检测工作。这不仅提高了检测效率，还减少了因检测时间长而对地铁运营造成的不便。

2.增强检测精度

地铁钢轨焊缝中的缺陷往往微小且隐蔽，传统探伤方法难以准确识别。相控阵技术利用聚焦特性，将超声波能量集中在特定区域，提高了声场信号强度和回波信号幅度。同时，通过优化信号处理算法，进一步提高了信噪比和缺陷识别能力。这使得相控阵技术能够更准确地检测出焊缝中的微小裂纹、夹杂等缺陷，并精确测量其深度、长度等参数。

3.减少漏检率

地铁钢轨焊缝的结构复杂多变，传统探伤方法容易因检测盲区而导致漏检。相控阵技术通过灵活调整声束方向和聚焦点，有效覆盖了焊缝内部各个角落和难以检测的区域。此外，该技术还能够根据焊缝的实际情况进行自适应调整和优化，确保检测结果的全面性和准确性。这大大降低了漏检率并提高了地铁钢轨焊缝的整体安全性。

二、多模态融合探伤

（一）方法概述

多模态融合探伤技术是指将不同种类的探伤设备和技术进行融合，以提高检测的全面性和准确性。这种方法打破了传统单一探伤技术的局限性，充分利用了各种探伤技术的独特优势，从而提高了检测的全面性和准确性。在地铁钢轨焊缝探伤中，通常将多种探伤方法（如超声探伤、电磁探伤、射线探伤等）的数据和结果进行整合分析，以获得更完整、更准确的焊缝状态信息。例如，可以先使用电磁探伤快速筛查表面及近表面缺陷，再使用超声波探伤对疑似内部缺陷进行精确定位和测量，最后通过X射线探伤获取直观的缺陷图像进行验证和分析。

（二）技术优点

1.全面检测

多模态融合探伤技术的核心优势在于其全面性。通过将电磁探伤、超声波探伤、X射线探伤等多种探伤技术相结合，该技术能够综合利用每种技术的独特优势，实现对焊缝的全方位、多角度检测。这意味着无论是焊缝的表面缺陷、近表面缺陷还是内部深层缺陷，都能得到有效的检测和识别，从而显著减少检测盲区，提高检测的完整性和可靠性。

2.提高准确性

每种探伤技术都有其特定的检测原理和灵敏度，因此它们对焊缝中不同类型的缺陷具有不同的检测效果。多模态融合探伤技术通过结合多种技术，可以从不同角度揭示焊缝的缺陷特征。这种多角度的检测方式使得各种技术之间能够相互验证和补充，有效减少误判和漏检的情况，从而大幅提高缺陷识别的准确性。

3.适应性强

地铁钢轨焊缝中的缺陷类型繁多，从微小的裂纹到较大的夹杂物，每种缺陷都需要采用适当的检测方法进行识别。多模态融合探伤技术正是基于这一需求而设计的，它能够根据不同类型和程度的缺陷，灵活选择最合适的探伤技术或技术组合进行检测。这种高度灵活的检测方式使得该技术能够适应各种复杂多变的检测场景，提高检测的针对性和有效性。同时，也为检测人员提供了更多的选择和可能性，使他们能够根据实际情况制定最优的检测方案。

三、基于机器视觉的智能探伤

（一）方法概述

基于机器视觉的智能探伤是一种前沿的无损检测技术，它充分利用了工业摄像机的高分辨率成像能力和计算机视觉、图像处理、人工智能等先进技术的强大分析能力。该方法的核心在于对钢轨焊缝表面图像进行精确采集，并通过复杂的算法对这些图像进行深入分析和处理，最终实现焊缝表面缺陷的自动识别与分类。在具体实施过程中，首先会利用高精度工业摄像机对钢轨焊缝进行高清图像采集。这些图像包含了焊缝表面的所有细节信息，是后续分析的基础。随后，利用图像处理技术对这些原始图像进行预处理，包括去噪、增强对比度、边缘检测等步骤，以提高图像质量并突出缺陷特征。接下来，通过应用机器学习或深度学习等人工智能技术，构建高效的缺陷识别模型。这些模型能够自动学习并提取图像中的关键特征，与已知的缺陷样本进行比对和匹配，从而实现对焊缝表面缺陷的准确识别和分类。这一过程中，模型会不断优化其识别算法，提高识别的准确性和鲁棒性。

(二)技术优点

基于机器视觉的智能探伤技术具有高度的自动化和智能化水平。它能够在不接触、不破坏焊缝的情况下，快速、准确地检测出焊缝表面的各种缺陷，如裂纹、夹渣、未熔合等。同时，该技术还具有检测速度快、检测精度高、检测结果可重复性好等优点，为地铁钢轨焊缝的质量控制和安全管理提供了有力的技术支持。具体来讲：（1）高效实时。机器视觉系统能够实时采集和处理焊缝图像，实现快速检测和反馈，提高检测效率。（2）高精度。通过先进的图像处理算法和深度学习技术，机器视觉系统能够准确识别焊缝表面的微小缺陷，提高检测的精度和可靠性。（3）智能化。机器视觉系统具备自动学习和优化的能力，能够不断适应新的检测环境和缺陷类型，提高检测的智能化水平。

结束语

提高地铁钢轨焊缝探伤准确率是保障地铁运营安全的重要措施。本文介绍的三种新方法——基于相控阵技术的超声探伤、多模态融合探伤以及基于机器视觉的智能探伤——各具特色，能够有效克服传统探伤技术的局限性，提高探伤效率和精确度。未来，随着技术的不断进步和应用实践的深入，这些新方法将在地铁钢轨焊缝探伤中发挥更加重要的作用。

参考文献

[1]陈庚,张伟,李存荣,等.基于机器视觉的钢轨对接焊高精度检测方法[J].铁道标准设计.2020,(3).

[2]徐栋,陈万里.城市轨道交通无缝线路应力放散施工及运营保障措施[J].铁道勘察.2020,(3).

[3]卢超,邓丹,陈文生,等.钢轨气压焊接头的超声相控阵检测技术研究[J].失效分析与预防.2011,(3).