钢轨焊缝单探头法探伤工艺
沈阳铁路局工务处 2009年3月
目 录
1.范围 ................................................................................................................... 4 2.探伤人员 ........................................................................................................... 4 3.作业条件 ........................................................................................................... 4 4.设备及器具 ....................................................................................................... 5 5.探伤操作 ........................................................................................................... 6 6.铝热焊焊缝0°探头探伤 .............................................................................. 10 7.探伤扫查方式 ................................................................................................. 11 8.缺陷判定 ......................................................................................................... 13 9.探伤报告 ......................................................................................................... 14 10.其它 ............................................................................................................... 14 11.附录：A ........................................................................................................ 14 12.附录：B ........................................................................................................ 17
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钢轨焊缝单探头法探伤工艺
前言
目前我局钢轨焊缝有接触焊缝,气压焊和铝热焊缝等三种不同型式,对钢轨焊缝进行探伤时,尤其是对包括热影响区在内的焊缝区域进行探伤时，除了会遇到疲劳缺陷即疲劳裂纹外,还会遇到各种各样的缺陷,如夹杂、疏松、气孔、过烧、光斑、灰斑、未焊合和各种裂纹等。夹杂、疏松以及气孔和过烧属体积状或点状缺陷，可用普通的单探头法进行探测；而光斑，灰斑等缺陷，由于其反射很弱，因此探测十分困难，不易探到。
在钢轨疲劳地段或隧道、道口等处所，因轨底严重锈蚀或垫板卡损、机械撞击等原因造成陈旧性伤损，在气压焊和铝热焊缝轮廓边缘，因应力集中很容易产生轨底横向裂纹；铝热焊缝边缘在轨头下鄂轨腰表面与溢流飞边的交界处根部也容易产生缺陷，这种类型的缺陷发生和发展速度快，可直接造成钢轨折断，因而是最危险的缺陷。本工艺针对这些伤损的检测制定了行之有效的解决方法。
对于平面状缺陷，也可以采用双探头法、K型扫查和前后串列式扫查方法。
本工艺主要侧重于介绍操作方法，如探伤灵敏度标定及补偿、探伤操作、缺陷判定等内容。
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1.范围
使用数字式通用探伤仪或具备上述功能专用探伤仪对钢轨焊缝进行全断面超声波探伤。本工艺条件适用于60kg/m的钢轨气压焊缝、接触焊缝和铝热焊缝的超声波探伤作业，其它轨型的焊缝探伤，可参照本工艺执行。
2.探伤人员
2.1探伤人员应具有铁道部门无损检测人员技术资格鉴定考核委员会颁发的Ⅱ级或以上级别的技术资格证书，经专门的钢轨焊缝探伤技术培训，合格后方能承担钢轨焊缝探伤工作。
2.2单机作业时，组成7名人员作业组，其中操作者1名、记录1名、除锈打磨2名、防护员3名。
2.3双机作业时，组成9名人员作业组，其中操作者2名、记录1名、除锈打磨3名、防护员3名，对现场焊缝进行全断面检查。
2.4驻站防护员根据铁道部及路局相关规定设置。
3.作业条件
3.1利用列车间隔和线路“天窗”封锁时间，按规定设好防护。 3.2以焊缝为中心轨底4个探测面、轨腰4个探测面、轨头侧面4个探测面、轨头踏面2个探测面，计14个探测面。
3.3焊缝中心两侧各200mm为探伤检查范围。
3.4全断面探伤作业，每个焊缝探伤时间一般15分钟为宜。
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4.设备及器具
4.1仪器：数字式通用探伤仪。 4.2探头
超声波探头测试应符合TB／T2658.21—2007和如下具体要求： a） 应无双峰和波形抖动现象，探头前沿长度应能满足探伤扫查范围的需要。
b） 回波频率及其误差
回波频率：
在役焊缝和铝热焊焊缝： ≥2.5MHz 新焊接触焊和气压焊焊缝： ≥4MHz 回波频率误差: ≤10％ c） 折射角误差
折射角在37º～45º之间时： ≤1.5° 折射角≥60°时： ≤2° d） 横波探头分辨力
4MHz以上探头： ≥22dB 2.5MHz探头： ≥20dB e） 横波单探头始脉冲宽度（R100圆弧面增益40dB）
4MHz以上探头： ≤20mm 2.5MHz探头： ≤25mm f） 相对灵敏度
纵波直探头（同灵敏度余量）： ≥55dB
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横波探头：
4MHz以上探头： ≥60dB （R100圆弧面） 2.5MHz探头： ≥65dB （R100圆弧面） 4.3试块
⑴.CSK-IA标准试块如图１所示 ⑵.GHT-5焊缝对比试块 (见附图A)
图1
⑶.YN-1疑难伤损对比试块（见附图B）。 4.4其它工具
钢刷、扁铲、砂布、手锤等清污工具；耦合剂、直尺和棉纱等。
5.探伤操作
5.1探伤前的准备
5.1.1探伤前应按本工艺中的4.2条规定，测试探头的各项指标，采用符合规定要求的探头。
5.1.2测试探头零点、探头前沿距离等，将相关参数输入探伤仪。输入工件厚度≥180mm。
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5.1.3 K0.8～K1探头，用于探测轨腰及延伸区。输入仪器的探测范围值，应不少于255mm，输入工件厚度≥180mm。
5.1.4 K2～K2.5探头，用于探测轨头。输入仪器的探测范围值，应不少于162mm、输入工件厚度≥60mm。
5.1.5 K2～K2.5探头，用于探测轨底。输入仪器的探测范围值，应不少于135mm，输入工件厚度≥50mm。
5.1.6 0 º探头，用于从钢轨踏面上对轨头、轨腰至轨底进行探测。输入仪器的探测范围值，应不少于180mm，输入工件厚度≥180mm。
5.1.7工作频率：在役焊缝和铝热焊焊缝≥2.5MHz；新焊接触焊和气压焊焊缝≥4MHz。
5.2探伤操作
5.2.1轨腰及延伸区探测
5.2.1.1使用K0.8～K1探头作为GHT-5试块B区8号横孔，其反射波高调整到满幅度的80%，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB，作为K0.8～K1探头探测轨头和轨腰部位的探伤灵敏度，如图2所示。
图2 轨腰单探头探伤灵敏度校准
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5.2.1.2对焊缝轨底横向裂纹呈“月牙型”伤损（垂直于轨底，构成裂纹与轨底面的直角反射）的探伤方法：现场操作可使用探头K0.8～K1或钢轨探伤仪37°探头，结合现场钢轨表面状态及耦合情况，可以检测出轨底Ⅱ区横向裂纹大小为：高8mm、宽8mm，实物伤损如图3所示。
图3
检查方法一：探伤灵敏度标定：首先将数字式通用仪器横波K0.8～K1单探头设置最大声程255mm,按照已校准GHT-5试块的探伤灵敏度，反射波高调整到满幅度的80%，补偿6dB为探伤灵敏度。能够发现YN—1焊缝试块的轨底Ⅱ区横向裂纹大小为：高4mm、宽8mm。
检查方法二：使用GCT—8型钢轨探伤仪器或其它型钢轨探伤仪37°探头，将正常螺孔反射波调整达80%波高，再提高10dB作为探伤灵敏度,对YN—1焊缝试块的轨底Ⅱ区4号横向裂纹伤损大小为：高4mm、宽8mm。
5.2.2 轨底探测
使用K2～K2.5探头，将GHT-5试块C区2号竖孔上棱角的二次反射波
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调整到满幅度的80%，如图4所示，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB，作为轨底探伤灵敏度。
图4 轨底单探头探伤灵敏度校准
5.2.3轨头探测
5.2.3.1将GHT-5试块B区轨腰5号横通孔，反射波调整到满幅度的80%，如附录A.c（B区）所示，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB，作为轨头单探头探伤灵敏度。
5.2.3.2对焊缝轨鄂部位的探伤：现场操作可以使用探头K2.5或70°探头，结合现场钢轨表面状态及耦合情况，可以检测轨颚伤损大小为：宽10mm、高15mm，如图5所示。
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图5
检查方法一：使用数字式通用仪器，横波K2.5单探头，声程162mm,轨头厚度60mm。
探测YN—1焊缝试块1号伤损，轨头侧面涂抹耦合剂，从钢轨侧面分别对轨鄂缺陷部位进行扫查，探头入射点距伤损的水平125mm，并对轨头4个侧面分别标记水平位置，前后移动探头，并有13°左右向下的偏转角度来扫查轨鄂缺陷。
检查方法二：使用GCT—8型钢轨探伤仪器或其它型钢轨探伤仪器70°探头,现场对焊缝轨鄂缺陷进行侧面探测时,调整仪器灵敏度使轨头断面反射波的波高达80%，提高10dB～14dB作为探伤灵敏度，探头入射点距缺陷的水平距离为125mm，并对轨头4个侧面分别标记水平位置,探头向下转角约13°左右扫查轨鄂缺陷。
6.铝热焊焊缝0°探头探伤
将GHT-5试块A区7号横孔反射波高调整到满幅度的80%，如图6所示，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿，一般2dB～6dB，作为0°探头的探伤灵敏度。
图6 铝热焊0°探头探伤灵敏度校准
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7 探伤扫查方式
7.1探头分别从焊缝两侧进行扫查，使存在于焊缝的不同部位，不同方向的缺陷被超声波束扫查到。
7.2通过不同角度探头及不同方式的扫查（如前后扫查，左右扫查，环绕扫查和锯齿形扫查等），获得缺陷反射回波信息。
7.3锯齿形扫查时，每次前进的齿锯角度不得超过探头的晶片直径。在保证探头与焊缝中心线垂直的同时，大致做10°～15°的摆动。
7.4补偿
如果探测面过于粗糙，灵敏度提高2dB～6dB不足以补偿耦合损失或无法确定补偿值时，则需进行打磨处理。无法打磨或钢轨材质不同时，则应对耦合损失和材质损失进行实际测试，并根据测试值进行补偿。
7.5 探伤工艺校验
探伤灵敏度校准后，应在试块上进行工艺校验，以使探伤操作或探伤工艺满足探伤要求。对于单探头法，用反射法应能探测出GHT-5试块上各部位最远声程处的人工缺陷，且信噪比不低于10dB。
7.6 扫查
7.6.1 在探伤灵敏度的基础上提高4dB～6dB作为扫查灵敏度。 7.7 缺陷确定 7.7.1 缺陷位置的确定 7.7.1.1 单探头探伤
从仪器上读出声程w或深度h，然后按下述关系确定缺陷的位置：
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hwcos………………………………………………………（1）
lwsinhtankh ………………………………………（2）
式中：
； h——为缺陷的埋藏深度，单位为毫米（mm）； l——为水平距离，单位为毫米（mm）
w——为声程，单位为毫米（mm）；
； ——为探头折射角度，单位为度（°）
k——为探头k值，ktan。
7.7.2 缺陷大小的确定
7.7.2.1 点状缺陷当量直径的测定
7.7.2.1.1 距离波幅曲线法：发现缺陷后，将仪器状态从扫查灵敏度降至探伤灵敏度，同时测量缺陷波与探伤灵敏度下基准波高的dB差值Δ，然后根据相对应的距离波幅曲线判定缺陷的当量大小，参照附录C。
7.7.2.1.2 计算法：当缺陷的声程大于3倍探头近场长度时，可以用计算法判定缺陷的当量直径：
对于平底孔：
dfdAafaA10………………………………………………（3）
40对于长横孔：
afdfdAaA1010……………………………………………（4） 3式中：
df——缺陷的当量直径，单位为毫米（mm）；
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af——缺陷的声程，单位为毫米（mm）；
dA——校正探伤灵敏度所用人工缺陷的直径，单位为毫米（mm）； aA——校正探伤灵敏度所用人工缺陷的声程，单位为毫米（mm）；
Δ——缺陷波比探伤灵敏度下基准波高高出的dB值。
8.缺陷判定
8.1 新焊焊缝
0°探头探伤铝热焊焊缝时底波比正常焊缝底波低16dB及以上或焊缝存在如下缺陷时，焊缝判废，应重新焊接：
a) 横波单探头探伤：
轨头和轨腰： ≥φ3 长横孔当量 轨底： ≥φ4 竖孔当量
轨底角（20mm）： ≥φ4-6dB 竖孔当量（即≥φ2.8平底
孔当量）
b) 铝热焊0°探头探伤： ≥φ5 长横孔当量
c） 焊缝中存在平面状缺陷。
d） 缺陷当量比a)、b)、c)规定的缺陷低3dB或以内，但延伸长度大于6mm。
8.2 在役焊缝
8.2.1 焊缝疲劳缺陷的当量达到或超过探伤灵敏度规定的当量时判为重伤。
8.2.2 焊缝焊接缺陷达到8.1规定的报废程度时，判为重伤。
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9 探伤报告
9.1应详细记录每个焊缝探伤的有关情况，包括探伤条件、仪器设备、测试数据、探伤结果、处理意见等,并填写探伤报告。
9.2探伤报告应按有关规定进行保存，一般不少于2年。
10 其它
10.1使用双探头和K型扫查探伤方法，对探测缺陷的位置、大小、缺陷判定，应按照《工务作业第21部分：钢轨焊缝超声波探伤作业》TB／T2658.21—2007铁道行业标准执行。
10.2探伤人员认定焊缝伤损达到《线路修理规则》钢轨重伤标准时，也可判为重伤。
10.3模拟通用探伤仪探伤方法参照上述工艺执行。
附录：A
焊缝试块 单位：mm
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a) GHT-5试块分区示意图
b) GHT-5试块0°探头区（A区）
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c) GHT-5试块轨头和轨腰探头区(B区)
d) GHT-5试块轨底探头区(C区)
1．块用60kg/m钢轨制作。为加工人工缺陷方便，轨头和轨底可部分切除。 2．试块上同一位置横孔或竖孔的反射波高相差不超过±1.5dB。
图A GHT-5型单探头试块
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附录：B
铝热焊缝焊缝余高B-B剖视图A-A剖视图C-C剖视图技术要求： 所有缺陷槽的宽度均≤0.25mm。 17
