鋼軌焊縫無損檢測，相控陣超聲檢測

近年來，我國經(jīng)濟突飛猛進，極大地推進了鐵路交通運輸，鐵路網(wǎng)覆蓋面積日漸擴大。鐵路交通運輸作為推動經(jīng)濟高速發(fā)展的重要運輸途徑，是我國交通運輸?shù)拇髣用}，我國鐵路總里程現(xiàn)已躋身于世界第一。

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鋼軌是鐵路交通運輸?shù)幕?，由于近年來鐵路運輸?shù)某兄亓看笠约斑\輸次數(shù)頻繁，外加環(huán)境的影響，引起了鋼軌疲勞以及內(nèi)部組織損傷，若不及時發(fā)現(xiàn)和解決，鋼軌輕則產(chǎn)生裂紋，重則發(fā)生斷裂 ，就會造成重大的鐵路交通事故。

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隨著科技水平和信息化水平的發(fā)展，鋼軌無損探傷方法應(yīng)運而生，在不影響鋼軌性能的情況下就可以完成鋼軌內(nèi)部組織的檢測。有效地降低安全風(fēng)險，為鐵路交通安全出行提供有力保障。

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鋼軌超聲波無損探傷技術(shù)的應(yīng)用

目前，鋼軌焊縫無損檢測最普遍的檢測手段是超聲波檢測。利用超聲波進行鋼軌探傷時，利用功率放大器對激勵信號放大，由導(dǎo)波傳感器在鋼軌的一端發(fā)出超聲波，超聲波在沒有損傷的鋼軌，導(dǎo)波的相速度基本保持不變；在鋼軌中遇到損傷就會發(fā)生反射、散射等信號，通過信號傳遞進行分析，就能高效率、高精度的找到損傷部位及損傷程度。

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用超聲波無損探傷可以檢測出鋼軌中裂縫、白點、分層、氣孔、未焊透等不良缺陷。利用此方法探傷穿透力強、操作安全、設(shè)備輕便、測量精度高、高靈敏度和獲得結(jié)果快，在鋼軌探傷中被廣泛應(yīng)用。

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但是超聲波探傷技術(shù)也有自身的局限性，鋼軌焊縫本身結(jié)構(gòu)呈“工”字狀，利用超聲波常用的探頭難以對內(nèi)部的所有缺陷實現(xiàn)有效反射，容易造成漏檢等情況。因此，考慮到多種原因，除超聲波檢測技術(shù)之外，探索新的檢測技術(shù)也十分重要。

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相控陣超聲檢測

相控陣探頭的設(shè)計基于惠更斯原理，與常規(guī)探頭相比，相控陣超聲檢測探頭是由若干個獨立的壓電晶片按照一定的排列方式組合成一個陣列，通過控制壓電晶片按照一定的延時法則發(fā)射和接收超聲波，來實現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)以及聚焦。

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所有的排列組合形式都可以通過控制陣元的方式進行控制，利用掃描特性，相控陣技術(shù)可以在探頭不斷移動的情況下實現(xiàn)對被檢測區(qū)域的掃查；利用偏轉(zhuǎn)特性，相控陣技術(shù)不僅可以在探頭不移動的情況下實現(xiàn)對被檢測區(qū)域的掃查，而且可以激發(fā)多角度聲束對檢測區(qū)域進行較大面積覆蓋，從而提高檢測效率及缺陷檢出率；利用聚焦特性，相控陣技術(shù)可以提高聲場信號強度、回波信號幅度和信噪比，從而提高缺陷檢出率，以及缺陷深度、長度的測量精度。

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利用相控陣超聲檢測技術(shù)，不僅可以對鋼軌焊縫多角度掃查，還可以避免常規(guī)超聲檢測中出現(xiàn)的漏檢情況。此外，相控陣超聲檢測技術(shù)聲束聚焦能量強，有利于檢測鋼軌焊縫內(nèi)光斑等反射信號弱及鋼軌腰部較深位置處的缺陷。

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相控陣超聲檢測技術(shù)優(yōu)點

與常規(guī)超聲波檢測技術(shù)比較，相控陣超聲檢測具有如下特點：

1、 檢測速度快

由于探頭中的陣列晶片是通過電子的方法進行延時激勵，所以它在作線形掃查時比常規(guī)探頭的機械掃查要快得多。

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2、 使用靈活

相控陣探頭可以隨意控制聚焦深度、偏轉(zhuǎn)角度、波束寬度。另外，實施縱傷檢測、橫傷檢測和斜傷檢測的相控陣探頭是同一種探頭，在探傷中可根據(jù)需要隨意設(shè)置檢測掃查方式，進而實現(xiàn)對鋼軌不同取向缺陷的檢測。不同的檢測模式之間可靈活變換，無需進行任何機械變換和調(diào)整。

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3、 檢測可靠

在常規(guī)的鋼軌焊縫超聲探傷時，沿鋼軌軸向排列的探頭在檢測橫傷時，從理論上即存在著重復(fù)性差和漏檢的可能；而斜傷探頭檢測斜向缺陷時，僅對某一固定取向缺陷敏感。

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相控陣探頭中多晶片的快速順序激勵，其輻射聲場相當(dāng)于單晶片探頭的連續(xù)機械位移和轉(zhuǎn)向，所以避免了橫傷和斜傷的漏檢，大大提高了檢測的可靠性。

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4、 功能強大

超聲波束的聚焦增加了檢測信噪比；在扇形掃查中，許多方向難以辨別的缺陷均可被檢測出；大量A數(shù)據(jù)增加了各角度缺陷的分辨率。

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5、 操作簡單

相控陣超聲檢測用電子掃查代替機械掃查，既減少了探頭的磨損，又避免了設(shè)備機構(gòu)的調(diào)整。

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除上述特點之外，相控陣超聲檢測設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)簡單，檢測時鋼管的移動量少，所以探傷系統(tǒng)的檢測能力、信噪比、重復(fù)性等綜合性能指標(biāo)均優(yōu)于常規(guī)超聲波檢測設(shè)備。

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結(jié)語

鋼軌焊縫檢測工作是控制鋼軌質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，如檢測效果不佳，導(dǎo)致鋼軌焊縫中仍存在缺陷，將嚴(yán)重影響鋼軌的正常使用，并在鋼軌的運營中埋下巨大隱患。因此，我們除了運用超聲檢測外，還可以利用相控陣超聲檢測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并消除鋼軌焊縫中存在的缺陷，進而確保鋼軌焊縫滿足鋼軌實際使用要求，推動鐵路建設(shè)的進一步發(fā)展。