張雪榮，朱小忠，萬險峰，張 俊，金 勇

（1.武鋼研究院，武漢 430083；2.武鋼股份條材總廠，武漢 430080；3.武鋼股份設備部，武漢 430080）

隨著鐵路運輸?shù)陌l(fā)展，鋼軌也日益高速、重載化，為確保鐵路運輸?shù)陌踩糜诳瓦\專線的高速重軌在出廠前按鐵科技［2004］120號文件《客運專線60kg／m鋼軌暫行技術條件》需進行在線、逐支、全長超聲波檢測。為提高檢測效率，確保檢測質量，某公司從加拿大蒙特利爾NDT公司成套引進超聲波在線檢測系統(tǒng)，用于高速重軌的在線檢測，該系統(tǒng)實物如圖1所示。

1 超聲波探傷儀工作原理及其簡介

圖1 NDT超聲波系統(tǒng)在線檢測工作圖

重軌檢測采用超聲波探傷儀型號為UMS280，該儀器具備8通道，可同時開啟7組共21個探頭，分別對重軌的頭部、腰部和底部進行在線檢測。檢測鋼軌截面如圖2。

所有探頭除D2、F1和F2探頭采用水注式探頭外，其余均為水膜式探頭。檢測過程中，探頭固定不動，通過鋼軌在生產線上的移動來完成對整段鋼軌的在線檢測。

圖2 超聲波檢測鋼軌截面圖

檢測時，超聲波經(jīng)發(fā)射、耦合傳至重軌內部，遇缺陷界面及重軌底面時產生反射回波。其檢測示意圖如圖3所示。

圖3 超聲波傳播及NDT探傷儀顯示示意圖

無缺陷時可見底面反射回波B，有缺陷時可見缺陷反射回波F和底面反射回波B。操作人員根據(jù)波形圖上缺陷波F的回波幅度及離底波B的距離來確定缺陷大小和位置。重軌由連鑄鋼坯經(jīng)加熱、多機架軋機軋制而成，鋼內部組織細而均勻，十分有利于超聲波傳播和檢測［1］。

2 在線探傷前的準備

2.1 樣軌的制作

按照高速重軌樣軌的制作要求，在規(guī)格相同，材質相近，加工方式相似的無傷鋼軌的軌頭和軌腰上鉆φ 2mm孔，在軌底上挖1mm×1mm×20mm矩形槽作為標準人工缺陷，樣軌制作完畢后，進行檢查和測試，并與原標樣進行比較，以免在制作過程中造成新的人為缺陷。樣軌示意圖見圖4。

圖4 樣軌示意圖

2.2 探傷靈敏度調整

為保證在線探傷準確率，重軌在動態(tài)檢測前，須進行靜態(tài)靈敏度的調整。即放下樣軌，靜態(tài)下調節(jié)探頭的位置、方向，調出最佳傷波，調節(jié)衰減器，使樣軌的基準孔槽的最佳反射波高達滿波高60%，并以此波高作為基準波高，此時的探傷靈敏度作為基準靈敏度。然后，固定好探頭及支架，按《350kg／m客運專線60kg／m鋼軌暫行技術條件》的相關要求，在基準靈敏度的基礎上加4dB作為重軌在線動態(tài)檢測時的靈敏度。

2.3 標樣的重復報準試驗

標準樣軌的重復報準試驗是檢驗NDT超聲波探傷儀能否滿足探傷要求的一項關鍵指標，它能直觀地反映該設備的使用可靠度，也是檢驗此套設備能否用于生產的關鍵。表1為NDT探傷儀樣軌重復報準試驗結果。

表1 NDT探傷儀樣軌重復報準試驗結果

由表1可知，NDT探傷儀探傷準確率都在99%以上，該探傷儀性能穩(wěn)定、可靠。

3 高速重軌在線探傷統(tǒng)計、對比及分析

3.1 NDT探傷結果統(tǒng)計

表2為某年4～9月份高速重軌采用NDT探傷儀在線超聲波探傷的結果。

表2 4～9月超聲波探傷結果

報警軌中，鋼軌缺陷在鋼軌各部位的分布情況和所占的比例見表3。

表3 傷軌部位統(tǒng)計

由表2，3可知：

（1）高速重軌探傷的平均檢出率為1.28%，較50kg／m重軌的檢出率要低（50kg／m檢出率在2.0%～2.2%之間）。由于此兩種重軌的鋼質基本一樣，主要原因是高速重軌鋼水冶煉內控標準更高，同時將連鑄坯中夾雜、氣泡稍多的頭尾坯改軋成50kg／m軌。

（2）從檢出傷軌缺陷分布情況來看，腰傷占據(jù)很大比例，高達99.68%，這與重軌采用連鑄坯軋制有關，鋼水從連鑄坯表面向中心凝固，坯料斷面幾何中心處夾雜、氣泡、縮孔集中。軋制后缺陷集中，這些缺陷分布在重軌軌腰。此外，軌腰探頭的頻率是5MHz，比其它探頭的頻率高，可以檢測出最小的缺陷尺寸約為1.18mm，分辨缺陷的能力大。

3.2 NDT檢測結果與便攜式探傷儀檢測結果對比

為了檢驗UMS280超聲波探傷儀探傷結果的準確性，對檢出的部分高速重軌進行取樣100支，其中80支為傷軌樣，20支為無傷樣，然后用便攜式探傷儀CTS－4020進行手動復探，復探結果是：80支傷軌樣全部都有傷反射信號，傷信號普遍高于或等于標準傷信號。但有4塊傷樣的傷反射信號略低于標準傷，其缺陷當量尺寸＜φ2mm平底孔，根據(jù)鐵標規(guī)定，是允許存在的，但被NDT探傷儀誤判為傷軌。在20塊無傷樣中，經(jīng)復查，無缺陷反射信號，即不存在漏判現(xiàn)象。

3.3 NDT檢測結果與金相檢查結果對比及分析

3.3.1 NDT檢測結果與金相檢查結果對比

為確定高速重軌內部缺陷的種類，將此100塊試樣進行金相檢驗。經(jīng)過手動定位，對上述傷樣全部進行了解剖，探傷結果與解剖結果的對比情況如下：

（1）超聲報警為傷軌，金相復查屬不合格者有76塊，對應率為95%，與手動探傷儀探測結果基本一致。

（2）超聲檢驗為正常鋼軌，金相復查確屬合格者，對應率為100%。

3.3.2 金相檢驗試樣成分分析

沿試樣橫截面和縱截面進行解剖，金相檢驗結果可總結如下：

（1）未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。

（2）試樣鋼中均存在夾雜物，見圖5，6。圖5中箭頭所示區(qū)域的夾雜物比其它部位級別稍高，為氧化物B2.5級（見圖7），硫化物 A2.5級（見圖8），硅酸鹽夾雜C2.5級（見圖9，10）。

（3）觀察試樣厚度方向（加工面），圖5中箭頭所示區(qū)域的塊狀硫化物聚集分布。級別A2.5級（在截面試樣上評定），見圖11。

4 結論

（1）NDT超聲波探傷儀標樣重復報準率高達99%，整體性能穩(wěn)定、可靠，并滿足 YB／T 951—2003探傷標準和《客運專線60kg／m鋼軌暫行技術條件》中探測軌頭、軌腰、軌底缺陷的各項技術要求，能夠在高速重軌探傷作業(yè)線上投入使用。

圖11 軌腰厚度方向磨面塊狀硫化物夾雜

（2）高速重軌探傷的平均檢出率低于其他重軌的檢出率，主要原因是高速重軌的內控標準更高，鋼軌內部質量更好。

（3）NDT超聲波探傷儀在線檢測過程中，尚未發(fā)現(xiàn)漏檢，但存在部分誤檢現(xiàn)象。

（4）高速重軌絕大部分缺陷集中在軌腰區(qū)域，主要原因與重軌坯的連鑄軋制工藝有關。經(jīng)金相檢驗，這些缺陷主要是氧化物，硫化物和硅酸鹽夾雜。

（5）高速重軌探傷除了D2、F1和F2探頭采用水注式探頭外，其它均采用信噪比更高、盲區(qū)更小的水膜式探頭，這有利于與提高探頭的探傷靈敏度和探測范圍。

［1］王沼純.自動檢測技術［M］.北京：冶金工業(yè)出版社.1993.