近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，極大地推進(jìn)了鐵路交通運(yùn)輸，鐵路網(wǎng)覆蓋面積日漸擴(kuò)大。鐵路交通運(yùn)輸作為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要運(yùn)輸途徑，是我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈，我國(guó)鐵路總里程現(xiàn)已躋身于世界第一。

?

?

鋼軌是鐵路交通運(yùn)輸?shù)幕?，由于近年來鐵路運(yùn)輸?shù)某兄亓看笠约斑\(yùn)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(shí)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(huì)造成重大的鐵路交通事故。

?

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(yùn)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(cè)。有效地降低安全風(fēng)險(xiǎn)，為鐵路交通安全出行提供有力保障。

?

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(cè)最普遍的檢測(cè)手段是超聲波檢測(cè)。利用超聲波進(jìn)行鋼軌探傷時(shí)，利用功率放大器對(duì)激勵(lì)信號(hào)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(huì)發(fā)生反射、散射等信號(hào)，通過信號(hào)傳遞進(jìn)行分析，就能高效率、高精度的找到損傷部位及損傷程度。

?

?

用超聲波無損探傷可以檢測(cè)出鋼軌中裂縫、白點(diǎn)、分層、氣孔、未焊透等不良缺陷。利用此方法探傷穿透力強(qiáng)、操作安全、設(shè)備輕便、測(cè)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。

?

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(duì)內(nèi)部的所有缺陷實(shí)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(cè)技術(shù)之外，探索新的檢測(cè)技術(shù)也十分重要。

?

相控陣超聲檢測(cè)

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

?

所有的排列組合形式都可以通過控制陣元的方式進(jìn)行控制，利用掃描特性，相控陣技術(shù)可以在探頭不斷移動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)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(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)區(qū)域的掃查，而且可以激發(fā)多角度聲束對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行較大面積覆蓋，從而提高檢測(cè)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(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度、回波信號(hào)幅度和信噪比，從而提高缺陷檢出率，以及缺陷深度、長(zhǎng)度的測(cè)量精度。

?

?

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

?

相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

與常規(guī)超聲波檢測(cè)技術(shù)比較，相控陣超聲檢測(cè)具有如下特點(diǎn)：

1、 檢測(cè)速度快

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

?

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(shí)施縱傷檢測(cè)、橫傷檢測(cè)和斜傷檢測(cè)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(cè)掃查方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌不同取向缺陷的檢測(cè)。不同的檢測(cè)模式之間可靈活變換，無需進(jìn)行任何機(jī)械變換和調(diào)整。

?

3、 檢測(cè)可靠

在常規(guī)的鋼軌焊縫超聲探傷時(shí)，沿鋼軌軸向排列的探頭在檢測(cè)橫傷時(shí)，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(cè)斜向缺陷時(shí)，僅對(duì)某一固定取向缺陷敏感。

?

相控陣探頭中多晶片的快速順序激勵(lì)，其輻射聲場(chǎng)相當(dāng)于單晶片探頭的連續(xù)機(jī)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(cè)的可靠性。

?

?

4、 功能強(qiáng)大

超聲波束的聚焦增加了檢測(cè)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(cè)出；大量A數(shù)據(jù)增加了各角度缺陷的分辨率。

?

5、 操作簡(jiǎn)單

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

?

除上述特點(diǎn)之外，相控陣超聲檢測(cè)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)時(shí)鋼管的移動(dòng)量少，所以探傷系統(tǒng)的檢測(cè)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(cè)設(shè)備。

?

結(jié)語

鋼軌焊縫檢測(cè)工作是控制鋼軌質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，如檢測(cè)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(yùn)營(yíng)中埋下巨大隱患。因此，我們除了運(yùn)用超聲檢測(cè)外，還可以利用相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除鋼軌焊縫中存在的缺陷，進(jìn)而確保鋼軌焊縫滿足鋼軌實(shí)際使用要求，推動(dòng)鐵路建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。