钢轨超声波探伤技术及设备介绍090206-0.ppt

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1、钢轨超声波探伤,技术及设备情况介绍,钢轨伤损产生原因及探伤的必要性,在铁路运输系统中，钢轨起着支撑列车的作用。列车在加速和制动过程中以及通过钢轨接缝、弯道、和道岔时，对钢轨造成摩擦、挤压、弯曲和冲击作用。在这些应力反复作用下，连同气候因素如温度变化，雨雪冰霜以及消除它们所需的盐、砂和除冰剂等，钢轨极易产生疲劳裂纹和腐蚀。裂纹和腐蚀一旦产生就可能快速扩展，从而造成钢轨折断等重大恶性事故。,原因及探伤必要性（续）,由干钢轨在使用过程中会因应力的作用而产生各种疲劳缺陷，这些疲劳缺陷如不及时检出，会造成钢轨折断以致引起列车颠覆、中断交通等恶性事故，因而各国对钢轨探伤都十分重视，不惜投入大量人力、物力，

2、对在役钢轨进行定期检验，以便及早发现疲劳伤损，防止断轨，确保安全。 钢轨伤损是轨道交通中一个比较突出的问题,它与行车安全、运输成本、钢材选用和设计制造都有着密切的关系。钢轨伤损根据伤损程度可分为轻伤、轻伤在发展、重伤和断轨。,原因及探伤必要性（续）,我国铁路正在向高速、重载的方向发展。超期服役的钢轨数量很大，线路上的钢轨在承担繁重的运输任务过程中，不可避免要产生各种损伤。因此，进行钢轨内部的探伤对于保证铁路的正常运行具有举足轻重的作用。,超声波探伤,超声波探伤是国内外钢轨探伤的主要探伤方法。伴随着对超声波技术的研究，使得对钢轨内部探伤成为可能。超声波无损探伤技术是上世纪 50 年代发展起来的一

3、种探伤方法。同时，计算机技术、数字信号处理技术以及集成电路技术的迅速发展，促进了超声波在无损探伤中的广泛应用。 钢轨超声波探伤设备主要有二种： 大型探伤车 小型探伤仪,钢轨探伤特点,钢轨超声波探伤与其他一般工件探伤不同，具有自己的特点： 钢轨不像其他一般工件那样可以移动，因此必须移动探伤设备进行探伤； 钢轨探伤不能像其他探伤那样可以选择探测面，一般只能从钢轨踏面进行探伤； 钢轨形状比较复杂，具有轨头、轨腰、轨底，单探头不能覆盖钢轨整个横断面，因此需要不同角度的探头同时探测钢轨的不同部位。,国外钢轨探伤情况,国外钢轨探伤部门与铁路部门一般是分离的，也就是说探伤部门和铁路部门分属于不同的公司，铁路

4、部门把探伤工作以合同形式委托给探伤公司，铁路部门只负责提供必要的探伤条件，探伤公司则要根据铁路部门的要求定期对钢轨进行检验。这种做法的优点是责任明确，工作上避免人为干扰，铁路部门可以不必配备大量探伤人员和设备，而探伤部门则可按照探伤工作的固有规律开展工作、履行职责。这样打破了探伤技术和设备的部门所有，有利干发挥探伤人员的积极性，真正做到人尽其才，物尽其用，在激烈的市场竞争中迫使探伤部门不断完善更新自己的探伤设备和提高探伤人员的素质，有利干无损检测技术的发展和探伤技术水平的提高。,国外钢轨探伤情况（续）,国外钢轨探伤主要使用大型探伤车，小型设备一般只用来复查大型探伤车的检验结果。目前探伤车的探伤

5、速度大多在2050km/h左右，较高一些的可达40 80km/h。探伤车的工作方式多为停顿式，即探伤时线路是封闭的。发现伤损马上停下来手工复查，一旦确认立即换轨，这一点我国目前还很难做到。,国内钢轨探伤情况,由于我国运输繁忙，车流密度大，探伤作业没能固定时间，大型设备难以使用，因此钢轨探伤至今仍以小车为主，这点与国外大不相同。我国的探伤小车一般具有多个通道，可以携带多种探头同时工作，有声光报警指示，可以利用列车行进的间隙上道检查，实践证明这是一种比较符合我国国情的高效率、低消耗的探伤设备。尽管我国近几年进口了多台大型钢轨探伤车，但由于其探伤速度仅为4080km/h，难以在正线线路上使用，因而至

6、今仍未发挥正常作用，在今后相当长的时间内，我国这种以小车为主的探伤格局将很难改变。,国内钢轨探伤情况（续）,我国钢轨探伤的基本特点是任务重、要求严和条件差，这与我国有缝线路多，钢轨质量差，车流密度大，钢轨损伤快直接有关，长期以来，铁路运输安全基本上是用提高探伤灵敏度和增加探伤次数的方法来实现的。,探伤工作中存在的问题,目前广泛使用的手推式钢轨探伤仪的探伤方法是：仪器发出报警声音后，探伤工根据显示的波形判别伤损。在钢轨探伤作业中，探伤的质量与探伤工作人员的经验、技术素质和精神状态有着密切关系，同时，也与探伤仪沿着钢轨推行的速度有着密切的关系，在探伤仪推进速度过快的情况下，由于探伤工作人员受大脑反

7、应速度的限制，对一些伤损波形来不及观察和判别，造成伤损的漏检，同时，探伤的准确性随探伤仪的运行速度提高而降低。,探伤工作中存在的问题（续）,在探伤工作中，还存在个别这样的情况：探伤班组不按规定的周期检查钢轨，在探伤工作中走近路造成个别区段的钢轨没有得到检查，或者以超过允许的速度进行探伤，都会造成钢轨伤损的漏检，给行车安全带来隐患。 使用模拟式探伤仪进行探伤作业时,操作人员需要根据仪器上的超声波回波信号进行判断和手工记录, 检测的准确性和可靠性受人为因素影响很大。另外,由于钢轨探伤是在野外作业,流动性强,管理部门对探伤作业的质量缺乏科学有效的监控手段。因此，探伤仪具备超声波探伤信息的自动记录和处

8、理功能是十分必要的。,钢轨探伤对小型探伤仪的主要要求,针对目前钢轨探伤过程中存在的问题，小型探伤仪除满足TB/T2340-2000、JJG（铁道）130-2003等标准和规范的技术要求外，还应具有如下技术要求： 操作简便，具有中文信息显示，伤损报警、报警类型及仪器状态的中文信息提示； 智能实时判别伤损，提高伤损识别能力,降低人为因素的影响,不同类型的伤损具有不同的报警声音和信息提示； 具有B扫描显示，以便直观地识别伤损。传统的A显示与B显示相结合，两种显示模式的探伤结果可相互印证；,小型探伤仪的主要要求（续）,仪器的工作状态自动调整，包括自动识别轨型，自动配置报警闸门，提高探伤效率； 探伤数据

9、全程存储，探伤仪至少能存储公里线路的探伤数据。存储的数据包括当前位置的伤损报警、伤损图形、位置、时间、速度、仪器的工作参数等； 能够事后回放探伤数据，重现探伤过程，实现伤损的事后分析和对探伤过程的监控管理； 具有PWMIS接口，能自动生成满足PWMIS探伤管理系统的伤损数据，以便钢轨的伤损管理，减少人员的繁杂录入操作。,超声波探伤仪 模拟探伤仪,模拟探伤仪由同步电路、发射电路、锯齿波电路、视频放大电路和 CRT 显示器等部分构成。同步电路给出等时间间隔的固定脉冲，使仪器各部分同步工作；齿波电路驱动示波管的水平偏转板形成时基线；视频放大电路则放大超声信号，加到示波管的垂直偏转板；两者共同作用将超

10、声信号波形显示在示波管荧光屏上。模拟式探伤仪不仅具有技术成熟、价格低、结构简单、便于维修等优点，由于超声回波信号经模拟电路处理后直接送荧光屏显示，同一超声回波在荧光屏上显示高达400幅/秒左右，因此，还具有波形显示迅速、不失真、无跳跃和抖动的优点。由于模拟式探伤仪不具备对检测信号记录和信息处理的功能，现场检测时需要依赖操作人员对显示屏上的超声波回波信号进行判断和手工记录，所以检测结果受人为因素影响很大。另外，调整仪器参数，判断仪器故障等都要依赖于操作人员的经验水平，故使用模拟式钢轨探伤仪探伤，易造成伤损的误报、漏报，探伤质量难以进一步提高。,超声波探伤仪 半数字探伤仪,为克服模拟探伤仪参数调整

11、繁琐的缺点，数字技术部分应用于超声波探伤设备中。近几年，市场上推出了一批带有微处理器的钢轨超声波探伤仪，这类探伤仪在原有探伤仪基础上使用微处理器技术，具有仪器工作参数（衰减器、报警闸门）的存储记忆能力，提高了仪器的可用性能。但超声波探伤中要处理的核心信号超声波回波信号并没有数字化，而是同模拟探伤仪一样进行模拟信号处理，因此无法实现探伤数据的计算机实时处理、自动判伤、数据存储等复杂功能。所以，此类探伤仪是一种以模拟信号处理为主，辅以数字处理的探伤仪，不是严格意义上的数字探伤仪，可称之为“半数字式”。半数字探伤仪不仅具有模拟探伤仪的优点，还有简便了操作。,超声波探伤仪 数字探伤仪,数字式钢轨探伤仪

12、具有的典型特征是在超声波探伤中要处理的核心信号超声波回波信号数字化，并由微处理器实时处理、判别和存储探伤数据。数字探伤仪与模拟探伤仪及半数字探伤仪相比，具有探伤数据的采集、运算和存储功能，能实现探伤过程中缺陷自动判定和读出，缺陷位置的显示以及探伤结果存储、回放等后续处理。 因为引入了微处理器，数字探伤仪不仅可以实现探伤数据存储，还可以实现B扫描显示和伤损的智能识别技术。,超声波探伤仪 数字探伤仪（续）,B扫描显示（B超）因为显示伤损的图形，具有显示直观、易于判别、伤损图形在屏幕上显示停留时间长的优点，因而在伤损判别上比A扫描更有优势，可以提高伤损的识别率，防止漏伤，减轻探伤工的劳动强度。大型探

13、伤车就是以B扫描图形进行伤损判别，而A扫描显示主要用于探伤通道参数的调整。事实上，在引入微处理器后，数字探伤仪完全可以实现大型探伤车的探伤数据处理功能。,超声波探伤仪 数字探伤仪（续）,数字钢轨探伤仪除了应具有上面提到的性能外，还有应具有如下性能： 能在恶劣环境（强磁场、电场、高温、严寒等）下可靠使用。 操作方式、软件的使用符合铁路探伤人员的习惯。 对缺陷定量精度高，定性（判断缺陷类型）准确。,超声波探伤仪 数字探伤仪（续）,目前，市场上有一部分数字探伤仪由于设计方面的原因，虽然采取超声波回波信号数字化，但仅用数字的方式实现模拟或半数字探伤仪的功能，既没有扫描显示，也没有智能识别。这类探伤仪没

14、有发挥出微处理器数字处理技术的优势，达到数字探伤仪应有的功能。还有些探伤仪只能孤立显示各探伤通道的B扫描图形，无法拼接成一幅完整的B显图形，这些孤立的图形非常散乱，不便于伤损的判别。,超声波探伤仪 数字探伤仪（续）,由于采用的显示方式不一样，数字探伤仪有两类： 平板显示数字探伤仪 CRT显示数字探伤仪 平板显示数字探伤仪采用LCD或EL平板显示器，具有如下优点： 显示亮度高 屏幕尺寸大,超声波探伤仪 数字探伤仪（续）,CRT显示数字探伤仪采用CRT显示器，与LCD或EL平板显示数字探伤仪相比具有如下优点： CRT显示刷新频率400Hz左右，LCD或EL的刷新频率一般在5060Hz，因此，CRT

15、显示的波形稳定、不失真、不抖动和跳跃，更符合探伤工的习惯。 CRT经过长期的野外运行验证，能在恶劣的环境（强磁场、电场、高温、严寒等）下可靠地工作。 CRT显示具有较低的功耗，用同样容量的电池供电，CRT显示数字探伤仪支持更长时间的野外探伤作业。,SZT-8智能数字探伤仪-系统结构,SZT-8智能数字探伤仪-系统结构（续）,大规模数字信号处理电路配合嵌入式工业微处理器，实现钢轨探伤超声回波信号的数字化、信号采集、探伤仪的界面显示、数据存储和操作控制。嵌入式微处理器根据伤损识别模型对超声回波数字信号进行分析处理，识别出钢轨的伤损及其伤损类型并报警提示，同时，微处理器将数字化的超声回波信号处理成B

16、扫描图形，显示在显示屏上供探伤人员实时监视分析，存储在非易失存储器中供事后分析和伤损管理。 探伤数据分析管理系统作为智能探伤仪与PWMIS探伤管理系统的桥梁和接口，将探伤仪存储的探伤数据转换为PWMIS探伤管理系统可接受的数据，以实现伤损管理自动化。同时，探伤数据分析管理系统回放探伤仪存储的探伤数据，重现探伤过程，产生统计报表，实现伤损的分析和探伤过程的监控管理。,SZT-8智能数字探伤仪-功能特点,七通道智能数字探伤仪 示波管显示器，环境适应性好。A显波形真实稳定，符合探伤工的习惯 全通道B显及组合通道B显， A/B显示可随时切换印证 自动识别轨型、轨缝，无伤轨缝不报警 先进的伤损判别功能，

17、有效地过滤不是伤损的超声回波，真正做到有伤报警 报警通道及报警类型显示 快速伤损定位，声程、水平、垂直数据直读 九套探伤仪工作参数的设置调用、修改和保存，便于多人共用一台仪器 全程探伤数据存储，内置存储器能存储150km以上的探伤数据，外置存储器可存储更多的数据。数据内容包括探伤全程B扫描图形、伤损报警信息、伤损类型及位置、仪器的工作状态（探伤方式，灵敏度等）、探伤时间、速度、里程、探伤班组人员信息等 先进的回放功能，探伤数据既能在仪器上回放，又可以在PC机上回放，重现探伤过程，便于伤损的事后分析和探伤过程的监控管理 PWMIS系统接口,B扫描显示,B扫描显示钢轨截面图形，如果有缺陷，缺陷的图

18、形也显示出来，直观方便，便于识别和确认伤损。A超与B超两者结合，既可从图形界面直观观察是螺孔、端面、还是伤损，又可以从波形界面判断伤损大小，位置等信息。B超显示的钢轨截面图随探伤车的移动在屏幕上滚动，好似播放钢轨截面的影片。,B扫描显示,B扫描显示的图形由软件绘制，显示的图形如图所示：,B扫描的优点,直观，易于判别，伤损的形状、大小、位置通过图形直观地显示出来。 损伤图形屏幕上停留的时间长，便于伤损的捕捉。无论伤损的大小，钢轨任意一点的截面图形从屏幕左边出现滚动到屏幕右边消失，探伤仪要推行一米左右的距离。而在 A扫描下，一个螺孔大小的伤损从出波到波消失，探伤仪推过的距离在30mm50mm左右，

19、如探伤仪推行速度为2公里/小时，则伤损出波到波消失的时间约为90ms(毫秒)，十分之一秒不到。,智能识别,智能识别技术包括轨型识别、轨缝识别、智能报警和智能伤损识别。 轨型识别实现探伤转换轨型时自动配置仪器的工作参数（衰减、方门），调整仪器的工作状态自动适应正在探查的轨型，提高探伤作业效率。 智能轨缝识别滤除钢轨的接头断面的超声回波信号，实现无伤轨缝不报警，有伤轨缝必报警，防止轨头处伤损的漏检。 智能报警进一步提高伤损的识别能力，对超声回波信号加入位移量和位置的判别，真正实现无伤不报警，有伤必报警，防止伤损的漏检。 智能伤损识别对一些确定的伤损进行自动判伤，自动登记记录伤损的编码类型及对应探头

20、的报警信息，提高作业效率，防止伤损的漏判和漏登记。,数据回放及分析管理,探伤数据既能在仪器上回放，又可以在PC机上回放，重现探伤过程。探伤数据分析管理系统回放显示的信息包括B扫描图形、探伤时间、里程位置、探伤行进速度、报警信息、伤损及伤损类型、仪器的工作参数、线路信息、探伤班组信息等。主要作用如下： 伤损分析： 根据B扫描图形，分析伤损的大小、位置、类型，重新标记伤损 探伤过程监控：探伤线路、时间、里程、速度、仪器的工作参数 伤损管理：生成PWMIS系统可接受的伤损数据文件 为事后发现问题提供参考分析依据 数据分析管理系统提供X1、X2、X4、X8、X16倍回放检索速度，提供直接伤损定位查看、

21、遇伤暂停或遇报警暂停等分析搜索手段。通过设置不同通道的显示颜色，选择需要显示的探伤通道，可以分析伤损的B扫描图形的细节。,探伤数据分析管理系统主界面,伤损定位查看,启动探伤数据回放后转到伤损统计表页面，双击伤损表格中需要查看的栏目，将定位显示该伤损的B扫描图形，以便对指定伤损进行分析查看：,伤损定位查看（续）,数据分析管理：遇报警暂停、遇伤损暂停,回放过程中遇到报警或伤损将暂停数据回放，以便分析处理。其中，黄色箭头所指上方发生了探伤报警，红色实体箭头所指上方标记有伤损：,实例：GTS-60加长试块探伤,探伤仪推过GTS-60加长试块显示及存储的B扫描图如下：,实例：GTS-60加长试块探伤（续）,螺孔的37度上裂和下裂在B扫描图上非常明显。 70度探头进行轨头探伤时，在钢轨接头处由于轨端会产生超声回波，与处在轨端的核伤回波混在一起，在探伤作业中很容易漏检轨端附近的核伤。智能轨缝识别有效地滤除轨端超声回波，无论在A扫描显示还是B扫描显示，核伤回波都会产生探伤报警提示，如图所示，轨端的核伤清晰地显示出来。 由于自动伤损识别，螺孔裂纹和轨底裂纹等伤损自动标记记录（红色箭头），提高了探伤效率，有效地防止伤损的漏检。,- 完 - 谢谢！,