《钢轨探伤技术应用研究8800字（论文）》

钢轨探伤技术在铁路钢轨的应用研究目录TOC\o"1-3"\h\u2587摘要 113208第1章前言 224533第2章钢轨探伤简介 2179052.1钢轨超声波探伤技术发展 2256842.2钢轨超声波探伤检测系统的原理 390762.3钢轨超声波探伤方式 4127822.4钢轨超声波检测系统的组成 548302.5钢轨探伤技术的发展趋势 5151392.5.1模拟探伤仪的数字化进程 5206142.5.2全数字式探伤仪的发展 622395第3章钢轨损伤的主要原因及钢轨探伤的重要性 6225773.1地铁线路钢轨常见伤损 652463.2探伤方法及原理 6263023.2.1方法及原理 6213073.2.2涡流探伤 7148453.2.3磁粉探伤 7161863.2.4射线探伤 821553.3现行探伤模式分析 8209423.3.1探伤仪器 8142553.3.2JGT-10型手推探伤车 8279363.3.3CTS-2020 9204813.4钢轨探伤周期 9134203.5探伤手段 1023537第4章钢轨探伤技术的具体应用 10131244.1传感器 1079624.2钢轨探伤的管理模式 11132714.2.1钢轨的维护 1191664.2.2运用管理 11257464.3轨头核伤 1124252第5章结语 1124855参考文献 14摘要钢轨的完整性是确保行车安全的重要保证，服务中的铁路故障直接威胁到人身安全，定期、精确、有效地检测铁轨是消除潜在危险的必要手段。为了确保列车安全运行，必须检测铁路故障。中国铁路部门制定了《钢轨探伤管理规则》，并投入了大量的人力和物力来实施铁路检查。当前的钢轨探伤是基于传统的超声波检测技术，但是该技术具有盲目检测区域，并且很容易受到表面损伤的阻碍，由此产生的泄漏和判断错误已成为中国铁路故障的主要原因。超声波导波具有适合于薄部件的远距离检测的技术特性，如果它们可用于钢轨探伤，则将有助于减少错误检测并提高故障检测效率。基于超声波检测技术的大型铁路故障检测车辆的引进和开发，提高了劳动效率，节省了人工。但是，还存在诸如核损伤和颚裂的检测率低，对断裂的车轮的漏检等现象，这已成要解决的技术问题。关键词：探伤技术；铁路钢轨；应用第1章前言随着科学技术的发展和人们生活质量的提高，安全、快速、舒适的轨道交通越来越受到人们的关注。作为铁路运输的重要支撑，铁路在长期运输过程中不可避免地会造成各种损害，严重威胁行车安全。超声检测作为一种重要的无损检测方法，已广泛应用于交通运输、机械制造、航空航天、国防工业等领域。气候影响小、运输量大、节约能源的优点，使铁路运输成为现代运输的主要方式之一。正确配置后，与公路运输相比，铁路运输可以节省50％至70％的能源。目前，中国大部分的长途货运和中长途客运主要由铁路提供。在我国近些年以来，超声无损检测已经得到了很大的发展和进步，并且这些技术的应用也已经得到了各个工业部门的广泛应用，其用途也在日趋扩大。该技术的相关方法以及理论研究的基础性也在逐步的进行深化，并且取得了国际性的成果，也达到了一定的先进水平。在不同领域范围里，由于不同用途的自动超声系统可以全面的应用在实际应用生产当中。目前，我国在该领域的发展研究主要包括在计算机化的超声设备当中、处理数字信号以及操作系统软件等方面，其中处理数字信号也包括了对神经网络、相位补偿、人工智能以及识别模式等方面都有一定的应用。由于我国在目前的形势下对建设无损检测技术还不够完善，处在薄弱当中，所以，就必须要对该技术领域起到相当的重视，同时也要建立相关的各种无损检测设备以及技术、仪器等相关专业化资讯网站，这也是适用于无损检测的发展趋势。对此，对于该技术我们急需解决的一个重要问题就是要把检测方法进行规范化，制订完善的检测以及验收标准化，判伤的标准化，把操作步骤进行程序化，对其技术领域进行信息化等提高。此外，对于无损检测人员也要重视起来，对其资格要求应进行统一管理、培训，并且要考核和鉴定，要促使该检测人员可以达到一种国际水平。由于在20世纪初期，研究人员就已经对探索超声的方法以及原理进行研究分析，从而可以有效的促使这种技术可以早日实现无损检测技术应用在计算机技术领域、电视技术以及信息领域等的范围中，所以它也经历了很长的一个发展历程。现阶段，无损检测技术已经成为令人瞩目的一种新技术革命。运用超声技术它可以很直观的提供图像以及大量的信息，所以它具有良好的发展前景。研究表明，铁路故障和失效的主要原因是制造故障（硫、氮和其他有害元素，它们在特定的温度和应力条件下使铁路易碎）。如果无法及时发现这些故障和损坏，则可能导致颠覆和脱轨等隐患，严重危害驾驶安全。由于具有灵敏度高、方向性好、穿透力强，对人体无害的特点，超声检测目前是基于超声缺陷检测技术。定期对使用中的钢轨进行超声波探伤，及时发现故障和损坏，并更换超出损坏标准的钢轨，达到安全行驶的目的。第2章钢轨探伤简介2.1钢轨超声波探伤技术发展尽管实时生产过程检测设备和维护过程建模系统发展迅速，但其可靠性和准确性不足以消除对铁轨损坏进行无损检查。火车脱轨的发生和火车的持续加速，提高了人们对开发钢轨无损评估的重要性和必要性的认识。为了实现高效、全面的检查，铁路无损检测的关键技术是在高速条件下保持合理的灵敏度和高分辨率，避免漏检和误报。由于工业故障检测技术的不断创新和困难的驾驶安全状况，手动超声故障检测技术和自动轨道检测技术得到了快速发展。在许多实际应用中，主要使用自动检测，并补充手动检测以对轨道进行完整而有效的检测。大型铁路试验设备在欧美发达国家的实际应用已有40到50年的历史。美国的SPERRY公司，瑞士的SPENO公司，英国的EURAILSCOUT公司和日本的TOKIMEC公司都有自己的故障检测工具和便携式超声波设备。2.2钢轨超声波探伤检测系统的原理超声波是一种频率范围为2*104〜1010Hz的声波，用于通过超声波检测故障的频率通常为2*105〜2*107Hz，超声属于机械波。因此，超声必须具有两个条件：一个必须具有高频超声源，其次是超声传输介质。之所以可以使用超声测试，是因为其独特的优势：（1）穿透性：超声波比其他机械和电磁波更容易在物体内部传播。颗粒的振动位移低，振动速度快，传播距离长。在某些碳钢材料中，其穿透能力可以达到数米的深度。（2）方向性：当超声波用于检测铁路故障时，纵波以0.6mm至12mm的波长传播。频率越高，方向性越好，分析故障信息内部就越容易。（3）反射率：当超声波在钢轨内传播时，一旦遇到故障，由于超声波在不同的支座上具有不同的声阻抗，超声波将在钢轨上反射缺陷的表面，并通过接收回波信号、尺寸和其他信息来分析缺陷的位置。当然，超声波故障检测的频率越高，效果越好。如果频率太高，则导轨中的衰减会更大，因此故障检测的频率通常为2.5MHz。导轨中的波长非常短，故障等于或大于该波长。通过返回的回波信号可以找到故障，避免发生安全事件的位置。根据超声波的传播模型分析其传播的基本原理：系统产生的高压脉冲在穿过耦合层并在耦合层中衰减后，触发探针晶片形成的超声波。它在零件的端面或故障界面处遇到反射、折射和扩散。返回信号的传播过程和幅度与声速、压力和阻抗密切相关。图1-1超声波传播模型中的基本原理与物理量2.3钢轨超声波探伤方式超声检测铁路故障的工作方法有两种：滑靴和车轮。该方法的特点和应用见表1-2显示。表1-2不同超声检测的特点当前，超声波轨道控制手推车广泛使用了滑靴结构，该结构可以支撑多达10个通道，可以检测出轨道的整个横截面。2.4钢轨超声波检测系统的组成轨道超声故障检测仪主要由数据采集模块、系统控制模块、数据处理模块、数据识别模块和自动警报模块。系统控制模块是系统的重要组成部分。为了分析铁轨的超声波故障检测过程，系统控制模块可以控制超声波的频率和数据采集卡的采集频率，以完成与轨道的通信，并执行其他辅助功能，例如检测故障检测速度，水箱水位警报等功能。它控制和协调其他主要模块的操作，以完成系统的各种功能。2.5钢轨探伤技术的发展趋势2.5.1模拟探伤仪的数字化进程由于处理的信号类型不同，铁路故障检测器由三种类型组成：全数字，混合模拟数字和模拟。模拟故障检测器包括以下主要部分：CRT屏幕，锯齿波电路，传输电路，视频放大电路和同步电路。为了确保仪器的各个组件实现同步，同步电路以相等的间隔发送固定的脉冲。齿波电路水平激励示波器使其偏离，从而形成时间基准。超声信号被视频放大电路放大，并发送到示波器的偏转板。最后，在垂直方向上，超声波信号显示在示波器屏幕上。技术成熟，结构简单，价格低廉，易于维护是模拟故障检测仪的优势，但由于模拟故障检测仪无法执行信息处理和信号记录的相关功能检测时，超声回波信号需要现场操作员手动操作记录并思考潘丹，因此人为因素对测试结果有很大影响，容易遗漏或误判损坏因此，很难进一步提高故障检测的质量。为了填补模拟故障检测器中的空白，数字技术正逐渐应用于超声波故障检测器中。微处理技术在探伤仪中的成功应用显着提高了仪器的性能，并且可以实现简单的数据采集，存储和处理。但是，由于仪器的显示和控制部分仍然保留了传统的处理方法，此外，由于微处理器芯片的性能限制，诸如实时数据处理之类的复杂功能，无法执行波形记录和自动判断。因此，从严格意义上讲，这种类型的故障检测器是混合数模“半数字”故障检测器。2.5.2全数字式探伤仪的发展自1980年代后期以来，中国一直在研究数字超声波通用故障检测仪。1989年，武汉中科创新技术有限公司研制的便携式数字式超声波探伤仪KS1010成功推出，标志着传统的超声波探伤仪垄断了国内市场的现象结束了，成功地加快了超声缺陷检测仪的数字化过程。铁路故障检测器是一种特殊的故障检测器。尽管其基本原理与一般故障检测器相同，但对操作环境的要求更高，并且产品在抗干扰和稳定性方面有更高的要求。它还必须履行铁道部的某些特殊职能要求。全数字故障检测仪必须着眼于解决以下问题以开拓市场，并已广泛应用于铁路故障检测领域。第3章钢轨损伤的主要原因及钢轨探伤的重要性3.1地铁线路钢轨常见伤损核损害、鱼鳞、螺孔裂纹、水平裂纹、侧面裂纹等，是钢轨的常见损坏。作为地下铁路，这当然也不例外。但是，由于地铁具有上述许多功能，因此“大同”中存在许多“小差异”：1.由于地铁车辆的轻便性和整个轨道的良好稳定性，核损坏和铁轨断裂的可能性非常低；2.由于地铁运行中交通密度高的特性，车轮和铁轨的频繁摩擦会导致铁轨表面的疲劳破坏频繁掉落到表面等；3.地铁目前正处于快速扩张阶段，线路施工期很紧，成都的地下水充裕，线路某些部分的防水工程质量还不够，导致隧道泄漏。导轨的尺寸严重腐蚀；4.地铁站之间的距离短，火车的起步和制动更加频繁，车轮对轨道焊接点的冲击力高，这导致越来越多的地铁焊接点过冲铁轨。3.2探伤方法及原理3.2.1方法及原理无损检测是一项完整的应用科学技术，是一种无损检测方法，可以在不更改或影响被检对象性能的情况下检查和分析材料、零件和组件。无损检测是提高产品质量和确保安全的重要手段。铁路故障检测仪具有特殊的技术条件，较强的环境适应性和-15°C至45°C的工作温度范围。检测铁路故障是无损检测的重要组成部分，无损检测的类型和方法非常丰富。用于检测铁路故障的方法通常包括超声检测、涡流检测、磁粉检测和射线检测。超声波检查是一种利用超声波能量穿透金属材料的深度，并从一个区域到另一个区域，在界面边缘反射特征以检查是否存在缺陷的方法。当超声波束进入探头时，探头进入金属内部，当探头遇到故障和零件下表面时，会产生反射束，并在荧光屏上形成脉冲波形。根据这些脉冲波形，判断故障的位置和大小。该方法利用材料的声学性能差异及其缺陷对超声波传播的影响来检测材料内部缺陷的无损检测方法。现在，已广泛使用观察材料中声脉冲反射的超声脉冲反射方法。穿过材料等后的入射声波的振幅变化的穿透方法，通常使用的超声波频率在0.5〜5MHz之间。该方法具有以下优点：高穿透能力，检测深度可达几米；灵敏度高，可以找到相当于直径约十分之几毫米的气隙的反射能力的反射器；确定内部反射器的方向和尺寸时，其形状和性质更加精确；只是从一侧接近被检查物体；可以立即提供故障检查结果；安全操作等3.2.2涡流探伤涡流检查是一种利用电磁感应原理检测导电元件表面和表面附近故障的方法。原理是使用励磁线圈在导电元件中产生涡流，并使用检测线圈测量涡流的变化，以获取有关故障的信息。根据检测线圈的形状，可以分为直通型（用于检测导线、条和管），探针型（用于局部检测组件表面）和插入型（用于内部检测管孔）。3.2.3磁粉探伤磁性零件检查是一种由钢铁等磁性材料制成的零件的方法，利用其缺陷零件吸附磁性颗粒，并显示表面和附近的缺陷根据磁性颗粒的分布检测物体表面的变化。该方法的特点是其简单和直观的显示。原理是将被测物体放在强磁场中或用强电流磁化。如果物体表面上或附近有缺陷（裂纹，褶皱，夹杂物等），因为它们不是铁磁性的，则它们会通过。电阻很大，并且磁力线会产生漏磁现象这些故障附近。当将具有良好磁导率的磁性粉末（通常是磁性氧化铁粉末）应用于物体时，缺陷附近的泄漏磁场将吸引该磁性粉末并堆积形成痕迹。可见的磁性粉末，从而显示出缺陷。磁粉检查的优点是：非常有效地检查缺陷，例如材料或钢零件表面的裂纹；设备和操作相对简单；检查速度快，易于现场检查大型设备和零件；检验费用也很低。缺点是它仅适用于铁磁材料。它只能显示缺陷的长度和形状，并且很难确定其深度；某些会影响剩磁的零件必须在经过磁粉检查后消磁并清洁。3.2.4射线探伤射线检查是一种检测缺陷的方法，该方法使用射线穿透对象以发现对象中的内部缺陷。原理是辐射可以使薄膜在物体穿透过程中按照一定的规则使光敏膜或激发某些材料发出荧光。与对辐射或激发荧光的敏感性之间的关系可以检查物体内部是否存在缺陷。放射线检查分为X射线检查，γ射线检查，高能射线检查和中子射线检查。3.3现行探伤模式分析3.3.1探伤仪器地铁轨道的检测主要使用超声波检测方法。所使用的仪器是汕头超声检测研究所生产的系列设备和邢台先锋超声电子公司生产的系列设备，包括铁路故障检测仪JGT-10手动推车故障检测，8C手动推入式探伤仪，CTS-9009焊接故障检测仪和CTS-2020改进型数字通用仪器等3.3.2JGT-10型手推探伤车JGT-10故障检测车用于检测普通的铁路故障。该仪器具有五向发送和接收系统，十个报警，功能齐全，并可以配备多个探头以同时检测故障。我们目前使用的探头组合为：0°，37°，70°，70°，37°，分别检测对导轨底部，导轨尺寸，导轨头的位置，甚至在这种组合中，还存在用于检测的盲点-轨道钳口的下部，轨道尺寸的中部和下部轨道底部的两侧。接收通道配有高精度衰减器，可用于量化故障。该仪器具有良好的水平线性度，各种导轨可以按比例直接读取缺陷的垂直或水平距离。第三，第四和第五通道均具有固定的螺孔回波识别功能可实现无螺孔报警的故障报警，大大减少了误报的次数，故障检测灵敏度高，并具有强大的故障检测能力。第三通道和第四通道具有同时报警和延迟报警功能，具有两种选择，第五通道的报警门进入和消波等，对检测各种有害故障很有用。3.3.3CTS-2020CTS-2020采用集成计算机系统和超大规模可编程集成电路设计，检测灵敏度范围高达62dB，彩色TFTLCD屏幕清晰，避免了读取错误和判断错误，并配备DAC，大容量存储，USB接口和新功能等新技术，以及出色的电磁兼容性设计技术，可显着提高现场的抗干扰能力仪器的最高采样频率为240MHz，最小显示范围为5mm；工作频率范围分为1〜4MHz，0.5〜10MHz两个设置，突出了高灵敏度和宽频带的优点；界面波跟踪功能，由于闸门A和B之间的逻辑关系，采用浸入法很容易进行故障检测或精确的厚度测量；脉冲重复频率可调，避免在故障检测过程中出现混响信号。完善的DAC曲线功能方便回波评估；具有测量探头角度（K值）的功能；大容量存储器可以存储多达500个数据集，包括波形，曲线，参数，故障检测报告等。DAC曲线是CTS-2020的新功能。它通过定义三个标准曲线来定义三个区域：标准区域，过冲区域和剔除区域。DAC曲线和回波比较可以快速，准确地进行判断。通过回波的性质判断，大大提高了检测常见故障的速度和质量，并且在接受新故障方面发挥了不可替代的作用。3.4钢轨探伤周期1）铁路故障的检测时间必须由线路的活动和铁路的技术条件确定。每月对隧道围栏进行一次检查，并且每六个月检查一次围栏接头的焊缝。为避免检查遗漏，严禁将仪器更换为人工检查，每季度检查一次。2）在两个连续的缺陷检测周期中发现了疲劳损伤（例如核损伤，鱼鳞，螺丝孔裂纹，水平裂纹，垂直裂纹，表面缺陷），应增加有故障的铁路路段的数量，并缩短故障的检测时间。3）对于焊接到管线上的接头，必须在焊接后立即输入整个部分（包括受热影响的区域）的故障检测。必须严格执行在道路上焊接的铁路接头，并且必须严格执行“先检测故障，然后从道路进行故障检测”的规定，并且必须认真考虑质量，焊接接头都应被检测到，不符合焊接质量的接头必须重新焊接。在检查和交付期间，现场的新焊接接头必须具有完整的焊接缺陷检测记录。4）在特殊情况下，如果损坏的滑轨数量异常，则必须缩短检测周期；除规定的循环检查外，还应使用专用仪器对现场的接触焊缝和铝热焊缝进行检查，以检测整个截面的缺陷；铝热焊接每六个月不少于一次；在更换导轨周期的现有部分开始时的铁路故障检测期间，根据实际情况，增加故障检测的次数。结合以上情况，可以看出地铁轨道故障检测具有以下特点：1：故障检测方法独特，仅采用超声波故障检测方法；2。有一定的故障检测区域，以及特殊的位置，使得不能检测到整个柱；2：故障检测周期包括移动普通铁路，该周期与地铁的实际情况不符；3：故障检测人员水平参差不齐，与外界缺乏沟通和学习。3.5探伤手段作为最广泛使用的方法，通过超声波检测故障自然具有不可替代的作用。但是，考虑到地铁线路的特点，开关通常由高锰级铸钢制成，由于其特殊的颗粒结构，无法通过超声波有效地检测到；地铁对乘客的舒适度和地铁的运行密度有很高的要求大型，轨道表面的状况非常关键，并且现有的超声波故障检测方法由于不能有效地检测零件的损坏，因此有必要引入更多的故障检测方法。磁粉检查是检测高锰钢开关中故障的有效方法。交换机对于生产线的重要性显而易见，该方法的引入以及合理检查形式和周期的制定可以有效地与现有方法进行比较，不断完善故障检测方式。随着地铁线路网络的不断扩展，线路网络的长度和范围越来越大。仅使用手动故障检测不能满足要求，并且不经济。这样，购置大型故障检测车十分必要，尽快实现故障检测工作的机械化、自动化和精确化是铁路故障检测的下一个目标。另外，随着科学技术的不断发展，缺陷检测的新技术和方法不断出现和更新，优化了现有的超声波缺陷检测方法并不断更新。故障检测方法和操作方法是我们日常关注的问题。加强沟通，提高故障检测人员水平国有铁路线的长度较长，情况更加复杂，铁路破坏的类型和例子更多，其故障检测人员的经验也更多。因此，加强与公共铁路故障检测仪的通讯，学习和不断提高其故障检测水平，对于我国铁路故障检测工作具有积极的意义。第4章钢轨探伤技术的具体应用4.1传感器转向架安装模式和小车检测模式是超声波传感器的两种最重要的安装方法。其中，转向架的安装模式的检测速度较高，而检测滑架模式的传感器对中央机构的要求较低。在安全性能方面，转向架安装模式在检测状态下的抗脱轨性能优于滑架安装模式。转向架处于工作状态时，其滑架模式的安全性高于转向架的安装模式。4.2钢轨探伤的管理模式4.2.1钢轨的维护从轨道超声波故障检测的实践中可以知道，检测结果很大程度上受轨道状况的影响。挡块的脱离和轨道表面的裂纹会挡住超声波的入射，并且会出现盲点。严重的侧向磨损会导致导轨头的形状发生变化，从而损坏探头耦合器，会受到密封条反射的干扰。意见建议：全面预防铁路断裂，加强故障检测和铁路维护。为了减少焊缝反射的干扰，在焊接导轨时应对焊缝进行抛光；为了增强超声波在钢轨表面上的入射效果，必须及时修复和抛光钢轨以去除钢轨表面的细微裂纹。4.2.2运用管理根据钢轨的故障检测周期，故障检测车的检查操作必须包括在操作图中，以减少运输引起的操作疲劳并保持操作员良好的工作状态。铁路局建立铁路损毁数据分析中心，进行地面读数分析，统一校准故障检测仪和故障检测车，完善反馈机制。为了提高判断和数据收集水平，有必要加强对故障检测仪和故障检测车的使用管理，并不