双轨式钢轨探伤仪自动增益功能探析

王书豪

摘要：近年来，我国的地铁工程建设有了很大进展，对钢轨探伤仪的应用也越来越广泛。钢轨探伤检查在确保地铁安全运行方面发挥重要作用，而该工作的开展离不开钢轨探伤仪的支持。近年来，伴随着我国地铁钢轨探伤效率的不断提升，以往手推式钢轨探伤仪由于工作效率偏低，已经不能满足地铁发展的需求，超声波钢轨探伤仪的出现，提高了探伤的效率，降低了人力成本。本文就双轨式钢轨探伤仪自动增益功能探析，以供参考。

关键词：双轨小车；自动增益；探伤系统

引言

在地铁运营维护过程中，常用的钢轨探伤技术主要包括超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等。目前，我国地铁探伤领域使用较为广泛的钢轨探伤技术为超声波探伤，其主要采用的设备包括单轨探伤仪、双轨探伤仪和钢轨探伤车。单轨探伤仪工作效率较低、工人劳动强度大，存在大型钢轨探伤车投入成本大、操作复杂等问题。双轨探伤仪能够较好地解决单轨探伤仪和大型钢轨探伤车存在的问题，目前运用双轨探伤仪进行地铁探伤已成为一种新趋势。

1自动增益实现的原理

超声波探伤时，在基线附件会出现一种杂乱无章、像丛生杂草一样的讯号，称为草状波。当将设备推动到没有任何伤损反射的地方。靠近底线的反射回波便是草状波，是由钢轨材质内的晶粒反射形成的。经实验，一个φ４的平底孔与超声波主束正交时的回波幅度高于草状波30ｄＢ左右，所以只要将草状波设置到报警线以下6ｄＢ～12ｄＢ，这样的灵敏度就不会丢掉缺陷。自动增益控制就是将草状波维持在稳定的水平，由于在Ｂ扫描中通常将报警阈值设置在50％信号幅度，按照上面的分析将草状波设置到报警线以下6ｄＢ～12ｄＢ，那么草状波就显示在全屏信号的15％～25％左右，由于伤波反射信号和草状波信号幅度比例一定，那么伤波反射信号就会始终维持在采样门阈值以上。自动增益调节可以在小车高速行驶的过程中，根据超声波检测出的草状波积分值的大小对超声波的放大倍数进行自动调节。自动增益调节功能以草状波百分比为评判基准，通常设置草状波百分比15％～25％为超声波检测的最佳自动增益控制区间，当某个通道的草状波百分比低于这个区间的下限时，这个通道的增益会增加，当这个通道草状波百分比高于这个区间的上限时，这个通道的增益会降低。

2双轨式钢轨探伤仪自动增益功能

2.1焊缝内部缺陷的种类和形态

焊缝内部缺陷的种类和形态主要包括以下几类：（1）气孔：气孔是指焊缝中产生的一些气体孔洞。其形态和大小不一，可能呈圆形、椭圆形、不规则形等。气孔的存在将导致焊缝的强度和韧性降低，易引起裂纹的产生和扩展。（2）夹杂：夹杂是指焊缝中存在的一些杂质或金属夹杂物。夹杂可能存在于母材或焊条中，也可能是焊接过程中引入的。夹杂的形态和大小也不一，有长条状、圆球状、片状等不同形态。夹杂的存在也会影响焊缝的强度和韧性。（3）裂纹：裂纹是指焊缝中出现的裂痕。焊缝裂纹可能是由于焊接时温度变化和残余应力的影响导致的。裂纹的形态也不一，有直线状、弯曲状、分支状等不同形态。

2.2检定保护膜衰减值

在开展保护膜衰减值检定工作时，首先需要调节主机衰减，保证A-1号试块的底面或者半径值为10cm的圆弧面最高反射波为垂直满刻度的80%。但是结合检定实际工作来看，发现GT-20钢轨探伤仪衰减器衰减量达到最大值时，其最高反射波的波幅依然超过100%，不满足降低至80%波幅的要求。针对这一问题，建议在使用GT-20钢轨探伤仪检定保护膜衰减值时，可以将固定衰减器连接至探头与探伤仪中间，从而保证GT-20钢轨探伤仪显示屏上的最高波幅降低至垂直满刻度的80%，最终符合相关规定中提出的最高波幅幅度达到80%时读取衰减器读数的测试要求。

2.3探轮差异性

探轮的批次不同，探轮中的探头也存在一定的差异性，在定制草状波的统一标准时，需要把探头的差异性剔除掉。用不同的探轮对同一位置进行检测，绿线末端的底波波形在纵轴第四格的时候，增益值是有差异的。

2.4对比大型探伤车

双轨式钢轨超声波探伤仪使用更加机动灵活，不需要调度，只要有天窗点就能上道检测。双轨式钢轨超声波探伤仪检测更精细。探伤仪每2.67mm发射一个脉冲，大型探伤车每4mm发射一个脉冲。双轨式钢轨超声波探伤仪检测轨底裂纹，而大型探伤车不检测轨底裂纹。双轨式钢轨超声波探伤仪的造价远低于大型探伤车，探伤车的维修不但价格昂贵，而且人员到达现场速度缓慢。双轨式钢轨超声波探伤仪在作业过程中，发现伤损可立即倒车复核，现场判伤。而大型探伤车只能通过回放发现伤损，再由探伤工作人员利用手推式仪器进行二次复核，严重浪费了人力物力。

2.5检定探伤仪的最小触发电压

对触发电压检定主要目的是确保检定器中的信号能够可靠触发，相关规定指出，最小触发电压应当≤100V。检定仪器中脉冲信号发生器的脉冲幅度是可以调整的，在检定过程中，脉冲信号发生器输出幅度使触发器刚好被触发，从而在检定仪上输出稳定的脉冲，此时便将示波器上的触发脉冲信号的幅值称为检定仪的最小触发电压。钢轨探伤仪检定的相关规程还对脉冲的最大间隔、最小间隔检定与单波延时范围进行了规定。但是负载阻抗会对测试结果产生影响，因此需要注重评估不同检定仪对不同输入阻抗的钢轨探伤仪正常检测能力。

2.6现场探伤作业中手动和自动调节增益对比试验

在使用自动增益之前，双轨探伤仪通常采用的是标定的基准增益加释放3ｄＢ的方法来确定现场的使用灵敏度，但是这种方法导致有的线路增益过大，有的线路增益过小。由于采用固定增益，导致铝热焊缝出波很杂，Ｂ扫描图像无法分辨焊筋波，给潜在焊缝伤损的识别带来隐患和困扰。但是如果采用18％的草状波自动增益，上面的焊缝出波就完全不同。使用自动增益，焊缝出波更清晰了，方便了现场使用和判伤。实际应用中，不只是焊缝出波改进了，接头螺孔等的出波也更清晰了，伤损检出率大大提高。

3注意事项

车架组装时，注意驱动路桥上的螺丝位置，防止弯曲变形后车架无法顺利装入；水轮支架与车架装配连接时，应使支架背面与车架外面水平，螺丝固定时节省时间；所有电路插头需要按照缺口轻轻插入，防止插芯断裂导致接触不良；水轮安装时，水轮支架上的探头位置必须在上面，否则无信号输出；车子快速行驶中，没有意外情况不要紧急刹车，防止防滑轮快速磨损，影响防滑效果；车架和水轮支架均不能剧烈碰撞，否则变形后无法正常运行；水轮支架使用前必须手动检查中轴灵活度；车体自身质量和所载总量不超过700kg，以免严重影响使用寿命；所有电池远离火源，且禁止投入火源，以免引发爆炸；车子所有电路接通前，总电源应处于关闭状态。

结语

自动增益调节方式可以使探伤检修工更加快捷高效地进行探伤作业，解决双轨式探伤仪由于检测速度快、通道多，现场根据检测钢轨状况及速度带来的增益调节难于实时操作的问题。自动增益实现了不同速度下相同的伤损检出率及基本相同的Ｂ扫描图谱，既避免了增益过大，屏幕杂乱，伤损无法分辨，也避免了增益过小，伤损没有显示到屏幕导致的漏伤。

参考文献

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