钢轨探伤车高灵敏度动态检测参数设置方法研究

钢轨探伤车凭借其高效率正逐步取代探伤仪(手推式人工探伤设备)成为国内铁路钢轨探伤的主力军。如何运用好探伤车使其在高能效的同时达到探伤仪的检测效果，是近年来相关从业人员主要努力方向和攻克目标，推行高灵敏度探伤是目前国内铁路探伤行业共识。探伤车动态检测参数的设置直接影响检测数据采集质量，参数过高会导致杂波较多，影响伤损判读；过低又容易造成伤损漏检。如何在检测过程中科学合理地设置动态检测参数是保障探伤车检测性能的关键。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

石永生等提出使用设备的最大检测灵敏度作为检测参数设置的依据。但其对参数设置标准和要求没有具体化，在实际检测中较难卡控检测数据质量。张玉华^［2］等提出不同速度下应具有不同基准灵敏度，基准灵敏度利用HT-1型静态标定台根据不同检测速度下的各超声通道扫查间距进行标定，并在试验转台上进行动态模拟验证。但其标定步骤较为繁琐，现场推广难度较大。本文从探伤车现场实际运用出发，通过梳理探伤车检测参数设置中存在的各种问题，结合高灵敏度探伤的现实需要，提出一套适合现场运用的动态检测参数设置方法。

1 动态检测参数设置存在问题

探伤管理办法中对日常检测参数设置要求规定，日常作业参数不能低于动态标定值。但是这只是规定了下限，对于参数的上限没有严格要求。随着高灵敏度探伤在全路不断普及，日常作业中，要求在不影响伤损判读的情况下尽量提高参数。但是在实际检测中，不同操作员对于检测过程中动态参数的实时调整理解各异（主要体现在对高灵敏度的理解上），数据采集质量参差不齐，主要表现在以下三个方面。

1.1 参数实时调整不及时

探伤车在检测过程中需根据现场情况对检测参数进行实时调整。但是在实际运用中，大部分检测员对高灵敏度探伤认识不足，极易犯形而上的错误。检测参数只要不低于动态标定值，不违反探伤管理办法中的规定即可。对于实时调整参数的要求也执行不到位，不同检测速度下对于检测参数的切换不及时，经常出现检测参数偏低（伤损检出能力不够）或偏高（杂波过多影响伤损判读）的情况，严重影响数据采集质量，进而影响伤损判定。

1.2 XF70°度通道检测效果不佳

对比检测过程中焊缝接头，以及探伤车过后探伤仪发现而探伤车未检出重伤（主要指核伤）的出波情况，发现探伤车对于XF70°通道的参数设置普遍较低。其对于母材轨颚附近和焊缝轨颚位置核伤的检出能力偏弱，整体检测效果不佳。分析原因主要在于参数设置虽然符合动态标定要求，但距离检出伤损还较远，连正常焊缝特征波都无法检出，何况尺寸较小和取向特殊的核伤。

1.3 无法有效应对杂波干扰

在检测过程中由于现场各类情况的复杂性，经常会出现检测数据中存在大量固定杂波的情况。如何快速排查原因及排除固定杂波对于检测员是极大的考验，需要对设备有全面了解及丰富的检测经验。杂波干扰对于正常伤损的检出影响很大，主要体现在该出波的特征点和伤损没有出波，不应该出波的位置却持续出杂波，严重影响探伤车整体检测性能。

2 动态检测参数设置原则

鉴于高灵敏度探伤在全路探伤行业取得良好效果，结合探伤车实际运用中存在问题，充分考虑检测速度对参数设置的影响，利用现场参照物调整法，提出探伤车动态检测参数设置原则：以GB/T28426-2021动态标定参数为下限，以检测过程中不连续出杂波为上限，以线路区间闪光焊和气压焊为现场参照物进行动态调整，并对检测参数按速度分级。

2.1 以动态标定值为下限

日常作业参数不低于动态标定值是探伤管理办法中的明文规定，因此必须以动态标定参数作为日常检测参数设置的下限，正常情况下检测参数不能低于该值（超声通道出波异常时应及时排查原因并消除）。

2.2 以不连续出杂波为上限

为了使用设备最大检测能力的检测参数，且不影响伤损识别。提出以不连续出杂波作为动态检测参数的上限，贯彻高灵敏度探伤理念。即在钢轨轨面良好且无其它影响的情况下，应使探轮各超声通道处于最大检测能力状态，尽可能提高检测参数，这样可以最大限度地保证探伤车对尺寸较小和取向特殊伤损的检出能力。

2.3 以闪光焊和气压焊为现场参照物进行调节

针对XF70°通道动态标定值普遍偏低的情况，采用现场参照物^［3］调节法对检测参数进行实时调整。考虑到无缝线路特点，以线路区间现场闪光焊和气压焊作为参照物。在综合考虑检测速度、线路状态、焊接质量和工艺等因素后，提出以下调整要求：以打全线路区间现场闪光焊和气压焊为标准，对于某些推瘤不良的厂闪光焊，也要求尽量打出（受单方向推瘤影响，一般只能打出单边焊筋波）。对于厂闪光焊，若以往能打出特征波，本周期无出波，则证明增益偏低需提高增益；若以往一直无出波，则对本周期也不做要求。

2.4 实行等速分级检测参数设置

探伤车伤损判定以疑似出波点数来确定，只有出波3个点以上的疑似伤损才能视为检出，即超声通道对该处疑似伤损在扫查间距内至少扫查3次。而扫查间距与探伤车行车速度密切相关，不同速度下超声波扫查间距各不相同，所需的检测参数也应不同。因此在动态标定和日常检测设置时，应严格按70km/h、60km/h、40km/h三个速度等级进行分级设置。

3 动态检测参数设置建议

3.1 0°通道

0°通道包括0°界面、监视和底波三个参数。探轮内各探头以0°探头超声界面回波的时间作为参考基准（因为0°探头在进入钢轨表面时可以产生明显的界面反射回波）^［4］，因此必须保证0°界面波的持续稳定（增益建议设为20～25dB）。0°监视主要用于检测轨腰水平裂纹。以有缝接头螺孔0°监视出波3个点及以上作为衡量其状态好坏的标准，在实际检测过程中要实时查看接头螺孔出波情况，及时调整参数。0°底波主要用于探轮对中及状态好坏的监控，以接头螺孔底波消失长度不低于25mm作为设置依据。

3.2 45°通道

45°轨腰通道。在动态标定值基础上增加3～6dB作为轨腰45°实际检测的初始参数，以有缝接头螺孔45°出波5个点以上作为标准进行动态调整,并尽量打全区间导线孔。在高铁线路上以打全区间导线孔作为衡量检测参数良好的标准。

45°轨底通道。鉴于轨底横向裂纹（月牙伤）的高危害性和断轨率，以及探伤车45°轨底通道相对探伤仪更强的检出能力，因此对于45°轨底通道参数的设置尤为重要。在动态标定时，轨底伤损检出率必须达到100%才能视为合格。在动态标定值基础上增加3～6dB作为其初始参数，根据实际情况进行微调，以断续出现杂波来验证其处于最大检测能力状态。在轨腰45°出波合理的情况下增加7.5～10dB作为轨底45°通道的增益值^［5］，具体表现为铝热焊轨底两侧出全倒八字，闪光焊和气压焊轨底出单通道45°。45°通道总的闸门宽度要大于145us才能保证其处于正常检测声程范围内。

3.3 直打70°通道

直打70°建议将延迟统一设置为14us，通过换算即从踏面下9mm开始，使其检测范围更靠近轨面，利于检出近轨面的伤损。中70°闸门宽度（70us）稍大于外、内70°（60us），有利于发现钢轨头腰结合部位的伤损。

3.4 XF70°通道

动态标定中没有对XF70°通道一次波的考核伤损，因此其增益整体偏低（实际检测中发现多处轨颚附近的核伤，其出波与闪光焊类似位于轨颚处，且多是XF70°一次波单通道出波）。在动态标定值上增加5～7dB作为其初始参数，并且以区间现场闪光焊和气压焊作为参照物进行调整，在不连续出杂波的情况下尽量提高增益。

3.5 检测过程中固定杂波应对方法

实际运行检测中，受探轮膜变形、轨面状态、晶片性能等影响经常会出现连续固定杂波的情况，严重影响探伤车整体检测质量。固定波主要分为在0°界面波和XF70°两类。

3.5.1 0°界面波杂波󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

当0°界面波闸门内出现杂波时，B超图会在轨头表现为直打70°和0°监视连续出现杂波的情况，此时可以适当调整0°界面增益、延迟、宽度以及阈值（原则上是为了保证从始脉冲发射的超声波在延迟92us后进入钢轨，产生界面波，所以只要能保证始脉冲发射92us后，界面波在此监视门内即可），将其消除而又不影响正常界面波。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

3.5.2 XF70°固定波󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（1）轨颚处一次波。探轮轮膜变形是XF70°一次波在轨颚处连续出现固定波的主要原因。探轮使用时间过长会导致轮膜磨耗变大，整体变软，此时探轮整体检测效果偏差，需及时更换。为消除探轮膜变形对检测效果的影响，对每个探轮的检测里程进行统计，当里程达到1500km后应及时更换。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（2）轨距角位置二次波。轨面状态不良如斜裂纹、轨头内侧剥离掉块是XF70°二次波在轨距角位置产生连续固定杂波主要原因。高灵敏度探伤后加剧其杂波情况。轨距角位置固定出波是由于XF70°二次波打到反射体所致，属正常超声回波，因此无法从消除杂波入手。只能转变思路从数据回放分析入手，运用精细化对比分析方法（本周期前后对比和多周期对比），提高探伤车对轨距角位置核伤、斜裂纹、轨头内侧剥离掉块的识别能力。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

4 实际检测验证

2023年，南宁局探伤车在运用高灵敏度动态检测参数设置方法后，整体检测性能取得巨大提高。针对高灵敏探伤带来的杂波较多难题，归纳总结的精细化对比分析回放方法可有效解决并且能够促进探伤车对更高检测参数的尝试，持续提升探伤车整体检出能力。

4.1 数据采集质量提升明显

南宁局探伤车在运用高灵敏度动态检测参数设置方法后，数据采集质量取得巨大提高，各类特征点尤其是闪光焊和气压焊出波质量提升较大。益湛线运用高灵敏度探伤前后采集数据如图1所示。

图1 益湛线数据对比表

4.2 伤损检出能力不断增强

4.2.1伤损检出数量和尺寸

2023年，南宁局探伤车在运用高灵敏度动态检测参数设置方法后，伤损检出数量尤其是重伤数量取得较大提升，由2022年的23处增加至97处。以往探伤车对于尺寸较小的伤损检出能力有限，只有在伤损发展较大后利用多通道判定为重伤，在运用高灵敏度探伤后，探伤车检出重伤的尺寸明显变小（单通道出波），同时还检出不少未达重伤（伤损尺寸小于重伤标准）的伤损。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

4.2.2 单通道伤损检出能力󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（1）直打70°通道

探伤车在运用高灵敏度动态检测参数设置方法后，其对于焊缝轨头处的伤损检出能力明显增强。主要由三个直打70°通道中的单一通道检出。其伤损出波特点主要集中在轨头和轨颚两个位置。轨头位置的焊缝核伤一般距轨面较远（区别钢轨近表面伤损）且靠近轨颚，轨颚位置的伤损集中在焊筋的对侧（即正常焊筋波的另一侧出现与其类似的伤损波）。直打70°检出的焊缝核伤如图2所示。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（2）XF70°通道

XF70°通道对标探伤仪的内偏70°通道，是检出母材轨头核伤最重要的超声通道。以往探伤车对于XF70°通道利用率不高，检出的母材核伤也少，这是制约探伤车周期替代探伤仪的主要原因。XF70°一次波主要检出轨颚附近的核伤，动态标定人工伤损中没有针对该通道的考核伤损，因此以往探伤车对该位置的核伤检出能力较差；XF70二次波主要检出轨距角位置的核伤，对比探伤仪发现的核伤，轨距角位置核伤占比最高，因此二次波非常关键，但是受轨面状态（斜裂纹和轨头内侧剥离掉块等伤损的出波与核伤非常相似且出波连续，难以区分）和通道增益（动态标定增益偏低，当杂波较多时会降低增益来消除杂波）影响，探伤车对该类伤损检出能力有限。南宁局探伤车采用高灵敏度动态检测参数进行数据采集，再运用精细化对比分析法进行数据回放分析后，极大提升了探伤车对于轨头母材核伤的检出和识别能力。XF70°一次波检出轨颚附近核伤如图3所示，二次波检出轨距角位置核伤如图4所示。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（3）45°通道

轨腰45°主要检测螺孔裂纹和轨腰斜裂纹伤损，在运用高灵敏度探伤前，伤损以螺孔裂纹为主。在运用高灵敏度探伤后，检出不少铝热焊轨腰内部伤损，以45°单通道出波为主，主要是由于焊接缺陷所致（如溢流飞边、夹渣、气孔等）。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（4）轨底45°通道

探伤车轨底45°是检测轨底横向裂纹（月牙伤）最主要的方式（优于探伤仪）。在采用高灵敏探伤后，探伤车对于轨底该类伤损检出能力提升明显，检出不少轨底缺陷，包括轨底划痕、锈蚀坑和轨底横向裂纹。轨底横向裂纹如图5所示。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

4.2.3 发挥探伤车设备优势

钢轨探伤车相对于探伤仪来说，具有其特有的设备优势。即探伤车的直打内70°对轨头内侧核伤检测效果是探伤仪所不具备的（探伤仪无内侧直打70°通道）。因此，在运用高灵敏度动态检测参数后，探伤车检出不少轨头内侧探伤仪较难发现的核伤。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（1）南昆线百威段垂直踏面的核伤󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

南昆线百威段属单线，受双向轮轨作用力，伤损分布不规律。在直线地段轨头内侧核伤多与钢轨踏面垂直，探伤仪中的内偏70°较难发现该类伤损，而探伤车独有的直打内70°可以有效检出，如图6所示。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

（2）黎湛上行线直线地段斜裂纹下的核伤

黎湛线属货物较多的运输干线，钢轨轨面剥离裂纹现场普遍。在列车尤其是重载货车反复碾压作用下，剥离裂纹下极易形成核伤，威胁行车安全。曲线上股鱼鳞状剥离伤损（位于钢轨内侧作用边下核伤）下核伤主要依靠探伤仪偏内70°二次波对其进行检测，在设备状态良好情况下基本都能检出。但对于直线地段斜裂纹（位于钢轨轨面中心）下核伤，探伤仪检测效果不佳。探伤仪主要依靠直打70°对其进行检测，受轨面斜裂纹，直打70°通道很难入射至分层下方，无法卡控伤损发展趋势。探伤车特有的直打阵列70°在检测该类伤损时有较好效果，可通过周期对比来确定斜裂纹下核伤的发展趋势。若斜裂纹下存在核伤，当伤损发展后，探伤车B超图中会呈现明显的由后向中70°单通道出波到后向中、内70°双道通（较大时会三通道）重叠出波的发展趋势，因此通过周期对比能够有效识别该类伤损。直线地段钢轨踏面斜裂纹下核伤如图7所示。󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

5 结束语

高灵敏度探伤是全路探伤行业共识、大势所趋。坚持探伤车动态检测参数设置原则，合理利用动态检测参数设置方法，尽量使用探伤车各超声通道最大检测能力，不断提高探伤车整体检测性能，为探伤车彻底替代探伤仪提供强有力支撑。该动态检测参数设置方法可为国内各探伤车运用单位提供参考。

文章来源：

原文名称：钢轨探伤车高灵敏度动态检测参数设置方法研究󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

作者信息：谢祺（中国铁路南宁局集团有限公司 工电检测所，南宁 530029）󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮

期刊信息：铁道工务    2024年12月󠄐󠅅󠄹󠄴󠄪󠄾󠅟󠅤󠄐󠄼󠅟󠅗󠅙󠅞󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹󠄬󠅒󠅢󠄟󠄮