钢轨探伤车高灵敏度探伤数据分析方法研究

0 引言

        钢轨探伤车（以下简称探伤车）是目前国内铁路重要的钢轨探伤检测设备，承当绝大部分线路钢轨母材的检测任务。鉴于探伤车检测效率高、受人为因素干扰小等优点󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹^［1］，目前全路正在推行探伤车周期替代探伤仪（手推式人工探伤设备）以释放劳力，如何用好探伤车是各级运用单位关注的焦点。探伤车作业分为数据采集和回放分析，回放分析下发的疑似伤损由各工务段负责现场复核反馈并处置。随着全路探伤车运用检查评比的持续开展，探伤车数据采集质量不断提高，尤其是高灵敏度探伤的提出󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹^［2］，探伤车整体检出能力提升明显。高灵敏度探伤导致检测数据成倍增加，难以有效区分伤损波和杂波。本文通过剖析高灵敏度探伤后数据分析存在问题，将探伤车作业类比为渔网捕鱼，旨在找到一种适用于高灵敏度探伤数据的分析方法。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1 高灵敏探伤数据分析存在问题及原因

1.1 存在问题

       数据回放分析是探伤车作业中最后也是最关键的一环，疑似伤损的发单直接关联现场复核，既要保证不漏判伤损又要兼顾伤损确认率。高灵敏度探伤前，回放员主要依靠多年积累的判伤经验和伤损图库进行判伤。高灵敏度探伤之后，以往积累的判伤经验已不再适用，再加上多年以来宁可误判（错发）不可漏判的判伤潜规则，导致下发的疑似伤损数量倍增，严重影响伤损确认率并浪费现场复核劳力。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1.2 原因分析

1.2.1 对杂波出波特征认识不够。

        以往，回放员主要依靠现场复核确认的伤损波形图库进行判定疑似伤损。其关注点在确认伤损波的出波特征，对于非伤损的杂波并不理会（检测数据中出现杂波甚至会要求现场检测人员降低增益以消除杂波），对于其形成原因也不明所以。因此在高灵敏度探伤后，面对较多的杂波束手无策。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

1.2.2 判伤方法守旧

       回放员在判定伤损时，对于与伤损图库中类似的疑似出波，都认定为伤损。而对于杂波历来不太关注，更没有排除杂波的操作。排除疑似杂波是在排除可能存在的伤损，本着宁可错发和规避责任保护自身的原则，只要是可疑出波都尽量发单要求现场复核。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

2 数据分析思路探讨

2.1 渔网捕鱼原理

       为了更形象地阐述钢轨探伤车作业，将其类比为渔网捕鱼。钢轨为河流，伤损为河中鱼，检测灵敏度为渔网口径，决定鱼获的大小。探伤车作业即为渔网捕鱼，而数据回放分析对应为从渔网中筛选出鱼。以往口径较大（灵敏度低）时沙石从网口自动过滤，可以一眼找到鱼。高灵敏度探伤如同渔网口径变小，检出的疑似伤损也如渔网中捕到的鱼获一般，不仅有鱼也有沙石树叶等杂物。筛选鱼时，对于某些尺寸较大的鱼，可以凭鱼的特征直接找到；而尺寸较小的鱼，尤其是与沙石特征类似的鱼，可以转变思路，先根据沙石的特征将其丢掉，不断缩小范围，最终将数量控制在可以承受的范围内再逐一甄选。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

2.2 正面识别

       依靠伤损特征正面识别，这是多年来一直推行的判伤方法。依靠不断壮大的伤损图库，结合线路特征和出波规律等因素，可以依靠判伤经验直接判定伤损。为了不漏掉任何可能存在的疑似伤损，只要出波有异常都先判定为疑似伤损，因此正面识别后疑似伤损数量较多。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

2.3 反向排除

       对于某些取向特殊且尺寸较小的伤损，很难从正面直接判定，再加上高灵敏度探伤导致的杂波干扰，是伤损漏判的主要所在。借鉴渔网捕鱼原理，可以转变思路，采用反向排除的手段，通过周期对比分析（本周期前后对比和多周期对比），结合杂波图库，尽量减少疑似伤损数量。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

2.4 综合判定

       在正面识别和反向排除后，综合考虑线路特性、伤损发展规律、是否防断重点地段等因素做最终判定。有明显发展趋势的升级处理，伤损特征明显的正常发单，伤损走势不明显但无法排除的有选择性地发单，最终将疑似伤损数量控制在合理范围内。判伤思路图如图1所示。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

图1 判伤思路图

3 精细化对比分析方法

      通过以上高灵敏度探伤后数据分析存在问题及其原因剖析，结合渔网捕鱼判伤思路的探讨，提出一种针对高灵敏度探伤的数据分析方法。精细化对比分析法，包括精细化对比分析判伤、探伤仪与探伤车数据对比分析、充实伤损图库和总结规律。三者相辅相成，如图2所示。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

图2精细化对比分析关系图

3.1 精细化对比分析判伤

      对比法贯穿整个判伤过程。先依靠伤损图库和出波规律进行正面识别，在充分对比分析后再排除某些共性的杂波和固定波，尽量缩小疑似伤损数量，最终综合各类因素后得出回放分析结果。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.1.1 初次判伤

（1）全程无差别对比回放分析。采用双屏显示器与上周期检测数据进行全程无差别对比。即不管本周期数据是否异常，都要与上周期数据进行全程同步回放，有利于发现某些细微异常出波。同时对于上周期下发的疑似伤损（现场复核无异常）也要对比本周期的检测数据，若本周期有类似出波但无发展，则可能是表面物理结构缺陷；若本周期数据无异常，则上周期是杂波误报，将其收集在杂波图库中。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（2）初次回放伤损表。初次判伤以正面识别疑似伤损为主，反向排除杂波为辅。初次判伤面向本次作业所有检测数据，此阶段是为了发现数据中的所有异常出波，在对比上周期数据后，遇到有异常的疑似出波先记录下来。同时为了初次判伤的数量不至于过多（减轻后续工作量），对于已经明确的杂波和某些固定回波（幻象波）也要尽量排除，最终将回放中发现的所有疑似伤损记录在伤损回放表中。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（3）数据质量评价表。经过周期对比（与上周期对比及本周期前后对比）分析后，形成本次检测数据质量评价表。包括检测速度是否符合规定、各超声通道出波情况好坏（对各晶片状态进行评估）、检测参数灵敏度设置是否符合动态标定要求，同时对其空间参数和接头拼图等进行核对。此评价表主要用于卡控探伤车现场作业质量（形成闭环管理），并作为二次判伤的依据。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.1.2 二次判伤

       二次判伤以初次回放伤损表中的所有疑似伤损为对象。此阶段以反向排除为主，对初次判伤中发现的所有疑似伤损逐一进行二次分析，通过多周期对比，有明显发展趋势的疑似伤损升级处理，并充分利用反向排除手段，最终将伤损数量控制在合理范围内。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

      反向排除主要包括以下几种情况：①根据初次判伤的数据质量评价表，在判伤时要综合考虑本次检测参数增益、各通道出波质量、空间参数是否合理等因素的影响，通过对比本周期前后数据特征点（普通接头，焊缝接头等）的出波情况，果断排除某些因增益过高或空间参数异常等原因导致的共性杂波（幻象波）。对于某些共性的出波不良情况，在进行周期对比时也要充分考虑该因素。②利用探伤车伤损复核反馈总表（汇总所有线路多次检测的伤损复核反馈信息），对初次回放判定的疑似伤损进行二次分析，若以往存在，对比其是否有发展，若发展则升级处理，若多周期对比无发展后将其排除(纳入杂波图库)。③利用好杂波图库，若疑似伤损出波与其类似，在对比无发展后也应果断排除。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.1.3 得出结果

      二次判伤后将疑似伤损数量控制在一个较小范围，有明显发展趋势的升级处理，符合伤损发展规律的正常填报，有异常但排除不了的疑似伤损在综合考虑线路状况、出波规律、复核难度等多方面因素后有选择性地发单，最终形成本次回放分析结果。剩余有异常但排除不了的疑似伤损收集在观察伤损汇总表中（供周期对比用）。判伤总体流程图如图3所示。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

图3 判伤总体流程图

3.2  探伤仪与探伤车数据对比分析

       探伤仪对取向特殊且尺寸较小的伤损检出能力强于探伤车^［3-5］，因此必须重视探伤车与探伤仪数据的对比分析。利用钢轨探伤管理系统（收录全局所有探伤设备作业信息），重点关注探伤车过后20天内探伤仪发现的伤损。对探伤车发现而探伤仪复核确认的伤损，对比两类仪器出波规律，重点对出波通道，出波位置和点数等进行剖析，寻找两类仪器检出伤损的共同点；对于探伤车发现而未判出的伤损（漏判），重点关注探伤车出波特点，并与探伤仪出波情况进行对比，丰富判伤经验；对于探伤车未发现的伤损（漏检），主要对探伤仪出波通道、位置和大小进行总结，分析探伤车漏检的原因，并针对相关问题采取有效措施，不断提高探伤车整体检测性能。探伤车与探伤与对比分析表部分内容如表1所示。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

表1 探伤车与探伤仪对比分析表

3.3  充实伤损图库并总结规律

3.3.1 充实伤损图库

（1）总结伤损图库。这是历来坚持在做的事情，对于以往发现并复核确认的伤损，收集在图库中，供从业人员日常学习，丰富判伤经验。

（2）收集杂波图库。这是精细化对比分析的关键。主要通过以下途径收集。①对比上周期下发的伤损在本周期的出波情况，若本周期数据无异常，则认定上周期的疑似出波为杂波（误报）。②若某些疑似出波多周期都出现且无发展，也可认定为杂波收集入库，如道岔区域和普通接头处因增益过高导致的螺孔幻象波、焊缝轨底因增益过高导致的轨腰45度幻象波等。③某些因增益过高导致的固定出波，在增益降低后又消失的疑似出波，如站内铝热焊焊筋轨颚处细微焊筋缺陷在增益高、车速低时出波明显（停车），在车速正常且增益合适时消失（通过车站），在周期对比无明显发展后也可以认定为杂波。④对于某些明显与钢轨踏面受力方向相悖的异常出波，如复线中前向偏内70度和前向直打内70度靠近轨面的出波，形如“/”。按轮对与钢轨踏面受力关系，正常情况下的疑似伤损出波应该形为“＼”，在周期对比无发展后可认定为杂波。⑤对于某些回放下发的疑似伤损，在复核反馈确认为非伤损的固定出波后，也可认定为杂波。如某些线路轨头内侧面有细微划痕或凹坑（大机作业留下），每个周期都有固定出波且无发展。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

3.3.2 总结出波规律

（1）总结伤损出波规律。根据每条线路的特性（单复线）、通过总重、曲线半径等特征总结伤损出波规律。必要时，对于同一线路不同地段也要进行分段总结。主要包括伤损发展规律、伤损多发类型和位置、判伤注意事项等。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

（2）总结杂波出波规律。对于每条线路，根据线路特性对其杂波规律也要进行总结。包括轨面状态、杂波多发位置和产生原因、判定杂波的注意事项等。

4 实际运用效果

通过探伤车与探伤仪数据对比分析不断充实伤损图库并总结规律，再用于指导精细化对比分析判伤，三者相辅相成，不断促进和丰富彼此。随着精细化对比分析方法的持续推进，南宁局探伤车检出的伤损确认数和确认率均取得巨大提升，对于重伤检出数更是取得突破式提高，不仅提高探伤车检测权威性，让现场复核人员信服探伤车检测结果，也节约了现场劳力和天窗点，更好地服务现场，减轻防断压力。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

4.1 重伤确认数取得巨大提升

2023年下半年开始，南宁局探伤车在运用精细化对比分析回放方法后，重伤确认数和确认率均取得巨大提升，同时还判出多处未达重伤当量的焊缝伤损。2022年至2024年探伤车重伤检出数量和占比如图4所示。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

图4 探伤车检出重伤

4.2 提高探伤车检测权威性

      在运用精细化对比分析之前，工务段现场复核人员对探伤车检测结果不太信任，对较多的复核任务但偏低的确认率颇有怨言。精细化对比分析在多个周期对比后若确认疑似伤损有明显发展趋势，可认定为重伤。在防断重点时期，可通知工务段立即去现场复核并同时处置伤轨，不仅降低疑似伤损从发现到复核确认再处置该段时间内断轨的风险，也能增强探伤车的权威性，引导现场人员积极配合进行复核处置。某线K671+510左股轨头伤损，如图5所示。从左往右分别是本周期、上周期、上上周期的出波情况。可以看到伤损有一个明显发展过程，因此直接判定该伤损为轨头核伤，通知现场尽快复核并处置，当晚报告该处为轨头核伤，大小6mm*7mm。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

(a)本周期                                    (   b)上周期                                        （c）上上周期󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

图5 某线K671+510左股轨头伤损

4.3 节约现场劳力和天窗点

       高灵敏度探伤后，检测数据中的杂波倍增，严重影响回放分析人员的作业质量和效率。回放员面对较难区分的杂波和伤损波，难以顾及下单疑似伤损的确认率，同时为了保护自身，避免责任漏判，基本没有排除疑似伤损的操作。精细化对比分析在多周期对比后可排除疑似伤损的可能性，减少现场人员复核工作量，节约天窗点。对于某些疑似伤损出波，在对比上周期后会得出有明显发展的结论（德式铝热焊工艺较好，焊缝特征点不太明显），此时若是直接判伤可能会造成误判，需进行多周期对比确认。某线K59+072左股轨头伤损，如图6所示，从左往右分别是本周期、上周期、往前3个周期出波情况。对比上周期伤损发展很大，但在对比至前面3个周期时确认为铝热焊缝，排除伤损的可能性。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

(a)本周期                                    (b)上周期                            （c）往前3周期󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

图6 某线K59+072左股轨头伤损

5 结束语

精细化对比分析法，不仅解决了高灵敏度探伤产生较多杂波而判伤过多的难题，反过来又能促使探伤车对更高检测参数的尝试，极大提高了探伤车的整体检测性能。持续推行精细化对比分析回放方法，积累正面识别经验，反向收集杂波图库，积极开展探伤车与探伤仪数据对比分析，不断提高探伤车检测性能，为钢轨探伤车彻底替代探伤仪提供有力支撑。精细化对比分析法对探伤仪和双轨仪的数据分析也有一定的指导意义，可参考执行。󠅅󠅃󠄵󠅂󠄪󠇖󠆨󠆨󠇕󠆞󠆒󠅬󠇘󠆭󠆘󠇙󠆝󠅵󠇗󠆭󠆁󠄐󠇗󠅹󠅸󠇖󠆍󠅳󠇖󠅹󠅰󠇖󠆌󠅹

参 考 文 献

[1] 毛少虎，郑双朝.关于优化大型钢轨探伤车检测模式的探讨［J］.铁道技术监督，2019（11）:42-45.

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文章来源：

原文名称：钢轨探伤车高灵敏度探伤数据分析方法研究

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

期刊信息：铁道运营技术  2026，32（3）