第五章 钢轨焊缝超声波探伤

第一节 钢轨焊缝基本知识

一、钢轨焊接一般知识*

目前钢轨焊接方式主要有接触焊、气压焊和铝热焊三种，其中接触焊又分为工厂焊和现场焊两种。这些焊接方式在无缝线路中各占钢轨焊缝比例不同，以接触焊焊缝为最多，铝热焊其次，移动气压焊随着现场接触焊技术成熟，占有的比例会越来越少。

（一）接触焊

接触焊（又称为闪光焊）是电阻焊的一种，它将两个待焊钢轨端固定在焊机夹具上，利用低电压大电流加在被焊钢轨上产生的电阻热，使轨端加热至表面熔化状态，然后立即断电并加压，在压力下两钢轨端面相互结晶，使两节钢轨焊接在一起。该法是目前我国厂内焊接的主要方法，它把25m、100m长度的钢轨焊成250～500m长的轨条。随着科技发展，目前已经生产出适合现场焊接的移动式接触焊机，不仅能够完成联合接头焊接、单元焊接，而且能够完成钢轨与道岔的闭合焊接。

（二）气压焊

气压焊分为熔化气压焊和塑性气压焊两种。国内绝大多数采用塑性气压焊。塑性气压焊焊接时，将钢轨两清洁端面紧密贴合，并对贴面使用专用焊炬产生气体火焰加热，待贴合面及附近被加热至塑性状态，即对贴合面加以顶锻，在压力作用下固溶体中的原子之间进行扩散再结晶，两金属面间形成新的结晶，使两根钢轨焊接在一起。

（三）铝热焊

铝热焊又称铸焊法，它是将铝粉、氧化铁粉、铁钉屑和铁合金等按一定比例配成铝热焊剂，用高温火柴点燃后，发生激烈的化学反应和冶金反应，使其瞬间温度达到1200 ℃～1300 ℃，钢水下沉，氧化铝以渣的形态浮于溶化金属上面，然后把钢水注

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入套在对接钢轨上、预热好的砂模铸型内，与预热温度达900 ℃以上的钢轨端部融合，高温钢水将铸型内的两节钢轨端部熔化，冷却后把两节钢轨焊接在一起。该法主要用于无缝线路铺设和无缝线路曲线侧磨严重钢轨更换，以及钢轨折断抢修之中。

二、钢轨焊缝缺陷** （一）焊缝缺陷种类

因焊接设备、焊接材料、气温条件和操作工艺等因素都会影响焊接质量，在焊缝内产生缺陷。焊缝缺陷的种类、特征、形成原因和危害性见表5－4。

表5－4 钢轨焊缝缺陷

焊接 方式 缺陷名称 灰 斑 接 触 焊 裂 纹 烧 伤 未 焊 合 光 斑 气 压 焊 过 烧 未 焊 合 夹 碴 气 孔 铝 热 焊 夹 砂 缩 孔 疏 松 未 焊合 特 征 暗灰色平滑，有时有放射性条纹的片状夹杂物 开口性斜裂和焊缝中暗裂 轨面和轨底的钳口部位存在烧伤痕迹 断口呈暗灰色，平整有毛刺 产生部位 焊缝的任何部位，其中轨底角边居多 多数发生在焊缝腰部和热影响区 形 成 原 因 危 害 性 大大降低焊缝的焊接时间短，次级电压高，连续疲劳强度和韧性闪光发生中断，顶压力小等造成 极易造成断轨 可焊性差和端面切割不良或存在垂直和斜向折断 重皮 脆性折断或烧伤引起横向裂纹 离焊缝中心钳口部位不洁，通电后电阻加大130~330mm区域 或加热时间过长 轨头中心、轨底三角区 断口表面呈银灰色焊缝的轨头和轨却平滑，手感不涩手 底部位 断口呈暗色，松散的微粒状组织 断口呈暗灰色，平整有毛刺，在毛刺之间有平滑的微小白斑 断口处存在不规则体积型夹杂，一般呈暗灰色 气孔大小不均，有单个或蜂窝状的气孔群体 焊缝中可见细小的砂粒 断口处呈暗灰色的空穴 多孔性和不致密性，似海绵状，呈银白色 断口呈未溶合状态，平整 两轨底角和轨头与轨腰接合处的凸出量部位 焊缝的任何部位 任何部位 任何部位 多数存在于轨底角两侧 浇注部位或端面中心 轨底三角区 轨底角二侧居多 降低焊缝的疲劳加热温度低、顶煅量不够等 强度和韧性，易造成断轨 温度低或顶锻力不足，造成钢轨减少钢轨的有效接触面的不连续性。火焰不正常，截面积，在其缺陷出现回火、放炮等导致端面污染边缘应力集中，极和氧化 易折断 塑性减弱，脆性增主要是加热温度过高。在钢轨表大，存在轨底角两面产生松散的微粒组织 端，很易折断 端面不洁，间隙过大，顶端量过小，顶端过焊，或加热器火焰不与光斑危害相似 正，摆动量不均匀 焊接质量良好，铝打塞（钉）过早使未上浮的溶渣，焊接头的屈服强氧化皮及夹杂物进入焊缝 度只有母材的70%左右，如果存焊接工艺不当，渗水、漏油。轨在缺陷其强度明端端面不洁或焊剂受潮 显下降，尤其低温砂模封口不准，使混入溶液中的季节，接头本身受砂粒无法溢出 到巨大的温度拉再加上列车预热不够或浇注口散热过快，导应力，动弯应力的联合致溶液的凝固收缩 溶液凝固时，因体积收缩或气体作用铝焊接头最易引起折断。上海上浮造成晶间空隙 局1982~1984年统预热温度不够，焊缝间隙不一 计铝焊接头折轨 - 2 -

裂 纹 焊缝与母材间 焊接时冷热分布不均匀或加热时金属体积改变，组织应力破坏 占断轨总数的71% （二）焊接接头伤损标准

根据铁道行业标准BT/T1632－91《钢轨焊接接头技术条件》规定： 1．钢轨焊头不得有未焊合、过烧、裂纹、气孔、夹碴等有害缺陷；

2．接触焊焊头的断口允许有少量灰斑。单个灰斑面积不得超过10 mm2；灰斑总面积不得超过20mm2；相邻两灰斑间距尺寸小于较小灰斑尺寸时，应将中间区域与两个灰斑合并计算面积；若有灰斑露头出现时，应将灰斑面积加倍计算。

3．气压焊焊头断口除轨底角外允许有少量光斑。暂按单个光斑最大面积为8mm2；光斑个数不限，但总面积不得超过50mm2；若有光斑露头出现时，应将光斑面积加倍计算。

上述标准是在焊接实验中落锤、静弯或疲劳试件断口上允许存在的缺陷面积。超声波探伤中，因为光斑和灰斑缺陷厚度极薄，而形状也无规则，当超声波入射到该缺陷面时，有一部分声波能量透过缺陷继续向前传播，一部分被反射回来，反射回来的能量往往很弱，因此，对于钢轨气压焊和接触焊缝中的光斑和灰斑缺陷是不易探测到或探测不到，一般灵敏度条件下发现的缺陷多数大于允许存在的缺陷面积，为此，对焊缝的轨底部位探伤中如发现缺陷均判重伤，轨头、轨腰可按上述标准酌情处理。

三、钢轨焊接工艺简介*** （一）接触焊焊接工艺（表5－1）

表5－1 接触焊工艺简介

工序 1 2 3 4

项 目 焊前检查与调直 配轨 焊前打磨 焊机检查和作 业 内 容 要 求 和 注 意 事 项 检查钢轨中有硬弯、扭曲、裂纹、重皮、夹杂、夹渣、结疤、划痕、损伤等缺陷不可使用，对距轨端3.5m范围内、不直度大于0.5mm/m的钢轨必须调直。 根据上级下达的设计图及要求进行配轨，配轨中钢轨最小长度不得小于9m，需要锯轨时应先调直，后锯轨。 待焊钢轨端面、轨面距端600mm范围和轨底下表面距端400mm范围内要清除表锈，钢轨端面、轨面和轨底面距端100~300mm范围内用角向磨光机打磨出金属光泽，不允许存在明显的凹面和较深的划痕，亦不允许存在微小的凸出点。 检查焊机供电电压（在360~420V范围内）、冷却水水温（7~30℃之间）、液压油油- 3 -

调准 5 焊接操作和质量检验 6 焊后调直 7 焊后打磨 8 9 焊后热处理 超声波检验 温（12~45℃之间）、贮能器压力（40bar）、去毛刀间隙，调准主机、辅机与控制柜的参数。 焊机正式焊接前应先用手动方法或模拟顶锻的方法将各油缸反复运动数次，以保证焊机状态正常；通过送轨、钢轨在焊机内对头等准备工作就绪后，开始进行自动焊接；焊接结束后，应检查焊缝两侧钢轨面是否存在错位、去毛（除瘤）是否够，要求外观无缺陷，钳口部位无烧伤。 要求在焊缝前后各1m范围内，水平弯曲不大于0.5mm/m，焊缝部位要求呈现0.5~1.0mm/m的上拱（指热态测量），并检查焊缝部位是否存在夹杂、过烧、裂纹及钳口烧伤缺陷。 分二步进行，先用中粗砂轮对焊缝及其附近的轨头顶面两侧面及颚部磨除焊瘤，使平直度在焊缝两侧1m的范围内符合±0.5mm/m的要求；然后用砂轮机在轨头顶及两侧面进行修整，使平直度不超过±0.3mm/m，且轨缝两侧250mm范围内表面粗糙度不低于12.5um，打磨中母材磨削量不得超过标准尺寸0.2mm。 在焊缝附近用正火机组进行全断面加热，正火前钢轨接头表面温度不得高于500℃，正火加热温度为870~930℃，然后在空气中缓冷。 对钢轨焊缝进行全断面无损探伤检查，焊缝探伤采用2.5P20Z和2.5PK1~K2.5探头，探伤前需待钢轨焊缝温度冷却至50℃以下，判废以探测基准灵敏度下缺陷反射回波增益2dB后波幅达满刻度的80%。 （二）移动式钢轨气压焊接工艺（表5－2）

气压焊接钢轨的工艺分为线下焊（在路肩石碴上进行）和线上焊（在运营线路上的断轨修复）两种，下面介绍线下焊接工艺。

表5－2 移动式钢轨气压工艺简介

工序 1 2 3 4 5 项 目 焊接前准备 焊前钢轨端面打磨 对轨和夹轨 安放加热器 安放推凸装置 6 点火焊接 7 加热及顶锻 8 9 10

焊瘤的推除 记录 焊后处理 作 业 内 容 要 求 和 注 意 事 项 检查发电机组、高压泵、压接机、加热器、推凸装置是否齐全和运转正常，检查气路、水路、油路是否有跑、冒、漏的情况，以及检查安全防护及人员安全执行情况。 用手工锉平和机械打磨、铣平，清除钢轨端面金属锈、油、水等污物和端面凹凸不平，有利于焊接中原子扩散和形成金属健结合，表面粗糙度控制在6.3μm以内和端面与钢轨纵轴线的垂直度公差在0.15mm之内。 通过拨轨、垫轨和调整轨缝将两条待焊钢轨轨缝调整至8~15mm，装上压接机夹紧钢轨，并进行预顶。预顶压力为60Kg/m轨为16~18MPa，50Kg/m轨为15~17MPa。 安上加热器后，调整咀条（火孔）平面与钢轨周边平面距离均应为24~25mm，加热器火孔平面要与钢轨纵轴平面垂直，最后按通气、水管路。 推凸装置分刀垫安放和前刀体安放两步完成，点火焊接前或顶锻前安放刀垫，在顶锻完成、加热器灭火的同时放置前刀体。推刀的刃口与钢轨周边的距离要求，轨头1~1.5mm，轨腰和轨底1.5~2mm。 点火采用“爆鸣点火”（无烟点火），点火位置要离开焊缝，以免污染焊缝；加热器以焊缝为中心进行摆动加热，要严格控制加热器摆动量和摆动频率，因摆动量过小时钢轨表面与轨心的温度差过大，表面已过烧，心部仍出现未焊上；当摆动量过大时，会使轨底角下塌，破坏焊接成型，同时热影响区加大，焊头的金属性能变劣；摆动频率过低则加热不匀，就会出现局部熔化、过烧的现象。 现场气压焊一般采用三段压力焊法，“初始段”对钢轨施以24~26MPa高压预顶，使两金属贴合面在较短的时间内产生塑性变形，达到全面积密贴；“中间段”采用16MPa的低压力，以减少两被焊轨的轴向压缩量；“焊接段”对钢轨被焊端面上采用54MPa的高压力。顶锻过程中，顶锻量根据轨型不同而不同，超过规定顶锻量范围的顶锻，对焊接质量都有影响。 顶锻结束后，迅速放好推瘤装置的前刀体，推瘤工作分二刀进行，第一刀将轨腰焊瘤推下，第二刀将轨头和轨底焊瘤推下。 使用专门的记录表格，记录下焊接区段、轨号、焊接过程的各参数及出现的与焊头质量有关的问题，以便焊头出现问题时查阅参考。 其一，通过正火热处理，来细化晶粒，提高焊缝的强度、塑性和韧性，使焊缝硬度均匀和适当降低，去除一部分内应力；其二，打磨焊缝，应纵向打磨，不得有低接头，- 4 -

轨头顶面和内侧工作面凸出部分不大于0.5。 11 遇到下列情况应该停止焊接，重新处理端面 ①加热器回火或焊接初期发生放炮；②压机夹轨不牢，发生打滑跑轨现象；③加热器未供冷却水；④加热器摆放歪斜，发生偏烧现象；⑤因氧气、燃料气等中断而熄灭；⑥影响焊接质量的其他设备及人为故障。 （三）钢轨铝热焊工艺（表5－3）（法国）

表5－3 铝热焊工艺简介（法国）

工序 1 项 目 准备工作 钢轨端头准备 钢轨端头对正 砂模准备 预热 焊药包的准备 浇注 拆除砂模与推瘤 打磨 收尾工作 特殊条件下的铝热焊接要求 作 业 内 容 要 求 和 注 意 事 项 到焊接现场前检查并落实所有必需的工具、材料、设备，以及资料；在焊接现场对任何会导致火灾或安全事故的隐患进行清除；轨道上采取必要的防护措施，避免钢轨在对接，对正以及焊接的过程中发生移动；检查推瘤机和打磨机能够正常工作。 用钢丝刷清洁钢轨端100~150mm；钢轨端头100mm范围内无任何钻孔，钢轨端头的直角、垂直公差应不大于1.0mm，钢轨端头从未被气焊或电焊过，否则有可能导致焊头的质量不合格。 用拉轨器将两钢轨端头的间隙控制在25±2mm，间隙小于23mm，将达不到预热效果，间隙大于27mm，除预热效果达不到，而且熔化的钢水还会不够注满整个间隙，影响焊接质量。 将砂模的所有部件准备齐，并按从下到上的顺序装配到校正好的待焊钢轨上，并用纸板盖在砂模上，以防异物落入，然后涂上适量的防漏泥。 首先调好预热用燃气的比例和压力，在砂模外点燃燃烧器，并将火焰调至规定的燃烧状态，然后将燃烧器放在预先已定好位的燃烧器支架上，使火焰对砂模和钢轨端头定时加热。 在预热前或预热中，检查焊药包是否有破裂及受潮，检查一次性坩埚是否有破损及碎片，检查自熔塞是放在原来的位置，无问题后将焊药到入一次性坩埚。 在规定的预热时间结束之后，移开喷嘴，将装好焊药的一次性坩埚放在砂模正中央上，点燃点火引信插入焊药内并盖上坩埚，焊药必须在预热完毕后30秒钟之内点燃。 烧注结束5分钟后，移走废渣盘和一次性坩埚，拿掉砂模夹具，模套及底托盘；烧注结束6.5分钟后，用推瘤机将多余的焊料切除。 用打磨机将轨头顶面和内外侧面进行打磨，“热打磨”要求焊头处的焊料凸出钢轨表面的高度了小不能低于0.8mm，内外侧面与钢轨的两侧平齐；“冷打磨”将凸出钢轨表面的部分打磨至小于0.25mm，不得凹陷。 检查焊头打磨情况，扭紧钢轨扣件，收拾好工具和有关设备，打上焊接印记，完成记录报告。 ①已磨损的钢轨。将轨底和轨腰对直，焊后将轨面内侧和外侧打磨平顺。②有高度差的钢轨。对直钢轨顶面，轨头高度差不超过3mm，轨高高度差不超过8mm。③寒冷气候。遇刮风、下雨或下雪，气温低于15℃时，预热前或预热中，用涡轮式焊枪将焊缝两侧1m范围的钢轨加热至37℃；冷却时，须在除瘤后立即用保温箱或保温罩将焊缝盖起不少于10分钟以后再进行打磨。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

第二节 钢轨焊缝轨头探伤**

接触焊、气压焊和铝热焊的焊缝中，以铝热焊焊缝探伤难度为最大，主要是焊筋回波对伤损波形识别的干挠。下面重点介绍60 kg/m钢轨、焊筋宽度小于45 mm的铝热焊焊缝探伤，该探伤方法也可作为气压焊和接触焊焊缝的探伤参考。

一、焊缝轨头单探头法

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根据焊缝探伤需要，采用单晶K2.5探头对焊缝轨头进行探伤。 （一）焊缝轨头探伤扫查

为使钢轨焊缝轨头得到全面扫查，K2.5探头在轨顶面采用纵向移动和偏角纵向移动两种方式扫查。

1．纵向移动扫查

K2.5探头置轨面上（图5－1），探头纵向中心距边分别为16 mm、26 mm、36 mm、46 mm、56 mm 处，偏角为 0°纵向移动探头，移动区域为距焊缝中心0～150 mm ，本次扫查利用一次波检出钢轨焊缝轨头中的缺陷。

图5－1（5T4） 探头纵向移动扫查示意

2．偏角纵向移动扫查

由于轨头顶面作用边呈圆弧状，探头接触面过小，不利于焊缝轨头内外侧上角缺陷的检出，因此，采用偏角纵向移动法探测。K2.5探头置轨面中心线上（图5－2），以15°偏角纵向移动探头，移动区域为距焊缝中心约100～250mm，利用轨颚反射波检出焊缝轨头内外侧的缺陷；扫查次数为焊缝内、外两侧共计4次��。

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图5－2（5T5） 探头偏角纵向移动扫查示意

（二）焊缝轨头正常回波显示

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探测铝焊接头轨头时，探头距焊缝中心80 mm左右，在荧光屏水平刻度4.0左右显示焊筋轮廓波（图5－3）。其它形式焊缝（气压焊和接触焊），轨头下颚也存在不同厚度的焊筋，探伤时均会在一、二次波交替范围内显示焊筋轮廓波，由于各种焊筋厚度的不规则性，产生的回波幅度和位移会有差别。

图5－3 轨头下颚焊筋回波

（三）焊缝轨头缺陷回波显示 1．小缺陷回波

焊缝轨头缺陷回波与70°探头探测钢轨轨头核伤的显示规律基本相似，唯一区别在显示缺陷回波的过程中夹有焊筋轮廓波。当缺陷直径小于超声束宽度，且缺陷距轨颚较近时，超声束可同时在缺陷和焊筋上产生反射，荧光屏上会出现缺陷波和焊筋轮廓波同时显示的现象（图5－4）；若缺陷距轨颚较远时，缺陷波和焊筋轮廓波交替显示。

图5－4 焊缝小缺陷回波

2．大缺陷回波

当缺陷直径大于声束宽度，完全阻挡超声波向前传播，使荧光屏上只显示缺陷波，不显示焊筋轮廓波（图5－5）。

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图5－5 焊缝大缺陷回波

（四）焊缝轨头非缺陷回波显示 1．轨颚焊渣回波

轨颚焊缝边留有焊渣，焊渣与母材粘连后，超声波在焊渣处会产生反射（图5－6）。焊渣回波位移小、波幅低，可通过定位和手模确认。

图5－6 轨颚焊渣回波显示

2．位移不动波

探测面不平整、耦合条件差，有时会在显示屏刻度1.0左右显示波幅宽大的回波（图5－7），这是入射声波在耦合层多次反射形成的回波现象。

图5－7（5T26） 位移不动波显示��

（五）焊缝轨头单探头法探伤举例

完成轨头焊缝探伤，除掌握探伤扫查、波形识别外，还需要根据探伤方法，设定探伤仪工作状态，调节探伤仪的探测范围、探伤灵敏度，掌握缺陷的定位定量等技能。

1．工作状态设定

（1）模拟型通用探伤仪 本书以CTS－22型通用探伤仪为例，仪器面板[探测范

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围粗调]置于“250 mm”；[发射强度]置于“强”；[增益]置于“最大”；[抑制]设定在“动态范围12dB”；[工作方式]置于“

”或“

”。

（2）数字型通用探伤仪 本书以CTS－9002型数字通用探伤仪为例（其它型号的数字通用探伤仪，需在不同的界面下设定），在菜单1中设定仪器的工作状态。[工作方式]设为“单”， [阻尼]设为“400Ω”；[发射能量]置于“强”；[探头频率]设为“2.5MHz”。

2．探测范围调试

（1）模拟型通用探伤仪 K2.5斜探头按水平1∶2.5。探头置于CSK－IA试块上（图5－8），找出R100回波最高点，调节探伤仪[增益]、[衰减器]，使R50回波波幅为满幅50%；调节探伤仪[探测范围细调]、[脉冲位移]，使R50、R100回波前沿对准荧光屏刻度1.85、3.7，则探伤仪探测范围调节完成。此时，荧光屏满刻度显示水平距离为250 mm，且深度比例为1∶1，即探伤仪最大探测深度为100 mm，可直读缺陷深度值，为缺陷深度、高度确定提供方便。

图5－8（5T1） K2.5探头水平1∶2.5调节

（2）数字型通用探伤仪

在菜单1中设定，[探测范围]为“250mm”，[探头型式]为“斜”；[K/折射角]按标称值设定（为使定位、定量更精确，可按探头测试的K值设定）；[声速]为“3230 mm”（为使定位、定量更精确，可按被检测材料声速设定），[刻度]为“mm?”。

校正探头延时——校正探头零点。在菜单1中选择“标定”，按 ? （回车键）→进入标定界面，选择“延时”，按 ? →进入标定的延时界面，[探头型式]设定“斜”，

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[标称距离]设定为“100”，按 ? →进入标定的检测界面，把斜探头放置CSK－IA试块上（图5－9），找出R100回波最高点，选择[A门位]，调节万能旋钮，使门线移至回波上，选择“延时”，按下 ? ，完成斜探头延时校正。

图5－9 斜探头延时校正

3．探伤灵敏度调节

可采用试块调节法或现场钢轨调节法，前者适用于数字型通用探伤仪，但要注意现场探伤灵敏度修正；后者适用于模拟型通用探伤仪或现场探伤仪灵敏度检验。

（1）试块调节法

将CHT－5试块B区5号横孔反射波调整到满幅度的80％（图5－10），然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿(一般为2dB～6dB)，作为探测焊缝轨头部位的探伤灵敏度。

图5－10 单探头轨头探伤灵敏度校准

注意：如果探测面过于粗糙，灵敏度提高2 dB～6 dB不足以补偿耦合损失或无法确定补偿值时，需对探测面打磨处理。无法打磨或钢轨材质不同时，则应对耦合损失

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和材质损失进行实际测试（可利用对穿波、直达波、底波和棱角波等测试），并根据测试值进行补偿。

（2）现场钢轨调节法

在被探焊缝钢轨底角上进行调节（表面粗糙度要与焊缝探测面相近），探头横向放置于轨底角上（图5－11），探头入射点距边10mm左右，找出对边轨底角边回波最大值，显示在荧光屏刻度5.0 左右，调节仪器[增益]、[衰减器]，使轨底角回波80%，增益20dB，作为探测焊缝轨头部位的探伤灵敏度。

图5－11 现场钢轨调节探伤灵敏度

4．探伤注意事项

（1）注意焊筋轮廓波的分析 在焊缝轨头探测中，遇有焊筋轮廓波明显延长或重复显示，除因焊筋轮廓不规则和焊碴影响外，多数是焊筋与母材间存在缺陷，应注意分辨，防止误判和漏检。

（2）注意焊筋轮廓波的干扰 尤其铝焊接头，不仅有对侧焊筋反射波，还会出现本侧焊筋端角波（图5－12），这是由于焊筋旁存在焊熘、焊碴引起。

图5－12 焊缝下颚本侧和对侧焊筋回波

5．缺陷定位

（1）模拟型通用探伤仪 根据缺陷回波前沿对准刻度值乘“25”，得出值为缺陷

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距探头入射点的水平距离（单位：mm）；乘“10”可得缺陷距探测面的垂直距离（单位：mm）。

（2）数字型通用探伤仪 可将门线移到缺陷回波上，即可从荧光屏右侧检测数据显示区直读缺陷距探头入射点的水平、垂直距离（单位：mm）。

6．缺陷定量

缺陷直径较小时，采用当量法确定缺陷大小，根据缺陷回波与试块人工孔回波比较，得出缺陷当量大小；缺陷直径较大时，用延伸度法确定缺陷大小，根据缺陷波在荧光屏上位移量直读出缺陷的垂直高度，缺陷横向宽度可按钢轨核伤校对方法确定。

二、焊缝轨头双探头法

双探头K型探伤方法适用于上下（或左右）表面平行、两个表面都可作为探测面的工件，且缺陷反射面与探测面垂直的片状缺陷检测。

（一）焊缝轨头探伤扫查

K型探伤由两个斜探头（常用K1探头）一发一收组成，探头分别置于钢轨轨头两个测面上(图5－13)。探伤时两个探头同时同速纵向移动，可实现对钢轨轨头某一区域的探伤。

图5－13 双探头K型探伤示意图

一对探头相对位置不变时，只能探测某一区域，要完成整个橫截面的探测，可采用两个探头按一定规律放置的方式进行扫查（图5－14）。探伤前根据焊缝宽度、扫查密度、探头折射角、探头声束宽度和扫查声束覆盖面，计算出扫查次数和入射点位置：

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1．扫查次数 设工件厚度为T，探头折射角为β，探头声束宽度为ｄ，两次扫查声束有不小于15%的覆盖，则扫查次数（X）为：

X?1.15TSin?（取整数） d2．入射点的位置 为使扫查最有效，一般取声束中心处于焊缝扫查区域的中心，则声波入射点的位置，A探头（YA）和B探头（YB）分别为：

YAn?(n?0.5)11Ttg?、YBn?{1?(n?0.5)}Ttg?

XX

图5－14 K型探伤入射点示意图

如：钢轨轨头宽度为73mm、探头声束宽度为10ｍｍ、探头折射角为45o，根据扫查次数公式计算为“6”，说明该断面必须进行6次扫查才能完成整个断面探测；根据入射点位置计算公式可得出探测面一则YA1、YA2、YA3 、YA4、YA5、YA6和另一侧YB1′、YB2′、YB3′、YB4′、YB5′、YB6′6对个入射点位置，将A探头入射点对准入射点“YA1”，B探头入射点对准入射点“YB1′”，可实现对工件1区的扫查（图5－15）；然后A探头入射点对准入射点“YA2”，B探头入射点对准入射点“YB2′”，可实现对工件2区的扫查；??最后A 探头入射点对准入射点“YA6”，B探头入射点对准入射点“YB6′”，可实现对工件6区的扫查。

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图5－15 轨头K型探伤扫查

（二）焊缝轨头正常回波显示

轨头焊缝内无缺陷时，A探头发射的超声波经轨头侧面向前反射，B探头接收不到回波，荧光屏无任何回波显示(图5－16)。

图5－16 K型探伤正常回波显示

（三）焊缝轨头缺陷回波显示

当轨头内有垂直于纵向的片状缺陷，且缺陷正处于探头扫查区内时，A探头发射的超声波经缺陷反射后被B探头接收，扫描线上显示缺陷回波(图5－17a)，当缺陷处于探头扫查区外，虽然A探头发射的超声波能在缺陷上产生反射，但无法被B探头接收，因此无回波显示(图5－17b)。

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图5－17 K型探伤缺陷回波显示

（四）焊缝轨头双探头法探伤举例 1．扫查次数确定

60kg/m轨轨头宽度为73ｍｍ，若探头声束宽度为10ｍｍ、探头折射角为45o，则扫查次数X?1.15TSin?73?Sin45??1.15?5.9，扫查次数取整数为“6”。

10d2．入射点位置确定

73tg45??6mm，YA2＝18ｍｍ，YA3＝30ｍｍ，YA4

61＝42ｍｍ，YA5＝54ｍｍ，YA6＝66ｍｍ，YB1?{1?(1?0.5)}73=67ｍｍ，YB2＝55ｍ

6YA、、YB分别为YA1?(1?0.5)ｍ，YB3＝43ｍｍ，YB4＝31ｍｍ，YB5＝19ｍｍ，YB6＝7ｍｍ。

3．工作状态设定

（1）模拟型探伤仪 仪器面板《探测范围粗调》置于“250 mm”；[发射强度]置于“强”；[增益]置于“最大”；[抑制]设定在“动态范围12dB”；[工作方式]置于“

”。

（2）数字型探伤仪 在菜单1中设定仪器的工作状态。[工作方式]设为“ 双”；[阻尼]设为“400Ω”；[发射能量]置于“强”；[探头频率]设为“2.5MHz”。

4．探测范围调试

（1）模拟型探伤仪 K1斜探头按声程1∶2。将[工作方式]置于“

”或“

”，

探头置于CSK－IA试块上（图5－18），找出R100回波最高点，调节探伤仪[增益]、

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[衰减器]，使R50回波波幅为满幅50%；调节探伤仪[探测范围细调]、[脉冲位移]，使R50、R100回波前沿对准荧光屏刻度2.5、5.0，则探伤仪探测范围调节完成。此时，荧光屏满刻度显示声程距离为200 mm，且深度比例为1∶1.4，即探伤仪最大探测深度为140 mm，满足探伤需要。调节完成后将[工作方式]置于“

”。

图5－18 K1探头声程1∶2调节

（2）数字型通用探伤仪 在菜单1中设定，[探测范围]为“200mm”，[探头型式]为“斜”；[K/折射角]按标称值设定45o；[声速]为“3230 mm”，[刻度]为“mm ”。

5．探伤灵敏度的校正

将GHT－1b试块上2号平底孔反射波高调整到满幅度的80％（图5－19），然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿（一般为2dB～6dB），作为轨头部位的探伤灵敏度。

图5－19 轨头K型探伤灵敏度校准

6．缺陷位置（ｈ）判定

根据探头距入射点到缺陷的水平距离（L）和探头折射角（β），计算出缺陷深度（图5－20）：ｈ＝L。因本例使用的探头折射角为45o，则h=L，探头距入射点到tg?缺陷的水平距离也就是缺陷距探测面的深度。

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图5－20（5T33） K型探伤定位示意图

7．缺陷大小（H）判定

根据探头确定缺陷上、下端点时，探头的移动距离（L’）和探头折射角（β），计算出缺陷高度（图5－21）：H＝探头移动距离也就是缺陷高度。

L'。应本例使用的探头折射角为45o，则H=L’，tg?

图5－21 K型探伤定量示意图

上述确定缺陷的深度和高度准确性不是很高，主要是因双探头K型扫查是以定点扫查为准，缺陷回波时两个探头的声束交点不一定在缺陷的中心（定位），或缺陷两个端点上（定量），所以准确性受到一定的影响，要使定位定量精度更高一些，可采用增加扫查密度来提高定位、定量准确性。

三、焊缝轨头多探头法

由于双探头法K型探测轨头的实际操作不够简便，目前多数采用两个6晶片组合探头分别放在轨头两侧，六发六收探头一一对应，实施K型扫查，可对轨头部分断面检查（图5－22）。因每对探头折射角相同，缺陷反射回波声程相近，因此，具有每一对探头回波位置相近的现象。要区别缺陷的部位，可根据手动控制探头或仪器自动显示的方式来完成。

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图5－22（5T42） 轨头K型探伤示意图

多探头K型探伤的探测范围、灵敏度调节可参考双探头K型探伤方法。 缺陷存在部位和大小与回波显示有一定规律，掌握好伤波显示规律是准确判定伤损的关键。如探头1－1′、6－6′有回波说明缺陷处于轨头靠近侧面的地方；探头3－3′、4－4′有回波，说明缺陷处于轨头中心；钢轨焊缝中有单个小缺陷时，只有一对探头有回波，其它探头无回波显示；钢轨焊缝中有分散形小缺陷时，会有多对探头产生回波，且回波探头呈不连续，如探头1－1′、3－3′、5－5′有显示，探头2－2′、4－4′、6－6′无显示或反之；钢轨焊缝中有大缺陷时，探头回波呈连续显示。如果仪器探测范围按深度1∶1调节，则回波一般出现在荧光屏刻度3.5左右。

第三节 钢轨焊缝轨腰探伤**

钢轨焊缝轨腰缺陷的检测，对体积形缺陷，可使用直探头反射式或双K1探头“V”型穿透式探测；对片状缺陷，可使用串列式反射法检测。

一、焊缝轨腰单探头法

采用单晶片直探头，对焊缝缺陷进行检测，该方法主要适用于铝热焊焊缝体积形缺陷、粗晶检测。

（一）焊缝轨腰探伤扫查

直探头置于轨面纵向中部（图5－23），距焊缝中心两边各50 mm的区域内，纵向缓慢移动探头进行扫查，利用直探头反射式探伤法，检出焊缝中反射面与探测面平行的缺陷；利用直探头穿透式探伤法，检出焊缝中粗晶、缩松等缺陷。

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图5－23 直探头探伤示意图

（二）焊缝轨腰正常回波显示

直探头在焊缝探伤中，焊缝中无缺陷时，荧光屏除始波外，同时还会显示轨底反射回波（图5－24）。由于铝热焊筋凸出轨底，直探头在焊缝上时，轨底波出波位置会稍微向后移动。

图5－24 直探头正常波形显示

（三）焊缝轨腰缺陷回波显示

当直探头检测有缺陷的焊缝时，会发生以下回波显示： 1．缺陷波与轨底波共同显示

当焊缝中有平面状的小缺陷，会出现轨底波和缺陷波同时显示的现象（图5－25），这是因缺陷较小，部分声束受缺陷阻挡，另有部分声束仍然在轨底面上反射。

图5－25 直探头有小缺陷波形显示

2．只有缺陷波显示

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当焊缝中有较大平面状的缺陷，会发生轨底波消失，只有缺陷波显示的现象（图5－26），这是因缺陷较大，声束被缺陷阻挡，因此无轨底反射波显示。

图5－26 直探头有大缺陷波形显示

3．无缺陷波和无轨底波显示

造成无缺陷波和无轨底波的异常显示现象有两种原因：一是当铝热焊焊缝中有粗晶、缩松等缺陷，会发生轨底波下降或消失的现象（图5－27a），这是因粗晶、缩松发生散射作用，致使声波无法在轨底上产生足够的反射能量，造成轨底波下降或消失；二是焊缝中存在倾斜性片状缺陷，部分声能因缺陷反射（图5－27b），使入射声束无法在轨底面上的反射，造成轨底波消失。

a b 图5－27 直探头透声不良波形显示

（四）焊缝轨腰单探头法探伤举例 1．工作状态设定

（1）模拟型通用探伤仪 仪器面板《探测范围粗调》置于“250 mm”；[发射强度]置于“强”；[增益]置于“最大”；[抑制]设定在“动态范围12dB”；[工作方式]置于“

”或“

”。

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（2）数字型通用探伤仪 在菜单1中设定仪器的工作状态。[工作方式]设为“单”， [阻尼]设为“400Ω”，[发射能量]置于“强”，[探头频率]设为“2.5MHz”。

2．探测范围调试

（1）模拟型通用探伤仪 用K2.5斜探头按水平1∶2.5调节（操作方法见第二节），探伤仪调节后，它相当于纵波声程比例约为1∶4.9。但是，零位有偏差，由于K2.5探头斜楔块声程与直探头保护膜声程不同，致使它们的零位不一样，约有2 mm误差。

测试直探头的零点误差方法，当K2.5探头按水平1∶2.5校正后，换接直探头，并将直探头放置CSK－IA试块上（图5－28），使厚100 mm二次底面回波显示，波幅大于50%，读第一次底面波B1和第二次底面波B2，直探头的零位误差ΔB=B2－2B1）。

图5－28 直探头零位误差测量

（2）数字型通用探伤仪 在菜单1中设定，[探测范围]为“200mm”，[探头型式]为“直”；“声速”为“5900 mm”（为使定位更精确，可按被检测材料声速设定），“刻度”为“mm”。

3．探伤灵敏度调节

将GHT一5试块A区7号横孔反射波高调整到满幅度的80％（图5－29)，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿(一般为2 dB～6 dB)，作为直探头焊缝轨腰探伤灵敏度。

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图5－29 铝热焊直探头探伤灵敏度校准

4．探伤注意事项

（1）注意探伤中各环节检查 仪器、探头工作不正常、探头与轨面耦合不良等都会影响探伤效果。

（2）注意焊缝外观与仪器的回波分析 焊缝探测面范围内如轨面粗糙不平、轨底有坑洼以及轨底焊筋两侧的焊碴与母材紧紧粘连有可能引起异常报警，探伤时应认真分析，以免误判。

5．缺陷定位

（1）模拟型通用探伤仪 根据缺陷回波刻度值加扫描线零点误差乘以4.9，得出值为缺陷距轨面的垂直距离。

（2）数字型通用探伤仪 可从荧光屏检测数据显示区中直接读出缺陷距轨面的深度。

6．缺陷定量

根据缺陷回波幅度来确定缺陷大小，缺陷直径较小时，用当量法确定，缺陷直径较大时，用延伸度法确定。

二、焊缝轨腰双探头法

焊缝轨腰双探头采用串列式反射法，该方法适用于探测焊缝中垂直轨面的片状缺陷，如焊缝中的未焊合缺陷。

（一）焊缝轨腰探伤扫查

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串列式探伤与K型探伤有异曲同工之效，不同的是使用两个探头放置同一探测面上，利用轨头侧面反射作用来探测轨头中的缺陷。两个探头一发一收组成，纵向排列置于被探测轨头的测面上(图5－30)，探伤时两个探头保持一定的间距同时纵向移动，可实现对轨头某一区域的探伤。

图5－30 双探头串列式探伤示意图

通过调整两个探头间距，可完成全断面的扫查。由于轨腰焊缝高度较大，使用扫查架可方便整个断面的扫查。探头扫查装置放于轨头顶面中心线，扫查架零点对准需要探测截面上（图5－31），通过旋转扫架上的调节轮盘，使两个探头以相同的速度相对移动，利用两个探头一发一收反射式探伤法，检出钢轨腰投影范围内的缺陷。

图5－31 双探头串列式反射法探测

接触、气压焊焊缝探测时，选择轨面状态较好的一侧，扫查架零点对准焊缝中心扫查1次（焊缝中心易出现垂直于轨面的片状缺陷）；铝热焊焊缝探测时，需对焊缝进行2次扫查，扫查架零点对准距焊缝中心12.5mm处进行1次扫查，然后将扫查架放置于焊缝的另一侧再扫查一次（焊前轨端预留间隙25mm的焊缝，钢轨母材端面上易出现片状缺陷）。

（二）焊缝轨腰正常回波显示

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探测截面上无缺陷时，发射的超声波经轨底反射后继续向前传播，无法被另一个探头接收，因此，荧光屏除始波外无任何波形显示。

（三）焊缝轨腰缺陷回波显示

当探测截面上存在垂直于探测面的片状缺陷时，反射波进入接收探头（图5－32），仪器显示缺陷回波。

图5－32 串列式探伤缺陷回波

（四）焊缝轨腰双探头法探伤举例 1．工作状态设定

模拟、数字型通用探伤仪设定方式与轨头K型探伤方法相同。 2．探测范围调试

（1）模拟型探伤仪 K0.8斜探头按声程1∶3。将[工作方式]置于“

”或“

”，

探头置于CSK－IA试块上（图5－33），找出R100回波最高点，调节探伤仪[增益]、[衰减器]，使R50回波波幅为满幅50%；调节探伤仪[探测范围细调]、[脉冲位移]，使R50、R100回波前沿对准荧光屏刻度“3.3”、“6.7”，则探伤仪探测范围调节完成。此时，荧光屏满刻度显示声程距离为300 mm，满足探伤需要。调节完成后将[工作方式]置于“

”。

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图5－33 K0.8探头声程1∶3调节

（2）数字型通用探伤仪 在菜单1中设定，[探测范围]为“300mm”，[探头型式]为“斜”；[K/折射角]按标称值设定38o；[声速]为“3230 mm”，[刻度]为“mm ”。

3．探伤灵敏度调节

（1）试块调节法 将GHT－1a试块上距轨底40mm的4号平底孔反射波高调整到满幅度的80％（图5－34），然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿（一般为2dB～6dB），作为轨腰部位的探伤灵敏度。

图5－34 轨腰串列式扫查探伤灵敏度校准

（2）现场钢轨调节法 将探头放置被探钢轨轨面上（图5－35），A探头发射声波直接被B探头接收，前后移动探头使回波达最高，调节衰减器使回波高达80%，然后释放24ｄB。

图5－35 双探头串列式轨腰探伤灵敏度调节

4．探伤注意事项

（1）注意探伤设备检查 探伤前检查仪器、探头和扫查架，看仪器设定是否在“双”，扫查架是否被撞歪斜，探伤灵敏度是否校正准确。

（2）注意探测面的观察 探测面粗糙、不平，影响超声波的入射，使回波能量

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降低，因此，遇上述问题应对探测面进行打磨处理，提高探伤灵敏度，确保轨腰焊缝缺陷检出。

5．缺陷定位

根据回波显示时扫架刻度尺指示值，读取缺陷离轨面的深度。 6．缺陷定量

根据回波起点到终点显示时，扫查架刻度尺指针移动距离确定，但该值精确度受工件表面、仪器灵敏度、探头折射角、探伤偶合等多方因素影响。

三、焊缝轨腰多探头法

轨腰焊缝探伤采用两个6晶片组合探头放在轨顶面中心，实施串列式扫查，可完成轨腰部分探伤（图5－36）。该方法与前面介绍的轨腰串列式探伤方法原理相同，只是使用多组探头完成轨腰焊缝缺陷检测，优点是不需要移动探头，缺点是扫查密度不高。

图5－36（5T43） 轨腰串列式探伤示意图

轨腰串列式探伤的缺陷存在部位和大小与回波显示有一定规律，不同探头回波说明伤损存在部位。如探头1—1′有回波说明缺陷处于靠近轨面的地方；探头6—6′有回波说明缺陷处于靠近轨底的地方；探头3—3′有回波，说明缺陷处于轨腰中心部位；钢轨焊缝中有小缺陷、分散形小缺陷和大缺陷时，回波显示与轨头串列探伤有些相同，这是因为虽然探头放置部位不同。

第四节 钢轨焊缝轨底探伤**

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钢轨焊缝轨底是常规探伤无法检测的部位，通常使用通用探伤仪，配单个K值探头进行反射式探测；也可使用双探头或多探头进行K型探伤。

一、焊缝轨底单探头法 （一）焊缝轨底探伤扫查 1．扫查部位划分

为了明确焊缝轨底各部分扫查，将轨底分成二大部分：一是轨底二侧（简称轨底角），另一部分是轨腰与轨底连接部分（简称轨底三角区），根据轨底角和声束宽度对应关系，确保轨底角得到全面扫查，又将轨底角划分6个探测区（图5－37 a），使用一个K2.5探头，分别按不同的偏角和位置进行纵向移动探头扫查，利用二次波探测焊缝上半部分，一、三次波探测焊缝下半部分（图5－37 b）。

图5－37（5T16） 轨底扫查区划分和声束方向示意图

2．扫查方式

轨底角使用K2.5探头扫查要求和作用见图5－38和表5－5。

图5－38（5T17） K2.5探头轨底角扫查声束方向示意图

表5－5 K2.5探头轨底角扫查要求和作用

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扫查 区域 1区 2区 3区 4区 5区 6区 探头入射点 距 轨 脚 边 10mm 10mm 20mm 40mm 40mm 40mm 探头偏角 向外偏10° 偏角为0° 偏角为0° 向外偏15° 向外偏8° 偏角为0° 探头移动范围 (距焊缝中心) 40~110mm 40~110mm 40~110mm 40~130mm 40~130mm 40~130mm 使用声波 二、三次波 二、三次波 二、三次波 一、二次波 一、二次波 一、二次波 探测范围 (距轨底角边) 0~15mm 10~25mm 20~35mm 30~45mm 40~55mm 50~65mm 从扫查要求可知，1个轨底角需进行6次扫查，焊缝两侧的四个轨底角共扫查24次，通过认真执行扫查方法，才能完成轨底角全面探测。

（二）焊缝轨底正常回波显示

探伤中只有熟悉和掌握焊筋轮廓波的显示规律，才能对焊缝轨底角缺陷回波做出正确判断。为使仪器荧光屏回波显示描述直观易懂，现以探伤仪按水平1：2.5标定，则荧光屏刻度深度比例为1：1。

1．扫查轨底角1～3区时，探头入射点距焊缝中心约65 mm左右（二次波），在荧光屏水平刻度3.0左右，显示焊筋上轮廓波（图5－39）；探头距焊缝中心约90 mm左右（三次波），在荧光屏水平刻度4.5左右，显示焊筋下轮廓波，当使用前沿长度小于12 mm的探头时，探头紧靠焊筋边，在荧光屏水平刻度2.0左右，显示一次波生产的焊筋下轮廓波，但该波并不是主声束在焊筋上的反射，而声束的前扩散部分反射，所以回波显示位置与实际深度有些不对应。

图5－39（5T19） 轨底角1～3区焊筋回波

由于轨底角1～3区厚度较薄，以及声束纵向有一定宽度，焊筋上、下轮廓波常会同时显示在扫描线上，随探头位移而移动。此外因焊筋几何形状不规则或推镏方式

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不同，以及扫描线校正误差，焊筋轮廓波的显示位置和幅度略有差异。

2．扫查轨底角4～6区时，探头入射点距焊缝中心约40 mm左右（一次波），在荧光屏水平刻度2.5左右（图5－40），显示焊筋下轮廓波；探头距焊缝中心约95 mm左右（二次波），在荧光屏水平刻度4.8左右，显示焊筋上轮廓波。

图5－40（5T20） 轨底角4～6区焊筋回波

（三）焊缝轨底缺陷回波显示 1．小缺陷波形显示

缺陷直径小于超声束宽度时，会出现缺陷波和焊筋轮廓波同时显示（图5－41），且缺陷波显示于焊筋轮廓波之前，两波间隔在一般为1.0左右，如两波间隔越小，则说明缺陷与对侧焊筋越近，反之，间隔越大，则缺陷越靠近本侧焊筋边。缺陷波显示在焊筋上轮廓波前，则缺陷在焊缝上方，若缺陷显示在焊筋下轮廓波前，则缺陷在焊缝下方。

图5－41（5T22） 轨底角焊缝小缺陷回波

2．大缺陷波形显示

由于缺陷对超声束完全阻挡，荧光屏上只显示缺陷波，而无焊筋轮廓波出现（图

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5－41）。

图5－42（5T23） 轨底角焊缝大缺陷回波

3．热影响区内缺陷波形显示

缺陷直径小于声束宽度时，荧光屏可同时显示缺陷波和焊筋轮廓波，如缺陷在本侧，缺陷波与焊筋轮廓波间隔距离达2.0及以上（图5－43 a）；缺陷较大时只显示缺陷波（图5－43b）；如缺陷在对侧，则缺陷波显示在焊筋轮廓波之后（图5－43c），可将探头放置在焊缝另一边，用二次波进一步复核确认。

图5－43（5T24） 轨底角焊缝热影响区缺陷回波

（四）焊缝轨底非缺陷回波识别 1．焊渣回波

轨底角上、下表面焊缝边留有焊渣，焊渣与母材粘连后，超声波在焊渣处会产生反射（图5－44）。焊渣回波波幅低、位移小，可通过定位和手模确认。

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图5－44（5T25） 轨底焊渣回波显示

2．油层回波

在轨底角探伤中，油质较厚和油污堆积于探头前沿时，会显示波幅较高、宽度较大的回波（图5－45）。油层波位移量不大，时有时无，可用手擦净油污予以识别。

图5－45（5T27） 油层回波显示

上述非缺陷回波，除了从波形的显示规律、特征上鉴别外，必须用钢尺测量和镜子照的方法确定回波信号的真假，以防轨头下颚，轨底角边沿和轨底热影响区缺陷的漏检。

（五）焊缝轨底单探头法探伤举例

轨底顶面距焊缝中心分别为200 mm探测面进行备制，清除表面铁锈、氧化皮和其它异物，使探测面粗糙度Ra不大于12.5μm。

1．工作状态和探测范围设定

轨底单探头工作状态和探测范围设定与轨头单探头工作状态和探测范围设定相同。

2．探伤灵敏度调节 （1）试块调节法

将GHT－5试块C区2号竖孔上棱角的二次反射波调整到满幅度的80％(图5－

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46)，然后根据探测面情况进行适当表面耦合补偿(一般为2 dB～6 dB)。

图5－46 轨底单探头探伤灵敏度校准

（2）现场钢轨调节法

调节方法与轨头单探头相同，探伤灵敏度释放量有所不同，轨底角1~3区探伤时，轨底角回波80%，增益10dB；轨底角4~6区探伤时，增益20dB。

3．缺陷定位

（1）缺陷中心位置 移动探头找出缺陷回波最高位置，模拟型通用仪根据缺陷回波前沿对准刻度值乘“2.5”，换算出缺陷距探头入射点的水平距离L；数字型通用仪可以从荧光屏显示数据中读取。然后用钢直尺量取缺陷的位置（图5－47）。

图5－47（5T28） 缺陷定位

（2）缺陷深度 按表5－6的方法确定。

表5－6 伤损定量方法

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（3）缺陷距边距离 在缺陷回波最高位置，将探头向轨底角边横移至缺陷回波跌落，量取轨底角边到探头中心的距离，另加修正量（表5－7），为缺陷离轨底角边的位置。

表5－7 测定缺陷距边修正量方法

偏 角 0° 扫查区 1~3 4~6 1~3 4~6 4~6 修正量计算 △L=0.1L △L=0.3L △L=－0.4L △L=－0.2L △L=0.01L 备 注 1、修正量计算中L是缺陷距入射点的水平距离， 2、修正量计算为负值，表示缺陷实际距边距离为测量探头中心距边距离减去修正量。 3、本方法适用于P60轨 向外偏15° 向外偏8° 4．缺陷定量

缺陷高度和宽度定量方法见表5－6，表中“ζ”表示时基线每1mm刻度代表的深度常数，由于K2.5探头按水平1∶2.5校正后，深度系数为“1”，因此，缺陷的垂直高度可根据回波位移量直读，但测定出的缺陷深度和高度受校对灵敏度、操作熟练程度和焊筋等因素影响，定量精度必须通过不断摸索才能提高。

二、焊缝轨底多探头法

轨底采用K型探伤方法，组合探头分别放在轨底两侧，六发六收组合探头一一对

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应，可实现轨底部分断面的伤损检出（图5－48）。轨底探伤与轨头K型探伤是一样，因此缺陷部位和伤损显示可参照轨头探伤。

图5－48（5T44） 轨底K型探伤示意图

由于钢轨底部是伤损的多发部位，且轨底宽度大于轨头，为了加强对轨底的探测，组合探头的晶片个数由6只增加到12只，构成两组六发六收探头（图5－49）。

图5－49（5T45） 两组探头轨底K型探伤示意图

这样可以把轨底探头看作是二套轨底探头合二为一，第一套轨底探头（简称为轨底Ⅰ），由发射探头的1、2、3、4、5、6和接收探头的①、②、③、④、⑤、⑥这六对晶片组成。第二套轨底探头（简称为轨底Ⅱ），由发射探头的1′、2′、3′、4′、5′、6′和接收探头的①′、②′、③′、④′、⑤′、⑥′这六对晶片组成。使用这种12只晶片的二合一轨底探头，提高焊缝探伤的扫查密度，对防止轨底焊缝伤损漏检是有利的。

第五节 钢轨焊缝探伤通用知识**

一、焊缝缺陷波形特征

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钢轨焊接工艺控制不良，在焊缝中会产生各种各样的焊接缺陷，不同的焊接方式产生的缺陷类型亦不相同。由于缺陷性质、形状和表面状态不同，每一种缺陷回波显示各有差异（表5－8）。

表5－8 焊缝缺陷波形特征

缺陷名称 气 孔 波 形 特 征 波幅稳定位移小，不同角度探测时，波形相似 在不同角度探测时，波幅会出现较大的变化。 回波松散，有些波峰呈树枝状 波幅不高或跳跃，有些呈多支波同时显示 波形单一稳定，波幅较低 过 烧 波跟宽大，波峰呈树枝状 裂 纹 波形稳定，强烈，有一定的波移量 图 示 夹 杂 缩孔疏松 未 焊 合 光斑灰斑 二、探伤注意事项

（一）注意探伤扫宽度和探测面备制

铝热焊焊缝扫查应遍及焊缝全宽度（宽度超过40mm焊缝的轨底两侧部位除外）；需要对距焊缝中心不少于200 mm的探测面进行备制，清除表面铁锈、氧化皮和其它异物，使探测面粗糙度Ra不大于12.5μm，确保探头耦合良好，提高探伤可靠性。

（二）注意扫查速度和力度

探头在探测面上移动速度小于100 mm/s，当扫查速度过快，不宜对回波识别，易造成焊缝内的缺陷漏检。同时，应给探头以适当和一致的压力，否则会导致接触不良或者使耦合层厚度发生变化，从而引起探伤灵敏度不稳定。

（三）注意扫查灵敏度和探伤灵敏度使用

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为便于发现缺陷，探伤扫查时应再增益4dB~6dB，作为扫查灵敏度，以提高伤损的检出率；当发现缺陷之后进行的各项测量时，必须在规定的探伤灵敏度下进行，以防缺陷定量误差。

（四）注意探伤仪回波显示的分析

轨头探测要掌握内、外侧焊筋波的不同显示规律，必须按水平计算值用钢尺定位，确认伤波和焊筋波，以防漏检和误判。

（五）注意探测面附近区域的探伤

从K型和串列式探伤原理中可知，探测面附近存在探伤扫查不足的区域，为了弥补这一不足，可采用单探头或组合探头的自发自收方式来完成对探测面附近区域的探伤(图5－50)，根据裂纹与探测面构成的直角反射特点来发现缺陷。

图5－50（5T48） 自发自收探伤示意图

（六）注意声束覆盖范围之外的区域检查

由于探头接触面和探测范围的限制，K型或串列式探伤中轨头上角、轨颚部位和轨底上部区域是探伤扫查困难的部位(图5－51)。应采用其它方法进行弥补探伤，确保焊缝缺陷的检出。

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图5－51（5T49） 串列式和K型探伤声束范围示意图

复 习 思 考 题

1．目前钢轨焊接有哪几种？它们焊接原理是什么？

2．铁道部BT/T1632－91《钢轨焊接接头技术条件》规定的焊接接头伤损标准有哪些内容？

3．移动式线下气压焊焊接工艺有哪些步骤？什么情况下应停止焊接重新处理端面？

4．铝热焊（法国）焊接工艺有哪些步骤？特殊条件下的铝热焊接要求是什么？ 5．钢轨焊缝探伤仪器有哪些技术要求？

6．钢轨轨头探伤采用几种扫查方法及其作用是什么？轨头焊缝缺陷回波有什么规律？

7．轨腰焊缝缺陷探伤方法有几种？双探头串列式探测如何确定轨腰缺陷的高度？

8．轨底探伤分几部分？轨底角分几个区及如何扫查？ 9．轨底角焊缝缺陷回波特点有哪些？如何识别？

10．轨底角焊缝探伤中会产生哪些非缺陷回波？简述这些回波的产生原因，波形特征及认别方法？

11．钢轨焊缝探伤应注意哪些事项？

12．分别说明双探头K型和串列式探伤的适用范围？它们在探伤方法上有哪些不同？

13．K型和串列式探伤方法在钢轨焊缝探伤中的选用原则是什么？

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14．钢轨焊缝采用K型和串列式探伤方法中应注意哪些事项？

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