双轨式探伤仪最佳检测灵敏度调节技术方法的研究

柴永强

摘要：近年来我段使用的RT18—D双轨式钢轨超声波探伤仪（以下简称双轨式探伤仪）大幅度提高钢轨探伤检测速度和工作效率。但是，在手动增益调节和自动增益调节的这两种探伤检测灵敏度现场作业过程中探伤检测效果并不理想，仪器电脑屏幕上会经常出现杂乱的波形图像显示现象，干扰了正常探伤检测时回波识别，也增加了数据回放分析的难度和工作量，极易造成伤损漏检。对此，我们进行探索和研究，通过实验和数据资料分析，研究双轨式探伤仪探伤检测灵敏度调节的最佳方法。

关键词：手动增益；自动增益；最佳检测灵敏度；

引言：我段从2017年开始使用RT18—D双轨式钢轨超声波探伤仪（以下简称双轨式探伤仪）以来，起初使用手动增益调节探伤检测灵敏度，在探伤检测中发现荧光屏经常会出现一些杂乱波形显示问题，探伤检测灵敏度有时高有时低，灵敏度高时会出现杂波增多的现象；灵敏度低时会造成伤损漏检。所以，针对这一问题我段成立攻关研究小组，专门研究双轨式探伤仪最佳检测灵敏度的调节方法，来实现双轨式探伤仪在最佳检测灵敏度下进行探伤作业。对于双轨式探伤仪灵敏度调节技术现阶段还属于待研究的新的技术方法。

1.手动增益调节和自动增益调节的检测灵敏度特点分析

1.1自动增益调节

自动增益调节是以一定草状波幅值确定的检测灵敏度，对于不同厂制钢轨来说，不同钢轨内部晶粒结构及尺寸差异很小，由此反射的草状波变化也不明显，故，自动增益下对于钢轨表面状态基本一致的草状波幅值变化对信噪比影响较小，草状波变化可忽略不计。但是，由于在役钢轨顶面状态不一致，很多地段钢轨上有鱼鳞伤损、曲线上股侧磨等会使超声波的透射能量减少甚至无法进入钢轨内部，这些不同程度的不良状态严重时造成草状波减弱或增强，使得灵敏度dB值易随之变化。所以，草状波幅值和灵敏度增益值时时都产生变化，变化较大时不利于缺陷的检测，增益过高时70°探头通道有时会产生幻象波，严重干扰了对正常回波图像的识别。

1.2手动增益调节

手动增益调节是操作人员通过按键或数字以某一固定的灵敏度示值进行设定显示到仪器的荧光屏上，并可根据线路上钢轨状态实时实地的调节，补偿或降低灵敏度。由于调节的探头通道较多，受人为影响因素较大，不易掌握和控制适当的检测灵敏度导致各作业组调节的灵敏度不能标准一致。在现场检测中根据线路钢轨表面状态盲目的进行耦合补偿，多数情况下造成电脑屏幕显示杂波多或正常波形无显示。我们探伤作业及管理中关注的往往是灵敏度示值，它指示了当前探伤仪器灵敏度设定的分贝数，但不能完全反应仪器状态是否可以检测到伤损。

2.动态标定实验和检测数据分析

对以上两种调节方法的特点和伤损检出能力不同的分析，确定采用自动增益调节和手动增益调节相结合进行实验，对双轨式探伤仪各探头通道灵敏度进行多次动态标定调节检测实验，收集不同幅值草状波和灵敏度示值下的各通道的波形图像显示数据资料，通过实验数据资料做为参考进行研究再试验，完成以手动增益调节方法作为双轨式探伤仪现场作业检出灵敏度调节的技术方法。

在手动增益和自动增益两种灵敏度调节方法的仪器探伤检测数据和技术指标进行比对分析，运行检测速度、草状波、灵敏度增益值、出波情况（回波点数和回波位移量）、耦合状态和探轮对中情况等测试数据。得出结论：一是自动增益调节下通过草状波可以判定各探头探伤灵敏度是否正常；二是自动增益调节下草状波的波幅为（18%~20%）时的各探头灵敏度示值可作为手动增益调节灵敏度标定的“参考值”。

3.确定手动增益调节为最佳检测灵敏度调节方法

对双轨式探伤仪现场作业电脑屏幕回波显示情况、探伤检测数据回放发现的问题及进行的动态标定采集的实验数据分析，确定了采用手动增益调节作为双轨式探伤仪现场探伤检测灵敏度的调节方法，并研究最佳的检测灵敏度调节技术。

3.1灵敏度调节的前提条件

影响双轨式探伤仪检出能力的因素有很多，往往这些因素也影响到缺陷的实际检测灵敏度，同时我们用标定好的灵敏度去现场作业还会受到轨面状态的影响。所以，要得到最佳的缺陷检测灵敏度需要做好以下几点：

3.1.1首先，要保证探轮与轨面间耦合良好；探轮竖直方向应与钢轨轨底垂直，如果探轮竖直方向与轨底不垂直时使探轮内探头晶片倾斜而改变声束方向和传播路径，造成试块上对称的人工伤损回波不一致。

3.1.2探轮对中是关键。探轮没有对中就不能兼顾探轮内向内和向外偏斜的4个70°探头声束发射方向及声束覆盖扫查的要求，这也是造成偏角70°探头扫查GTS-60SG试块上人工伤损回波不能一致的主要原因。（这里不考虑探轮内探头晶片自身的安装组合结构的原因）

3.2探轮对中

在实际探伤作业中轮探头对中很重要，对中偏差的大小直接影响到缺陷的检出。从前面表中实验数据看出左轮探头偏内侧的出波较好，偏外侧的探头出波不好，分析原因为探轮对中不良。右轮探头出波较好，说明右探轮对中较好。

由于探轮内探头装置结构的原因，对中时要兼顾探轮内向内和向外偏斜的4个70°探头晶片声束发射点位置及声束人工伤损扫查，保证能对各半轨头截面上人工伤损的声束均衡覆盖扫查。如果对中不良就会使向内或向外的斜70°探头声束在轨面上入射点位置偏离正常的位置，造成入射的超声波一二次波在轨头内声束覆盖区域发生变化导致轨头区域内一些部位无声束覆盖而形成盲区，从而不符合检测要求。

3.3对中检验

利用4个斜70°探头一次波检测GTS-60SG试块上轨头颚部内外侧位置对称的R4H2、R5H4人工刻槽的反射回波情况进行修正。若内侧和外侧轨颚人工刻槽4个斜70°探头出波显示近乎一致，则说明对中良好；若内侧和外侧斜70°探头出波显示为一侧探头出波好，另一侧探头出波差，回波显示差别较大时，则是探轮对中不良。此时需要对探轮继续做调整，调节探轮向出波不好的一侧微量横移，再测试。直至4个70°探头能对各半轨头截面上人工伤损的声束均衡覆盖扫查。

3.4最佳检测灵敏度调节

调节方法是在动态标定下进行，以GTS-60SG试块上人工伤损为基准。

第一步，利用自动增益调节方式，草状波幅值分别设定在18%、19%、20%，在运行速度为11.000km/h~15.000km/h范围内进行3次动态标定检测，依次记下左、右探轮每一次标定后各探头通道显示的灵敏度增益值，通过各探头对应通道灵敏度示值对比，选取各探头相应通道显示的最大探伤灵敏度增益值作为手动增益调节时须输入的灵敏度“参考值”。

第二步，完成手动增益灵敏度调节

进入手动增益调节模式，输入各探头对应通道灵敏度“参考值”，在运行检测速度为11.000km/h~15.000km/h范围内进行动态标定，以GTS-60SG试块上人工伤损回波B显图像点数作为手动增益调节灵敏度的参考图形，调节各探头通道的增益，使得电脑屏幕各探头通道出波显示和以草状波幅值为20%时的自动增益灵敏度下图像显示点数几乎一致，且各探头通道回波点数变化容许在±2点范围以内。手动增益调节灵敏度检出能力要求，在正常情况下能检出GTS-60SG试块上除15°上斜裂纹以外的各种人工缺陷。此时，该灵敏度就是手动增益调节的最佳检测灵敏度。确定双轨式探伤仪现场灵敏度在一定的dB值范围内以后，保证双轨式探伤仪在不同钢轨表面状态下的正常检测。按正常灵敏度标定，根据线路状态进行适当补偿，一般增益1-3 个 dB。

4.实施效果

手动增益灵敏度调节技术的运用，2022年11月14日，发现京包客专线下行，包头站137号道岔直尖轨跟端接头轨头外口核伤10mm，双轨式探伤仪电脑屏幕上回波图像显示，及时通知段调度和高铁线路车间进行更换处理，确保了高铁行车安全。一年时间里共计发现重伤钢轨5根，手动增益灵敏度调节技术的应用以来，各作业组反馈，现场作业探伤检测中电脑荧光屏上出现的杂乱的波形图像减少了，回波显示情况和伤损检出效果非常理想，有利于有用信号识别，提高了伤损检出能力。钢轨母材伤损检出率增高，而且发现的伤损当量逐渐变小，由原来的12mm当量缩小到8mm当量，大幅度减少断轨故障的发生。使整体钢轨探伤作业质量迈上了一个新的台阶。

5.总结

研究确定的双轨式探伤仪最佳检测灵敏度调节的方法，在双轨式探伤仪探伤灵敏度调整和钢轨探伤管理上探伤人员有章可循，有了统一的标准和工艺要求，准确地标定探伤检测灵敏度。提高了正常探伤检测时回波识别，及时发现伤损提高钢轨探伤检测速度和工作效率。同时，也降低了数据回放分析的难度和工作量，实时监控和评价钢轨探伤仪保持最优探伤灵敏度是保证探伤质量，防止漏检的关键。

参考文献：

• [1]黄荣。钢轨探伤仪计量检定注意事项分析[J]. 南方农机,2022(18)

• [2]左荣森。做好钢轨探伤仪计量检定工作[J]. 铁道技术监督,2004(11)

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