钢轨焊缝缺陷及探伤方法

4.2.1焊缝缺陷
钢轨焊缝探伤（包括热影响区在内）时，会遇到各种各样的缺陷。根据缺陷形成的不同时期，习惯上常把它们分成如下三类。
（1）材质缺陷：主要有夹杂、疏松、裂纹等。
（2）焊接缺陷：焊接缺陷类型较多，主要有夹杂、疏松﹑缩孔﹑过烧﹑光斑、灰斑﹑未焊透和裂纹等。
（3）疲劳缺陷：即疲劳裂纹，裂纹源往往是上述焊接缺陷或材质缺陷。
从超声波探伤的角度来划分，往往根据形状把缺陷分为体积状（或点状）缺陷和平面状缺陷两大类：
（1）体积状（或点状）缺陷：主要有夹杂、疏松﹑缩孔﹑过烧等。
（2）平面状缺陷：主要有光斑、灰斑、裂纹、未焊透和疲劳裂纹等。平面状缺陷不仅减小了钢轨的有效截面，而且还可造成应力集中，使焊缝直接拉开或使钢轨折断，因而是最危险的缺陷。
    
4.2.2探伤方法
焊缝中的体积状缺陷比较容易探测，这类缺陷没有明显的方向性，只要有声波入射，就有一部分能量按原路返回，因而可以用普通的单探头法进行探测，与其他工件探伤或板材焊缝探伤没有明显区别。
 
图4.4体积状缺陷检测
    平面状缺陷的探测则要困难得多，其原因主要是平面状缺陷一般都平行于焊缝，只能用横波探头探伤，反射波会按反射定律在其他方向传播，无法直接返回探头。同一个探头无法收到反射波，除靠近界面的平面状缺陷可以利用直角反射使用单探头法进行探测外，平面状缺陷一般要用双探头法进行探测。

4.3平面状缺陷的探测
（1）直角反射
     当缺陷靠近工件某一界面时，可以利用直角反射进行探测。由于缺陷靠近界面，反射声波与入射声波在探测面上分开的距离较小，因而可以使用同一个探头进行接收。
（2）K型扫查
     两只探头分别放置在焊缝相对的两个探测面上，一只发射，一只接收，扫查时两探头需要相对或相背等速移动。
 
图4.7 K型扫查
（3）串列式扫查
    声波经缺陷和底面两次反射后反射到探测面，被另一只探头接收，两探头一前一后放置。扫查时，声波探测深度（探测点到底面的距离）h与两探头分开的距离L有如下关系：
 
    可见，两探头分开的距离越大，探测点越高；反之，分开的距离越小，探测点越低（离底面越近）。所以，当两探头有分到合或由合到分移动时，探测点就从焊缝上部到底部或从底部到上部进行一遍扫查。
 
图4.8串列式扫查
（4）阵列式扫查
    阵列式扫查是使用若干对探头对焊缝不同部位分别进行探测，无损检测资源网是串列式扫查或K型扫查的演变形式。其优点是不需要扫查装置，也不用移动探头。缺点是探头较长，耦合难度较大；且阵列式扫查属于分段扫查方法，声场在焊缝上的分布不够均匀，定位定量不如连续扫查方法准确。
 
图4.9阵列式扫查
双探头扫查的特点：
K型扫查和串列式扫查有如下两个显著特点：
（1）不管缺陷在焊缝的什么位置，声波传播的总距离都一样，回波在荧光屏上的位置也相对固定，因而给判伤带来极大方便。
串列式扫查时声波传播的总距离W刚好等于K型扫查时传播距离的2倍，W与钢轨的高度H和探头的折射角度β有关，如式：
 
（2）扫查时两探头需要相对或相背等速移动，手工操作难度较大，需经过熟练掌握；一般要借助专门的扫查装置。

4.4钢轨焊缝的分区探测
    对钢轨焊缝进行探伤时，一般是将焊缝划分为四个区域，或四种不同的区域类型，以采用不同的方式进行扫查，如图所示。
 
图4.10钢轨焊缝探伤分区
1区：轨腰及其延伸部分一般采用串列式进行扫查。在焊轨厂，若轨底允许放置探头，也可采用K型扫查。
2区：轨底部分一般采用K型扫查。
3区：轨底角部分一般采用单探头进行扫查，用一次波扫查轨底角下部，二次波扫查轨底角上部。
4区：轨头部分可从轨头两侧用K型方式进行扫查，也可以用70°探头按探测核伤的方式进行单探头法扫查。
    可见，钢轨焊缝探伤需应用单探头法和双探头法相结合进行探伤。