易凯 杨华 曾鹏 杨成 唐龙顺
成都地铁运营有限公司，四川 成都，610000
摘要：近年来，基于探测领域对于超声导波技术的进一步研究 和实验，超声导波技术在钢轨探伤工作中的应用力度日益提 高，尤其是在针对裂痕、擦伤、损耗以及断裂等常见钢轨损 伤时的优异探测表现，使得其已经得到了广大探测人员的认 可和重视。本文主要分析钢轨无损检测中的超声导波技术分析
关键词：钢轨探伤；无损检测；超声导波技术
引言
随着计算机信 息技术的发展，现代成像技术、人工智能技术、传感技术以及 神经网络技术在超声波检测中得到广泛应用，超声波检测技 术逐渐向数字化、智能化方向发展。
1、超声导波技术的基本概念和主要特点
1.1超声波检测
超声波检测技术原理是探头向被测构件内部发射超声波脉 冲，如果构件内部存在缺陷，由于声阻抗的不同，部分超声波将 在缺陷界面发生反射并被探头接收，通过分析反射信号中的幅 值与相位信息，就可以判断焊缝中缺陷的位置与大小。 超声波检测技术优势在于可以实现焊缝内部缺陷的检测与 定位。该技术对于面积型缺陷的检测效果较好 ，并且检测成本 低、速度快。但是超声波检测技术也存在一定的局限性，检测结 果不直观，缺陷的判读相对困难；缺陷的位置对检测结果有很大 影响，对于表面或近表面缺陷检测效果较差；对于形状不规则的 构件检测难度较大。
1.2超声导波技术的主要特点
2、与正常的超声波频率一样，超声波脉冲也可以在相对稳定的位置高速传输到固体、液体和气态体中。但是，由于传统超声波在介质温度和各种外部压力下传播不如超声波有效，因此超声波脉冲在稳定和变化的外部环境中相对定位较好，更适合实际钢。衰减特性也具有衰减特性，因为超声波严格意义上是一种能量来源。
3、无损检测新技术
2.1超声衍射时差
TOFD是一种新型超声波检测方法，它是利用超声波在待检 试件内部缺陷尖端的衍射现象来检测缺陷。焊缝检测过程中， 发射探头与接收探头对称布置在焊缝两侧，发射探头发射出斜 入射纵波，如果内部无缺陷，接收探头将依次接收到上表面的直 通信号和底面反射信号。如果内部有缺陷，接收探头在直通信 号与底面反射信号之间还将接收到缺陷上端与下端的衍射信 号。因此，通过信号分析与处理，TOFD不仅可以定位缺陷的深 度位置，同时可以计算缺陷的高度信息。TOFD检测技术采用脉冲传播时间检测缺陷信息，相对于采 用脉冲幅值常规超声波检测技术，该技术可以精确测量缺陷的 位置与大小，检测结果受信号强弱影响小，检测灵敏度高。但 是，TOFD检测技术难以判断缺陷的类型；对于复杂形状的焊缝 （如角焊缝）检测比较困难；
2.2超声相控阵
超声相控阵检测探头将多个压电晶片集成在一个探头中， 各个晶片按一定的时间和规律激发，形成一个扇形的声场覆盖 区域进行检测，通过调整超声入射角度，可以实现检测区域内的 扫查。超声相控阵检测结果经过数据的处理与分析，可以以图 像形式表达缺陷信息。超声相控阵检测技术优点在于采用电子扫查，检测速度快、 精度高，检测灵活性好，单次检测能够得到常规超声检测技术多 次往复扫查才能得到的效果，对空间局限部位可操作性较好；检 测图像可存储，便于检测记录存档。超声相控阵检测技术的缺 点主要在于设备操作与缺陷定量判读难度较大，对检测人员要 求较高，另外仪器设备成本较高。
2.3电磁超声
电磁超声检测技术原理是电磁超声换能器采用电磁信号激 励被检构件，在被检构件内部产生超声信号，超声信号在被检构 件内传播后被电磁超声换能器接收并重新转换为电磁信号，通 过信号分析与处理就可以得到被检构件内部缺陷信息。电磁超 声波的激励和接收机制有三种，即电磁力机制、洛伦兹力机制和 磁致伸缩力机制。与传统超声波检测技术相比，采用EMA技术 检测时无需与被检工件表面接触，也无需声耦合剂。另外，由于 EMA在特定条件下可激励产生表面波和板波，所以EMA检测技 术还适用于焊缝表面缺陷检测。EMA 检测技术也同样存在弊 端，换能效率低，且仅可应用于具有良好导电性能的材料。
3、超声导波技术在钢轨无损检测中的应用方法
3.1超声波无损检测技术在建筑工程桩基检测中的应用
桩帽是建筑项目的基础，承担建筑结构顶层的荷载。基础图块是一个不可见的专案，使设计品质检查变得困难。随着我国建筑业日益复杂，每一个环节都可能影响桩的质量。因此，需要对由孔质量、桩承载力和桩完整性组成的桩进行质量检查。当超声无损检测技术应用于桩身检测时，在相同的技术条件下使用超声波运动检测桩内不符标准品，如。b .声波传输时间、声波振幅和频率。超声波在桩基础上传播的速度与混凝土密度有关。当超声波迅速传播时，混凝土更为致密。另一方面，混凝土并不致密。桩结构中的间隙等问题可能会破坏混凝土砌块的完整性。超声测量条件在桩基传递过程中自动重定向到孔或裂纹，并反映在超声波传感系统接收器上。声传输路径延长，检测时间过长或超声波速度降低。
3.2超声波防护技术在铁路维修中的应用
铁路是我们的国家交通基础设施，到2018年，我们的铁路路线行驶13万公里。轨道是轨道交通的一个重要组成部分，可能会影响轨道的安全，因为轨道是由较宽的距离、较高的行车负荷、侧面循环、块剥离、腐蚀、垂直裂缝、外部断裂等造成的。将超声波检测仪探针放置在所测试轨道的其中一个检验面或表面上，当超声波运动通过检验面进入轨道时，将超声波焊接信号发送到所测试轨道上，如果轨道有缺陷或裂纹，当接收器收到超声波信号并发送到接收故障信号和原件的计算机端时，超声波信号会反射到探测器接收器上。由于超声波测距和声学对抗，故障信号可以与低频分离，并用超声波块定位，使轨道内故障的位置和数量能够快速确定轨道内故障的位置和大小，及时引导轨道进行预防性修复，确保轨道运行的安全性和稳定性。
3.3激励频率和脉冲模式选择
由于大多数钢导结构具有不同类型的脉冲，且超声波脉冲频率增加，因此在选择超声波技术进行无损钢检测时，应尽可能选择更合适的激励和脉冲模式，以确保对抗精度。实际研究结果表明，法线轨道通常包含八种模式，而排除不能集中在单个零件上的模式后，总计F3、T2和F2可用于轨道测试。同时，在重复频率调整后，选择70kHz作为超声脉冲的主要频率，在该频率下三种模式下脉冲速度一致。另一方面，也考虑了捕获精度等各种因素。此外还应注意，轨道头部以下的横向裂纹在检测过程中变得更加敏感，因为低频通常更适合检测横杆，而且在很大程度上可以避免轨道分离造成的质量损害。
结束语
当前导波缺陷检测正向着集成化、可视化 方向发展，缺陷成像技术应运而生。计算复杂、精 度高、传感网络密度高的导波相控阵成像、导波层 析成像，广泛应用在简单构件或结构热点突出区 域; 导波偏移成像、延迟叠加成像、加权分布诊断成 像普遍应用于大面积复杂结构。
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