钢轨数字探伤仪器的基本原理及其运用管理的探讨

孙 斌 上海铁路局阜阳工务段

1 探伤仪使用情况

阜阳工务段地处皖西北大地，管辖京九、阜淮、淮南、青阜等线路，正线延长里程约900 km。探伤任务由段检查监控车间负责实施完成。

1991 年建段以来，阜阳工务段开始采用模拟探伤仪，并根据现场需求及伤损发展特点对模拟探伤仪的外观、性能、通道设置、探头配置等进行了改进。

模拟探伤仪使用了脉反射探伤仪工作原理，可多通道同时进行探伤工作，缺点是探伤全过程无法记录。

随着科学的发展与路局对先进技术的推广，阜阳工务段于2010 年开始使用数字探伤仪。

2 数字探伤仪的基本原理

数字探伤仪（数字式超声波钢轨探伤仪）是计算机技术和超声波技术相结合的产物。它是在模拟超声探伤仪的基础上，采用计算机技术实现仪器功能的精确和自动控制、信号获取和处理的数字化和自动化、检测结果的可记录性和可再实现性。因此，它具有模拟式超声探伤仪的基本功能，同时又增加了数字化带来的数据测量、显示、存储与输出功能。

数字式仪器与模拟式仪器相比的优势在于接收信号的数字化使超声波信号的存储、记录、再现十分方便，改变了传统超声检测缺乏永久记录的缺点；同时，也方便了信号的分析和处理，从而可从接收的超声信号中得到更多的量化信息；显示器不需要传统的示波管，使得仪器可小型化；仪器参数的数字式控制使检测参数可以存储，检测过程重现方便；还便于实现遥控等功能，为自动检测系统提供了更方便的条件。数字化使仪器功能可用软件不断扩展，可实现使一台仪器满足不同使用者的要求。

3 数字探伤仪的现场管理

3.1 使用设置

与模拟仪器具有显著不同的是，数字仪器在使用前需要进行设置。设置的内容主要包括：第一，全程记录，必须设置为“打开”，否则将关闭存储器的工作，失去记录功能。第二，报警速度、可调值，根据规定进行设置。第三，编码轮微调，如果编码轮记录有偏差则需要在此进行设置。第四，编码轮方向，根据情况设置“左”或“右”，设置错误则无法正常工作。第五，编码轮种类，编码轮共分为光电轮和磁旋轮两大类，根据实际配置选择。如果选择错误则会造成仪器非正常工作（设置还包括作业参数：线名、行别、里程、股别、作业人员等）。

3.2 里程标定

在作业过程中需要准确地记录作业里程，禁止抬机经过道岔现象的发生。否则，极有可能由于过道岔时抬仪器过岔心等情况造成记录里程与实际里程不匹配的情况。

为了便于在回放中对伤损进行准确定位，要求作业班实行1 km 进行一次里程标定的制度。每到公里牌即停机对里程进行一次校正。在站场内作业时因需要在各个股道之间往返，而目前使用的仪器又无法对股道、道岔号及走行路线做出明确标定，因此在站场内进行探伤时采用的是“时间记录法”。如果在某个时间点上发现疑似伤损，则在复核过程中即可快速锁定作业区段，将复核工作效率提高。

3.3 作业中做好标记

作业时按有关规定进行钢轨探伤。为了便于回放人员区分非缺陷回波，有利于现场复核时查找回波的地点，在探伤时对特殊处所出波应做好明确的标记，如焊缝、道岔等。如遇可疑波形应及时校对复核排查，是缺陷的打上相应的伤损标记，非缺陷回波打上放过标记，并做好情况说明通报回放工区。

3.4 作业完成后的数据下载

储存区最佳的下载时间是每天探伤后，下载时在仪器上插入U 盘，在管理界面的相应选项中选择数据下载命令即可。

4 数字探伤仪常见问题处理

（1）探头设置与B 超画图。经过断面时，有的70°探头出波明显异常，不是一条竖线而是划了一条大斜线，产生原因是仪器上探头的向前或向后设置与实际相反，调整探头的发射方向。

（2）编码轮的正反转与调校。编码轮的旋转方向需要进行设置，进入管理菜单，将正转变成反转或将反转变为正转。现场还遇到问题，推行1 000 m 后，记录里程会变为1 050 m 或950 m。遇到这种情况后，则需要校准编码轮，进入管理菜单系统参数调整，编码轮微调减少（或增加）5%，则可以解决这种情况。

（3）时钟芯片和存储器发生的故障及排除。有时候发生记录无法下载，或在现场设置了正确的时间和里程，而回放显示为乱码，这两种情况则有可能是时钟芯片存在的问题，更换时钟芯片可解决此问题。

（4）回放软件不完善。由于数字仪器毕竟是新生事物，特别是GT-2 仪器上道时间更晚，所以通过回放感觉到软件不完善的地方较多，如：仪器导出数据时容易出错，导致回放数据混乱；回放软件参数项不能真实反映现场作业状态；道岔标示不能反应道岔号；回放软件的查找功能不完善；解决办法：使用中发现问题及时与厂家联系，请厂家帮助软件升级。

5 数字探伤仪的制度管理

5.1 制定疑似伤损的分级制度

对于进入现场复核程序的伤损实行“伤损分级”制度，确认伤损为“A”级（如核伤、位移量大的螺孔裂纹、轨底横向裂等易引发断轨的伤损），必须在发现确认后最短时间内进行复核；其他疑似伤损为“B”级（除A 级以外的伤损），要下一周期内复核完毕。伤损等级必须在《疑似伤损通知书》（复核通知书）中明确注明。

5.2 制定各级管理职责

（1）线路科职责如下：通过对各班组重点作业地段的回放，对班组的作业质量进行评价；通过对车间与段的回放质量进行比较，对回放质量做出评价；指导车间进一步做好回放体系的健全和回放质量的提高工作；建立健全《伤损图片波形数据库》；通过回放比较同一区段不同执机人的检查效果；通过回放积累伤损变化规律等资料。回放覆盖率要求5%左右，薄弱区段不少于20%。线路科回放的要点：一是注意各班组的覆盖率要均匀；二是全段的防断重点区段。

（2）检查监控车间职责如下：要求车间将数据回放纳入月度安全分析会中，结合回放发现的问题进行研究，制订预防措施；车间要有一名干部（技术员）对数据回放工作总负责，对数据回放、信息上报、复核安排等工作进行协调安排；负责为数据库的建立健全提供各种必要的信息和资料；车间每月末将回放情况进行汇总（具体内容包括：通过回放发现疑似伤损的数量、经过现场复核的数量、现场未及时复核的疑似伤损数量、通过对回放的观察发现的作业中存在的问题、解决的措施等），并报线路科；车间要对现场判重伤的质量进行监督。回放覆盖率必须达到100%（均匀的原则上有重点地回放）。车间回放重点是：重点地段、技术力量较弱的班组、道岔区段、注意对发现问题整改情况的跟踪。

（3）回放工区职责如下：通过回放发现现场遗漏的伤损；通过回放对执机人的技术水平作客观评价。回放覆盖率必须达到100%，并在当日工作结束后最短时间内进行回放（24 h 之内）。工区回放重点是重点地段、现场有疑问的处所和技术力量较弱的人员。

（4）各级回放员的职责如下：发现现场遗漏的伤损；客观评价各作业班的作业质量；对作业班的作业时间、作业速度、现场灵敏度修正、判定伤损进行监督，发现不符合规定的要及时上报车间主任。

5.3 制定考核制度

（1）回放必须认真细致，本着“谁回放、谁负责”的原则，对疑似伤损和作业中存在的问题详细记录，并通知相关班组、督促作业班组进行反馈。

（2）工区自行回放并在回放中确认的伤损，按照段有关奖励规定执行，漏检人的处理由工区决定，并报车间。

（3）车间回放工区发现并确认的伤损，按照段有关规定奖励车间回放工区回放员，并根据车间自定的考核意见对责任班组进行考核。

（4）段回放发现并确认的伤损，伤损奖发给段回放员，并比照漏检标准，对下两级回放员和现场执机人员进行处理。

（5）现场发现较大的伤损（核伤直径大于12 mm，孔裂长度大于16 mm），应对上一周期数据进行回放，有显示但回放人员未发现的，对回放人员进行追责。考核金额根据现场具体情况及车间制定的考核意见确定。

（6）发生责任漏检或加固处所拉开情况，属探伤责任的，各级回放员与检查人责任共担。

（7）各级回放员通知的伤损，发现工区谎报、瞒报、漏报信息的，按照有关规定进行考核。

6 回放经验的体会

在全程回放过程中摸索总结出的几种常用方法如下：

（1）图形判定法。通过对《重伤图形数据库》的积累，找出核伤（或孔裂）的某些必备要素，只要具备了这些要素就可认定为重伤。这是使用了数字探伤仪的一大发展，标志着探伤技术向着通俗易懂的“图像学”进步。这样的资料积累多了，可以做一本便于携带的小册子，上面记录经典伤损的图形，现场发现异常后只要拿出小册子的有关内容和现场进行比较，如果确实符合伤损要素即可判伤（或通知复核确认）。

（2）长度测量法。主要用于判定无缝线路上的伤损，某处图形若无法判定是焊筋波还是伤损，则可用此法。测量一下该点前后的焊缝，如果长度在25 m 左右，则可判为焊筋；如果小于此数，则必须要认真校对，考虑可能是重伤。

（3）台账比对法。如某地点出波比较明显，则可结合《擦伤等轻伤钢轨台账》等进行一下分析排除，如果地点能与台账地点吻合，则说明擦伤引起伤损的可能性比较大，提醒现场注意即可。又比如某处出波超乎寻常的大而现场未判重伤，这种情况首先应该考虑在《焊接接头台账》中找到。因为作业班漏的一般是小伤，太大的伤损漏检的可能性极低。此方法的要义是不能将回放孤立，在回放中要结合各种台账进行。

（4）前后比较法。“前”是指前一个或者几个周期；“后”是指本周期。前后比较法主要是指本次发现疑问处所但无法判定的，可找出前一个或几个周期的数据来进行比较（由于偏角70°探头是隔月调向检查，所以偏角70°应比较前2 个周期），如果有发展，就可判定为伤损。

7 实际工作中的效果检验

阜阳工务段在2011～2012 年的探伤工作中，由于正确合理使用了数字探伤仪，共发现疑似伤损232 处，其中段一级回放发现了23 处，车间回放发现209处，共通过回放发现重伤钢轨5 根，有效地避免了断轨事故的发生。此外还利用数字仪器回放发现了现场违反探伤一日作业标准化的诸多问题。由于我们在数字探伤仪的管理、使用、分析等环节采取了积极的措施，有效地控制了断轨事件的发生，确保了我段防断争零控零目标的实现。