城市轨道交通车辆技术《钢轨焊缝超声波探伤作业标准》.docx
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城市轨道交通车辆技术《钢轨焊缝超声波探伤作业标准》
钢轨焊缝超声波探伤作业
1 范 围
TB/T2658的本局部规定了钢轨焊缝超声波探伤的工艺要求、探伤操作、缺陷处理、探伤报告等。
本局部适用于新焊钢轨焊缝(以下简称新焊焊缝)和在役钢轨焊缝(以下简称在役焊缝)的超声波探伤作业。
2 标准性引用文件
以下文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
但凡注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
但凡不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。
JB/T10061—1999A型脉冲反射式超声探伤仪通用技术条件
JB/T10062—1999超声探伤用探头性能测试方法
TB/T1632.1—2005钢轨焊接第1局部:
通用技术条件
TB/T2634—1995钢轨超声波探伤探头技术条件
3 工艺要求
3.1 根本要求
3.1.1 应采用单探头和双探头两种方法对焊缝进行扫查。
3.1.2 为保证焊缝探伤质量,焊缝两侧各400mm范围内,不宜钻孔或安装其他装置。
3.1.3 铝热焊焊缝扫查应普及焊缝全宽度(宽度超过40mm焊缝的轨底两侧部位除外)。
3.1.4 焊缝探伤应配齐备品,参见附录F。
3.1.5 新焊焊缝的探伤在推瘤和打磨以后进行,焊缝处温度应冷却至40℃以下,探测面不应有焊渣、焊瘤或严重锈蚀等。
轨头踏面、轨头两侧、轨底两侧和轨底角上部(30mm)应打磨至钢轨原始面。
3.1.6 在役焊缝探伤前应去除探测面上的油污和严重锈蚀等,扫查范围应以焊缝中心向两侧各延伸200mm。
在役焊缝可使用阵列探头或组合探头进行分段探测。
3.2 探伤人员
探伤人员应具有铁道部门无损检测人员技术资格鉴定考核委员会颁发的Ⅱ级或以上级别的技术资格证书,经专门的钢轨焊缝探伤技术培训,合格前方能独立承当钢轨焊缝探伤工作。
3.3 探伤设备、探头和试块3.3.3.1新焊焊缝扫查装置:
a) 用于工厂或基地焊焊缝:
应能对轨头、轨腰和轨底部位进行K型扫查。
b) 用于现场焊焊缝:
应能对轨头和轨底两部位进行K型扫查,能对轨腰部位进行K型扫查或串列式扫查。
3.3.3.2在役焊缝扫查装置应能对轨底部位进行K型扫查,对轨腰部位进行串列式扫查。
3.3.4 试 块
除CS-1-5试块和CSK-1A试块外,钢轨焊缝探伤还应配置(GHT-1和GHT-5比照试块(见附录A)。
比照试块应经铁道部主管部门认可的机构测试,合格前方可使用。
3.3.4.1 GHT-1双探头探伤试块
试块上的人工缺陷可加工在试块的两端,见附录A图A.1a)和图A.1b)。
3.3.4.2 GHT-5单探头试块
试块分为A、B和C三个区域,见附录A图A.2a),分别等同于TB/T1632.1标准中GHT-2、GHT-3和GHT-4试块,其中:
A区:
铝热焊焊缝0°探头区,等同于GHT-2试块,见附录A图A.2b)。
B区:
轨头和轨腰横波单探头区,等同于GHT-3试块,见附录A图A.2c)。
C区:
轨底横波单探头区,等同于GHT-4试块,见附录A图A.2d)。
3.4 扫查方式及要求
3.4.1 新焊焊缝
3.4.1.1 单探头法
a) 宜用K≥2横波探头从踏面或轨头侧面对轨头进行扫查和从轨底斜面上对轨底部位进行扫查。
b) 宜用K0.8~K1横波探头从钢轨踏面上对轨腰直至轨底进行扫查。
c) 对于铝热焊焊缝,另用0°探头从钢轨踏面上对轨头、轨腰直至轨底进行扫查。
3.4.1.2 双探头法
a) 宜用K0.8~K1探头从轨头踏面和轨底底面对轨腰部位进行K型扫查,也可从踏面上对现场
焊焊缝进行串列式扫查。
b) 宜用K0.8~K2探头从轨头侧面对轨头部位进行K型扫查。
c) 宜用K0.8~K1探头从轨底两侧面对轨底部位进行K型扫查。
3.4.2 在役焊缝
3.4.2.1 单探头法
a) 宜用K0.8~K1横波探头从钢轨踏面上对轨头、轨腰直至轨底进行扫查。
轨头部位也可用K
≥2横波探头从踏面上进行扫查。
b) 宜用K≥2横波探头从轨底斜面上对轨底部位进行扫查。
3.4.2.2 双探头法
a) 宜用K0.8~K1探头从轨头踏面对轨腰部位进行串列式扫查。
b) 宜用K0.8~K1探头从轨底两侧面对轨底部位进行K型扫查。
4 探伤操作
4.1 测距校准
4.1.1单探头法
调节仪器测距,使屏幕水平满刻度满足如下条件,调节方法可参见附录B。
a)轨腰和轨头探测,仪器测距应不小于横波声程250mm,或轨腰不小于深度200mm,轨头不小于深度60mm。
b)轨底探测,仪器测距不应小于横波声程125mm。
c)0°探头探测,不应小于纵波声程200mm。
4.1.2 双探头法
在GHT试块上探测试块端面或人工缺陷得到一参照波,利用仪器调节旋钮(如“扫描〞、“延迟〞等)或按键,将该参照波调整到屏幕便于观察的位置,如刻度线的6~8格之间。
4.2 探伤灵敏度校准
4.2.1 双探头探伤
4.2.1.1 轨腰部位
4.2.1.1.1 K型扫查:
将GHT-1a试块上距踏面90mm的3号平底孔反射波高调整到满幅度的 80%(如图1所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为轨腰部位的探伤灵敏度。
4.2.1.1.2 串列式扫查:
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%(如图2所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为轨腰部位的探伤灵敏度。
4.2.1.2 轨头部位
将GHT-1b试块上2号平底孔反射波高调整到满幅度的80%(如图3所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为轨头部位的探伤灵敏度。
4.2.1.3 轨底部位
将GHT-1a试块上5号平底孔反射波高调整到满幅度的80%(如图4所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为轨底探伤灵敏度。
4.2.2 单探头探伤
4.2.2.1 轨头和轨腰部位
将GHT-5试块B区(或GHT-3试块,下同)8号横孔(K0.8~K1探头)反射波高调整到满幅度的80%(如图5所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为K0.8~K1探头探测轨头和轨腰部位的探伤灵敏度。
将GHT-5试块B区5号横孔(K≥2探头)反射波调整到满幅度的80%(参照图5),然后根据探测
面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为K≥2探头探测轨头部位的探伤灵敏度。
4.2.2.2 轨底部位
将GHT-5试块C区(或GHT-4试块,下同)2号竖孔上棱角的二次反射波调整到满幅度的80%(如图6所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为轨底单探头探伤灵敏度。
4.2.3 铝热焊焊缝0°探头探伤
将GHT-5试块A区(或GHT-2试块,下同)7号横孔反射波高调整到满幅度的80%(如图7所示),然后根据探测面情况进行适当外表耦合补偿(一般为2dB~6dB),作为0°探头的探伤灵敏度。
4.2.4 特殊情况的处理
4.2.4.1 补 偿
如果探测面过于粗糙,灵敏度提高2dB~6dB缺乏以补偿耦合损失或无法确定补偿值时,那么需进行打磨处理。
无法打磨或钢轨材质不同时,那么应对耦合损失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。
4.2.4.2 其他扫查方法
采用其他方法扫查时,应能到达本局部4.2规定的探伤灵敏度和满足4.3工艺校验要求。
4.3 探伤工艺校验
探伤灵敏度校准后,应在试块上进行工艺校验,以使探伤操作或探伤工艺满足探伤要求。
对于双探头法,应能探测出GHT-1试块上各人工平底孔缺陷,且信噪比不低于10dB;对于单探头法,用反射法应能探测出GHT-5试块上各部位最远声程处的人工缺陷,且信噪比不低于10dB。
4.4 扫 查
4.4.1 在探伤灵敏度的根底上提高4dB~6dB作为扫查灵敏度,分别从焊缝两侧进行扫查。
4.4.2 单探头扫查时,除平行于钢轨纵向扫查外,也可偏斜某个角度进行扫查,并可适当左右摆动探头,以利于发现伤损。
4.4.3 当用双探头法探测铝热焊焊缝时,应对焊缝全宽度进行连续扫查或分段扫查。
分段扫查宜从焊缝两侧进行,也可从同侧进行,每段宽度一般不应大于15mm。
4.5 缺陷确定
4.5.1 缺陷位置确实定
4.5.1.1 单探头探伤
从仪器上读出声程W或深度h,然后按下述关系确定缺陷的位置:
h=cos………………………………………………………
(1)
l==sin=h•tan=Kh ………………………………………
(2)
式中:
h—缺陷的埋藏深度,单位为毫米(mm);
l—水平距离,单位为毫米(mm);
—声程,单位为毫米(mm);
-探头折射角度,单位为度(°);
K—探头K值,K=tan。
4.5.1.2 双探头探伤
测量探头距被探测部位(多数情况下为焊缝中心)的距离l,串列扫查时测量靠近焊缝的探头距被探测部位的距离l,那么缺陷在该探头侧的埋藏深度h为
h= …………………………………………………(3)
4.5.2 缺陷大小确实定
4.5.2.1点状缺陷当量直径的测定
4.5.2.1.1 距离波幅曲线法:
发现缺陷后,将仪器状态从扫查灵敏度降至探伤灵敏度,同时测量缺陷波与探伤灵敏度下基准波高的dB差值△,然后根据相对应的距离波幅曲线判定缺陷的当量大小,参照附录C。
4.5.2.1.2 计算法:
当缺陷的声程大于3倍探头近场长度时,可以用计算法判定缺陷的当量直径:
对于平底孔
df=dA•×10△/40……………………〔4〕
对于长横孔
df=dA•〔〕×10△/10…………………(5)
式中:
df——缺陷的当量直径,单位为毫米(mm);
af——缺陷的声程,单位为毫米(mm);
dA——校正探伤灵敏度所用人工缺陷的直径,单位为毫米(mm);
aA——校正探伤灵敏度所用人工缺陷的声程,单位为毫米(mm);
△——缺陷波比探伤灵敏度下基准波高高出的dB值。
4.5.2.2 相对3dB延伸度的测定
发现具有一定延伸度的缺陷时,用相对3dB法测量缺陷的延伸度,参照附录D。
5 缺陷判定
5.1 新焊焊缝
0°探头探伤铝热焊焊缝时底波比正常焊缝底波低16dB及以上或焊缝存在如下缺陷时,焊缝判废,应重新焊接:
a) 双探头探伤:
轨底角部位(20mm) ≥Φ3—6dB平底孔当量(即≥Φ2.1平底孔当量)
其他部位 ≥Φ3平底孔当量
b) 横波单探头探伤:
轨头和轨腰 ≥Φ3长横孔当量
轨底 ≥Φ4竖孔当量
轨底角(20mm) ≥Φ4—6dB竖孔当量(即≥Φ2.8平底孔当量)
c) 铝热焊0°探头探伤:
≥Φ5长横孔当量
d) 焊缝中存在平面状缺陷。
e) 缺陷当量比a)、b)、c)规定的缺陷低3dB或以内,但延伸长度大于6mm。
5.2 在役焊缝
5.2.1焊缝疲劳缺陷的当量到达或超过探伤灵敏度规定的当量时判为重伤,未到达时判为轻伤。
5.2.2焊缝焊接缺陷到达5.1规定的报废程度时,判为重伤,未到达时判为轻伤。
6 探伤报告
6.1 应详细记录每个焊缝探伤的有关情况,包括探伤条件、仪器设备、测试数据、探伤结果、处理意见等,并填写探伤报告。
6.2 探伤报告应按有关规定进行保存,一般不少于两年。
附 录 A
(标准性附录)
GHT型钢轨焊缝超声波探伤比照试块
技术要求:
1试块用60kg/m轨制作。
为加工人工缺陷方便,轨头和轨底可局部切除。
2不同试块上同一位置横孔或竖孔的反射波高相差不超过±1.5dB。
图A.2GHT-5型单探头试块
〔a〕GHT-5试块分区示意图
〔b〕GHT-5试块0探头区A区
〔c〕GHT-5试块轨头和轨腰探区B区
〔d〕GHT-5试块轨底探区C区
附 录 B
(资料性附录)
测距校准方法
B.1 模拟探伤仪
B.1.1 单探头
B.1.1.1 轨腰和轨头探测
B.1.1.1.1 按深度调节:
从GHT-5试块踏面上探测B区5号和8号横孔,前后移动探头,分别使两反射波最高并到达满幅度的80%,利用仪器“扫描〞和“延迟〞旋钮或按键,将两波前沿分别调节到与水平刻度线的3和8对齐。
此时仪器水平满刻度代表深度200mm。
B.1.1.1.2 按声程调节:
从1号标准试块上探测R100圆弧面,前后移动探头使R100圆弧面反射波最高,调节仪器增益或衰减器,使R100圆弧面一次和二次反射波波高分别到达满幅度的80%,利用仪器“扫描〞和“延迟〞旋钮或按键,将两波前沿分别调节到与水平刻度线的4和8对齐。
此时仪器水平满刻度代表横波声程250mm。
B.1.1.2 轨底探测
轨底探测宜采用声程调节。
从(CSK-1A试块上探测R50和R100圆弧面,前后移动探头使两圆弧面反射波最高,调节仪器增益或衰减器,使两反射波波高分别到达满幅度的80%,利用仪器“扫描〞和“延迟〞旋钮或按键,将两波前沿分别调节到与水平刻度线的4和8对齐。
此时仪器水平满刻度代表横波声程125mm。
B.1.1.3 直探头探测
从GHT-5试块踏面上探测A区5号和7号横孔,利用仪器“扫描〞和“延迟〞旋钮或按键,将两波前沿分别调节到与水平刻度线的4和8对齐,此时仪器测距水平满刻度代表纵波声程或探测深度200mm。
B.1.2 双探头
在GHT试块上探测试块端面或人工缺陷得到一参照波,利用仪器“扫描〞和“延迟〞旋钮或按键,将该参照波调整到屏幕一便于观察的位置,如刻度线6~8之间。
B.2数字探伤仪
调节仪器测距至适当范围,使被检部位的最远反射波能够显示在屏幕6~9格之间。
按仪器说明书探测试块上两个规定的反射波,然后按提示输入两反射波之间的距离(或声程)和试块声速等,按确认键完成测距校准。
附 录 C
(资料性附录)
距离波幅曲线制作和使用
C.1 距离波幅曲线制作
C.1.1 双探头
C.1.1.1 轨腰及其延伸部位
轨腰及其延伸部位距离波幅曲线制作步骤:
a) 以缺陷深度(或声程)为横坐标,以反射波幅度(以dB为单位)为纵坐标建立坐标系。
b) 用双探头法探测GHT-1a试块上某平底孔,如图C.1所示。
将该平底孔最高反射波调整到满幅度的80%,记录此时的衰减器读数(dB值)和平底孔的深度值。
c) 移动探头,探测GHT-1a试块上其他各平底孔,用衰减器(或增益器)依次将各平底孔最高反射波调整到满幅度的80%,其他与灵敏度有关的仪器旋钮、开关或按键等那么保持固定。
记录各孔最高反射波到达满幅度80%时的dB值和深度值。
d) 以测得的dB值为纵坐标,深度值为横坐标在坐标图上标出各平底孔所对应的点。
e) 将标出的各点连成平滑的曲线,并延伸到整个探测范围。
此曲线即为该探伤系统探测轨腰部位的距离波幅曲线。
图C.1轨腰及其延伸部位双探头距离波幅曲线制作
C.1.1.2 轨头部位
用GHT-1b试块1、2、3号平底孔制作,从轨头两侧面探测,如图C.2所示,方法同C.1.1.1。
图C.2轨头部位双探头距离波幅曲线制作
C.1.1.3 轨 底
用GHT-1a试块上5~8号平底孔制作,从轨底两侧面探测,如图C.3所示,方法同C.1.1.1。
C.1.2 单探头
C.1.2.1 直探头
用GHT-5试块上A区2~7号长横孔制作,1号孔仅作为选用孔,如图C.4所示,从踏面探测,方法同C.1.1.1。
图C.3轨底部位双探头距离波幅曲线制作
图C.4直探头距离波幅曲线制作
C.1.2.2 轨头和轨腰探头
用GHT-5试块上B区1~8号长横孔制作,从踏面探测,如图C.5所示,方法同C.1.1.1。
图C.5轨头和轨腰单探头距离波幅曲线制作
C.1.2.3 轨 底
参照C.1.1.1的方法,用一次波和二次波探测GHT-5试块上C区两竖孔与试块界面构成的上下棱角,并测出各棱角最高反射波到达满幅度80%时的dB值和声程(或深度),在坐标图上标出各棱角波所对应的点,然后将4个点连成平滑的曲线,并延伸到整个探测范围,如图C.6所示,即为该探测系统探测轨底部位的距离波幅曲线。
在找竖孔最高反射波时,应将探头向侧面偏转一定的角度。
图C.6轨底单探头距离波幅曲线制作
C.2 距离波幅曲线的使用
C.2.1 双探头探伤
双探头探伤时,使用距离波幅曲线判定缺陷大小的步骤如下:
a)求出缺陷深度或声程,测量缺陷波与基准波高的dB差值△。
b)根据所使用的探伤方法,在相应的距离波幅曲线上找出与探伤灵敏度相对应的点A,自A点 作一条比A点高△dB的水平线m。
轨底角部位那么作一条比A点高△+6dB的水平线m。
c)在横轴上找出与缺陷深度或声程相对应的点B,自B点作横轴的垂线n。
设m线与n线的交 点为C,如图C.7所示。
d)当C点处于距离波幅曲线下方时,该缺陷的当量直径小于3mm,否那么大于或等于3mm。
对于轨底角部位的缺陷,那么当C点处于距离波幅曲线下方时,缺陷的当量小于Φ3—6dB,否那么大于或等于Φ3—6dB。
图C.7距离波幅曲线的使用
C.2.2 单探头探伤
方法同本附录C.2.1。
对于轨底角部位的缺陷,须用△+6dB代替△作水平线m,当此时的m线和n线的交点C处于距离波幅曲线下方时,缺陷的当量小于Φ4—6dB,否那么大于或等于Φ4—6dB。
附 录 D
(资料性附录)
缺陷相对3dB延伸度测定
D.1 横向或水平方向延伸度测定
将缺陷最高反射波调至满幅度的80%,然后增益3dB,沿钢轨横向即左右方向移动探头,直至缺陷波幅再降至80%,测量探头横向移动的距离m1。
同时测量探头在同样声程处的点状缺陷(可以是GHT试块上与缺陷声程最接近的人工缺陷)上3dB声场范围内的横向移动距离n1,那么缺陷的横向延伸度L1可根据下式进行近似计算:
L1=m1-n1…………………………………………(D.1)
D.2 垂直方向延伸度测定
将缺陷最高反射波调至满幅度的80%,然后增益3dB,沿钢轨纵向即前前方向移动探头,直至缺陷波幅再降至80%,测量探头前后移动的距离m2。
同时测量探头在同样声程处的点状缺陷(或以是GHT试块上与缺陷声程最接近的人工缺陷)上的3dB声场范围内的前后移动距离n2,那么缺陷的垂直方向延伸度L2可根据下式进行近似计算:
L2=…………………………………………〔D.2〕
式中:
β——所用探头的折射角,单位为度(°)。
附 录 E
(资料性附录)
仪器和探头性能测试方法
E.1 探伤灵敏度余量测量
探伤灵敏度余量测量步骤:
a)使用2.5MHz、Φ20直探头和CS-1-5或DB-PZ20-2型标准试块。
b)连接探头并将仪器灵敏度置于最大,即发射置强,抑制置零或关,增益置最大。
假设此时仪器和探头噪声电平(不含始脉冲处的屡次声反射)高于满幅的10%,那么调节衰减或增益,使噪声电平等于满幅度的10%,记下此时衰减器的读数S°。
c)将探头置于试块端面上探测200mm处Φ2、平底孔,如图E.1所示。
移动探头使Φ2,平底孔反射波幅最高,用衰减器将该波调至满幅度的50%,记下此时衰减器的读数S1,那么该探头的相对灵敏度(探伤灵敏度余量)S为
S=S1-S0(dB)………………………………………(E.1)
单位为毫米
图E.1探伤灵敏度余量的测量
E.2 垂直线性误差测量
垂直线性误差测量步骤:
a)连接探头并在试块上探测任一反射波(一般声程大于50mm)作为参照波,如图E.2所示。
调节探伤仪灵敏度,使参照波的幅度恰为垂直满刻度的100%,且增益或衰减器至少有30dB的调节余量。
测试时允许使用探头压块。
图E.2垂直线性误差的测量
b)用增益或衰减器降低参照波的幅度,并依次记下每衰减2dB时参照波幅度的读数,直至衰减26dB以上。
然后将参照波幅度实测值与表E.1中的理论值相比拟,取最大正偏差d(+)、与最大负偏差d(-),那么垂直线性误差△d(%)用式(E.2)计算:
△d=|d(+)|+|d(-)|………………………………… (E.2)
c) 在工作频率范围内,改用不同频率的探头,重复a)和b)的测试。
表E.1
衰减量
dB 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
波高理论值
% 100 79.4 63.1 50.1 39.8 31.6 25.1 20.0 15.8 12.5 10.0 7.9 6.3 5.0
E.3 动态范围的测量
动态范围测量步骤;
a) 连接探头并在试块上探测任一反射波(一般声程大于50mm)作为参照波
b) 调节衰减器或增益器降低参照波,并读取参照波幅度自垂直满刻度的100%下降至刚能识别之最小值(一般约为3%~5%)时的衰减器或增益器的调节量,此调节量那么定为该探伤仪在给定频率下的动态范围。
c) 按a)和b)方法,测试不同频率不同回波时的动态范围。
E.4 水平线性误差测量
水平线性误差测量步骤:
a) 连接探头,并根据被测探伤仪中扫描范围档级的要求将探头置于适当厚度的试块(如DB-D1、DB-PZ20-2、CSK-IA试块等)上,如图E.3所示,再调节探伤仪使之显示屡次无干扰底波。
图E.3水平线性误差的测量
b)在不具有“扫描延迟〞功能
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