超聲波探傷在機(jī)車(chē)無(wú)損檢測(cè)方面的應(yīng)用
超聲波探傷作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅具有穿透能力強(qiáng),、設(shè)備簡(jiǎn)單,、使用條件和安全性好、檢測(cè)范圍廣等根本性的優(yōu)點(diǎn)外,,而且其輸出信號(hào)是以波形的方式體現(xiàn),。使得當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)信號(hào)處理、模式識(shí)別和人工智能等技術(shù)能被方便地應(yīng)用于檢測(cè)過(guò)程,,從而提高檢測(cè)的度和可靠性,。
下面介紹超聲波探傷技術(shù)在機(jī)車(chē)檢測(cè)方面的應(yīng)用:在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用,在車(chē)輪缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用,,以及在輪輞缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用,。
1.超聲探傷技術(shù)在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用
我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)線路近七萬(wàn)公里,而且鐵路正在向高速,、重載的方向發(fā)展,。超期服役的鋼軌數(shù)量很大,線路上的鋼軌在承擔(dān)繁重的運(yùn)輸任務(wù)過(guò)程中,,不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見(jiàn)及看不見(jiàn)的損傷如側(cè)磨,、軌頭壓潰、剝離掉塊,、銹蝕,、核傷、水平裂紋,、垂直裂紋,、周邊裂紋等。
當(dāng)被檢鋼軌內(nèi)部有一個(gè)裂紋缺陷(或其他缺陷),,將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位(該面稱(chēng)作探傷面,、檢測(cè)面),探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號(hào),,超聲波穿過(guò)界面進(jìn)入被檢鋼軌內(nèi)部,,在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時(shí)都會(huì)有反射,反射信號(hào)被探頭接收后,,通過(guò)探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換,,就可以把缺陷信號(hào)和底波信號(hào)形象地顯示出來(lái),如圖4所示,。根據(jù)超聲波的聲程推算,,就可以輕易地將缺陷信號(hào)和底波信號(hào)區(qū)分開(kāi),然后通過(guò)超聲波試塊進(jìn)行定標(biāo),,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌缺陷的定位和定量,。
2.超聲探傷技術(shù)在車(chē)輪缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用
輪對(duì)是車(chē)輛走行部中zui重要的部件之一,對(duì)軌道車(chē)輛輪對(duì)的檢測(cè)并準(zhǔn)確地判斷其缺陷位置一直是鐵道運(yùn)輸部門(mén)非常重視的問(wèn)題。該系統(tǒng)采用電磁超聲探傷技術(shù),,實(shí)現(xiàn)輪對(duì)踏面的缺陷檢測(cè),,包括:踏面剝離及剝離前期檢測(cè);踏面表面及近表面裂紋檢測(cè),。
電磁超聲探傷系統(tǒng)利用超聲表面波的脈沖反射原理進(jìn)行缺陷檢測(cè),。當(dāng)輪對(duì)沿鋼軌運(yùn)行到探頭位置,輪對(duì)踏面接觸探頭的瞬間,,EMAT(電磁超聲探傷技術(shù))在車(chē)輪踏面表面及近表面激發(fā)出電磁超聲表面波脈沖,超聲表面波將沿踏面表面及近表面圓周以很小的損耗傳播,。如圖5所示,,超聲表面波在踏面雙向傳播(順時(shí)針和逆時(shí)針),沿車(chē)輪表面及近表面?zhèn)鞑?周后回到探頭位置,,EMAT探頭檢測(cè)到返回的超聲表面波后形成第1次周期回波(圖5中RT波),;未衰減的超聲波繼續(xù)沿踏面?zhèn)鞑ィ来涡纬傻?次,、第3次周期回波,,……,直到能量衰減到設(shè)備無(wú)法檢測(cè)為止,。
當(dāng)車(chē)輪踏面表面及近表面有裂紋或剝離等缺陷存在時(shí),,超聲波在缺陷端面處一部分能量被反射,沿原傳播路徑返回并被探頭檢測(cè)到,,形成缺陷回波(圖6中E波),;另一部分能量繞過(guò)缺陷端面繼續(xù)傳播,形成周期性回波(圖6中RT波),。通過(guò)正常的周期回波(RT)與缺陷回波(E)的對(duì)比分析,,可以定性分析當(dāng)前輪對(duì)的踏面缺陷狀況。
3.超聲探傷技術(shù)在輪輞缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用
隨著我國(guó)鐵路行車(chē)速度的提高,,尤其是動(dòng)車(chē)組的開(kāi)行給行車(chē)安全提出新的考驗(yàn),,轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件如輪輞、車(chē)軸,、軸承等局部位置承受更大的應(yīng)力,,要求檢測(cè)過(guò)程速度加快、檢測(cè)時(shí)間間隔變小,、檢測(cè)范圍擴(kuò)大,,給鐵路無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域提出更高的技術(shù)要求。
根據(jù)輪輞缺陷裂紋的走向特點(diǎn),,將輪輞缺陷分為三類(lèi),。
(1)周向缺陷:沿車(chē)輪踏面圓周方向并與踏面圓周方向平行;
(2)徑向缺陷:方向垂直踏面,與車(chē)輪直徑方向平行,;
(3)軸向缺陷:輪輞內(nèi)部與車(chē)軸方向平行,。
在探傷實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)在樣板輪上打平底孔,、刻槽的方式形成人工缺陷模擬輪輞的實(shí)際缺陷,,平底孔的直徑或刻槽的寬度與實(shí)際裂紋尺寸成當(dāng)量關(guān)系,相控陣探頭分別置于踏面(I)和輪緣內(nèi)側(cè)(II)進(jìn)行掃查,,樣板輪工缺陷如圖7所示,,缺陷①為距輪緣頂端40mm且垂直輪輞側(cè)面φ3mm深30mm的平底孔;缺陷②為距踏面10mm垂直輪輞側(cè)面φ3mm深30mm的平底孔,;缺陷③為距踏面50mm垂直輪輞側(cè)面φ3mm深90mm的平底孔,;缺陷④為輪輞與輪輻交接區(qū)域,朝踏面方向φ3mm,、孔底距踏面40mm的平底孔,;缺陷⑤為輪緣根部靠踏面?zhèn)?mm深周向刻槽,槽寬小于等于2mm,。根據(jù)超聲檢測(cè)脈沖回波反射的特點(diǎn),,周向缺陷采用縱波相控陣直探頭從踏面進(jìn)行掃查;徑向缺陷采用縱波相控陣直探頭在輪緣內(nèi)側(cè)面進(jìn)行掃查,;軸向缺陷采用縱波相控陣直探頭,、橫波相控陣斜探頭均能掃查到。
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