專利名稱：列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路列車車輪超聲波探傷檢測(cè)方法，具體是一種列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)車輪在線通過式探傷有兩種方式，一種是電磁超聲表面波探傷，當(dāng)車輪經(jīng)過電磁超聲波探頭時(shí)，在車輪表面激發(fā)出兩路相向而行的超聲表面波，能夠發(fā)現(xiàn)踏面下8mm范圍內(nèi)的徑向缺陷；二是陣列式超聲波探傷以專利201020147840.8方式，在一段探測(cè)軌道上連續(xù)布置多組超聲波探頭，當(dāng)車輪滾過超聲探頭的瞬時(shí)，該探頭激發(fā)并在車輪內(nèi)部產(chǎn)生一條聲束，聲束擴(kuò)散角范圍內(nèi)為被探查的區(qū)域，車輪滾過所有約450個(gè)不同種類的探頭后完成整個(gè)車輪的探傷。上述兩種方式都有很大的局限性。方式一只能檢測(cè)踏面下8mm范圍內(nèi)的缺陷，相對(duì)整個(gè)車輪檢測(cè)范圍很小，實(shí)際應(yīng)用局限性很大。方式二中應(yīng)用的探頭數(shù)量大，探頭自然狀態(tài)時(shí)上平面高于軌道平面，車輪到達(dá)時(shí)將探頭壓低，車輪碾過后探頭靠彈簧力恢復(fù)原位。為保證探頭與車輪圓弧面的貼合，探頭在周向上與軸向上都有運(yùn)動(dòng)，探頭與車輪直接接觸并伴隨上下方向、周向上與軸向上的運(yùn)動(dòng)從而造成設(shè)備的機(jī)械磨損，探頭與車輪間隙依靠噴淋到車輪表面的水進(jìn)行超聲耦合，耦合效果有一定的隨機(jī)性，不能保證穩(wěn)定可靠的長(zhǎng)久工作。另外探頭的密度受探頭的機(jī)械尺寸的限制，再加上覆蓋整個(gè)車輪采用了三種不同類型的探頭，三種需要間隔的排列，同種檢測(cè)類型的探頭的間隔距離就變得很大，造成檢測(cè)密度減低，檢測(cè)的重復(fù)性差，出現(xiàn)誤判與漏檢現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在于解決上述背景技術(shù)存在的問題，而提供一種僅需少量探頭的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)較大檢測(cè)區(qū)域連續(xù)檢測(cè)功能的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，它是在檢測(cè)軌道上分別布置超聲探頭，利用液導(dǎo)超聲，通過載波液體與輪對(duì)踏面實(shí)現(xiàn)超聲波直接耦合；利用車輪碾過探頭上方區(qū)域過程形成的探頭與車輪的位置關(guān)系，使每個(gè)探頭形成一個(gè)扇型的掃描區(qū)域，各個(gè)扇形掃查區(qū)域合成在一起，形成一個(gè)涵蓋整個(gè)車輪的掃描檢測(cè)區(qū)域，超聲波從探頭經(jīng)由液體介質(zhì)傳導(dǎo)到車輪非直接接觸式完成對(duì)整個(gè)車輪的掃描式超聲波探傷。進(jìn)一步地，所述探頭位于軌道平面以下，在一側(cè)軌道輪輞寬度范圍內(nèi)，分別在輪輞內(nèi)側(cè)的輪緣下方、輪輞中部和輪輞外側(cè)布置探頭。進(jìn)一步地，在軌道方向上，依據(jù)車輪圓周展開長(zhǎng)度范圍，等間距或不等間距布置探頭，所有探頭的檢測(cè)區(qū)域合成后涵蓋整個(gè)車輪。進(jìn)一步地，所述車輪與探頭的位置關(guān)系基于超聲波入射到車輪弧形面，隨車輪與探頭的位置改變，超聲波的入射角連續(xù)變化，當(dāng)前入射點(diǎn)只在車輪踏面的弧面上微量移動(dòng)。進(jìn)一步地， 當(dāng)超聲波的入射角在±28度范圍內(nèi)連續(xù)變化，對(duì)應(yīng)車輪中產(chǎn)生連續(xù)的折射波形，此折射波形包括±80度范圍縱波和橫波。進(jìn)一步地，車輪經(jīng)過探頭區(qū)域時(shí)，探頭發(fā)生的超聲波頻率為100_2000hz。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
①利用液導(dǎo)超聲，使得超聲波的耦合性能達(dá)到極致且長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠，提高了超聲的透射率，探測(cè)能力強(qiáng)，避免了探頭與車輪的直接接觸造成探頭機(jī)械磨損，降低了設(shè)備故障率；
②入射角的連續(xù)變化，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的連續(xù)掃描折射超聲，檢測(cè)密度為當(dāng)前陣列式設(shè)備的10-20倍，并且探頭數(shù)量少，探頭數(shù)量為當(dāng)前陣列式設(shè)備的1/5到1/10 ；
③制造安裝簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械接觸，沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單方便。


圖1是探頭布置示意圖。圖2是探頭與車輪位置幾何關(guān)系示意圖。圖3是扇形掃描區(qū)域示意圖。圖4-圖14是單個(gè)探頭扇形掃描過程示意圖。圖中:軌道1，探頭2，車輪3，軌面4，液面5，扇形掃描區(qū)域6。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，目的僅在于更好地理解本發(fā)明內(nèi)容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。參見圖1，本實(shí)施例所述的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，首先依照車輪3的直徑(1250mm)，在左右軌道I上的車輪3的踏面上(約140mm寬度范圍)、并在車輪3的圓周展開長(zhǎng)度4000_范圍內(nèi)，分別在輪輞內(nèi)側(cè)的輪緣下方、輪輞中部和輪輞外側(cè)間隔一定距離，依次對(duì)稱布置數(shù)個(gè)探頭2。參見圖2，探頭2與車輪3的位置關(guān)系說明如下:車輪3沿直線軌道I滾動(dòng)前行，過前方軌面4上一點(diǎn)b，作一條鉛垂線L與車輪3的踏面交點(diǎn)為a，此時(shí)輪心點(diǎn)h位于軌面4上ο點(diǎn)的正上方。擺線fac和擺線ce是a點(diǎn)在車輪滾動(dòng)時(shí)軌跡。隨著車輪3的不斷前行，車輪3中心點(diǎn)h由ο點(diǎn)正上方移動(dòng)到b點(diǎn)正上方，由于在距軌道I較近區(qū)域，因弧長(zhǎng)oa與直線段ob 二者長(zhǎng)度差為bc，差距較小，a點(diǎn)主要表現(xiàn)為垂向運(yùn)動(dòng)而在水平方向移動(dòng)量相對(duì)較小。當(dāng)車輪3直徑為1250 mm, ob長(zhǎng)280mm，ba高60mm時(shí)，車輪3由ο點(diǎn)前行到Ha點(diǎn)在車輪周向的變動(dòng)量約為13mm。相當(dāng)于車輪3的行進(jìn)過程中探頭2相對(duì)車輪3有13mm的周向移動(dòng)，這個(gè)移動(dòng)量對(duì)探查結(jié)果并沒有任何影響，為了便于分析，可近似認(rèn)為點(diǎn)b相對(duì)車輪3上的點(diǎn)a沒有發(fā)生水平位置改變。參見圖3，扇型掃描區(qū)域6的形成說明如下:位于b點(diǎn)的探頭2經(jīng)由垂線L向上發(fā)射一束探傷超聲波da，經(jīng)過da液體區(qū)域傳導(dǎo)超聲波到達(dá)鋼制車輪3表面，過a點(diǎn)對(duì)車輪3作近似定點(diǎn)入射，在液鋼界面上發(fā)生聲波的折射和波形的轉(zhuǎn)換，并導(dǎo)入車輪3內(nèi)部形成折射波ac，隨著車輪3的前行，入射角β連續(xù)改變,輪內(nèi)超聲波折射角Θ也在一定范圍內(nèi)發(fā)生連續(xù)改變形成掃查聲波，掃查聲波在車輪3內(nèi)部形成以a為中心的扇形掃描區(qū)域6。當(dāng)車輪3直徑按1250mm、液體以水為例，水中超聲波聲速按1480m/s、鋼中超聲波縱波聲速按5900m/s、鋼中超聲波橫波聲速按3200m/s計(jì)算，鋼輪中超聲波的折射角Θ和聲波性質(zhì)與入射角β的關(guān)系見表I。表I聲波角度關(guān)系表
權(quán)利要求
1.一種列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，其特征在于，在檢測(cè)軌道上分別布置超聲探頭，利用液導(dǎo)超聲，通過載波液體與輪對(duì)踏面實(shí)現(xiàn)超聲波直接耦合；利用車輪碾過探頭上方區(qū)域過程形成的探頭與車輪的位置關(guān)系，使每個(gè)探頭形成一個(gè)扇型的掃描區(qū)域，各個(gè)扇形掃查區(qū)域合成在一起，形成一個(gè)涵蓋整個(gè)車輪的掃描檢測(cè)區(qū)域，超聲波從探頭經(jīng)由液體介質(zhì)傳導(dǎo)到車輪非直接接觸式完成對(duì)整個(gè)車輪的掃描式超聲波探傷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，其特征在于，所述探頭位于軌道平面以下，在一側(cè)軌道輪輞寬度范圍內(nèi)，分別在輪輞內(nèi)側(cè)的輪緣下方、輪輞中部和輪輞外側(cè)布置探頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，其特征在于，在軌道方向上，依據(jù)車輪圓周展開長(zhǎng)度范圍，等間距或不等間距布置探頭，所有探頭的檢測(cè)區(qū)域合成后涵蓋整個(gè)車輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，其特征在于，所述車輪與探頭的位置關(guān)系基于超聲波入射到車輪弧形面，隨車輪與探頭的位置改變，超聲波的入射角連續(xù)變化，當(dāng)前入射點(diǎn)只在車輪踏面的弧面上微量移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)超聲波的入射角在± 28度范圍內(nèi)連續(xù)變化，對(duì)應(yīng)車輪中產(chǎn)生連續(xù)的折射波形，此折射波形包括±80度范圍縱波和橫波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法，其特征在于，車輪經(jīng)過探頭區(qū)域時(shí)，探頭發(fā)生的超聲波頻率為100-2000hz。
全文摘要
本發(fā)明涉及列車車輪超聲波探傷方法，具體是一種列車車輪液導(dǎo)超聲波探頭陣列探傷檢測(cè)方法。它是在軌道面以下依次間隔布置數(shù)個(gè)探頭，利用液導(dǎo)超聲，通過載波液體與輪對(duì)踏面實(shí)現(xiàn)超聲波直接耦合；利用車輪碾過探頭上方區(qū)域過程形成的探頭與車輪的位置關(guān)系，使每個(gè)探頭形成一個(gè)扇型掃描區(qū)域，各個(gè)扇形掃查區(qū)域合成在一起，形成一個(gè)涵蓋整個(gè)車輪的掃描檢測(cè)區(qū)域，超聲波從探頭經(jīng)由液體介質(zhì)傳導(dǎo)到車輪以非直接接觸式完成對(duì)整個(gè)車輪的掃描式超聲波探傷。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是耦合性能達(dá)到極致且穩(wěn)定可靠；探測(cè)能力強(qiáng)，檢測(cè)密度為當(dāng)前陣列式設(shè)備的10-20倍，探頭數(shù)量為當(dāng)前陣列式設(shè)備的1/5到1/10；沒有機(jī)械接觸和機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，設(shè)備安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)G01N29/04GK103149275SQ201310058370
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者陳德君, 羅銀生, 薛貞西, 張德群, 張大龍 申請(qǐng)人:唐山百川工業(yè)設(shè)計(jì)研究有限公司