超聲波傳感器在鐵路鋼軌探傷中的應(yīng)用

1、超聲波傳感器在鐵路鋼軌探傷中的應(yīng)用（上海動(dòng)化學(xué)院測(cè)儀器上海200072）摘要：摘要：無(wú)損檢測(cè)(Nondestructivetest，NDT)是指不破壞和損傷受檢物體，對(duì)其性能、質(zhì)量、有無(wú)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)的一種技術(shù)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步不可缺少的手段，特別隨著新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種結(jié)構(gòu)零件向高參量、大容量方向發(fā)展，不僅要提高缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確率和可靠性，而且要把傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)的

2、數(shù)字化、圖像化、實(shí)時(shí)化、智能化。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)；超聲波；精度TheapplicationofUltrasonicsenssintherailwayrailflawdetection(SchoolofMechatronicEngineeringAutomationShanghaiUniversityShanghai200072China)Abstract:NDT(Nondestructivetest)isakindofdetec

3、tiontechnologywhichtestdetectionwithoutdamagingcomponent.Nondestructivetestingtechnologyimprovestheproductqualityistheindispensablemeanstopromotetechnologicalprogress.Especiallywiththewideapplicationofnewmaterialsnewtech

4、nologythepartsofvariousstructuredevelopinthedirectionofhighparameterlargecapacity.Weshallnotonlyimprovetheaccuracyreliabilityofdefectsdetectionbutalsoimprovethetraditionalnondestructivetestingtechnologywithmoderninfmatio

5、ntechnologytorealizethecombinationofdigitalizationvisualizationrealtimeintellectualizationofnondestructivetesting.Keywds:Ultrasonicflawdetectionaccuracy1.引言工業(yè)上常用的無(wú)損檢測(cè)方法有五種：超聲檢測(cè)(UT)、射線探傷(RT)、滲透探查(PT)、磁粉檢測(cè)(MT)和渦流檢測(cè)(ET)。其中超

6、聲檢測(cè)是利用超聲波的透射和反射進(jìn)行檢測(cè)的。超聲波可以穿透無(wú)線電波、光波無(wú)法穿過(guò)的物體，同時(shí)又能在兩種特性阻抗不同的物質(zhì)交界面上反射，當(dāng)物體內(nèi)部存在不均勻性時(shí)，會(huì)使超聲波衰減改變，從而可區(qū)分物體內(nèi)部的缺陷。因此，在超聲檢測(cè)中，發(fā)射器發(fā)射超聲波的目的是超聲波在物體遇到缺陷時(shí)，一部分聲波會(huì)產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對(duì)反射波進(jìn)行分析，精確地測(cè)出缺陷來(lái)，并顯示出內(nèi)部缺陷的位置和大小，測(cè)定材料厚度等。超聲檢測(cè)作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅具有穿透能力

7、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)別和人工智能等高新技術(shù)能被方便地應(yīng)用于檢測(cè)過(guò)程，從而提高檢測(cè)的精確度和可靠性。超聲波無(wú)損探傷(NDI)是超聲無(wú)損檢測(cè)的一種發(fā)展與應(yīng)用，其設(shè)備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標(biāo)準(zhǔn)試塊等。其用途是檢測(cè)鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度測(cè)定。超聲無(wú)損檢測(cè)在最近幾十年中得到了較大的進(jìn)展它已

8、成為材料或結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中常用的手段。由于超聲檢測(cè)可以在線進(jìn)行、超聲波對(duì)人體無(wú)害又不改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，因此，在材料或結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。(3)按探傷顯示方法分類(lèi)按探傷顯示方法分類(lèi)可分為A型顯示，B型顯示與C型顯示。其中A型顯示只顯示缺陷的深度：B型顯示探傷儀，可顯示工件內(nèi)部缺陷的橫斷面形狀，此時(shí)示波器橫坐標(biāo)代表探頭在工件面上的位置，縱坐標(biāo)代表缺陷的深度。探頭沿工件移動(dòng)與示波管掃描線的水平移動(dòng)是同步的，為使圖象保留在熒光屏

9、上，應(yīng)選用長(zhǎng)余輝示波管，且探頭移動(dòng)速度不能太快：C型顯示探傷儀可以顯示工件內(nèi)部缺陷的平面圖形。(4)按智能方式分類(lèi)上述探傷方法如由人工操作，則為人工探傷。如使試樣或探頭移動(dòng)，在它的移動(dòng)中利用超聲波自動(dòng)地檢測(cè)缺陷并予以顯示或指示(噴色)的方式，稱為超聲自動(dòng)探傷。自動(dòng)探傷要有探傷儀(帶閘門(mén)裝置)，顯示裝置，探頭及其夾持機(jī)構(gòu)。根據(jù)探頭設(shè)置方式的不同還可大致分為如下幾種探傷方式：直接接觸方式，此方式只用在探傷速度不高且表面光滑的場(chǎng)合，如軌道、無(wú)

10、縫鋼管和軸等：局部水浸方式是超聲探傷中最適用的方式，還可細(xì)分為其他方式，但原理是同樣的：全水浸方式用于工件的某部分(如粘結(jié)層)或管類(lèi)的精密探傷，當(dāng)水槽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以進(jìn)行自動(dòng)探傷的情況下，除去工件的裝卸以外，探傷可以全部自動(dòng)化，如果工件加工精度高，而且水槽內(nèi)架設(shè)的探頭夾持機(jī)構(gòu)、移動(dòng)架的精度也高，則探傷的精度也高。3.超聲探傷技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用3.1機(jī)車(chē)檢測(cè)方面的應(yīng)用3.1.1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

11、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。如圖3所示，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