超聲波傳感器在鐵路鋼軌探傷中的應用

1、超聲波傳感器在鐵路鋼軌探傷中的應用（上海動化學院測儀器上海200072）摘要：摘要：無損檢測(Nondestructivetest，NDT)是指不破壞和損傷受檢物體，對其性能、質(zhì)量、有無內(nèi)部缺陷進行檢測的一種技術。無損檢測技術是提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進技術進步不可缺少的手段，特別隨著新材料、新技術的廣泛應用，各種結構零件向高參量、大容量方向發(fā)展，不僅要提高缺陷檢測的準確率和可靠性，而且要把傳統(tǒng)的無損檢測技術和現(xiàn)代信息技術相結合，實現(xiàn)無損檢測的

2、數(shù)字化、圖像化、實時化、智能化。關鍵詞：關鍵詞：無損檢測；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)上常用的無損檢測方法有五種：超聲檢測(UT)、射線探傷(RT)、滲透探查(PT)、磁粉檢測(MT)和渦流檢測(ET)。其中超

6、聲檢測是利用超聲波的透射和反射進行檢測的。超聲波可以穿透無線電波、光波無法穿過的物體，同時又能在兩種特性阻抗不同的物質(zhì)交界面上反射，當物體內(nèi)部存在不均勻性時，會使超聲波衰減改變，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，一部分聲波會產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對反射波進行分析，精確地測出缺陷來，并顯示出內(nèi)部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等。超聲檢測作為一種重要的無損檢測技術不僅具有穿透能力

7、強、設備簡單、使用條件和安全性好、檢測范圍廣等根本性的優(yōu)點外，而且其輸出信號是以波形的方式體現(xiàn)。使得當前飛速發(fā)展的計算機信號處理、模式識別和人工智能等高新技術能被方便地應用于檢測過程，從而提高檢測的精確度和可靠性。超聲波無損探傷(NDI)是超聲無損檢測的一種發(fā)展與應用，其設備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標準試塊等。其用途是檢測鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度測定。超聲無損檢測在最近幾十年中得到了較大的進展它已

8、成為材料或結構的無損檢測中常用的手段。由于超聲檢測可以在線進行、超聲波對人體無害又不改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，因此，在材料或結構的無損檢測中得到了廣泛的應用。(3)按探傷顯示方法分類按探傷顯示方法分類可分為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，此時示波器橫坐標代表探頭在工件面上的位置，縱坐標代表缺陷的深度。探頭沿工件移動與示波管掃描線的水平移動是同步的，為使圖象保留在熒光屏

9、上，應選用長余輝示波管，且探頭移動速度不能太快：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，在它的移動中利用超聲波自動地檢測缺陷并予以顯示或指示(噴色)的方式，稱為超聲自動探傷。自動探傷要有探傷儀(帶閘門裝置)，顯示裝置，探頭及其夾持機構。根據(jù)探頭設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合，如軌道、無

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(如粘結層)或管類的精密探傷，當水槽機構設計成可以進行自動探傷的情況下，除去工件的裝卸以外，探傷可以全部自動化，如果工件加工精度高，而且水槽內(nèi)架設的探頭夾持機構、移動架的精度也高，則探傷的精度也高。3.超聲探傷技術在無損檢測中的應用3.1機車檢測方面的應用3.1.1在高速鋼軌檢測中的應用我國鐵路運營線路近七萬公里，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繁重的運輸任務過程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見及看不見的損傷如側磨、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，當被檢鋼軌內(nèi)部有一個裂紋缺陷(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、檢測面)，探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號，超聲波穿過界面進入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時都會有反射，反射信號被探頭接收