[發明專利]鋼軌踏面裂紋超聲波檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 200810239245.4
• 申請日: 2008-12-05
• 公開（公告）號: CN101424664A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 涂占寬;黎連修;熊小蘭;鄭莉莉
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01B17/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術領域

本發明涉及超聲波檢測裝置及檢測方法，具體涉及鋼軌踏面裂紋超聲波檢測裝置及檢測方法。

背景技術

近年來，隨著我國鐵路的大面積提速，列車的運行速度和載重量都得到了很大提高，由此導致了鋼軌缺陷出現了新的形式，在一些線路上出現了大量的鋼軌踏面斜裂紋，調查統計表明其斜裂紋平均間距為41mm，較大的達到160mm，裂紋一般與鋼軌踏面成15°～30°的方向斜向下發展，當裂紋發展到距踏面6～8mm時，裂紋幾乎橫向擴展并快速斷裂，所以最好是能夠在裂紋發展到5mm左右時將其識別出，這樣既不會造成過度浪費，也能夠防止鋼軌斷裂。

鋼軌踏面斜裂紋一般成段分布，目視可見，因此目前的主要矛盾不是裂紋能不能檢測的問題，而是對存在的斜裂紋如何進行評價的問題，即如何對斜裂紋的深度做出準確的定量。只有準確地對鋼軌踏面斜裂紋的深度進行定量，才能準確掌握鋼軌的運營狀態，了解其使用性能，及時有針對性地對斜裂紋鋼軌采取相應的防斷措施，保證鐵路行車安全，同時節約鋼軌的養護費用、延長鋼軌使用壽命、降低換軌成本。

目前國內外的鐵路部門都采用超聲波技術檢測鋼軌在使用過程中產生的各種疲勞缺陷。從探傷設備上來看，主要分為大型鋼軌超聲波探傷車和手推式探傷小車(包括探傷儀和小車)，兩種設備所采用的探傷方法基本相同(見圖1)，主要配置70°、45°(或37°～45°之間其他角度)、0°三種探頭。70°探頭主要用來檢測軌頭核傷，37°探頭主要用來檢測螺栓孔裂紋及鋼軌內部的斜裂紋，0°探頭主要用來探測鋼軌內部的水平裂紋，同時用來監測探頭的耦合狀態(如圖1所示)。

從以上分析可以看出，現有的探傷技術主要是探測鋼軌內部的各種缺陷，沒有針對鋼軌踏面裂紋進行檢測與評價的專門技術，只能依靠現有配置，通過測量70°探頭的二次波的回波幅度來對裂紋進行定量。而回波幅度不僅僅與裂紋的大小有關，還與其他多種因素有關，如裂紋取向、表面粗糙度，耦合狀態等。鋼軌踏面斜裂紋回波幅度法定量主要有以下幾點不足：(1)斜裂紋嚴重影響聲波的入射，進而影響回波高度和定量精度；(2)回波幅度法定量時只能根據回波高度粗略地給出裂紋深度的范圍，不能給出裂紋的具體深度；(3)回波幅度法定量時利用的對比試塊中的人工裂紋與實際裂紋差異較大，影響定量精度；(4)由于回波幅度受多種因素影響，測量結果重復性差。

而傳統的利用TOFD原理的探傷設備主要用于焊縫的探測，使用時沿焊縫方向進行掃描，檢測的裂紋主要是沿著焊縫方向的裂紋，獲取單個裂紋的各處的精確深度。而本發明所要檢測的裂紋主要是鋼軌表面的斜裂紋，這種裂紋大量存在，對其判斷的精確程度要求不高，卻要求能夠簡單迅速的做出判斷。而且這種裂紋往往為大體上垂直于鋼軌延伸方向或與垂直于鋼軌的方向成一定角度(例如，15°、30°或其它角度)，而傳統的利用TOFD的探傷設備要想對其測量必須針對每個裂紋單獨設置掃描方向，設置探頭位置角度等，綜上，無論從成本考慮還是從效率考慮，其都不適用于對鋼軌斜裂紋深度是否超過閾值的快速判斷。

因此目前的定量方法還不能很好地解決鋼軌斜裂紋的定量問題，還不能對鋼軌斜裂紋做出準確地評價。所以，需要一種成本低廉的、能夠快速準確的對鋼軌踏面斜裂紋進行定量評估的檢測方法和檢測裝置。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種成本低廉的、能夠快速準確的對鋼軌踏面斜裂紋進行定量評估的檢測方法和檢測裝置。

一方面，本發明提供一種用于鋼軌踏面斜裂紋的檢測裝置，包括檢測探頭和信號處理裝置，其中所述檢測探頭包括探頭外殼以及設置在所述探頭外殼內的第一探頭、第二探頭和隔聲層，其中所述第一探頭和第二探頭相對設置在所述隔聲層的兩側，所述信號處理裝置用于接收所述第二探頭收到的信號并判定所述裂紋深度是否大于設定的裂紋深度標準。

上述的檢測裝置，其中，所述裂紋深度標準設定為5mm。

上述的檢測裝置，其中，所述檢測探頭入射點間距為20mm，探頭的折射角度為60度

上述的檢測裝置，其中，所述檢測探頭采用的聲波頻率為5MHz，脈沖寬度1.5～2個波長。

上述的檢測裝置，其中，檢測時，檢測探頭中的第一探頭和第二探頭的連線方向大體上與鋼軌延伸方向平行設置，并沿鋼軌延伸方向掃描。

另一方面，本發明提供一種采用權利要求1所述的檢測裝置檢測鋼軌踏面斜裂紋的檢測方法，包括：

a.利用第一探頭朝向所述鋼軌發射聲波，

b.利用第二探頭接受所述聲波的側向波及衍射波

c.判定在設定的時間門內是否存在衍射波