[發明專利]一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法

在審

• 申請號: 202210371307.7
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114813939A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 江奕;韓雷;沈忠文
• 申請（專利權）人: 南京工業職業技術大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 項磊

本發明公開了一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，包括下列步驟：S1：分析材料力學性能，計算轉轍機的關鍵部件的臨界裂紋理論長度，并以此為基礎在與轉轍機的關鍵部件對應的試件上設計人工刻槽裂紋模擬實際裂紋；S2：建立仿真模型，分析聲場特點并選取最優的超聲探頭參數；S3：搭建實驗平臺，采用A型脈沖反射式單晶直探頭對試件進行周向掃查檢測，采集完整的脈沖超聲信號；S4：對掃查實驗結果進行圖像重構，并結合能量閾值法及二值法提取圖像特征，通過線段最短原則實現內部斜裂紋定量檢測。本發明只需通過對試件周向掃查的A掃信號的分析處理就可實現內部斜裂紋圖像重構，實現其定量檢測，誤差小、成本低，具有良好的測量精度。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，具體涉及一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法。

背景技術

轉轍機是鐵路系統中一種重要設備，其主要作用是拖動尖軌改變道岔的通路方向。近年來隨著列車提速，轉轍機的需求量被不斷地提升，列車軌道對道岔轉轍機的安全性要求越來越高。目前我國對轉轍機的檢測方式依然依靠目視檢測，雖然目視檢測結果良好，但無法對內部裂紋進行及時檢出，鐵路道岔轉轍機動作桿內部裂紋在力的作用下容易產生擴張，因此內部裂紋檢測非常重要。目前根據使用達到規定年限的轉轍機的關鍵部件會直接采取更換措施，總體成本高，效率低。相對人類視覺，現代無損檢測技術在檢測速度、精度、范圍以及檢測環境要求等方面都有巨大優勢，尤其針對轉轍機惡劣工作環境下的重復性檢測工作。其中，超聲檢測通過超聲波與試件的相互作用，通過對接收到的回波信號進行分析研究，得到被測件內部結構特征，具有分辨率高、成本低、操作簡便等諸多優點。

目前超聲檢測已廣泛應用于材料的性質表征，裂紋檢測，厚度檢測等領域。但是目前在轉轍機的關鍵部件多為矩形截面的板件或桿件，對這類關鍵部件的內部裂紋檢測中，還沒有采用超聲波檢測的相關技術。而且現有技術中超聲波進行損傷檢測還缺少對斜裂紋進行重構成像的技術，因此難以準確定位裂紋的端點，無法進行定量檢測，測量精度不足。

發明內容

本發明的目的是提供一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，用于解決現有技術中缺少對轉轍機的關鍵部件的超聲波檢測技術，且現有檢測技術難以準確定位裂紋的端點，無法進行定量檢測，測量精度不足的技術問題。

所述的一種道岔轉轍機內部斜裂紋定量檢測的方法，包括下列步驟：

S1：分析材料力學性能，計算轉轍機的關鍵部件的臨界裂紋理論長度，并以此為基礎在與轉轍機的關鍵部件對應的試件上設計人工刻槽裂紋模擬實際裂紋。

S2：建立仿真模型，分析聲場特點并選取最優的超聲探頭參數。

S3：搭建實驗平臺，采用A型脈沖反射式單晶直探頭對試件進行周向掃查檢測，采集完整的脈沖超聲信號。

S4：對掃查實驗結果進行圖像重構，并結合能量閾值法及二值法提取圖像特征，通過線段最短原則實現內部斜裂紋定量檢測。

優選的，所述步驟S4中，將周向掃查的檢測結果進行圖像重構，設定能量閾值，保留能量高于該能量閾值的信號信息，之后在對結果進行二值化處理，尋找最大連接分量，最后通過路徑最短原則，取各分量間距離最小且非零的兩點進行連接，連接線段即為斜裂紋大小和形狀。

優選的，所述步驟S1中，所述關鍵部件的疲勞裂紋屬于I型張開型，根據針對I型裂紋的應力強度因子K的計算公式和斷裂評判準則式，計算道岔轉轍機的臨界裂紋尺寸準確值；將臨界裂紋尺寸作為參考設計人工裂紋，在所述試件上設計若干傾斜刻槽用以模擬實際內部斜裂紋，所述傾斜刻槽垂直設于試件上模擬關鍵部件截面的平面。

優選的，所述步驟S2中，在CIVA仿真軟件中建立試件模型，采用縱波直探頭模擬掃查，采用漢寧窗調制，在模擬計算過程中，裂紋上下端點回波時間差來計算裂紋高度，通過仿真獲得不同探頭頻率與晶片直徑下的試件中的裂紋響應結果來判斷最優超聲探頭參數。