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超声相控阵技术在列车轮辋探伤中的应用

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计 算 机 辅 助 设 计
ｃｏ Ｍ Ｐ Ｊ ＥＲ Ｉ ＥＤ ＤＥＳ Ｇ Ｎ Ｉ Ｆ Ａ Ｄ Ｉ
翁 １ 第 １ ９卷 ０期
Ｖ０ ． ９ １１ ＮＯ １ ．０
文章编 ｑ ： ０ ５８ ５ ２ Ｌ ）０ —０ ００ － １ ０ — ４ １（ Ｏ Ｏ ９ ０ ５ －２
超 声相 控阵技术 在列车轮辋探伤 中的应用
当形 式
图 ２ 超声相控阵探头
通 常 采 用 一 个 压 电 晶 片产 生 超 声 波 ，其 传 播
是 预 先 设 定 的 ， 不 能 预 先 编 程 变 更 。 一 个确 定 且 在
的 角 度 只 产 生 一 个 固定 的 声束 ，而 超 声 相 控 阵 则
使 用 多 个 小 的 压 电 晶片 元 件 。 这 些 小 的 压 电 晶片 元 件 组成 的组 件 辐射 的总 能 量 形成 超 声 束 。
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｋｉ Ｕ ｓ ｉ ｔｃ ｉｎ ｅ ｕｉ ｔ ａ ｔ ａ ｎｇＥＭ ’ｒｍ ｄｅｅ ｔｏ ｑ ｐｍｅ ｓｅ ａ ｎｔａ ｘ ｍｐｌ，ｔ ｈ ｏｒ ｃ ｒ ｃｅ ｉａ ｉｎ ｎｄ ａ ｖａ ｔｇｅｏｆｕｌｒ ｓ ｎｉ ｅ ｈｅｔ ｅ ｙ， ｈａ ａ ｔ ｒｚ ｔｏ ａ ｄ ｎａ ｔａ ｏ ｃ
ｐ ａ ｅ ｒａ ｃ ｎｑ ｅ ｒ ｔ ｄ ｃ ｄ Ｉ ｓ ｄ ｒ ｐｅ ｅ ｅｅ ｔ ｎｍｏ ｅ ｅｔ ｅ ｃｅ ， ａ’ ｒ ，ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｅ ｔ ｈ ｓ ｄａ ｒｙ ｔ ｈ ｉｕ ｅｉ ｒ ｕ ｅ ．ｔ ｅ ｗｅ ｎ ｏ ｗａ ｍａ ｅ ｗｏｋ ｉｃ ｔｃ ｉ ｒ ｒ ｎ ｎ ｉ ｗｈ ｔ Ｓ ｄ ｏ ｐ ｉ ｒ ｍｏ ｅ ｉ ｉ ｒ ｖ ｄｄ ｆｃｓ
秦 传 鑫 ，高静 涛 ，王
摘
用前 景。
超 ，程 文明
（ 京 铁 路 局 北 京 动 车 客 车 段 ， 北京 １ ０ ３ ） 北 ０ ０ ９
：以列车轮辋 探伤 仪 为例 ， 简要介 绍超 声相控 阵技 术 的原理 、 特点 以及 其优 势 ，即 ：对 工件
的 检 测 更 具 针 对 性 ， 可 以 明 显 地提 高 缺 陷检 出率 及 检 测 速 度 。 同 时 展 望 该 技 术 在 无损 检 测 领 域 广 阔 的 应
图 １ 传 统 压 电探 头
ｌ 舸Ｉ 阵 超 ｊ 波 发 射 － ２ Ｊ ， 多 个换 能 器 阵 元 按 一 定 形 状 、 寸排 列 ， 成 尺 构 超 声 阵 列 换 能 器 ，分 别调 整 每 个 阵 元 发 射 信 号 的
波 形 、 度 和 相位 延 迟 ， 各阵 元 发 射 的 超 声 子波 幅 使 束 在 空 间 叠 加 合 成 ， 从而 形 成 发 射 聚 焦 和 声 束 偏
ｄｅｅ ｔｏ ａｅｏｂ ｉｕｓｙ ｎ ｅｅ ｔ ｐｅ ｄ． ｉ ｕｌ ｎ ｏ ｓｙｔ ｒ ａ ｅ ｅ ｐｅ ｔｔｏ ｏ ｓｔｃ ｏｏ ｔ ｅｎｏ － ｔｃ ｉｎｒ ｔ ｖｏ ｌ ａ ｄｄ ｔｃ ｉ ｓ ｅ Ｓｍ ｔ ｅ ｕ ｌ ｅｈ ｄｂｅ ｎｈｉ ｎｇ ａ ｈｅ ｘ ｃａ ｉｎｓｆ ｒｔ ｅ ｈ ｌｇｙｉ ｈ ｎ ｈｉ ｎ ｎ ｄｅｔｕｃｉｅ ｄ ｔ ｃｉ ｎｄｏ ａｎ． ｓｒ ｔｖ ｅｅ ｔｏ ｍ ｉ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｌｒ ｓ ｎｉ ｅｓｉ ；ｐ ａ ｅ ｒａ ｅ ｈ ｉ ｕ ｔａｎ； ｉ ｄｅｅ ｔｏ ｄｓ ｕｔａ ｏ ｃｔ ｔｎｇ ｈ ｓ ｄ ａ ｒｙ ｔｃ ｑ ｅ；ｒ ｉ ｒｍ ｔｃｉ ｎ ｎ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
火键 洲：超 声检验 ；相控 阵枝 术 ；列 车 ；轮 辋探伤
ｔ－ 分 炎 ：Ｔ １ ．８ 爻ｌ Ｉ Ｇ１ ５２ 谳标 ５ ：Ｂ
Ａｐ ｉａ ｉ ｎｏ ｔ ａ ｏ ｉ ｈａ ｅ ｒ ａ ｅ ｈｎ ｑｕ ｏｔ ａ ｎ’ ｉ ｅ ｅ ｔｏ ｑｕ ｐｍ ｅ ｔ ｐｌ ｔｏ ｆ ｕｌ ｓ ｎ ｃｐ ｓ ｄ ａ ｒ ｙｔ ｃ ｉ ｅｔ ｒ ｉ Ｓｒｍ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ｅ ｉ ｃ ｒ ｎ
列 车 轮 辋 探 伤 仪 是 利 用 超 声 相 控 阵 技 术 ，对 关 系到 列 车 运 行 安 全 的 轮 对 轮 辋 部 分 进 行 探 伤 。
超 声 相 控 阵 采 用 压 电阵 元 组 成 阵 列 换 能 器 ，
实 现 声 束 的相 控 发 射 与 接 收 。在 ７ 代 ，医学 诊 Ｏ年
０Ｉ ｕ ｎｘｎ ＧＡＯ ｎ — ｏ ＷＡＮＧ Ｃ ａ ， ＨＥ ｎ ｒｉｇ Ｎ Ｃｈ ａ ． ；， Ｊ ｇｔ ， ｉ ａ ｈ ｏ Ｃ ＮＧ Ｗｅ — ｎ ｕ （ ｅｉｇ ＭＵｓ ｅｉｅ ｒｎｈ ｅｉ ａ ｗ ｙＢ ｒ ｕＢ ｉ ｇ １０３ ， ｈ ａ Ｂｉ ｊ Ｅ ｎ ＆Ｖｈｃ ａｃ ｉｎ Ｒ ｉ ａ ｕｅ ， ｅｉ ００９ Ｃ ｉ ） ｌＢ Ｂ ｊｇ ｌ ａ ｊ ｎ ｎ
超 声 相 控 阵 技 术 是 基 于 惠更 斯 原 理 。 超 声 相 头 ， 图 ２为 超 声相 控 阵 探 头 结 构 示 意 图 。 控 阵探头 由多个相互 独立的压 电 晶片组成阵 列 ，
每 个 晶 片 称 为 一 个 单 元 ，按 一 定 的规 则 和 时 序 用 电 子 系 统 控 制 激 发 各 个 单 元 ，使 阵 列 中 各 单 元 发 射 的超 声 波 叠 加 形成 一 个 新 的 波 阵 面 。同样 ， 反 在 射波 的接 收 过 程 中 ，按 一 定规 贝和 时 序 控 制 接 收 ０ 单 元 的接 收 并 进 行 信 号 合成 ，再 将 合 成 结 果 以 适
断 设 备 首 先 采 用 了 相 控 阵 技 术 进 行 动 态 聚 焦 。在 以 后 的 １ 中 ，这 一 技 术 迅 速 发 展 ，并 应 用 于 材 ０年 料无损评价 （ ＮＤＥ）领 域 。 图 １为 传 统 的 压 电探
１ 超 ｊ ｔＩ 阵 探 伤 Ｊ Ｓ！ ｔｔ ｉ 控 ｊｔ ；ｔ ￣ ，

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相控阵超声技术在机车车轮在线探伤中的应用

相控阵超声技术在机车车轮在线探伤中的应用

企 业 实 践
相 控 阵超 声 技 术在 机 车车 轮在 线探伤 中的应 用
张 新 存
（ 太 原 铁 路 安 全 监 督 管 理 办 公 室 驻 湖 东 电 力机 务 段 验 收 室 ， 山西 大 同 ０ ３ ７ ３ ０ ０）
摘 要 ： 简要介 绍 了机 车轮 对 车轮轮 辋 的缺 陷成 因 以及 失 效情 况 ， 对相控 阵技 术原理 、 检 测 系统的 主要 功 能 和校 准 方 法
进 行 了阐述 ， 探 讨 了相 控 阵 检 测 技 术 在 车轮 探 伤 的 应 用 。
关键 词 ： 机 车； 车轮 ； 相控 阵超 声技 术 ； 在 线探 伤
中 图分 类号 ：Ｕ ２ ６ ９ 文献 标识 码 ：Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ ３ — １ ０ ６ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — １ ９ １ — ２
亚表面处 ， 即冶 金 缺 陷处 于车 轮 踏 面 下 １ ５ ｍ ｍ左右 ， 在 车 轮 问 距 也 会 形 成 探 伤 盲 区 。 运 用过 程 中发 展非 常快 。 所 以在 车 轮制 造和运 用 过程 中对 这 ４ 相 控 阵 技 术
个 范 围 内缺 陷 控 制非 常 严 格 ，新 造 过 程 中车 轮 缺 陷控 制 在 ４ ． １ 相 控 阵超 声技 术 基 本 原 理 ２ ｍｍ， 高 速铁 路 车轮 控制 在 中１ ｍ ｍ。 ３ 车 轮 超 声 波 探 伤 常规 超 声技 术 采 用一 个压 电 晶片产 生 超声 波 ， 其 传播 是 按照 探 头 晶片尺 寸特 定 的半 扩散 角 传播 ， 即在 一个 确 定 的角
件， 车 轮安 全 成 为 当前 铁 路 安全 运 输 的重 中之 重 ， 整 体 车 轮 上 ，在 一个 方 向探 伤完 毕 后再 在相 反 的另 一 个反 方 向进 行 ，
浅谈超声波探伤如何提高轮座镶入部裂纹检出率

浅谈超声波探伤如何提高轮座镶入部裂纹检出率

浅谈超声波探伤如何提高轮座镶入部裂纹检出率摘要：本文从中车贵阳公司铁路货车轮对超声波探伤现状为出发点，就探伤过程中发现裂纹等问题做出分析，给出一些解决提升方案，希望能够帮助探伤人员准确掌握探伤关键，不断提升探伤技能，为铁路货车运输安全保驾护航。

关键词：超声波探伤裂纹随着我国铁路重载、提速战略的实施，轮对的工作条件更加恶劣，轮对故障呈上升趋势，已经成为影响铁路行车安全的主要因素之一。

本文主要介绍在轮对超声波检测工作中，怎样在现有设备、技术、工艺的前提下，提高轮对镶入部裂纹检出率，从而提升轮对质量的可靠性，确保铁路运输行车安全。

1、超声波探伤现状描述近几年铁路货车轮轴故障率呈上升趋势，加上2019年，铁路货车修程修制的改革，70T货车厂修期从8年延长到10年，意味着轮轴检修质量的要求提高，对超声波探伤的要求也随着提高。

经统计，贵阳公司近四年轮座镶入部裂纹呈逐年上升趋势，见表1。

常见的裂纹均在轮座内侧，且大部分都是使用时间在8年以上。

因此，可以得出轮座镶入部外侧为裂纹产生高发区，如何提升裂纹的检出率，是本文所要研究的工作要点。

表1 贵阳公司近年超声波探伤发现裂纹统计表2、超声波探伤2.1轮轴超声波探伤流程轮轴磁粉探伤后，确认车轴外露部分表面和近表面无缺陷后流入微机超声波自动探伤工序，微机超声波探伤完工后，流入手工超声波探伤工序进行探测。

目前微机超声波自动探伤只能作为参考，最终判定结果以手工超声波探测为准。

2.2轮轴超声波探伤原理根据超声波反射原理，使用探头发射声波到工件内部异质界面反射，并进行仪器接收反射声波大小来进行具体位置判断，掌握缺陷的具体情况，准确判断缺陷尺寸。

2.3超声波探伤工艺现状新《轮规》规定，A型轮轴、轮对超声波自动探伤实物对比试样和超声波探伤半轴试块镶入部人工缺陷深度为1mm，B/C型轮轴、轮对超声波自动探伤实物对比试样镶入部人工缺陷深度为0.5mm。

这存在一个问题，B/C型轮轴、轮对超声波自动探伤为前工序，探测过程中，如发现深度为0.5的裂纹缺陷，手工超声波探伤能否复探验出？如无法检出，可判定为微机超声波探伤机误判。

基于全聚焦相控阵超声的列车轮辋缺陷检测

基于全聚焦相控阵超声的列车轮辋缺陷检测

基于全聚焦相控阵超声的列车轮辋缺陷检测
王哲;张超;龙浩南;黎洋
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】列车轮辋在制造和服役过程中易产生裂纹、孔洞等内部缺陷问题,使用传统相控阵超声检测时效率不高,成像分辨率低,易出现漏检的情况。

针对此问题,提出了基于全聚焦相控阵超声的列车轮毂缺陷检测方法。

制作了轮辋缺陷检测工件,采用全聚焦相控阵超声检测工件内部气孔缺陷,然后与传统相控阵超声检测方法获取的缺陷信息进行比较。

通过对比检测缺陷的归一化幅值、虚像、横向分辨率等特征可知,全聚焦相控阵超声检测具备较高的检出率和分辨力,检测精度更高。

【总页数】3页(P7-9)
【作者】王哲;张超;龙浩南;黎洋
【作者单位】湖南汽车工程职业学院车辆运用学院;湖南大学电气与信息工程学院;山东第一医科大学第二附属医院
【正文语种】中文
【中图分类】TB553
【相关文献】
1.列车轮辋超声相控阵成像质量分析
2.基于全聚焦相控阵超声的叶根槽裂纹检测
3.基于全聚焦相控阵和电磁超声的液氨储罐母材带状组织检测分析
4.航空金属薄板
分层缺陷的频率-波数域超声相控阵全聚焦法成像检测5.缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究
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相控阵技术在新制车轮轮辋无损检测中的应用

相控阵技术在新制车轮轮辋无损检测中的应用

２ ． ２ 探 头 布 置
在检测软件 中分别设置了界面波闸门、 缺 陷波 闸门和底 面 回波 闸门 ， 分别用于监测 超声波 的耦合 状况 、 缺 陷状况 以及底 面回波 的衰减状况 。所有 闸门检测 的结果最终 都会在 Ｃ扫 描 条形 图 中进 行 直 观 的显 示 。 检测灵敏度是通过检测 具有 不 同深 度的平 底孔 的样轮 上 的缺陷（ 平底孔直径及深度 由相关标准来确定 ） ， 根据实测结果 制作 Ｄ Ａ Ｃ曲线来 确定 的。在 实际检测 中， 为 了防止缺 陷 的漏 检， 需要 在实测灵 敏度 的基 础上 ， 提高 ６ ｄ Ｂ作为扫查 灵敏度 。 当发现缺陷后 ， 再 以实测灵敏度进行评定 。 通过对 Ｋ Ｋ Ｄ样 轮 进 行 实 际 扫查 ， 可 以得 到 下 面 的 条 状 图 ， 如图 １所示 ， 从上往下依 次是辋 面聚焦 扫查 的结 果 、 踏 面聚焦 扫查结果 、 辋 面普通扫查 的结果 和踏面 普通扫 查的结 果 ， 而每 类 扫 查 从 上 到 下 依 次 为 界 面 波 的 检测 结 果 、 缺 陷 波 的检 查 结 果 以及底面 回波 的检查结果 。从 图 １中可 以直 观地 展现人 工缺 陷 的分 布 情 况 及 大 致 形 状 。
技术研 发
Ｔ Ｅ Ｃ Ｉ － Ｉ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ ＭＡ Ｒ Ｋ Ｅ Ｔ
相 控 阵 技 术 在 新 制 车 轮 轮 辋 无 损 检 测 中 的 应 用
姚 鹏 ， 陈民涛
（ １ ． 太原 重工轨 道 交通设 备 有 限公 司 ， 山西 太原
２ ． 太原 重工锻 压 分公 司 ， 山西 太原
２ ． ３ 探 伤操 作
１ ） 检测速度快 。相控阵技术可进行 电子扫描 ， 比通常 的光 栅扫描快一个数量等级 。 ２ ） 灵活性好 。用一个 相控阵探 头 ， 就 能涵盖 多种应用 ， 不 像普通超声探头应用单一有 限。 （ １ ） 电子配置 ： 通过文件装载和校准就能 进行配置 ， 通过预 置 文 件 就 能 完 成 不 同 参数 调整 。 （ ２ ） 探头小巧 ： 对某些 检测 ， 可接近性 是拦 路虎 ， 而对 相控 阵， 只需用一个小巧 的阵列探头 ， 就 能完成 多个 单探 头分次 往 复扫查才能完成 的检测任务。 ２ 车轮相控阵超声波检测 ２ ． １ 新 制 车 轮 的 缺 陷 类 型及 分布 情 况 车轮通过锻造成型 ， 所以它具备了锻件 的所有缺陷类型 ， 比 如缩孔 、 缩松 、 夹杂 、 白点 、 偏 析、 裂纹等等 ， 这些缺陷在车辆行进 中的交变载荷中都有可能扩展为危害性 的缺陷 。戚墅堰 机车车 辆 研究 所 采 用宏 观 、 微 观 检 验 方 法 对 三 起 高 速 列 车 车 轮 进 行 了 失效分析 。结果表明 ： 制动引起的过热区、 分金属夹杂物冶金 缺 陷、 尖 角 部位 的应 力集 中分别 是 车 轮失 效 的主要 原 因。 由于缺陷的存 在 ， 车轮 在运 用过 程 中就容 易发 生应 力集 中， 从 而在应力集 中区域扩展出裂纹。在以往 的研究和分析 中 发现 ， 车轮疲 劳源 中经 常 存在 脆 性 的非 金 属 氧化 物 夹杂 ， 如 Ａ １ ： ０ ， 或６ Ａ １ ： ０ ・ Ｃ ａ Ｏ， 而这 类 夹杂 物 为脆性 相 ， 在 应 力作 用 下， 会形成内部的疲 劳裂纹 ， 并最终 扩展 到表 面 ， 进 而造 成如掉 块、 辋裂 、 踏面剥离等失效形式 ， 严重 的还有可能造成崩 轮等重 大事故。在超声波 径 向检 测 中时 常见 到 的是 踏面 下 １ ５～３ ５ ｍ ｍ范围内有 点状缺 陷出现 ， 而此 部位正是 运用车轮受 力最大 的区域 ， 特别是踏面下 ３ ０／ ｉ ＇ １ １ ／ １ 存在的缺陷在运行过程 中将会迅 速扩展 ， 因此应采用超声波检测方法重点对该 区域进行检测 。