专利名称：列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法
技术领域：
本发明涉及铁路列车车轮超声波探伤检测方法，具体是一种列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法。
背景技术：
目前，对车轮在线通过式探伤有两种方式，一种是电磁超声表面波探伤，当车轮经过电磁超声波探头时，在车轮表面激发出两路相向而行的超声表面波，能够发现踏面下8mm范围内的径向缺陷；二是阵列式超声波探伤以专利201020147840.8方式，在一段探测轨道上连续布置多组超声波探头，当车轮滚过超声探头的瞬时，该探头激发并在车轮内部产生一条声束，声束扩散角范围内为被探查的区域，车轮滚过所有约450个不同种类的探头后完成整个车轮的探伤。上述两种方式都有很大的局限性。方式一只能检测踏面下8mm范围内的缺陷，相对整个车轮检测范围很小，实际应用局限性很大。方式二中应用的探头数量大，探头自然状态时上平面高于轨道平面，车轮到达时将探头压低，车轮碾过后探头靠弹簧力恢复原位。为保证探头与车轮圆弧面的贴合，探头在周向上与轴向上都有运动，探头与车轮直接接触并伴随上下方向、周向上与轴向上的运动从而造成设备的机械磨损，探头与车轮间隙依靠喷淋到车轮表面的水进行超声耦合，耦合效果有一定的随机性，不能保证稳定可靠的长久工作。另外探头的密度受探头的机械尺寸的限制，再加上覆盖整个车轮采用了三种不同类型的探头，三种需要间隔的排列，同种检测类型的探头的间隔距离就变得很大，造成检测密度减低，检测的重复性差，出现误判与漏检现象。
发明内容
本发明旨在于解决上述背景技术存在的问题，而提供一种仅需少量探头的情况下，能够实现较大检测区域连续检测功能的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，它是在检测轨道上分别布置超声探头，利用液导超声，通过载波液体与轮对踏面实现超声波直接耦合；利用车轮碾过探头上方区域过程形成的探头与车轮的位置关系，使每个探头形成一个扇型的扫描区域，各个扇形扫查区域合成在一起，形成一个涵盖整个车轮的扫描检测区域，超声波从探头经由液体介质传导到车轮非直接接触式完成对整个车轮的扫描式超声波探伤。进一步地，所述探头位于轨道平面以下，在一侧轨道轮辋宽度范围内，分别在轮辋内侧的轮缘下方、轮辋中部和轮辋外侧布置探头。进一步地，在轨道方向上，依据车轮圆周展开长度范围，等间距或不等间距布置探头，所有探头的检测区域合成后涵盖整个车轮。进一步地，所述车轮与探头的位置关系基于超声波入射到车轮弧形面，随车轮与探头的位置改变，超声波的入射角连续变化，当前入射点只在车轮踏面的弧面上微量移动。进一步地， 当超声波的入射角在±28度范围内连续变化，对应车轮中产生连续的折射波形，此折射波形包括±80度范围纵波和横波。进一步地，车轮经过探头区域时，探头发生的超声波频率为100_2000hz。与现有技术相比，本发明所述技术方案具有以下优点:
①利用液导超声，使得超声波的耦合性能达到极致且长期稳定可靠，提高了超声的透射率，探测能力强，避免了探头与车轮的直接接触造成探头机械磨损，降低了设备故障率；
②入射角的连续变化，产生对应的连续扫描折射超声，检测密度为当前阵列式设备的10-20倍，并且探头数量少，探头数量为当前阵列式设备的1/5到1/10 ；
③制造安装简单，没有机械接触，没有机械运动部件，设备维护简单方便。
图1是探头布置示意图。图2是探头与车轮位置几何关系示意图。图3是扇形扫描区域示意图。图4-图14是单个探头扇形扫描过程示意图。图中:轨道1，探头2，车轮3，轨面4，液面5，扇形扫描区域6。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。参见图1，本实施例所述的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，首先依照车轮3的直径(1250mm)，在左右轨道I上的车轮3的踏面上(约140mm宽度范围)、并在车轮3的圆周展开长度4000_范围内，分别在轮辋内侧的轮缘下方、轮辋中部和轮辋外侧间隔一定距离，依次对称布置数个探头2。参见图2，探头2与车轮3的位置关系说明如下:车轮3沿直线轨道I滚动前行，过前方轨面4上一点b，作一条铅垂线L与车轮3的踏面交点为a，此时轮心点h位于轨面4上ο点的正上方。摆线fac和摆线ce是a点在车轮滚动时轨迹。随着车轮3的不断前行，车轮3中心点h由ο点正上方移动到b点正上方，由于在距轨道I较近区域，因弧长oa与直线段ob 二者长度差为bc，差距较小，a点主要表现为垂向运动而在水平方向移动量相对较小。当车轮3直径为1250 mm, ob长280mm，ba高60mm时，车轮3由ο点前行到Ha点在车轮周向的变动量约为13mm。相当于车轮3的行进过程中探头2相对车轮3有13mm的周向移动，这个移动量对探查结果并没有任何影响，为了便于分析，可近似认为点b相对车轮3上的点a没有发生水平位置改变。参见图3，扇型扫描区域6的形成说明如下:位于b点的探头2经由垂线L向上发射一束探伤超声波da，经过da液体区域传导超声波到达钢制车轮3表面，过a点对车轮3作近似定点入射，在液钢界面上发生声波的折射和波形的转换，并导入车轮3内部形成折射波ac，随着车轮3的前行，入射角β连续改变,轮内超声波折射角Θ也在一定范围内发生连续改变形成扫查声波，扫查声波在车轮3内部形成以a为中心的扇形扫描区域6。当车轮3直径按1250mm、液体以水为例，水中超声波声速按1480m/s、钢中超声波纵波声速按5900m/s、钢中超声波横波声速按3200m/s计算，钢轮中超声波的折射角Θ和声波性质与入射角β的关系见表I。表I声波角度关系表
权利要求
1.一种列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，其特征在于，在检测轨道上分别布置超声探头，利用液导超声，通过载波液体与轮对踏面实现超声波直接耦合；利用车轮碾过探头上方区域过程形成的探头与车轮的位置关系，使每个探头形成一个扇型的扫描区域，各个扇形扫查区域合成在一起，形成一个涵盖整个车轮的扫描检测区域，超声波从探头经由液体介质传导到车轮非直接接触式完成对整个车轮的扫描式超声波探伤。
2.根据权利要求1所述的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，其特征在于，所述探头位于轨道平面以下，在一侧轨道轮辋宽度范围内，分别在轮辋内侧的轮缘下方、轮辋中部和轮辋外侧布置探头。
3.根据权利要求1或2所述的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，其特征在于，在轨道方向上，依据车轮圆周展开长度范围，等间距或不等间距布置探头，所有探头的检测区域合成后涵盖整个车轮。
4.根据权利要求1所述的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，其特征在于，所述车轮与探头的位置关系基于超声波入射到车轮弧形面，随车轮与探头的位置改变，超声波的入射角连续变化，当前入射点只在车轮踏面的弧面上微量移动。
5.根据权利要求1或4所述的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，其特征在于，当超声波的入射角在± 28度范围内连续变化，对应车轮中产生连续的折射波形，此折射波形包括±80度范围纵波和横波。
6.根据权利要求1或4所述的列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法，其特征在于，车轮经过探头区域时，探头发生的超声波频率为100-2000hz。
全文摘要
本发明涉及列车车轮超声波探伤方法，具体是一种列车车轮液导超声波探头阵列探伤检测方法。它是在轨道面以下依次间隔布置数个探头，利用液导超声，通过载波液体与轮对踏面实现超声波直接耦合；利用车轮碾过探头上方区域过程形成的探头与车轮的位置关系，使每个探头形成一个扇型扫描区域，各个扇形扫查区域合成在一起，形成一个涵盖整个车轮的扫描检测区域，超声波从探头经由液体介质传导到车轮以非直接接触式完成对整个车轮的扫描式超声波探伤。本发明优点是耦合性能达到极致且稳定可靠；探测能力强，检测密度为当前阵列式设备的10-20倍，探头数量为当前阵列式设备的1/5到1/10；没有机械接触和机械运动部件，设备安装、维护简便。
文档编号G01N29/04GK103149275SQ201310058370
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者陈德君, 罗银生, 薛贞西, 张德群, 张大龙 申请人:唐山百川工业设计研究有限公司