超聲波探傷在機車無損檢測方面的應用

超聲波探傷作為一種重要的無損檢測技術不僅具有穿透能力強、設備簡單、使用條件和安全性好、檢測范圍廣等根本性的優點外，而且其輸出信號是以波形的方式體現。使得當前飛速發展的計算機信號處理、模式識別和人工智能等技術能被方便地應用于檢測過程，從而提高檢測的度和可靠性。

下面介紹超聲波探傷技術在機車檢測方面的應用：在高速鋼軌檢測中的應用，在車輪缺陷檢測中的應用，以及在輪輞缺陷檢測中的應用。

1.超聲探傷技術在高速鋼軌檢測中的應用

我國鐵路運營線路近七萬公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發展。超期服役的鋼軌數量很大，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。

當被檢鋼軌內部有一個裂紋缺陷(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)，探頭向被檢鋼軌發射超聲波信號，超聲波穿過界面進入被檢鋼軌內部，在遇到缺陷和兩介質的界面時都會有反射，反射信號被探頭接收后，通過探傷儀內部的電路轉換，就可以把缺陷信號和底波信號形象地顯示出來，如圖4所示。根據超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號和底波信號區分開，然后通過超聲波試塊進行定標，就可以實現對鋼軌缺陷的定位和定量。

2.超聲探傷技術在車輪缺陷檢測中的應用

輪對是車輛走行部中zui重要的部件之一，對軌道車輛輪對的檢測并準確地判斷其缺陷位置一直是鐵道運輸部門非常重視的問題。該系統采用電磁超聲探傷技術，實現輪對踏面的缺陷檢測，包括：踏面剝離及剝離前期檢測；踏面表面及近表面裂紋檢測。

電磁超聲探傷系統利用超聲表面波的脈沖反射原理進行缺陷檢測。當輪對沿鋼軌運行到探頭位置，輪對踏面接觸探頭的瞬間，EMAT(電磁超聲探傷技術)在車輪踏面表面及近表面激發出電磁超聲表面波脈沖，超聲表面波將沿踏面表面及近表面圓周以很小的損耗傳播。如圖5所示，超聲表面波在踏面雙向傳播(順時針和逆時針)，沿車輪表面及近表面傳播1周后回到探頭位置，EMAT探頭檢測到返回的超聲表面波后形成第1次周期回波(圖5中RT波)；未衰減的超聲波繼續沿踏面傳播，依次形成第2次、第3次周期回波，……，直到能量衰減到設備無法檢測為止。

當車輪踏面表面及近表面有裂紋或剝離等缺陷存在時，超聲波在缺陷端面處一部分能量被反射，沿原傳播路徑返回并被探頭檢測到，形成缺陷回波(圖6中E波)；另一部分能量繞過缺陷端面繼續傳播，形成周期性回波(圖6中RT波)。通過正常的周期回波(RT)與缺陷回波(E)的對比分析，可以定性分析當前輪對的踏面缺陷狀況。

3.超聲探傷技術在輪輞缺陷檢測中的應用

隨著我國鐵路行車速度的提高，尤其是動車組的開行給行車安全提出新的考驗，轉向架關鍵部件如輪輞、車軸、軸承等局部位置承受更大的應力，要求檢測過程速度加快、檢測時間間隔變小、檢測范圍擴大，給鐵路無損檢測領域提出更高的技術要求。

根據輪輞缺陷裂紋的走向特點，將輪輞缺陷分為三類。

(1)周向缺陷：沿車輪踏面圓周方向并與踏面圓周方向平行；

(2)徑向缺陷：方向垂直踏面，與車輪直徑方向平行；

(3)軸向缺陷：輪輞內部與車軸方向平行。

在探傷實驗中，通過在樣板輪上打平底孔、刻槽的方式形成人工缺陷模擬輪輞的實際缺陷，平底孔的直徑或刻槽的寬度與實際裂紋尺寸成當量關系，相控陣探頭分別置于踏面(I)和輪緣內側(II)進行掃查，樣板輪工缺陷如圖7所示，缺陷①為距輪緣頂端40mm且垂直輪輞側面φ3mm深30mm的平底孔；缺陷②為距踏面10mm垂直輪輞側面φ3mm深30mm的平底孔；缺陷③為距踏面50mm垂直輪輞側面φ3mm深90mm的平底孔；缺陷④為輪輞與輪輻交接區域，朝踏面方向φ3mm、孔底距踏面40mm的平底孔；缺陷⑤為輪緣根部靠踏面側2mm深周向刻槽，槽寬小于等于2mm。根據超聲檢測脈沖回波反射的特點，周向缺陷采用縱波相控陣直探頭從踏面進行掃查；徑向缺陷采用縱波相控陣直探頭在輪緣內側面進行掃查；軸向缺陷采用縱波相控陣直探頭、橫波相控陣斜探頭均能掃查到。