一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法技术

本发明专利技术公开一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，所述方法由轮辋轴向的车轮探伤、轮辋径向的车轮探伤及轮缘的探伤三部分组成。本发明专利技术进行轮辋轴向、轮辋径向及轮缘三个部分的探伤，探测区域更为全面，降低了漏检的风险，此外，提高三个部分的缺陷探测精度。提高三个部分的缺陷探测精度。提高三个部分的缺陷探测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法


[0001]本专利技术属于车轮制造
，更具体地，本专利技术涉及一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法。

技术介绍

[0002]车轮是车辆的关键部件，与钢轨直接接触，车轮在轮轨上不停的转动使列车运行，车轮承受轮轨接触交变应力，随着铁路运输业的快速发展，列车的载重和运行速度加大，车轮辋裂风险呈增长趋势。从成因来看，辋裂形成的主要原因是由于轮轨作用区内的制造缺陷在接触交变应力作用下萌生裂纹并不断扩大的疲劳断裂。因此，对车轮轮辋的内在质量要求越来越严，这就要求超声波检测尽量避免缺陷漏判和误判。
[0003]目前，国内外大部分火车车轮探伤标准要求，一般要求从车轮的内辋面和踏面进行扫查。国内外车轮超声波探伤标准的当量的评判标准是以标准的平底孔缺陷进行对比，如ISO5948标准(和国内铁标相同)的要求进行制作试块如图1，根据试块中的平底孔进行制作DAC曲线，达到DAC曲线以及以上缺陷波反射，判定为超标缺陷。
[0004]根据ISO5948标准，实际的轮辋轴向扫查区域和轮辋径向扫查区域要求如图2中的阴影部分，没有具体的量化指标，对于轮辋较厚的车轮，若按上述要求进行扫查，存在较多的扫查盲区；此外，对轮辋从径向扫查时，受踏面形状的影响，不同踏面形状下声场的分布不同，存在声场分布不均匀，且经过折射进入踏面下，踏面下不同位置的平底孔反射的角度不同，反射角度越大，探头接收到的反射声压越小，导致平底孔定量不准。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，旨在改善上述问题。
[0006]本专利技术是这样实现的，一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，所述方法由轮辋轴向的车轮探伤、轮辋径向的车轮探伤及轮缘的探伤三部分组成。
[0007]进一步的，沿轮辋轴向的车轮探伤包括：
[0008]用于内辋面10mm向下区域Φ1mm的平底孔当量缺陷检测的聚焦深度70mm的扫查；以及，用于内辋面5mm
‑
10mm区域内Φ1mm的平底孔当量缺陷检测的聚焦深度10mm的扫查。
[0009]进一步的，沿轮辋径向分区域进行的车轮探伤，针对每个区域的踏面形状自适应的调整轮辋径向平底孔设定DAC曲线。
[0010]进一步的，区域划分方法具体如下：
[0011]在踏面采样采样点，计算各采样点的斜率，进而确定各采样点的斜率变化率，将斜率变化率最大的两个点作为分割点，将踏面分割依次为三个区域，即区域一，区域二及区域三，其中区域三靠近踏面滚动圆。
[0012]进一步的，区域二的两端分别向区域一及区域三延伸设定距离，使得区域二与区域一、区域三的扫查区域沿踏面方向存在部分重叠。
[0013]进一步的，区域一至区域三的车轮探伤过程中，超声探头晶片偏转角θ是随踏面斜
率k自适应变化，以确保超声波在车轮内垂直平底孔入射。
[0014]进一步的，超声探头晶片偏转角θ控制方法具体如下：
[0015]在踏面采样采样点，确定各采样点的斜率，基于踏面各采样点的斜率计算超声波垂直于平底孔射入时各采样点所需的超声探头晶片偏转角θ，以保证踏面内部所有的超声波都是垂直于平底孔射入。
[0016]进一步的，超声探头晶片偏转角θ计算公式具体如下：
[0017]θ＝β
‑
α＝arctan(k)
‑
arcsin(sin(arctan(k))c
水
/c
钢
)
[0018]其中，θ为是超声探头晶片的偏转角，k为踏面采样点的斜率，c
水
、c
钢
分别表示超声波在车轮钢、水中的声速。
[0019]进一步的，折叠缺陷引起轮缘的掉块，轮缘的探伤区域为以平底孔轴线为基准，向轮缘尖点的方向偏移5mm
‑
10mm,向轮缘喉部方向偏移覆盖整个喉部区域。
[0020]本专利技术进行轮辋轴向、轮辋径向及轮缘三个部分的探伤，探测区域更为全面，降低了缺陷的漏检风险，此外，提高三个部分的缺陷探测精度。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例提供的ISO5948标准要求的试块，其中，(a)为轮辋轴向试块，(b)为轮辋径向试块；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的ISO5948标准的扫查区域，其中，(a)为轮辋轴向区域，(b)为轮辋径向区域；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的轮辋轴向聚焦深度70mm扫查示意图，其中，(a)为轮辋轴向平底孔设定DAC曲线，(b)为轮辋轴向扫描时的声场分布；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的轮辋轴向聚焦深度10mm扫查示意图，其中，(a)为轮辋轴向盲区平底孔设定DAC曲线，(b)为轮辋轴向盲区扫描时的声场分布；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的典型踏面形状的示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例提供的踏面扫查分区示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例提供的轮辋径偏转法则示意图；
[0028]图8为本专利技术实施例提供的轮辋径向平底孔设定DAC曲线；
[0029]图9为专利技术实施例提供的轮辋径向各区域的声场分布示意图，其中，(a)为区域一，(b)为区域二，(c)为区域三，(d)为区域一、区域二及区域三的合成；
[0030]图10为本专利技术实施例提供的轮缘扫描区域的示意图；
[0031]图11为本专利技术实施例提供的轮缘扫描时的声场分布示意图；
[0032]图12为本专利技术实施例提供的整个轮辋的声场分布示意图；
[0033]图13为本专利技术实施例提供的超声波垂直踏面入射时的径向声场分布示意图。
具体实施方式
[0034]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0035]本专利技术实施例提供的基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法包括：轮辋轴向的车
轮探伤、轮辋径向的车轮探伤及轮缘的探伤三部分组成。
[0036](1)轮辋轴向的车轮探伤：
[0037]11)聚焦深度70mm的扫查，用于扫查内辋面10mm向下区域Φ1mm的平底孔当量缺陷；
[0038]间隔1个晶片，每次激化14组晶片，根据轮辋厚度设置激发次数。聚焦深度设置70mm，设计如图3(a)的6个轮辋轴向平底孔设定DAC曲线，平底孔的直径为1mm，其中，平底孔RAD1(孔深20mm)、平底孔RAD2(孔深40mm)、平底孔RAD3(孔深60mm)、平底孔RAD4(孔深80mm)、平底孔RAD5(孔深100mm)、平底孔RAD6(孔深120mm)周向相隔15度，平底孔RAD1、平底孔RAD2、平底孔RAD3、平底孔RAD4、平底孔RAD5、平底孔RAD6距踏面滚动圆距离分别为15mm、22.5mm、30mm、37.5mm、45mm、52.5mm，图3(b)为对应超声波的声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，其特征在于，所述方法由轮辋轴向的车轮探伤、轮辋径向的车轮探伤及轮缘的探伤三部分组成。2.如权利要求1所述基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，其特征在于，沿轮辋轴向的车轮探伤包括：用于内辋面10mm向下区域Φ1mm的平底孔当量缺陷检测的聚焦深度70mm的扫查；以及，用于内辋面5mm
‑
10mm区域内Φ1mm的平底孔当量缺陷检测的聚焦深度10mm的扫查。3.如权利要求1所述基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，其特征在于，沿轮辋径向分区域进行的车轮探伤，针对每个区域的踏面形状自适应的调整轮辋径向平底孔设定DAC曲线。4.如权利要求3所述基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，其特征在于，区域划分方法具体如下：在踏面采样采样点，计算各采样点的斜率，进而确定各采样点的斜率变化率，将斜率变化率最大的两个点作为分割点，将踏面分割依次为三个区域，即区域一，区域二及区域三，其中区域三靠近踏面滚动圆。5.如权利要求4所述基于相控阵超声波的火车车轮探伤方法，其特征在于，区域二的两端分别向区域一及区域三延伸设定距离，使得区域二与区域一、区域三的扫查区域沿踏面方向存在部分重叠。6.如权利要求4或5所述基于相控阵超声波的火车车轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，程德利，程松林，国新春，张盛华，俞卫权，王翔，
申请(专利权)人：宝武集团马钢轨交材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：