汽车车轮侧面裂纹静态车轮表面裂纹缺陷检测的研究

汽车车轮侧面裂纹静态车轮表面裂纹缺陷检测的研究 摘 要：利用电磁超声检测火车车轮踏面的表面及近表面缺陷，其目的就是要研制出一种行之有效的方法检测火车解体车轮中表面、近表面存在的缺陷，用以填补现行检测手段在车轮踏面部位的不足，从而保证运行车轮的质量。该课题适应我国高速铁路的发展要求，具有重要的现实意义。 关键词：火车车轮 缺陷 检测 电磁超声 ：U279 ：A ：1007-3973（xx）007-031-02 1 引言 近年来，为满足我国国民经济高速发展的需求，火车的行车速度正在不断提升。火车车轮是铁路机车及车辆的重要运动部件，其质量的可靠性对保证火车的安全运行、减少火车运输的风险有着极其重要的意义。对车轮进行全面检测是保证其质量的一个重要手段，它可及时发现隐患，防止和避免恶性事故的发火车车轮是一种形状较为复杂的部件，采用现有的常规无损检测方法只能对其中某些部分进行检测。 2 研究意义 目前国内对轨道车辆车轮的检测主要放在生产环节和进行定期检修上，在平时运行过程中仅限于停站期间由列检工作人员进行粗略的以耳听、眼看、手摸为主的检测。一方面，由于除车轮踏面表面的裂纹，人眼不容易察觉，细小裂纹又不容易听出；另一方面，停站时间和列检人员数量的限制，每一个车轮不可能都检测得到，检测结果令人堪忧。 3 实验与数据分析 3.1 实验目的 利用EMAT技术，验证静态下车轮表面裂纹缺陷是否能够检出。 3.2 实验系统组成 (1)EMAT探头：车轮下面的仪器为EMAT探头，当车轮过来时，它会被触发而发出超声波进而对车轮进行检测。 (2)系统主机由六个机器组合在一起，为检测提供了可行性。 (3)对所收到信息进行处理的PC机。 4 实验内容 实验一：静态检测。 检测条件： 新镟机车轮对一对（直径1050mm），在离踏面表面以下约6mm处各加工40mm?%P3mm锯齿伤，此为检测目标。 德国IZFP在线式动态电磁超声表面探伤（EMAT）系统，此为检测设备。 调试检测内容： 静态调试：对本检测设备的四只传感器探头分别进行接触踏面静态调试，并对采集波形进行截屏保存数据。 检测结论： 在传感器接触被检车轮踏面静止状态时，可以产生较强缺陷波反射，检出率100%。 实验二：不同类型人工伤检测。 过程说明： 注：各个折线图中，TSA指公司现有的德国系统的结果，9820指使用PCI9820卡采集后软件算法改进的结果。各个探头出现的伤波个数对比如图1。 车间的人工伤车轮直径类似现场CRH2型车的直径，其检测数据中最多会出现五个周期回波，因此理论上各个探头检测结果中，最多可能出现10个伤波。图1中，得出以下结论： (1)对锯齿伤的伤波检出个数明显大于平底孔伤的检出个数（1、3探头为锯齿伤对应，2、4探头为平底孔对应）。 (2)对平底孔或锯齿伤检测效果与理想值都有很大差距（理想状态检测出10个伤波）。 (3)排除手推状态下，车轮晃动带来的影响，同一车轮、同一探头每次检测结果不尽相同，差异较大。 第一周期内伤波幅度比较(最高点)，如图2。 结论： (1)目前大量的实验证明，EMAT在沿车轮踏面传播过程中，具有衰减性和叠加性双效应性，一个探头检测的伤波中，幅度最大值不是出现在第一周期内，而是在后面的周期内，表现在伤波波形幅度上为先增加，后减少。 (2)车间的人工伤车轮对应的伤波在EMAT沿着踏面表面传播第一周时，缺陷的发射回波幅度小。 由于篇幅有限，第二三四五周期内伤波幅度实验图就不一一展示了，下面是根据实验得到的结论。 总体结论： 通过以上的统计图形对比，我们不难得出以下结论： (1)两个系统的检测结果中，伤波的幅度主要取决于缺陷的有效反射面，故锯齿伤的伤波幅度明显高于平底孔的伤波幅度。 (2)EMAT在沿着车轮踏面传播过程中具有双效应性，即衰减性和叠加性，伤波的幅度表面为先增加后减少，幅度最高值不在第一周期内。 (3)第一周期内往往无伤波存在，对平底孔缺陷，现有系统不能保证每次都能检测出。 (4)排除手推状态下，车轮晃动带来的影响，同一车轮、同一探头每次检测结果不尽相同，差异较大。 实验三：同车轮缺陷的相互影响。 实验方法： 由于每个车轮上均有四个人工伤缺陷，在探头未放在某个缺陷的检测盲区的情况下（盲区指缺陷与探头呈0?盎?80?埃煌毕葜渲浣嵯嗷跋欤虼丝悸堑秸庖灰蛩兀觳馐碧酵贩胖梦恢梦来畏旁诿扛鋈毕荽觳馄渌鋈毕莸男? 实验结论： 通过以上的图形对比，我们不难得出以下结论： (1)系统对于与踏面圆周呈垂直方向的缺陷检测效果好，但对两者不垂直的缺陷基本检测不出。 (2)系统能够检测出的缺陷是超声波传播和发射路径重合的缺陷，因此对形状不规则的自然伤缺陷，为获得良好的检测效果，可考虑改变现有系统的布局，保持探头与踏面圆周呈不同角度。 5 实验总结 通过以上三个实验我们可以总结出： (1)缺陷为锯齿伤的时候，在传感器接触被检车轮踏面静止状态时，可以产生较强缺陷波反射，检出率100%。 (2)静态时，对锯齿伤的检测效果要好于平底孔。 (3)同一车轮、同一探头每次检测结果不尽相同，差异较大。 (4)锯齿伤的伤波检出个数明显大于平底孔伤的检出个数。 (5)车间的人工伤车轮对应的伤波在EMAT沿着踏面表面传播第一周时，缺陷的发射回波幅度小。 (6)EMAT在沿着车轮踏面传播过程中具有双效应性，即衰减性和叠加性，伤波的幅度表面为先增加后减少，幅度最高值不在第一周期内。 (7)还有一些缺陷则无法有效的测量出来结果。 (8)当车轮通过探头时，如果缺陷恰好在探头位置或者在离探头180度的地方是盲区，检测不出来缺陷的位置，保持探头与踏面圆周呈不同角度检测效果最好。 6 结论 (1)EMAT检测技术使用方便，操作简单。 (2)无需水做耦合计。 (3)使用的仪器通道较少，最多只需两组探头。 (4)配套的机械装置较简单。 (5)对数据进行多次测量，排除了偶然干扰，提高准确性。 (6)效率高，周期短。 (7)对工作表面要求较高，只能较好的检测一些特定的缺陷很多缺陷无法检测。 (8)利用EMAT技术检测静态平底孔和锯齿缺陷能够满足检测要求，也比较精确，但是，对于其它很多缺陷无法很好的检测。 _： 1 李剑.电磁超声车轮探伤技术及算法处理J.铁路计算机应用,xx(12). 2 郭俊.轮轨滚