毕业论文-浅谈无损检测的应用

兰 州 交 通 大 学 继 续 教 育 学 院 毕 业 设 计（论文） 专业（班级）： 2013 级机械工程及自动化（专升本） 指 导 教 师： 祁生 元 学 生 姓 名： 张磊 学 号： 130111003 设计题目： 浅谈 无损检测 的应 用 毕 业 设 计 成 绩 评 议 表 学 生 姓 名 张磊 班 级 2013 级机械工程及自动化（专升 本） 指导教师姓名 祁生元 职 称 高级工程师 审 阅 人 评 语 论文选题符合 要求 ，能够达到 学习 目标 ， 选题具有较大的实践指导意义 。 该生查阅文献资料能力强，写作过程中能综合运用 所学 系统知识 。 文章篇幅完全符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，有一定的个人见解。文题完全相符，论点突出，论述紧扣 主题。语言表达流畅，格式完全符合规范要求；参考了丰富的文献资料，其 实用 性较强。 毕业设计期间，张磊 同学能及时和导师沟通，认真听取导师的意见和建议，对于论文的成文持有自己的观点，虽然辛苦，却一定受益匪浅。同意张磊 同学参加论文答辩。 审阅人： 祁生元 2015 年 6 月 30 日 答 辩 委 员 会 综 合 评 语 主席： 年 月 日 论文成绩 评语内容包括：（学术）思想、方案选择、设计（论文）达到的水平、设计（论证）有无错误等。 毕业设计（论文）任务书 班级： 2013 级 机械工程及自动化 （专升本） 学生姓名： 张磊 指导老师： 祁生元 设计（论文）题目 浅谈无损检测的应 用 主要研究内容 该论文阐述了当前无损检测技术 的种类 ，包括射线、超声、渗透等常规技术和声发射、磁记忆等新技术并论述它们的工作原理、优缺点和应用范围。主要研究方向为无损检测在工业上的运用，具体我们会从无损检测的基础知识以及种类出发，在这里我们会更多的了解无损 检测中的超声波探伤在工业中运用，我们会从大的方向出发最后在具体到超声波探伤 与 充分了解无损检测在工业上的运用。 关 键 环 节 1、 2、 1、确定论文题目 3、 2、搜集、整理资料 4、 3、编写提纲 5、 4、撰写初稿 6、 5、改写初稿 7、 6、定稿 计划进度 1、 定论文题目分析查阅资料，编写提纲、撰写初稿； 2、 复修改，完善。 3、 改、定稿、装订、提交。 参 考 资 料 1、钢轨探伤工 78、 超声学 2000 3、 超声无损检测技术的现状和发展趋势 95 4、 无损检测基础 2002 开 题 报 告 班级： 2013 级机械工程及自动化 （专升本） 学生姓名： 张磊 指导老师： 祁生元 设计（论文）题目： 浅谈 无损检测的应 用 一、文献综述 本论文主要论诉无损检测在工业上的运用， 以及无损检测的种类，包 括射线、超声、渗透等常规技术并论述它们的工作原理、优缺点和应用范围。 我们重点会从超声波探伤出发了解无损检测在工业上的运用，以及了解 统在钢轨探 伤车上的运用，让我们更好的了解无损检测在工业上的运用。 二、选题的目的及意义 该论文主要研究目的为无损检测在工业上的运用，我们会从无损检测的种类出发，着重从超声波探伤了解无损检测在工业上的运用，让我们知道无损检测的发展和过程。 我们会以钢轨探伤车无 损检测以及 统的应用充分了解无损检测在工业上的运用。 三、重点研究内容 此论文主要研究无损检测在工业上的运用，我们会从无损检测的种类出发了解， 包括射线、超声、渗透等常规技术并论述它们的工作原理、优缺点和应用范围。 主要研究超声波探伤在工业上的运用，我们会从钢轨探伤车无损检测 及 统 的应用作为了解的重点，充分的理解无损检测在工业上的应用。 四、教师意见 选题符合专业培养目标，能够达到综合训练目标， 本论文选题有很强的应用价值 ，专业性较强。但是书写难度较大，建议从工作实践出发，找准切入点，合理论述。另外，应运用所学知识，从实际出发具有针对性的把握好论点 。若选此题，请一定把握重点，研究透彻、拓展论述、结题可行，即可。 指导教师：祁生元 2015 年 4 月 30 日 中 期 报 告 班级： 2013 级 机械工程及自动化 （专升本） 学生姓名 ：张磊 指导老师： 祁生元 三、设计完成情况 该论文先从无损检测种类出发，具体介绍到无损检测的种类，比如射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、等，最后具体到超声波探伤的原理以及在工业上的运用，后面我们又具体了解到超声波探伤在钢轨探伤车上的运用，我们会具体了解到 统在超声波探伤的运用。 本论文不足之处可能对于无损检测在工业上的运用过于单一，没有在具体到别的方面，如对 于存在的问题我可以更多的从别的方面来理 解无损检测在工业上的运用以及种类，这样可以更丰富我们对于无损检测的了解。 四、教师意见 文稿已基本成型，建议进行词汇修饰力争做到： 论文格式正确，书写规范，条理清晰，语言流畅。 教师姓名： 祁生元 2015 年 6 月 15 日 设计（论文）题目 浅谈 无损检测 的应用 一、总体设计： 该论文主要阐述无损检测在工业上 的运用， 我们会从无损检测的种类先做了解， 包 括射线、超声、渗透等常规技术并论述它们的工作原理、优缺点和应用范围。 其次我们重点会从超声波探伤在无损检测上的应用，会具体了解到钢轨探伤车 与 统的应用 ， 最后让我们充分了解到超声波探伤在工业上的运用 ，让我们进一步对无损检测有所了解。 二、详细设计： 本研究报告分为 6 个部分 第一部分：概述简述任务的依据和历史背景及研究工作的主要内容结论。 第二部分：对现有 无损检测技术概况及应用发展进行 分析。 第三部分：对无损检测的种类进行了解 。 第四部分：根据 无损检测 中的超声波探伤进行了解 第五部分：具体了解对钢轨探伤 车无损检测 统的概述了解。 第六部分： 对论文进行总结说明。 结 题 验 收 班级： 2010 级 机械工程及自动化 （高升本） 学生姓名： 张磊 指导老师： 祁生元 设计（论文题目） 浅谈 无损 检测的 应用 结题验收申请： 根据毕业设计任务书要求：毕业设计（论文）已全部完成，请老师审 阅。 指导教师评语： 论文选题符合 要求 ，能够达到 学习 目标 ， 选题具有较大的实践指导意义 。 该生查阅文献资料能力强，写作过程中能综合运用 所学 系统知识 。 文章篇幅完全符合学院规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，有一定的个人见解。文题完全相符，论点突出，论述紧扣主题。语言表达流畅，格式完全符合规范要求；参考了丰富的文献资料，其 实用 性较强。毕业设计期间，张磊 同学能及时和导师沟通，认真听取导师的意见和建议， 对于论文的成文持有自己的观点，虽然辛苦，却一定受益匪浅。同意张磊 同学参加论文答辩。指导教师评分（ 优、良、中、及格、不及格）： 教师姓名：祁生元 2015 年 6 月 30 日 目 录 一 摘要 . 1 （ 一） 研究 背景 . 2 二 无损检测的种类 . 4 （一） 损检测概念 . 4 线检测 . 4 声波检测 . 4 粉探伤 . 4 （ 二） 损检测不常用方法 . 5 发射检测 . 5 记忆检测 . 5 三超声波及超声检测原理 . 6 （ 一） 声波的 性质 . 6 声波的 基本性质 . 6 声波的 速度及波长 . 6 声波的衰减 . 7 （ 二） 声 换能器 . 7 3. 声换能器的定义及分类 . 7 声换能器的主要性能参数 . 8 声波探伤的原理 . 8 （ 三） 声波 探伤方法 . 8 声波探伤方法的分类 . 8 冲反射式超声探伤仪的原理 . 8 四钢轨 探伤车 统 . 11 （一） 统特点 . 11 子系统硬件技术性能 . 12 统主要硬件 . 12 （二） 声波钢轨探伤技术简介 . 13 声波是什么 . 13 统利用超声波进行探伤 . 13 声波信号的发射与接收 . 14 （三） . 15 头 0 度换能器概述 . 15 头 3 个 换能器概述 . 16 五结论 . 17 参考文献 . 17 1 摘 要 随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性，使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术 具有不破坏试件，检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。本文 介绍无损检测的常用技术如射线、超声、磁粉和渗透及新技术如声发射、磁记忆等。 无损检测技术在设备和装备的运行、产品质量的保证、提高生产率、降低成本等领域发挥着越来越大的作用，无损检测 也已经发展成为一门独立的综合性学科，而超声波探伤技术在无损检测领域内占有极其重要的地位，在很多领域均获得非常广泛的应用。 我们主要会以钢轨探伤车超声波 检测技术 和 统 开始研究。 无损检测技术作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤 (到无损检测 (再到无损评价 (并且向自动无损评价 (定量无损评价 (展。相信在不远的将来，新生的纳米材料与微机电器件等行业的无损检测技术将会得到迅速发展。 关键词 ： 无损检测 ； 超声波检测 ； 统； 2 浅谈无损检测的应用 一、绪论 随着现代工业和科学技术的发展，无损检测技术在设备和装备的运行、产品质量的保证、提高生产率、降低成本等领域发挥着越来越大的作用，无损检测也已经发展成为一门独立的综合性学科，而超声波探伤技术在无损检测领域内占有极其重要的地位，在很多领域均获得非常广泛的应用。 我们在此会以钢轨探伤车超声波探伤 为例，具体了解钢轨探伤车无 损检测在工业上的应用。我们会了解到钢轨探伤车 无损检测中的 操作系统 由于超声波无损探伤设备在不同的应用场合，其对 探头的要求不同，对接收的回波信号的处理算法也不同，因此某一类的无损探伤设备，通常只能适应于一种或几种应用场合。为使 钢轨探伤车 超声波探伤设备具有更好的应用范围、更高的处理算法和更快的更新周期，可采用 作系统和控制计算机设备 。 作 探伤系统是利用计算机显示器的功能来模拟传统探伤仪的控制面板，以多种形式输出检测结果，利用软件功能来实现数字信号的运算、分析和处理。利用输入输出 (I/O)接口设备完成信号的采集、测量与调试，从而完成 钢轨探伤车 无损检测的运用 。 钢轨探伤车 统 是虚拟仪 器技术与传统超声探伤系统相结合的产物。在设计 统时，结合传统超声探伤系统中模拟通道的设计，因为任何一个超声探伤系统都必须包括超声波的发射电路、接收电路和信号调理电路才能进一步进行后续的处理工作，这些电路的设计将直接影响到整个超声探伤系统工作的可靠性和测试精度。 研究的背景 在无损检测过程中不但要完成是否存在缺陷的判断，而且要实现一些工艺参数的测量，进而对被检测的材料或工件进行性能的评估。对于 钢轨探伤车 超声检测而言，其应用中的硬件电路具有很大的相似性，因而如何灵活、准确的从通过介质的超声 波中提取包含被检测物体特征的信号成为关键，它对系统的数字信号处理能力和灵活性提出了很高的要 3 求。数字化的超声检测仪采用了 统与控制计算机 作为数据处理单元，可以实现很好 的数据处理能力， 可以在工业上做到很好的应用，很大程度的避免 硬件固化 和 软件开发形式缺乏灵活性，利于用户二次开发升级， 从而可以看到钢轨探伤车 统配合超声波探伤 是顺应了仪器发展的潮流，就如美国 司所提出的 “软件即仪器 ”的概念那样，它十分重视在相同的硬件条件下，用不同的软件分析处理 技术来实现不同仪器的功能，它提供的大量的分析处理函数库为信号的分析处理提供了有力的支持，因而将超声检测与 作系统 相结合有着重要的意义，有助于超声检测的良性发展。 4 二、无损检测的种类 损检测概念 现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法。具体无损检测的方法如下： 线检测 射线检测技术一般 用于检测焊缝和铸件中存在的气孔、密集气孔、夹渣和未融合、未焊 透等缺陷。射线检测不适用于锻件、管材、棒材的检测。射线检测方法可获得缺陷的直观图像，对长度、宽度尺寸的定最也比较准确，检测结果有直观纪录，可以长期保存。但该方法对体积型缺陷 (气孔、夹渣 )检出率高，对体积型缺陷 (如裂纹未熔合类 )，如果照相角度不适当，容易漏检。另外该方法不适宜较厚的工件，且检测成本高、速度慢，同时对人体有害，需做特殊防护。 声波检测 超声检测是利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损 检测方法。与其它常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广；检测深度大；缺陷定位准确，检测灵敏度高；成本低，使用方便；速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点。目前大量应用于金属材料和构件质量在线监控和产品的在投检查。如钢板、管道、焊鞋、堆焊层、复合层、压力容器及高压管道、路轨和机车车辆零部件、棱元件及集成电路引线的检测等。 粉探伤 磁粉探伤，是通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷的一种无损检测方法。将钢铁等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位的漏磁能吸附 磁粉的特征，依磁粉分布显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷的探伤方法。该探伤方法的特点是简便、显示直观。 磁粉探伤与利用霍耳元件、磁敏半导体元件的探伤法，利用磁带的录磁探伤法，利用线 5 圈感应电动势探伤法同属磁力探伤方法。 利用工件缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，它利用了钢铁制品表面和近表面缺陷（如裂纹，夹渣，发纹等）磁导率和钢铁磁导率的差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生崎变，形成部分磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积 磁痕，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉 的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。磁粉探伤的灵敏度高、操作方便。 磁粉探伤与利用霍耳元件、磁敏半导体元件的探伤法，利用磁带的录磁探伤法，利用线圈感应电动势探伤法同属磁力探伤方法。 损检测不常用方法 2 发射检测 声发射 (指材料或结构受外力或内力作用产生变形或断裂，以弹性波形式释放出应变能的现象。而弹性波可以反映出材料的一些性质。声发射检测就是通过探测受力时材料内部发出的应力波判断容器内部结构损伤程度的一种新的无损检测方法。在构件裂纹形成、扩展直至开裂过程中会发射出能量大小不同的声发射信号，根据声发射信号的大小可判断是否有裂纹产生、及裂纹的扩展程度。 声发射与 X 射线、超声波等常规检测方法的主要区别在于它是一种动态无损检测方法。声发射信号是在外部条件作用下产生的，对缺陷的变化极为敏感，可以检测到微米数量级的显微裂纹产生 、扩展的有关信息，检测灵敏度很高。此外，因为绝大多数材料都具有声发射特征所以声发射检测不受材料限制，可以长期连续地监视缺陷的安全性和超限报警。 记忆检测 磁记忆 (测方法就是通过测量构件磁化状态来推断其应力集中区的一种无 测方法，其本质为漏磁检测方法。磁记忆检测方法用于发现存在材料构件的高应力集中部位，它采用磁记忆检测仪对构件焊缝进行快速扫查，从而发现焊缝上存在的应力峰值部位，然后对这些部位进行表面磁粉检测、内部超声检测、硬度测试或金相组织分析，以发现可能存在的表面裂纹、内部裂纹或材料微观损伤。 磁记忆检测方法不要求对被检测对象表面做专门的准备，不要求专门的磁化装置，具有较高的灵敏度。金属磁记忆方法能够区分出弹性变形区和塑性变形区，能够确定金属层滑动 面位置 6 和产生疲劳裂纹的区域，能显示出裂纹在金属组织中的走向，确定裂纹是否继续发展。 是继声发射后第二次利用结构自身发射信息进行检测的方法，除早期发现已发展的缺陷外，还能提供被检测对象实际应力 变形状况的信息，并找出应力集中区形成的原因。但此方法 目前不能单独作为缺陷定性的无损检测 方法。在实际应用中，必须辅助以其他的无损检测方法。 三、 超声波及超声检测的原理 声波的性质 声波的基本性质 通常人耳能够听到的声波的频率范围在 20间，人们习惯上把频率超过20声波称为超声波。超声波本质上是一种机械波，所以它的产生必须依赖于两个条件，一是有做机械振动的声源，二是有能够传播振动的弹性介质。 波的种类是根据介质质点的振动方向和波动传播方向的关系来区分的。超声波在介质中传播的波形有许多种，用于探伤的有纵波、横波、表面波、板波等，其 中最常用的是纵波直探头探伤和横波斜探头探伤。纵波常用来探测钢板、锭材、大型锻件等形状比较简单的制品，而横波常用来检测焊缝、管材等形状比较复杂的制品。 声波的速度及波长 声波在介质中向前传播的速度，称为声速。对于不同种类的超声波，其传播速度不同。超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量及介质的密度有关，对一定的介质，弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。不同的介质，有不同的声速。超声波波形不同时，介质弹性变形的方式不同，速度也不一样。因此，超声波在介质中传播的速度是表征介质声学特性的一个重要参 数。 超声波的频率、波长和声速之间的关系如下 : 7 (2其中 为超声波的波长、 c 为超声波在介质中的的波速、 为超声波的频率。可见，在同一种介质中超声波的波长与超声波的频率成反比。 声波的衰减 超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其能量逐渐减弱，这种现象叫做超声的衰减。 超声衰减的三种主要原因 : 声束扩散引起的超声波衰减 散射引起的超声波衰减 由介质吸收引起的超 声波衰减 鉴于以上原因，为使接收信号不过度失真，需要在超声波接收单元中设计一高增益放大电路，即下文中的衰减放大电路。 声换能器 3. 声换能器的定义及分类 顾名思义，换能器就是一种将一种能量转换为另一种能量，进行能量转换的器件。超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或各将外部的声信号转换为电信号的能量转换器件。超声换能器是超声检测装置中非常重要的一个部分，它的性能和特点往往决定了超声检测的方法，对检测的效果有着很大的影响。 超声换能器的种类很多，按照换能 器的工作介质可分为气体超声换能器、液体超声换能器以及固体超声换能器等，按照能量转换的机理和利用的换能器材料，可分为压电换能器、磁致伸缩换能器、静电换能器 (电容型换能器 )，机械型超声换能器等。其中压电换能器的理论研究和实际应用最为广泛，目前最常用的压电材料是压电陶瓷材料。 在无损检测领域，人们常常称检测用的超声换能器为超声探头。在实际应用中，由于超声探头往往是与超声检测的方法是紧密相连的，不同的检测方法需要不同的超声探头， 8 因而超声探头的种类也是多种多样的。根据产生超声波波形的不同，探头可分为纵波探头(也叫直探 头 )、横波探头 (也叫斜探头 )和表面波探头等几种。根据耦合方法区分，有直接接触式探头和水浸探头。按工作方式分有单晶探头、双晶探头和列阵探头等。 声换能器的主要性能参数 衡量超声检测系统中的换能器的性能需要的参数很多，主要有两个 :一是换能器的灵敏度，二是换能器的带宽。前者取决于振型、换能器的材料及机械系统结构，后者是换能器的频率带宽特性，包括功率、声压、阻抗及灵敏度等随频率变化的带宽特性。对于应用于脉冲法检测的超声换能器，要求其频带宽，这就是所谓的宽带换能器，也称高阻尼探头，它保证激励产生的超声波脉 冲信号有较陡的上升沿，余振也短，这种特性在超声检测系统中特别重要。 本设计采用德国 K K 公司 ( 晶纵波直探头。该探头具有 5 15 6 000 工作量程和 110 近场长度。 声波探伤的原理 超声波探伤是利用超声波在物体中传播的一些物理特性来发现物体内部的不连续性(即通常所说的缺陷 )的一种方法。首先通过激励超声发射换能器产生超声波并使其进入工件，然后再通过超声接收换能器将工件中经过被检测材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波转换 成接收信号，缺陷作为与构件材料不同的介质将会产生不同的特征信号，接着再对接收到的信号进行分析，从而获得有关缺陷或材料的特性信息。 声波探伤 方法 声波探伤方法的分类 超声波探伤法的种类很多，根据声耦合方式可分为接触法和液浸法两大类，按声波传播方式可分为反射法和透射法两种。按超声波激励方式可分为脉冲波、连续波和调频波等探伤方法。按波形分又可分为纵波、横波、表面波和板波等。在目前的实际使用中，广泛使用的是接触式脉冲反射法。 考虑到脉冲超声探伤仪在实际中应用最为广泛，本设计将对基于虚拟仪器 技术的超声脉冲反射式探伤仪的实现技术进行讨论。 9 冲反射式超声探伤仪的原理 超声波以持续极短的时间发射脉冲到被检工件内，利用被检工件底面或内部缺陷的反射回波探测反射源的位置和大小的方法，称为脉冲反射法。纵波脉冲反射法工作原理如图3示，一般只需要一个探头兼做发射和接收。超声探伤主要是判断工件材料有无缺陷，若有缺陷时，确定缺陷的大小和位置，进而评价其有无使用价值和修复的可能性。 图 脉冲法纵波探伤原理 换能器发射的超声波在工件内部传播时，当遇到不同介质时，将 发生反射。反射信号的强度与反射率 R 的大小有关，而反射率 R 只与入射介质和反射介质的材料有关。由于反射信号通过的声程是一定的，换能器获得的反射信号的强度也是一定的。 当工件无缺陷时，只有始发射脉冲波和底面反射波，两者之间没有其它回波。 当工件中有面积小于声束截面的小缺陷，则会在始波和底波之间出现缺陷回波。缺陷回波在时间轴上的位置可以确定缺陷在工件中的位置，缺陷回波幅度的大小取决于缺陷在声束入射方向上的投影面积的大小，当有缺陷回波出现时，底波高度下降。 当工件中缺陷大于声束截面时，全部声能被缺陷所反射，只有始波和 缺陷回波，不会出现底波。 10 由于超声波在介质的波速是一定的，则在图 (2若知道工件长 L 的大小，则可以根据发射波到反射波与发射波到底波的时间的比值，来确定缺陷距探头的距离。 若不知道 L 的大小，则可以根据声束和声波在介质中传播至缺陷所需时间和波速来定位缺陷。 (2式中 C 为材料中的声速， 假如缺陷尺寸小于波长一半时，由于超声波的衍射作用而将不会产生明显的反射回波，从而无法探测缺陷，因此缺陷尺寸的最小检测极限为 。 工件或材料中的实际缺陷是多种多样的，其形状和性质也各不相同，而超声波的波长又比较大，要确定其真实大小是非常困难的，甚至不可能的，所以只能采用相对比较的方法，即用未知量 (缺陷 )与已知量 (规定的人工缺陷 )的回波振幅相比较的方法，来确定缺陷的当量大小，这就是超声探伤中的缺陷定量的基本原理。假设已经规定 A 处为 已知量，以此处为参考 ， 如图 缺陷定量示意图 11 则缺陷率为 ： 2 其中 缺陷波幅值 始波幅值 四、钢轨探伤车 统 统特点 采 用 模 块 化设计，具有 配 置 灵活 、功能可 扩 充 等特点 。 适 应高速 超 声 波 探伤对于信 号与 通 道 的需要 。 提高了系统的可靠 性 。 系统硬件 结 构 更为 紧凑 、集成化 程度 更高，需要 安装 的空间更 小 。 12 子系统硬件技术性能 系统硬件具有 60 公 里 /小时 速 度 钢轨伤 损 检测能 力 。 系统 各 部分由电 子方式 设置 。 支持多种 轮 探 头形式 最 密 集的 超 声 波 声 束 密 度 间 隔 为 1/32 英 寸 或 米 (设置为 1/16 英寸 )水 平 位置分辨率为 1/32 英 寸 (设置为 1/16 英 寸 ) 支持电磁感应探伤 方式 多 达 48 个独 立 的 超 声 波 通 道 。 统主要硬件 紧凑 型 用 户 界面工 业 算机，位于系统 柜 内，提供了系统的 控制 和 B 型 显示界面 。 超 声 波 回 波 信息 处理 单 元 (可以并行 处理 8 个 超 声通 道的信息， 完 成信 号 的选 择 放 大 、检 出 伤 损 信 号 及 模 拟 /数字 转换 。中 国铁 路 系统 配 置 4 块 13 多可以 配 6 块 喷漆 标 记 、 超 声 脉冲 频率 控制 及 A 型 显示选 择控制 功能。 单 板 计算机，在工 业 化 实时处理 操作系统 持下 共 工作。为 入 式 系统 重 要 组 成。 安装与 单 板 计算机的上的 接 口 板 。为单 板 计 算机 供了 与 电磁感应数据 采 集功能 (中 国铁 路 系统 无 此硬件 )。机 柜 数据 总 线： 制 的 板 。 数据 转 换 和 连接接 口 板 脉冲 仿真控制 器。提供了系统 仿真 ， 八 通 道 脉冲 发 射 /接收 单 元 。 每 块板 含 8 个独 立 通 道 ，最多 每 个系统可以 配备 6 块 。中国铁 路 系统 配备 4 块 。 声波钢轨探伤技术简介 本节中 介绍 1900 系统 采 用的 超 声 波 检测 技术 ，有关 1900 系统 采 用的电磁感应 技术部分，本节中对于 超 声 波技术 的 描述 仅 以 了解 。 1900 系统工作 原 理 为 目 的，不能 替 代有关 规 定中对操作员 无损 检测知识的要求。 超声波是什么 超 声 波 是频率很高的声 波 。 人 类 的 听觉 只 能分辨最高 20 千赫兹 (每秒 振 动 20,000 次 )的声 音 ，高于此频率的声 波就 是 超 声 波 。对于 1900 系统 来 说， 采 用的 超 声 波 横 波 频率为 赫兹 或 纵 波则 为 统如何利用超声波进行探伤 当 你用两 小 块 石 头 敲 击 时 ，你会 听 到 撞 击声，这是 因 为 石 头 撞 击产 生 的 震 动能 量 在空 气 中 传播 ， 达 到 你的 耳膜 的 原 因 。如果你的 朋友 站 得离 你远一些，比如 3 米 之外， 再 敲击 石 头时 ，你 听 到 的声 音 会比之前 小 很多。这是 因 为空 气 中声 音 受 到 了 阻碍 ， 到 达 你的 耳朵 时 ， 震 动 幅 度 下 降 的，这个 现 象 称 作 “衰 减 ”。如果你在 水 中 做 上 述 实 验，你会发 觉听 到的声 音 比空 气 中 大 的多，这是 因 为 水 对于声 波 的 阻碍 较小 ， 震 动能 量 衰 减 比 较 小 ，或 者 说声 音 在 水 比空 气 更容易 传播 ，在钢轨中声 音 的 传播 效 果要比 水 更 好 。当轮探 头 中的 压 电 晶体 (换 能器 )受 到 高电 压脉冲激 励 之后，会按 照 自 身 固 有的 振 动频率 振 动，比如 赫兹 。如果这个 振 动被 引 入 到 钢轨中，将会在钢轨中 传播 。一 旦 钢轨中 存 在 缺陷 或空 洞 ，部分 超 14 声 波 能 量 将被 反射 回 来 。这个 过程 和 雷 达 或声 纳侦 测 目 标等工作 原 理 很相 似 。 统所用的 超 声 波 振 动的持续 时 间很 短 ， 即 所 谓脉冲 波 。通 过 测 量 发 射脉冲 到接收到 的回 波之间的 时 间，可以 得出 伤 损 的 埋 藏 位置。比如系统中的 (超 声 波 声 束 中 心与 钢轨 表面 法 线的 夹 角 )通 道 声 束 ，在没有伤 损 的位置是 得 不 到 回 波 的。一 旦 钢轨中 存 在伤 损 ， 超 声波 脉冲 将会被其 反射 ， 返 回探 头 被 换 能器 接收 。系统据此 得 知 超 声 波 为钢轨中 存 在 某 个 “障碍 ” ，而这个 “障 碍 ”所 处 的位置也可以由 接收到 的回 波与 发 射 波 之间 的 时 间 差 求 得 。 超声波信号的发射与接收 统 采 用 轮式 探 头 。探 头外 部包 裹 有 聚酯橡胶 外 膜 ，内 充 专 用 液 体。 当 系统将短 时 间高电 压脉冲 施 加到换 能器的 压 电 晶 体上 时 ， 换 能器的 晶 体将按 照 其本 征 频率 振 动，该 振 动通 过轮 探 头 中的 液 体 传播 到 钢轨 里 ，这 就 是 超 声 波 的发 射 过程 。由于 超 声 波 不能 穿透 空 气 间 隙 (哪 怕 是 非常小 的间 隙 )， 统 配备 有 耦合水 喷 头 ，以 排 除 轨面 与轮探 头 之间的空 气 。下图为 统 轮 探 头 示 意 图。 统探头示意图 由于 超 声 波 不能 穿透 空 气 间 隙 (哪 怕 是 非常小 的间 隙 )， 统 配备 有 耦合水 喷头 ，以 排 除 轨面 与轮 探 头 之间的空 气 。下图为 统 轮 探 头 示 意 图。图 86 : 统轮探头示意图 统有两种 类型 的 轮式 探 头 ， 即 9 英 寸 轮 探 头与 探 头 。两种 轮 探 头 的 直 径 大致 相 同 ， 约 9 英 寸 。在 9 英 寸 轮 探 头 中，有 6 个 换 能器，包括一个 0 度 、一个 、一个三 晶片阵 列的 70 度 ， 15 以及一个 侧 打 换 能器 。 1900 系统中， 每侧 钢轨有 2 个 9 英 寸 轮 探 头 。前后两个探 轮 按 照 镜 像位置 安装 。 1900 系统中有两个 轮 ， 每侧 一个。在上图中， 轮 位于两个 9 英 寸 轮 探 头 之间 。 探 头 中有三个 换 能器：一个 0 度 、一个前 一个后 能器。该探 轮 主要用于检测轨颚。 声波脉冲与伤损相互作用举例 这 里 以 0 度 通 道 的 超 声 波 检测 到 钢轨 接缝处 的 螺 栓 孔情况 为 例 ，说明 超 声 波自换 能器发 出 之后的在钢轨中的行为。