高速机车车辆的车轴数字化超声波探伤系统

　　随着我国铁路运输的大提速和铁路运行里程的增加,机车车轴内部出现疲劳裂纹的概率相应有所提高.如何对在役车辆车轴关键部位的表面及内部缺陷和疲劳裂纹进行简便、高效、可靠的定期无损检测,及时掌握车轴状态,发现车轴是否出现裂纹,以及裂纹的发展情况,保证机车的行走安全,这些已经成为迫切需要解决的问题[1].

　　目前,国外对车轴的超声波探伤已经开始使用现代化多探头自动探伤检测系统.而国内对车轴的超声波探伤大多使用单通道垂直探伤、小角度探伤或斜角探伤的方法,对车轴的多个部位检测时需要多次更换不同规格的探头,而且要逐个校对探头灵敏度,费时费力,同时影响探测精度.根据国内机车车辆厂的实际状况,提出在轮对不分解的情况下,一次性对车轴的关键部位进行无损检测的数字化超声波探伤系统的设计方案.

　　1　车轴的超声波探伤方法

　　车轴常见裂纹发生部位主要在车轴车轮镶入部内、外侧,齿轮镶入部,轴颈及车轴内大裂纹这五处探伤部位,设计一种组合探头装置(如图1),将直探头、小角度探头和斜角探头组合在一起,这样就可以将组合探头装置固定在轴的端部,通过布置多个不同角度的超声波探头来检测车轴的五大主要部位.每个探头在装置中的径向可以有较高精度的角度调节,从而使探头折射角可以在小范围内有一定调整.探伤过程中,采用机油作为耦合剂,探头和车轴直接接触,以顶针孔作为组合装置的定位和旋转中心,由系统控制转动组合装置完成车轴关键部位的探伤.

　　2　组合探头装置

　　借鉴国外先进的超声波探伤技术,提出将直探头、小角度探头组合在一起,实现在轴端面一次定位的测试代替原来的多部位多次定位的测试方法,可以提高车轴的检测精度和准确性[2].组合探头装置应该具备以下几个特点:

　　①能够保证探头在扫查时超声波主声束始终穿过车轴的中心线,使主声束与裂纹相交,从而达到提高车轴的检测精度和准确性;

　　②要求该机构能很好的安装在车轴的端面上,并且保证超声波通过组合探头装置与车轴耦合良好,从而保证探伤的准确性和精度;

　　③多种探头要安装方便,定位准确;

　　④能够被系统控制,可时时监视探头的操作状态.

　　3　数字化超声波探伤系统设计

　　系统采用模块化设计方案,如图2所示, PC机通过控制信号控制组合探头装置的旋转和超声波发射系统发射高压电脉冲,激发超声换能器产生脉冲超声波,在每个通道上发射一定数量的脉冲超声波,当接收装置接收到一定数量的超声回波信号后结束这一个通道的检测,开始下一个通道,一共检查5个通道. 5个通道全部检测完毕后,即为一个检测周期,一个检测周期结束, PC机要控制组合装置转动一个角度,开始下一个检测周期的测量.