大直径空心轴类超声探伤系统

　　为了减轻设备重量、提高扭转强度、便于检测,多数大型旋转装备的轴系均采用空心结构,如电力设备中的大轴中心孔和轨道交通中动车组的动轴与拖轴等,此类轴系的完整可靠是装备安全运行的重要保证。因此大直径空心轴类必须定期进行在役无损检测,以及时发现内部存在的裂纹、腐蚀及异常应力集中等缺陷,有效预防断轴事故的发生[1]。

　　国外大直径空心轴类探伤设备价格昂贵,且售后服务受生产地距离遥远的影响,配件供应周期较长,一旦出现问题,探伤系统长时间无法工作,影响被检测设备的正常运行[2-3]。

　　随着我国经济和科技的高速发展,实际投入运营的大直径空心轴数量将会大幅增加,相应的检测任务也将剧增。因此,迫切需要适用于各种设备的空心轴探伤系统的国产化。笔者研制了一套大直径空心轴类超声波探伤系统,下文将对该系统作详细介绍。

　　1　探伤系统主要特点

　　研制的大直径空心轴类探伤系统如图1所示,可实现对各类空心轴的快速、全面自动化检测,检测结果明了,易于检测人员对被检轴状态的判断。系统对检测数据能够进行记录存档,以便回放分析、统计、比较,还可以实现经互联网远程查询调用等[4-5]。系统主要设计特点如下:

　　(1)多角度检测探头的多种工作方式　参照铁道部《CRH系列动车组空心车轴超声波探伤工艺规程(试行)》,要求探头频率为2.5~5 MHz,横波斜探头折射角选择范围40°~70°,推荐使用±45°(45°正轴向和45°负轴向)。系统选用45°正轴向、45°负轴向、70°正轴向、70°负轴向、63°顺时针、63°逆时针

和0°双晶直探头等7个中心频率为4 MHz的探头,探头的声束覆盖区域如图2所示。系统可对轴内部及外表面的纵向缺陷、横向缺陷等进行检测,并具有2~7个探头同时工作的模式,以及不同的检测速度和灵敏度。这种方法兼顾了对不同轴的检测要求,采取不同的检测扫查速度和精度,实现了不同检测需求下最优检测方案的灵活选择。

　　(2)可靠的探头推拔机构　探头推拨机构用于实现旋转式探头在空心轴内部的推进及拔出的动作过程。其最大推送范围可达2.7 m,直线推拔速度为3~10 mm/s,探头的旋转速度为30~200 rpm,可以根据不同的工作模式选择不同的推拔与旋转速度,还可以对轴内指定位置进行扫查。在推拔机构中还布置了安全限位开关、末端位置信号开关、停放位置信号开关和起始位置信号开关等传感器。

　　(3)精简的主机工作模式　检测设备中超声检测模块与探头位置坐标处理模块做在一起,并置于前端,通过共用一条数据线来分别对它们进行数据采集或控制,极大地简化了系统的布线,确保系统的可靠运行。同时在此模块中选用目前世界上先进的微控制器产品和PFGA芯片,对检测信号进行运算和预处理,大大地提高了系统性能。