低地板有轨电车车轮超声检测样块及其测试方法与流程

本发明涉及无损检测领域，尤其是有关车轮产品超声波检测试块及测试方法。

背景技术：

低地板车自1984年问世以来，目前世界上已有30多个国家140多个城市采用了低地板车交通系统。2011年以来，在国内已开通城轨交通的城市中，长春和沈阳地铁采用了低地板现代有轨电车。作为低地板现代有轨电车走行部分关键部件，弹性车轮的质量好坏直接关系列车的运行安全，弹性车轮在金属间镶嵌橡胶阻尼原件，使金属脱离直接接触。能有效降低城市轨道交通车辆行驶中产生的振动和噪声，减少轮轨间的冲击，降低车轮的磨耗，提高行驶里程等功能。

目前国内生产的弹性车轮经过近十年左右的运行，目前已到检修阶段。但由于低地板有轨电车在国内使用时间并不长，没有现成的弹性车轮超声检测工艺。而国外如阿尔斯通、西门子、庞巴迪等公司均未对外公开其检测手段。故而只能参照国内大铁路机车车辆车轮的检测方法，每次检测都需要使用CSK-ⅠA、CS-1-5、DB-H1、RB-2、LG-1～9等标准试块进行探头检测比例、入射点、前沿距离、折射角度、分辨力的测定及DAC曲线的制作，试块携带极不方便。之前有人发明了超声波探伤探头性能检定试块及其测试方法，该发明能够对平面型斜探头入射点、前沿距离、探头角度进行测定，以及进行检测比例和斜探头DAC曲线制作。但对于低地板有轨电车车轮的检测来说，该发明还存在下列问题：

a、只能用于平面斜探头，而弹性车轮超声检测用横波斜探头为弧面，该试块无法使用；

b、该试块所测横波斜探头角度方法为采用公式间接计算得出，计算繁琐，不直观；

c、弹性车轮检测横波探头对缺陷的分辨力要求高，而该试块不能进行横波斜探头分辨力的测试；

d、弹性车轮超声检测除了使用横波斜探头外，还需使用纵波双晶直探头，而该试块无法进行双晶直探头检测比例及DAC曲线的制作。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种能够实现多种标准试块功能、检测效率高的低地板有轨电车车轮超声检测样块。

本发明的第二目的在于提供一种快速、准确、检测效率高的低地板有轨电车车轮超声检测样块的测试方法。

为了达到上述第一目的，本发明的技术方案是：一种低地板有轨电车车轮超声检测样块，包括连成一体的环形本体和弧型扇体，所述环形本体具有正面、上弧面、左端面、右端面、背面和下弧面，弧形扇体包括第一弧形扇体和第二弧形扇体，第一弧形扇体和第二弧形扇体同心同向叠置于环形本体的背面上，第一弧形扇体具有第一圆弧反射面，第二弧形扇体具有第二圆弧反射面，在环形本体上设有若干个贯穿正面和背面的台阶横孔、若干个开口位于下弧面且孔底距上弧面的最短距离各不相同的平底盲孔和1个贯穿正面和背面的检测比例调节孔，在正面上的与上弧面相邻处均具有若干组角度刻线，在第一弧形扇体上具有通过弧型扇体圆心的竖刻线。

所述环形本体的正面、左端面、右端面和背面均为平面。

所述环形本体的上弧面和下弧面为同心弧面，圆心角为90°±1°，环形本体1的上弧长为518 mm±0.5 mm、下弧长为424 mm±0.5 mm、高度为90mm±0.5 mm、厚度为60mm±0.5 mm。

所述第一弧形扇体的半径是第二弧形扇体的半径的一半，第一弧形扇体和第二弧形扇体的厚度相同。

所述第一弧形扇体的半径为40mm±0.5 mm、厚度为15mm±0.5 mm，第二弧形扇体的半径为80mm±0.5 mm、厚度为15mm±0.5 mm，所述第一弧形扇体和第二弧形扇体的上弧面与环形本体的上弧面处于同一弧面，所述弧形扇体的圆心位于环形本体的上弧面中心处，第一弧形扇体的第一圆弧反射面和第二弧形扇体的第二圆弧反射面均为凸圆弧面。

所述环形本体上的台阶横孔有五个，每个台阶横孔的台阶高度均为3mm±0.5 mm，每个台阶横孔的中心线均垂直于环形本体的正面和背面，各台阶横孔的中心线距上弧面的最短距离均不同。

所述台阶横孔包括孔径为Ф9mm±0.5 mm、长度为20mm±0.5 mm的前部和孔径为Ф3mm±0.5 mm、长度为40mm±0.5 mm的后部，各台阶横孔的中心线距上弧面的最短距离为等差数列，分别为45mm±0.5 mm、35mm±0.5 mm、25mm±0.5 mm、15mm±0.5 mm、5mm±0.5 mm，右边第一个台阶横孔的中心线所在的竖直面与右端面的夹角为35°±1°，其它相邻的台阶横孔，从其中心点至上弧面圆心的连线之间的夹角均为10°±1°。

所述环形本体上有六个平底盲孔，各平底盲孔的直径均为Ф3mm±0.5 mm，平底盲孔的中心线垂直于样块本体的下弧面。

各平底盲孔的孔底面距上弧面的最短距离为等差数列，分别为5mm±0.5 mm、15mm±0.5 mm、25mm、35mm±0.5 mm、45mm±0.5 mm、55mm±0.5 mm，右边第一个平底盲孔中心线与其在右端面上的投影线之间的角度为5°±1°，其它相邻的平底盲孔中心线之间的角度均为5°±1°，各平底盲孔的中心线在上弧面的投影位于环形本体的厚度的中线上。

所述环形本体上的检测比例调节孔为一个台阶孔，所述检测比例调节孔台阶前段外圆面到上弧面最短距离为台阶后段外圆面到上弧面最短距离的一半。

所述检测比例调节孔包括孔径为Ф50mm±0.5 mm、长度为30mm±0.5 mm的前部和孔径为Ф10mm±0.5 mm、长度为30mm±0.5 mm的后部，检测比例调节孔的中心点与上弧面圆心的连线与其在左端面上投影线之间的夹角为8°±1°。

所述环形本体的正面上具有五组角度刻线，第一刻线组对应角度值范围为35°～45°，第二刻线组对应角度值范围为45°～55°，第三刻线组对应角度值范围为55°～65°，第四刻线组对应角度值范围为65°～72°，第五刻度线组对应角度值范围为72°～80°。

本发明的样块外圆表面曲率与横波斜探头曲率相同，确保耦合良好，提高检测精度；并且能进行横波斜探头入射点、前沿距离、检测比例、折射角度、分辨力的测试、DAC曲线的制作；还能对纵波双晶直探头进行检测比例及DAC曲线的制作。无需配备CSK-ⅠA、CS-1-5、DB-H1、RB-2、TC-W、LG-1～9等标准试块，本发明实现了所有上述标准试块的功能，节约了检测成本，提高了检测效率，实现降本增效。本发明可采用实物车轮钢（如ER9）制作，能够消除因材料不同造成的检测误差。

为了达到上述第二目的，本发明的技术方案是：一种低地板有轨电车车轮超声检测样块的测试方法，采用上述任一的低地板有轨电车车轮超声检测样块，横波斜探头入射点及前沿距离的测试：将探头置于环形本体的上弧面之上，移动探头，将第二弧形扇体的弧面最高反射波调整到荧光屏垂直高度的80％，第一弧形扇体的竖刻线在探头纵向投影位置即为探头入射点；用刻度尺量取探头入射点与探头前端的长度a，即为探头前沿距离。

横波斜探头检测比例的调节：将探头置于环形本体的上弧面之上，移动探头，将第一弧形扇体的弧面最高反射波调整到荧光屏垂直高度的80％，位于水平刻度第n格，n=1、2、3、4、5，同时移动探头，将第二弧形扇体的弧面反射波调整到位于水平刻度第2n格处，横波斜探头检测比例调节完毕。

横波斜探头折射角度的测试：将探头置于环形本体的上弧面之上刻线为35°～45°处，移动探头，找到右边第一个台阶横孔长度为20mm部分、孔径为Ф9mm横孔最高反射波，此时探头入射点处对应刻线的角度值，即为该探头的折射角度。

横波斜探头分辨力的测试：将探头置于环形本体的上弧面之上刻线为35°～45°处，移动探头，同时找到右边第一个台阶横孔长度为20mm部分、孔径为Ф9mm横孔反射波，以及右边第一个台阶横孔长度为20mm部分、孔径为Ф3mm横孔反射波，将两波的波峰调至相同高度h1，为示波器满屏高度的20%～30%，此时两波之间波谷的高度为h2；保持探头位置不变，通过调节仪器增益值Δ将h2高度调至h1高度，所调节的增益值Δ即为该探头的分辨力。

横波斜探头DAC曲线的制作：在进行DAC曲线制作时，采用台阶横孔长度为40mm部分的孔径为Ф3mm横孔进行DAC曲线绘制，将横波探头置于环形本体的上弧面之上刻线为35°～45°处，分别使五个台阶横孔的最高反射回波调为荧光屏满幅的80％高度，同时记录不同孔的dB值和深度值，以dB值为纵坐标，深度值为横坐标，将记录的各点连成平滑曲线，并延伸至整个探测范围，即可得所测探头DAC曲线。

纵波双晶直探头检测比例的调节：将探头置于环形本体的上弧面之上，移动探头，将检测比例调节孔的孔径为Ф50mm部分横孔最高反射波调整到荧光屏垂直高度的80％，位于水平刻度第n格，n=1、2、3、4、5，同时移动探头，将孔径为Ф10mm部分横孔反射波调整到位于水平刻度第2n格处，纵波双晶直探头检测比例调节完毕。

纵波双晶直探头DAC曲线的制作：在进行DAC曲线制作时，采用平底盲孔进行DAC曲线绘制，将纵波探头置于环形本体的上弧面之上右边第3个平底盲孔处，分别使六个平底盲孔的最高反射回波调为荧光屏满幅的80％高度，同时记录不同孔的dB值和深度值，以dB值为纵坐标，深度值为横坐标，将记录的各点连成平滑曲线，并延伸至整个探测范围，即可得所测探头DAC曲线。

采用上述方法后，本发明能够简单直观地测试折射角在35°～80°范围内的横波斜探头入射点、前沿距离、折射角度、分辨力的测试及检测比例调节、制作横波探头DAC曲线，以及纵波双晶直探头检测比例调节及DAC曲线制作，解决了现有技术存在的问题，具有快速、准确、检测效率高的特点。

附图说明

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的低地板有轨电车车轮超声检测样块的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1的后视图；

图5为图1中的台阶横孔的位置分布图；

图6为图1中的平底盲孔的位置分布图；

图7为图1中的检测比例调节孔的位置分布图；

图8、图9分别为本发明在进行横波斜探头入射点及前沿距离测试时的状态示意图；

图10、图11分别为本发明在进行横波斜探头检测比例调节时的状态示意图；

图12、图13分别为本发明在进行横波斜探头折射角度测试时的状态示意图；

图14、图15分别为本发明在进行横波斜探头分辨力测试时的状态示意图；

图16、图17分别为本发明在进行横波斜探头DAC曲线制作时的状态示意图；

图18为本发明在进行纵波双晶直探头检测比例调节时的状态示意图；

图19为本发明在进行纵波双晶直探头DAC曲线制作时的状态示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明的一种低地板有轨电车车轮超声检测样块，包括连成一体的环形本体1和弧型扇体2，所述环形本体1具有正面1-1、上弧面1-2、左端面1-3、右端面1-4、背面1-5和下弧面1-6，弧形扇体2包括第一弧形扇体2-1和第二弧形扇体2-2，第一弧形扇体2-1和第二弧形扇体2-2同心同向叠置于环形本体1的背面1-5上，第一弧形扇体2-1具有第一圆弧反射面2-3，第二弧形扇体2-2具有第二圆弧反射面2-4，在环形本体1上设有若干个贯穿正面1-1和背面1-5的台阶横孔3、若干个开口位于下弧面1-6且孔底距上弧面1-2的最短距离各不相同的平底盲孔4和1个贯穿正面1-1和背面1-5的检测比例调节孔5，在正面1-1上的与上弧面1-2相邻处均具有若干组角度刻线6，在第一弧形扇体2-1上具有通过弧型扇体2圆心的竖刻线7。

如图1-4所示，所述环形本体1的正面1-1、左端面1-3、右端面1-4和背面1-5均为平面。

如图6、7所示，所述环形本体1的上弧面1-2和下弧面1-6为同心弧面，圆心角为90°±1°，环形本体1的上弧长为518 mm±0.5 mm、下弧长为424 mm±0.5 mm、高度为90mm±0.5 mm、厚度为60mm±0.5 mm。

如图2、3、4所示，所述第一弧形扇体2-1的半径是第二弧形扇体2-2的半径的一半，第一弧形扇体2-1和第二弧形扇体2-2的厚度相同。

如图2、3、4所示，所述第一弧形扇体2-1的半径为40mm±0.5 mm、厚度为15mm±0.5 mm，第二弧形扇体2-2的半径为80mm±0.5 mm、厚度为15mm±0.5 mm，所述第一弧形扇体2-1和第二弧形扇体2-2的上弧面与环形本体1的上弧面1-2处于同一弧面，所述弧形扇体2的圆心位于环形本体1的上弧面1-2中心处，第一弧形扇体2-1的第一圆弧反射面2-3和第二弧形扇体2-2的第二圆弧反射面2-4均为凸圆弧面。

如图1、2、5所示，所述环形本体1上的台阶横孔3有五个，每个台阶横孔3的台阶高度均为3mm±0.5 mm，每个台阶横孔3的中心线均垂直于环形本体1的正面1-1和背面1-5，各台阶横孔3的中心线距上弧面1-2的最短距离均不同。

如图1、2、5所示，所述台阶横孔3包括孔径为Ф9mm±0.5 mm、长度为20mm±0.5 mm的前部和孔径为Ф3mm±0.5 mm、长度为40mm±0.5 mm的后部，各台阶横孔3的中心线距上弧面1-2的最短距离为等差数列，分别为45mm±0.5 mm、35mm±0.5 mm、25mm±0.5 mm、15mm±0.5 mm、5mm±0.5 mm，右边第一个台阶横孔3的中心线所在的竖直面与右端面1-4的夹角为35°±1°，其它相邻的台阶横孔3，从其中心点至上弧面1-2圆心的连线之间的夹角均为10°±1°。

如图1、2、6所示，所述环形本体1上有六个平底盲孔4，各平底盲孔4的直径均为Ф3mm±0.5 mm，平底盲孔4的中心线垂直于样块本体1的下弧面1-6。

如图1、2、6所示，各平底盲孔4的孔底面距上弧面1-2的最短距离为等差数列，分别为5mm±0.5 mm、15mm±0.5 mm、25mm、35mm±0.5 mm、45mm±0.5 mm、55mm±0.5 mm，右边第一个平底盲孔4中心线与其在右端面1-4上的投影线之间的角度为5°±1°，其它相邻的平底盲孔4中心线之间的角度均为5°±1°，各平底盲孔4的中心线在上弧面1-2的投影位于环形本体1的厚度的中线上。

如图1、2、7所示，所述环形本体1上的检测比例调节孔5为一个台阶孔，所述检测比例调节孔5台阶前段外圆面到上弧面1-2最短距离为台阶后段外圆面到上弧面1-2最短距离的一半。

如图1、2、7所示，所述检测比例调节孔5包括孔径为Ф50mm±0.5 mm、长度为30mm±0.5 mm的前部和孔径为Ф10mm±0.5 mm、长度为30mm±0.5 mm的后部，检测比例调节孔5的中心点与上弧面1-2圆心的连线与其在左端面1-3上投影线之间的夹角为8°±1°。

如图1所示，所述环形本体的正面上具有五组角度刻线，第一刻线组对应角度值范围为35°～45°，第二刻线组对应角度值范围为45°～55°，第三刻线组对应角度值范围为55°～65°，第四刻线组对应角度值范围为65°～72°，第五刻度线组对应角度值范围为72°～80°。

本发明的低地板有轨电车车轮超声检测样块的测试方法，横波斜探头入射点及前沿距离的测试：如图8、9所示，在进行测试时，将探头置于环形本体1的上弧面1-2之上，移动探头，将第二弧形扇体2-2的弧面最高反射波调整到荧光屏垂直高度的80％，第一弧形扇体2-1的竖刻线7在探头纵向投影位置即为探头入射点；用刻度尺量取探头入射点与探头前端的长度a，即为探头前沿距离。

横波斜探头检测比例的调节：如图10、11所示，在进行测试时，将探头置于环形本体1的上弧面1-2之上，移动探头，将第一弧形扇体2-1的弧面最高反射波调整到荧光屏垂直高度的80％，位于水平刻度第n格，n=1、2、3、4、5，同时移动探头，将第二弧形扇体2-2的弧面反射波调整到位于水平刻度第2n格处，横波斜探头检测比例调节完毕。

横波斜探头折射角度的测试：如图12、13所示，以测试折射角度35°～45°之间的斜探头为例说明：在进行测试时，将探头置于环形本体1的上弧面1-2之上刻线为35°～45°处，移动探头，找到右边第一个台阶横孔3长度为20mm部分、孔径为Ф9mm横孔最高反射波，此时探头入射点处对应刻线的角度值，即为该探头的折射角度。

横波斜探头分辨力的测试：以测试折射角度35°～45°之间的斜探头为例说明：如图14、15所示，在进行测试时，将探头置于环形本体1的上弧面1-2之上刻线为35°～45°处，移动探头，同时找到右边第一个台阶横孔3长度为20mm部分、孔径为Ф9mm横孔反射波，以及右边第一个台阶横孔3长度为20mm部分、孔径为Ф3mm横孔反射波，将两波的波峰调至相同高度h1，为示波器满屏高度的20%～30%，此时两波之间波谷的高度为h2；保持探头位置不变，通过调节仪器增益值Δ将h2高度调至h1高度，所调节的增益值Δ即为该探头的分辨力。

横波斜探头DAC曲线的制作：在进行DAC曲线制作时，采用台阶横孔3长度为40mm部分的孔径为Ф3mm横孔进行DAC曲线绘制，将横波探头置于环形本体1的上弧面1-2之上刻线为35°～45°处（图16、17位置），分别使五个台阶横孔3的最高反射回波调为荧光屏满幅的80％高度，同时记录不同孔的dB值和深度值，以dB值为纵坐标，深度值为横坐标，将记录的各点连成平滑曲线，并延伸至整个探测范围，即可得所测探头DAC曲线。

纵波双晶直探头检测比例的调节:如图18所示，在进行测试时，将探头置于环形本体1的上弧面1-2之上，移动探头，将检测比例调节孔5的孔径为Ф50mm部分横孔最高反射波调整到荧光屏垂直高度的80％，位于水平刻度第n格，n=1、2、3、4、5，同时移动探头，将孔径为Ф10mm部分横孔反射波调整到位于水平刻度第2n格处，纵波双晶直探头检测比例调节完毕。

纵波双晶直探头DAC曲线的制作:在进行DAC曲线制作时，采用平底盲孔4进行DAC曲线绘制，将纵波探头置于环形本体1的上弧面1-2之上右边第3个平底盲孔4处（图19位置），分别使六个平底盲孔4的最高反射回波调为荧光屏满幅的80％高度，同时记录不同孔的dB值和深度值，以dB值为纵坐标，深度值为横坐标，将记录的各点连成平滑曲线，并延伸至整个探测范围，即可得所测探头DAC曲线。