一种基于双阵列探头的钢轨焊缝超声波成像检测系统的制作方法

本实用新型涉及超声波无损检测领域，具体涉及一种基于双阵列探头的钢轨焊缝超声波成像检测系统。

背景技术：

对于钢轨焊缝的检测，尤其是涉及钢轨焊缝中存在的平面状缺陷，如光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等，这些缺陷的存在不仅减小了钢轨的有效截面，而且还可能造成应力集中，使钢轨焊缝直接拉开或使钢轨折断，因而是最危险的缺陷。这些平面状的缺陷，采用超声波进行检测时，其反射波按照反射定律在其他方向传播而无法沿入射路径返回，因而采用单个探头难以实现检测，因此一般采用双探头进行检测。常规检测方法是采用两只单晶片的探头进行K型扫查或者串列式扫查。K型扫查时，两只单晶片探头分别放置在相对的两个探测面上，一只探头发射超声波，另一只探头接收超声波，扫查时，两只探头需要相对或相背等速移动，当焊缝中存在平面状缺陷时，缺陷的反射波会被接收探头接收；串列式扫查时，两只单晶片探头一前一后同时放置在一个探测面上，距离焊缝近侧的一只探头发射超声波，距离焊缝远侧的一只探头接收超声波，两只探头也需要相对或相背等速移动，当焊缝中存在平面状缺陷时，发射探头发出的超声波经缺陷和钢轨底面两次反射后被接收探头接收。采用K型扫查或串列式扫查时，由于采用单晶片探头，为了实现焊缝整个高度的扫查，两只探头必须相对或相背等速移动，因而采用手工操作很难完成，一般都需要配备专业的扫查装置。然而钢轨焊缝需要检测的部位包括轨头K型扫查、轨底K型扫查以及轨腰串列式扫查，且由于钢轨结构的特殊性，要保证探头的耦合效果对扫查装置的要求非常苛刻，而且由于检测工作量大，扫查装置的调节安装也比较费时费力，并且工作时需要检测人员操作扫查装置实现相对或相背等速移动探头，因而检测人员劳动强度大，检测结果易受检测人员的操作经验及疲劳程度影响。

技术实现要素：

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于双阵列探头的钢轨焊缝超声波成像检测系统。可快速、有效、全面地对钢轨焊缝中存在的光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等平面状缺陷进行有效检测。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于双阵列探头的钢轨焊缝超声波成像检测系统，包括相控阵超声检测设备、发射阵列探头、接收阵列探头，

所述发射阵列探头、接收阵列探头在被测钢轨上进行串列式扫查或K型扫查；

所述接收阵列探头包括带状的探头本体、设置于所述探头本体下端的软接触薄膜套；所述探头本体上具有磁吸棒，边沿具有刻度标尺带，所述探头本体底面设置有阵列晶片，所述阵列晶片包括多个条状矩形晶片，阵列晶片依次排列在所述探头本体上，所述刻度标尺带用于指示阵列晶片的位置信息；

所述相控阵超声检测设备与所述发射阵列探头、接收阵列探头分别通讯连接，并使所述发射阵列探头、接收阵列探头工作于双阵列探头工作方式或单阵列探头工作方式，工作于单阵列探头工作方式时，所述发射阵列探头工作于自发自收方式；

所述相控阵超声检测设备获取所述接收阵列探头上的阵列晶片接收焊缝缺陷反射的超声波回波声束的起始和终点位置，计算所述缺陷的高度值。

进一步地，所述发射阵列探头包括相控阵超声楔块和安装于其上的相控阵超声探头，所述相控阵超声探头包括探头本体、阵列晶片，所述阵列晶片包括多个并列的条状矩形晶片。

更进一步地，所述相控阵超声楔块具有底面、与所述底面相对的斜面，以及与所述底面、斜面相邻的竖直侧面，所述相控阵超声探头安装在所述斜面上，所述相控阵超声探头与相控阵楔块之间通过耦合剂紧密结合。

更进一步地，所述磁吸棒为若干个等间距设置，且与所述探头本体长度方向相垂直。

更进一步地，所述软接触薄膜套内充满液体。

更进一步地，所述软接触薄膜套使所述探头本体水平或具有倾角。

更进一步地，所述发射阵列探头、接收阵列探头均还具有单总线器件，所述相控阵超声检测设备通过所述单总线器件进行识别与交换数据。

更进一步地，所述探头本体由柔韧性材料制作成。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型无需设计复杂的扫查装置就能够快速、有效、全面地对钢轨焊缝中存在的光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等平面状缺陷进行有效检测，能够明显降低检测人员的劳动强度，提高检测效率和检测结果可靠性。

附图说明

图1是钢轨焊缝轨腰串列式扫查的示意图；

图2是钢轨焊缝轨头K型扫查的示意图；

图3是钢轨焊缝轨底K型扫查的示意图；

图4是发射阵列探头的结构示意图；

图5是相控阵超声楔块的结构示意图；

图6是接收阵列探头的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

本实用新型实施例的基于双阵列探头的钢轨焊缝超声波成像检测系统，包括相控阵超声检测设备5、发射阵列探头3、接收阵列探头4，发射阵列探头3、接收阵列探头4在被测钢轨1上进行串列式扫查或K型扫查。

如图1所示，进行钢轨焊缝轨腰串列式扫查时，在钢轨焊缝2一侧的钢轨踏面上一前一后布置两个阵列探头，距离焊缝2近侧的阵列探头作为发射阵列探头3，距离焊缝远侧的阵列探头作为接收阵列探头5，发射阵列探头3和接收阵列探头5均贴在钢轨踏面8上。

如图2所示，进行钢轨焊缝轨头K型扫查时，在钢轨焊缝一侧的钢轨轨头两个侧面7各布置一个阵列探头，其中一个阵列探头作为发射阵列探头3，另一个阵列探头作为接收阵列探头4，发射阵列探头3和接收阵列探头4均贴在钢轨轨头的两侧侧面上。

如图3所示，进行钢轨焊缝轨底K型扫查时，在钢轨焊缝一侧的钢轨轨底6两个侧面各布置一个阵列探头，其中一个阵列探头作为发射阵列探头3，另一个阵列探头作为接收阵列探头4，发射阵列探头和接收阵列探头均贴在钢轨轨底的两侧侧面上。

发射阵列探头3和接收阵列探头4分别与相控阵超声检测设备5相应的端口相连接。

启动相控阵超声检测设备5对钢轨焊缝进行检测，发射阵列探头沿着钢轨1轴向方向进行前后移动或者放置在某几个固定的位置点，接收阵列探头采用不可移动的方式紧贴吸附固定在钢轨指定位置上，发射阵列探头发射超声波的同时，接收阵列探头同步进行超声波的接收，相控阵超声检测设备根据接收阵列探头接收到的信号进行图像化显示，检测人员根据检测图像显示判定钢轨焊缝中的缺陷信息。

相控阵超声检测设备5，具有双阵列探头工作方式和单阵列探头工作方式，并且两种工作方式可自动进行切换。双阵列探头工作方式时，两个阵列探头配套组合使用，一个阵列探头工作在发射模式，另一个阵列探头工作在接收模式，发射模式的阵列探头只发射超声波，接收模式的阵列探头只接收超声波，发射模式可以设置为相控阵扇形扫描方式、相控阵线形扫描方式或相控阵单声束扫描方式，接收模式可以设置为相控阵线形扫描方式；单阵列探头工作方式时：接到相控阵超声检测设备的阵列探头均工作在自发自收模式，即阵列探头发射超声波的同时进行接收超声波，自发自收模式的阵列探头可设置为相控阵扇形扫描方式、相控阵线形扫描方式或相控阵单声束扫描方式，并且自发自收时发射与接收的扫描方式一样。

相控阵超声检测设备，具有利用单总线（1-wire）工作原理来实现阵列探头的自动识别和参数的设置。相控阵超声检测设备识别阵列探头的方法为：相控阵超声检测设备启动时，对接到设备上的阵列探头中的1-wire器件进行初始化、对1-wire器件进行识别和交换数据，以此实现阵列探头的自动识别和参数设置。

所述的相控阵超声检测设备，具有探头耦合监控的功能，接到相控阵超声检测设备的阵列探头工作在自发自收模式，根据接收到超声波信号的情况自动判别探头的耦合情况，提供失耦报警功能。在进行钢轨焊缝检测的过程中，相控阵超声检测设备自动间隔一定时间进行耦合监控扫描并提供耦合情况显示和报警。

作为发射探头的阵列探头，其包括相控阵超声探头31和相控阵超声楔块32。相控阵超声探头包括探头本体、阵列晶片33和1-wire器件34，阵列晶片33包括多个条状矩形晶片，1-wire器件34通过相控阵超声检测设备的访问从而识别探头的类型和参数；相控阵超声楔块32具有底面35、与底面35相对的斜面36，以及与底面35、斜面36相邻的竖直侧面37，相控阵超声探头31安装在相控阵超声楔块32的斜面36上，相控阵超声探头与相控阵楔块之间通过耦合剂紧密结合。

所述的作为接收探头的阵列探头，其包括探头本体41、阵列晶片42、1-wire器件43、磁吸附带44、刻度标尺带45及软接触薄膜套46。探头本体41由柔韧性材料制成带状，阵列晶片42包括多个条状矩形晶片，阵列晶片依次排列在探头本体41上，阵列晶片42与1-wire器件43布置于探头本体的底面；磁吸附带44位于探头本体的上表面，每间隔一定距离布置有磁吸棒，磁吸棒的排列方式与阵列探头的长度方向垂直，磁吸附带具有对铁磁性材料吸附的功能，实现阵列探头吸附在钢轨表面上；刻度标尺带45位于探头本体的上表面的磁吸附带的一侧，具有标尺刻度值，指示阵列晶片的位置信息，同时可作为尺子的测量功能；1-wire器件为该阵列探头的身份识别器件，通过相控阵超声检测设备的访问从而识别该阵列探头的类型和参数；软接触薄膜套46位于探头本体底部，薄膜套内充满液体，薄膜套使探头本体水平或具有一定倾斜角度，有利于超声波的接收。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。