用于空心车轴的超声波探伤设备探头性能测试的试块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于空心车轴的超声波探伤设备探头性能测试的试块，所述试块具有容纳探头架的中心通孔；所述试块包括大径柱状部和位于所述大径柱状部两端的小径柱状部；所述大径柱状部包括中心段以及分别与两所述小径柱状部连接的两过渡段；各所述过渡段具有至少两个半径不同的圆弧面；所述中心段与各所述过渡段之间均具有环形槽，所述中心段的顶部具有第一平面，各所述过渡段的顶部均具有与所述第一平面平行的第二平面；所述第一平面、所述环形槽的槽底及所述第二平面距所述中心通孔的孔壁的距离各不相同。该试块在不拆解超声波探伤设备的探头架的情况下，能够对探头架上的各探头的性能进行测试。
【专利说明】
用于空心车轴的超声波探伤设备探头性能测试的试块
技术领域
[0001] 本实用新型涉及探头性能测试技术领域，特别是涉及一种用于空心车轴的超声波 探伤设备探头性能测试的试块。
【背景技术】
[0002] 高速动车组均采用空心车轴以减轻簧下重量，随着高速动车组的提速，对空心车 轴进行超声波探伤也显得尤为重要。
[0003] 为确保探伤结果的可靠性，在对空心车轴进行探伤前，需要对超声波探伤设备的 探头的性能进行测试，传统的探头测试方法是采用IIW或CSK-1A标准试块进行。但是，用于 动车组空心车轴的超声波探伤设备的探头架通常组装为圆柱体结构，并且前后各布置一探 头组，每个探头组为一个整体模块，由若干个不同角度的探头(可分为直探头和斜探头)集 成，无法拆解，从而无法使用现有的标准试块对探头性能进行测试。
[0004] 因此，如何设计一种试块，在超声波探伤设备的探头架不拆解的情况下，能够对探 头架上的各探头的性能进行测试，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种空心车轴探头性能测试用试块，该试块在不拆解超 声波探伤设备的探头架的情况下，能够对探头架上的各探头的性能进行测试。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于空心车轴的超声波探伤设备探头 性能测试的试块，所述试块具有容纳探头架的中心通孔;所述试块包括大径柱状部和位于 所述大径柱状部两端的小径柱状部；
[0007] 所述大径柱状部包括中心段以及分别与两所述小径柱状部连接的两过渡段;各所 述过渡段具有至少两个半径不同的圆弧面；
[0008] 所述中心段与各所述过渡段之间均具有环形槽，所述中心段的顶部具有第一平 面，各所述过渡段的顶部均具有与所述第一平面平行的第二平面;所述第一平面、所述环形 槽的槽底及所述第二平面距所述中心通孔的孔壁的距离各不相同。
[0009] 本实用新型提供的试块能够满足现有用于空心车轴的超声波探伤设备的探头性 能测试的基本需求，在不拆解探头架的情况下，能够对探头架上前后布置的两探头组的各 探头进行性能测试;具体地，试块的大径柱状部的中心段的第一平面可用于直探头的回波 频率测试;试块的大径柱状部的过渡段的一个圆弧面可用于斜探头回波频率测试;试块的 第一平面、第二平面及环形槽的槽底可用于直探头的分辨力测试，试块的大径柱状部的过 渡段的两个圆弧面可用于斜探头的分辨力测试;试块的大径柱状部的过渡段的一个圆弧面 还可用于斜探头的灵敏度余量测试；另外，该试块的大径柱状部的中心段两侧具有相似的 结构，即过渡段和小径柱状部，所以探头架伸入中心通孔对其探头进行性能测试时，探头架 前后布置的两探头组的各探头均能够进行性能测试;综上，该试块的设计简化了用于空心 车轴超声波探伤设备探头性能测试的操作流程，提高了探头性能测试的效率。
[0010] 可选的，所述中心段的所述第一平面上开设有一个平底孔。
[0011] 可选的，两所述小径柱状部中的一者沿轴向开设有若干等距且深度不等的平底 孔。
[0012] 可选的，所述小径柱状部上开设若干所述平底孔的位置为平面结构。
[0013] 可选的，所述中心段的底部具有第三平面，所述第三平面上开设有人工刻槽。
[0014]可选的，各所述过渡段的底部均具有与所述第三平面平行的第四平面，所述第三 平面、所述环形槽的槽底及所述第四平面距所述中心通孔的孔壁的距离各不相同。
[0015] 可选的，每一所述过渡段相对所述中心通孔的轴线结构对称。
[0016] 可选的，两所述过渡段相对所述中心段对称设置。
[0017]可选的，两所述小径柱状部的径向尺寸和轴向尺寸均一致。
[0018] 可选的，各所述环形槽的槽底为平面结构。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型所提供试块一种具体实施例的结构示意图；
[0020] 图2为图1所示试块的剖面示意图；
[0021] 图3为图2中I部位的局部放大图；
[0022]图4为图2中II部位的局部放大图；
[0023]图5为探头回波频率测试中底波的波形示意图；
[0024]图6a和图6b示出了直探头分辨力测试中反射回波的两种波形示意图。
[0025] 附图标记说明：
[0026] 试块10,中心通孔10a，
[0027] 大径柱状部11，中心段111，第一平面1111，第三平面1112,左过渡段112,左第一圆 弧面1121，左第二圆弧面1122,左第二平面1123,左第四平面1124,右过渡段113,右第一圆 弧面1131，右第二圆弧面1132,右第二平面1133,右第四平面1134,左环形槽114,右环形槽 115；
[0028]左小径柱状部12,右小径柱状部13，
[0029]平底孔诎、1^1、1^2、1^3、1^4、1^5;人工刻槽13;
[0030] 探头架20。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施 方式对本实用新型作进一步的详细说明。
[0032] 请参考图1至图4,图1为本实用新型所提供试块一种具体实施例的结构示意图；图 2为图1所示试块的剖面示意图；图3为图2中I部位的局部放大图；图4为图2中II部位的局部 放大图。
[0033] 本实用新型提供的试块适用于空心车轴超声波探伤设备的探头性能测试；目前， 该种超声波探伤设备的探头架通常组装为圆柱体结构，探头组一前一后布置。
[0034] 该实施例中，试块10具有容纳探头架20的中心通孔10a，试块10包括大径柱状部11 和位于大径柱状部11两端的小径柱状部，以下为便于描述和理解，将两小径柱状部称之为 左小径柱状部12和右小径柱状部13,其他类似结构也以左、右区分。
[0035] 本方案中，大径柱状部11、左小径柱状部12和右小径柱状部13均以圆柱状结构为 本体，以此为基础加工出后续介绍的各几何结构。另，本方案中，大径柱状部11、左小径柱状 部12和右小径柱状部13三者的轴线重合，显然，大径柱状部11、左小径柱状部12和右小径柱 状部13的轴线也即中心通孔10a的轴线。
[0036] 如图所示，大径柱状部11包括中心段111及分别与左小径柱状部12、右小径柱状部 13连接的左过渡段112、右过渡段113。
[0037] 其中，各过渡段均具有至少两个半径不同的圆弧面;本方案中，该两个圆弧面顺次 连接。如图所示，左过渡段112具有左第一圆弧面1121和左第二圆弧面1122,右过渡段113具 有右第一圆弧面1131和右第二圆弧面1132。
[0038] 其中，中心段111与各过渡段之间均具有环形槽，即左环形槽114和右环形槽115; 中心段111的顶部具有第一平面1111，各过渡段的顶部均具有与第一平面1111平行的第二 平面，即左第二平面1123和右第二平面1133;第一平面111 1、环形槽的槽底及第二平面距中 心通孔的孔壁(这里显然以同一壁面为参考基准）的距离各不相同。本方案中，左第二平面 1123和右第二平面1133处于同一平面内，左环形槽114和右环形槽115的槽深度一致。
[0039] 具体的方案中，各过渡段的第二平面、第一圆弧面和第二圆弧面自中心段111向对 应侧的小径柱状部顺次连接，为圆滑过渡，第一圆弧面的半径大于第二圆弧面的半径。
[0040] 如上设置，该试块10能够满足现有用于空心车轴的超声波探伤设备的探头性能测 试的基本需求，在不拆解探头架20的情况下，能够对探头架20上前后布置的两探头组的各 探头进行性能测试。该试块10可用于进行性能测试的具体如下：
[0041] 试块10的大径柱状部11的中心段111的第一平面1111可用于直探头的回波频率测 试；
[0042] 试块10的大径柱状部11的过渡段的一个圆弧面可用于斜探头回波频率测试；
[0043] 试块10的第一平面1111、第二平面及环形槽的槽底可用于直探头的分辨力测试； 具体地，试块10的第一平面1111、左第二平面和左环形槽114的槽底平面，及试块10的第一 平面1111、右第二平面和右环形槽115的槽底平面可分别用于探头架20上前后直探头的分 辨力测试；
[0044] 试块10的大径柱状部11的过渡段的两个圆弧面可用于斜探头的分辨力测试；
[0045] 试块10的大径柱状部11的过渡段的一个圆弧面还可用于斜探头的灵敏度余量测 试；
[0046] 另外，该试块10的大径柱状部11的中心段111两侧具有相似的结构，即过渡段和小 径柱状部，所以探头架20伸入中心通孔10a对其探头进行性能测试时，探头架20前后布置 (即图示的左右两侧）的两探头组的各探头均能够进行性能测试;综上，该试块10的设计简 化了用于空心车轴超声波探伤设备探头性能测试的操作流程，提高了探头性能测试的效 率。
[0047] 具体地，各环形槽的槽底为平面结构，这样在进行探头性能测试时，能够消除其他 结构，如弧形、锥形等的折射影响，提高测试准确性。
[0048] 超声波探伤设备的探头性能测试通常都参照相应的试验标准，以试验标准来制定 用于各不同性能测试的几何结构的参数。
[0049] 具体地，大径柱状部11的中心段111的第一平面1111距中心通孔10a顶壁的距离为 100mm，两个环形槽的槽底距中心通孔10a顶壁的距离均为85mm，两个过渡段的第二平面距 中心通孔10a顶壁的距离均为91mm，两个过渡段的第一圆弧面的半径均为100mm，第二圆弧 面的半径均为97mm。
[0050] 具体的方案中，中心段111的第一平面111 1上还开设有一个平底孔ko，该平底孔kO 可用于直探头的灵敏度余量测试，还可用于直探头的信噪比测试。根据相关标准，该平底孔 k0的直径具体为2mm。
[0051] 将该平底孔k0开设在第一平面1111上，在进行探头性能测试时，可以消除圆弧面 折射的影响，使得测试结果更合理更准确。
[0052]具体的方案中，左小径柱状部12沿轴向开设有若干等距且深度不等的平底孔，这 些平底孔可用于探头的盲区测试。
[0053] 进一步地，左小径柱状部12上开设这些平底孔的位置为平面结构，如图所示，左小 径柱状部12的顶部也具有平面结构，上述若干平底孔就开设于该平面结构。
[0054]图示方案中，示例性地示出了左小径柱状部12上开设有五个等距且深度不等的平 底孔kl、1^2、1^3、1^4、1^5;具体地，这些平底孔的孔径也设为21]11]1，其间距可以在9~351]11]1范围 内。
[0055]可以理解，在右小径柱状部13上开设用于探头盲区测试的一系列平底孔也是可行 的。
[0056]具体的方案中，大径柱状部11的中心段111的底部具有第三平1112，第三平面1112 上开设有人工刻槽b，该人工刻槽b可用于斜探头的信噪比测试，还可用于斜探头的折射角 测试。
[0057]将人工刻槽b开设在平面结构上，同样有助于减少圆弧面的反射对测试的影响。 [0058] 具体地，人工刻槽b的尺寸为10mm长，1mm深。
[0059] 具体的方案中，大径柱状部11的各过渡段的底部均具有与第三平面1112平行的第 四平面，其中，第三平面1112、环形槽的槽底及第四平面距中心通孔10a的孔壁（当然这里也 以同一壁面为参考基准）的距离各不相同。
[0060] 具体地，左过渡段112的左第四平面1124和右过渡段113的右第四平面1134处于同 一平面内。这样，试块10的第三平面1112、左第四平面1124和左环形槽114的槽底平面及第 三平面1112、右第四平面1124和右环形槽115的槽底平面也可以分别用于探头架20上前后 探头组的直探头的分辨力测试，与前述第一平面1111、第二平面及环形槽的槽底平面相结 合，可以用于多个不同部位的直探头的分辨力测试。
[0061] 进一步的方案中，左过渡段112相对中心通孔10a的轴线结构对称，右过渡段113相 对中心通孔10a的轴线结构对称，更进一步地，左过渡段112和右过渡段113相对中心段111 对称设置，这样，测试时，探头架20前后两探头组的相关测试参数一致，便于测试结果的比 较分析。另外，上述对称结构也便于试块的加工。
[0062] 具体的方案中，左小径柱状部12和右小径柱状部13的径向尺寸和轴向尺寸均一 致。这样，无论探头架20从左端伸入中心通孔10a还是从右端伸入中心通孔10a，对其上前后 两探头组的测量参数均一致，便于分析。
[0063] 利用上述试块10对探头进行各性能测试的测试方法如下：
[0064] 盲区测试：
[0065] 盲区的测定可用试块10上左小径柱状部12的若干平底孔kl~k5,如图所示。示波 屏上能清晰地显示Φ 2mm平底孔独立回波的最小距离即为所测的盲区。
[0066]直探头的灵敏度余量测试：
[0067] 先调节探伤机，使待测直探头增益至最大，使噪声电平不高于满屏幅度的10%，记 录此时的增益值So;
[0068] 接着将待测直探头对准试块10的第一平面1111上的平底孔k0,移动直探头使第一 次回波幅度最尚；
[0069]然后，调节增益使第一次回波幅度达到满屏的50%，记录此时的增益值S1;
[0070] 那么，灵敏度余量S为:3 =
[0071 ]斜探头的灵敏度余量测试：
[0072] 先调节探伤机，使待测斜探头增益至最大，使噪声电平不高于满屏幅度的10%，记 录此时的增益值So;
[0073] 接着将待测斜探头对准试块10的第一圆弧面，前后移动斜探头，使第一圆弧面的 第一次回波幅度最高；
[0074]再调节增益使回波幅度为满屏幅度的50%，记下此时的增益值S1;
[0075] 那么，灵敏度余量S为:3 =
[0076]直探头的回波频率测试：
[0077] 测试时，先将待测直探头对准试块10的第一平面1111，使第一平面1111的第一次 回波幅度最高;再在显示屏中观察底波的波形，如图5所示，在此波形中，以峰值点P为基准， 读取其前一个和其后二个共计三个周期的时间T 3,把T3作为测量值，回波频率6 = 3/1^回 波频率误差：
[0078] Afe=(fe-f〇)/f〇X100%
[0079] 式中，Afe为回波频率误差;fo为探头的标称频率。
[0080] 斜探头的回波频率测试：
[0081] 测试时，先将待测斜探头对准试块10的第一圆弧面，前后移动斜探头，使第一圆弧 面的第一次回波幅度最高;再在显示屏中观察底波的波形，如图5所示，在此波形中，以峰值 点P为基准，读取其前一个和其后二个共计三个周期的时间T 3,把T3作为测量值，回波频率 = 3/T3,回波频率误差：
[0082] Afe=(fe-fo)/f〇X100%
[0083] 式中，Afe为回波频率误差;fo为探头的标称频率。
[0084] 直探头的分辨力测试：
[0085] 将待测直探头置于试块10上，左右移动待测直探头，使示波屏上出现环形凹槽的 槽底平面(85mm)、第二平面(或第四平面）（91mm)、第一平面(或第三平面）（100mm)三个反射 回波A、B、C，回波图形如图6a和图6b所示；
[0086]当A、B、C不能分开时，如图6a，则分辨力F为：
[0087]
[0088]当A、B、C能分开时，如图6b，则分辨力F为：
[0089]
[0090] 斜探头的分辨力测试：
[0091] 先移动旋转待测斜探头，使待测斜探头对准试块10的第一圆弧面和第二圆弧面， 使示波屏上出现两弧面的反射回波；
[0092] 移动待测斜探头，使两弧面的反射回波等高达到满屏的80% ;
[0093]测量两圆弧面一次回波间的波谷高度h2,则该斜探头的分辨力Rs = 201g(80/h2)。
[0094] 直探头的信噪比测试：
[0095] 将待测直探头置于试块10上，对准试块10的第一平面1111上的平底孔k0,使示波 屏上出现第一次回波；
[0096]移动待测直探头，使平底孔k0第一次回波高度达到满屏的80% ;
[0097] 记录此时噪声波高hi;
[0098] 信噪比为：201g(80/hl)。
[0099] 斜探头的信噪比测试：
[0100] 将待测斜探头置于试块10上，对准试块10的第三平面1112的人工刻槽b，使示波屏 上出现第一次回波；
[0101 ]移动待测斜探头，使人工刻槽b第一次回波高度达到满屏的80% ;
[0102] 记录此时噪声波高hi;
[0103] 信噪比为：201g(80/hl)。
[0104] 斜探头的折射角测试：
[0105] 将待测斜探头置于试块10上，对准试块10的第三平面1112的人工刻槽b，使示波屏 上出现第一次回波；
[0106] 移动待测斜探头，使人工刻槽b第一次回波高度达到满屏的80% ;
[0107] 通过探伤机记录此时的水平距离和待测斜探头的位置差1，探测深度d;
[0108]由此，可根据tana = l/d得到，折射角a = arctan(l/d) 〇
[0109]以上对本实用新型所提供的一种用于空心车轴的超声波探伤设备探头性能测试 的试块进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐 述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新 型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 用于空心车轴的超声波探伤设备探头性能测试的试块，所述试块具有容纳探头架的 中心通孔;其特征在于，所述试块包括大径柱状部和位于所述大径柱状部两端的小径柱状 部； 所述大径柱状部包括中心段以及分别与两所述小径柱状部连接的两过渡段;各所述过 渡段具有至少两个半径不同的圆弧面； 所述中心段与各所述过渡段之间均具有环形槽，所述中心段的顶部具有第一平面，各 所述过渡段的顶部均具有与所述第一平面平行的第二平面;所述第一平面、所述环形槽的 槽底及所述第二平面距所述中心通孔的孔壁的距离各不相同。2. 根据权利要求1所述的试块，其特征在于，所述中心段的所述第一平面上开设有一个 平底孔。3. 根据权利要求1所述的试块，其特征在于，两所述小径柱状部中的一者沿轴向开设有 若干等距且深度不等的平底孔。4. 根据权利要求3所述的试块，其特征在于，所述小径柱状部上开设若干所述平底孔的 位置为平面结构。5. 根据权利要求1所述的试块，其特征在于，所述中心段的底部具有第三平面，所述第 三平面上开设有人工刻槽。6. 根据权利要求5所述的试块，其特征在于，各所述过渡段的底部均具有与所述第三平 面平行的第四平面，所述第三平面、所述环形槽的槽底及所述第四平面距所述中心通孔的 孔壁的距离各不相同。7. 根据权利要求6所述的试块，其特征在于，每一所述过渡段相对所述中心通孔的轴线 结构对称。8. 根据权利要求1-7任一项所述的试块，其特征在于，两所述过渡段相对所述中心段对 称设置。9. 根据权利要求1-7任一项所述的试块，其特征在于，两所述小径柱状部的径向尺寸和 轴向尺寸均一致。10. 根据权利要求1-7任一项所述的试块，其特征在于，各所述环形槽的槽底为平面结 构。
【文档编号】G01N29/30GK205656171SQ201620365983
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月27日 公开号201620365983.3, CN 201620365983, CN 205656171 U, CN 205656171U, CN-U-205656171, CN201620365983, CN201620365983.3, CN205656171 U, CN205656171U
【发明人】周庆祥, 傅晔, 李广凯, 陶传琦, 张志毅, 王银灵, 张泽勇, 王泽文
【申请人】中车青岛四方机车车辆股份有限公司