一种车轮探伤装置的制作方法

1.本实用新型涉及列车车轮的探伤领域，具体涉及到一种车轮探伤装置。


背景技术：

2.列车车轮轮辋的内部、表面和浅表在使用过程中可能存在疲劳裂纹等缺陷，在对这些缺陷进行检测时，常用的检测手段是通过超声波进行探伤检测。目前超声探伤虽然能对内部缺陷有良好的探测效果，但对表面、浅表等缺陷，超声检测因盲区、近场等固有超声特性，无法有效发现表面、浅表缺陷，检测效果不稳定。


技术实现要素：

3.为解决以上技术问题，本技术实施例提供一种车轮探伤装置，通过超声波传感器和交流电磁场传感器来对车轮表面进行检测，从而有效覆盖车轮轮辋表面、浅表和内部缺陷，提高检测的效果。
4.为达上述目的，本技术实施例的技术方案是这样实现的：
5.一种车轮探伤装置，所述车轮探伤装置包括探头载体；所述探头载体上至少集成设置有超声波传感器和交流电磁场传感器；所述车轮探伤装置还包括数据分析处理器；所述超声波传感器和所述交流电磁场传感器均与所述数据分析处理器相连接。
6.在一些实施方式中，所述超声波传感器包括双晶探头和超声相控阵探头。
7.在一些实施方式中，所述双晶探头设置在所述探头载体的中部；所述双晶探头设有两组以上，两组以上所述双晶探头沿被检车轮的转动方向依次设置。
8.在一些实施方式中，所述双晶探头依次设有三组；其中，第一组沿垂直于被检车轮的转动方向布置并由两个双晶探头构成；第二组沿垂直于被检车轮的转动方向布置并由三个双晶探头构成；第三组由一个双晶探头构成。
9.在一些实施方式中，所述超声相控阵探头设有两个，两个所述超声相控阵探头沿被检车轮的转动方向分别设置在所述探头载体的两端。
10.在一些实施方式中，所述超声波传感器还包斜探头。
11.在一些实施方式中，所述交流电磁场传感器设置在所述探头载体的端部。
12.在一些实施方式中，所述交流电磁场传感器由单通道探头、多通道探头或阵列式探头中的一种或多种构成。
13.在一些实施方式中，所述探头载体为与被检车轮踏面相匹配的弧形板。
14.综上所述，本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本实用新型通过在探伤设备上集成超声波传感器和交流电磁场传感器，利用超声波传感器检测车轮的内部缺陷，并利用交流电磁场传感器上的交流电磁场检测技术解决了自动化超声探伤设备车轮表面及浅表缺陷检出效果不稳定的问题。
附图说明
15.图1为本实用新型所述的一种车轮探伤装置的结构示意图。
16.图中各标号的释义为：探头载体1，交流电磁场传感器2，斜探头3，超声相控阵探头4，双晶探头5。
具体实施方式
17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
18.本技术实施例提供一种车轮探伤装置，包括探头载体1，所述探头载体1上集成设置有数据分析处理器、超声波传感器和交流电磁场传感器2。其中，所述超声波传感器和所述交流电磁场传感器2均与数据分析处理器连接。
19.这里，所述探头载体1可以安装在机械臂上。在使用时，所述探头载体1可以通过机械臂的作用进行移动。所述探头载体1为与被检车轮踏面相匹配的弧形板，以便于检测时超声波传感器和交流电磁场传感器2能更加贴合车轮踏面，使检测更准确。
20.其中，所述超声波传感器用于超声检测，在使用时，超声检测因近场、盲区等固有特性，无法有效发现表面、浅表面处的缺陷。
21.因此为了提高对表面、浅表处的缺陷进行检测，在所述探头载体1上还设置了交流电磁场传感器2进行检测。交流电磁场传感器2主要利用acfm技术来检测车轮表面、浅表面处的缺陷。acfm(alternating current field measurement)交流电磁场检测技术是一种新型的无损检测和诊断技术，用于检测金属构件表面和近表面的裂纹缺陷，可以测量裂纹的长度和计算裂纹深度，具有非接触测量、受工件表面影响小的特点。acfm技术的理论基础是电磁感应原理，一个通交变电流的特殊线圈(激励线圈)靠近导体时，交变电流在周围的空间中产生交变磁场，被测工件(导体)表面的感应电流由于集肤效应聚集于工件的表面。当工件中无缺陷时，感应电流线彼此平行，工件表面由于匀强磁场存在；若工件中油缺陷存在，由于电阻率的变化，势必对电流分布产生影响，电流线在缺陷附近就会产生偏转，工件表面的磁场就会发生畸变。这个磁场的变化强弱，就能反映出裂纹的尺寸。在工件表面产生的电磁场中，acfm技术是检测感应磁场来检测裂纹，因为磁场渗透率强于电场，衰减慢于电场；其原理法拉第电动势原理：通电线圈(检测线圈)切割磁场产生电动势，检测此电动势即可检测感应磁场。
22.建立被测工件上的感应电流流向模型，并将磁场分量分成三个分量bx(平行于工件表面并垂直于电流方向)、by(平行于电流方向)和bz(垂直于工件表面)进行分析。当无缺陷时，感应电流顺着y轴均匀流动，x向磁场分量(bx)均匀无扰动，而另外两个方向的磁场分量(by和bz)为0。故远离裂纹处，电流场是均匀的，电流相互平行。当电流流至裂纹处，由于材质的不均匀性和分界面处电流的连续性原理，电流线会向裂纹两端和裂纹底面偏转，使裂纹中心处电流线变疏，电流密度下降，两端的电流线汇聚，从而导致工件表面磁场的变化。
23.所述交流电磁场传感器2可以由单通道探头、多通道探头或阵列式探头中的一种或多种构成。在使用时，所述交流电磁场传感器2的覆盖深度能达到5mm，覆盖范围(与检测垂直方向)不少于25mm，探伤灵敏度为深1mm、长度10mm，可根据需要调节。其测量误差应保
证覆盖范围内深度测量值应小于1mm。测量重复性应保证连续5次检测，测量值波动应小于0.5mm。缺陷形态适应能力应保证可检测与检测方向平行、垂直及
±
45
°
裂纹、能检测凹坑、点蚀类缺陷。对应常见的列车车轮，交流电磁场传感器2内探头的阵元数不少于3个。
24.在本技术实施例中，所述交流电磁场传感器2设置在所述探头载体1的端部，且所述交流电磁场传感器2靠近所述超声相控阵探头4设置。
25.这里，所述交流电磁场传感器2位于车轮踏面下方，用于检测车轮表面和浅表的各向疲劳缺陷，即车轮表面、浅表面处的缺陷。
26.这样一来，本技术实施例利用交流电磁场传感器上的交流电磁场检测技术解决了自动化超声探伤设备车轮表面及浅表缺陷检出效果不稳定的问题。
27.在本技术实施例中，所述超声波传感器可以包括双晶探头5和超声相控阵探头4。所述双晶探头5设置在所述探头载体1的中部，两个所述超声相控阵探头4沿被检车轮的转动方向分别设置在所述探头载体1的两端边缘。
28.联合双探头(分割型探头)俗称双晶探头。分为接触式纵波联合双探头和接触式横波联合双探头。即双晶直探头和双晶斜探头。双晶探头的结构是两个单探头的组合，一个用于发射一个用于接收，发射电脉冲不进入接收电路，因此不受探伤仪器放大器的阻塞影响，可以探测近表面缺陷。收发探头都有各自的延迟块，而且两个延迟块的声束入射平面均带一倾角，倾角的大小则取决于要探测区域距探测面的深度。双晶探头有一个声能集中区，利用这一特点，可提高须探测区内的缺陷探测灵敏度。由于来自声强集中区以外的噪声得以降低，从而可提高信噪比。
29.所述双晶探头5设有两组以上，且沿被检车轮的转动方向依次并排设置。如图1所示，所述双晶探头5可以设置为三组，其中，第一组沿垂直于被检车轮的转动方向布置并由两个双晶探头5构成；第二组沿垂直于被检车轮的转动方向布置并由三个双晶探头5构成；第三组由一个双晶探头5构成。这样设置的目的是为了在有限的空间内集成更多的双晶探头5，以便于更加全面地覆盖被检车轮的轮廓。所述双晶探头5以组合形式，沿车轮周向排布于车轮踏面，探头隔声层与车轮周向平行，用于检测车轮辋裂缺陷，该缺陷通常位于距踏面10mm～30mm处。对应常见的列车车轮，双晶探头5的频率宜采用4mhz～5mhz，其聚焦深度为10mm～30mm。此处，双晶探头5可以选用上述的双晶直探头。
30.所述超声相控阵探头4位于车轮滚动圆所在平面内，用于检测轮辋的内部径向缺陷。对应常见的列车车轮，双晶探头5的频率宜采用5mhz左右，其内探头晶片的阵元数量不少于16个，可采用线形阵列、矩形阵列或环形阵列的方式排布。
31.超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束(波阵面)的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，改变声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。
32.所述超声波传感器还可以包括一个斜探头3，所述斜探头3设置在第三组双晶探头
5旁，用于检测轮辋的内部斜向缺陷。此处，斜探头3可以选用上述的双晶斜探头。
33.所述数据分析处理器用于对超声波传感器和交流电磁场传感器2采集到的数据进行分析处理，通过分析采集信号特征完成缺陷定位及类型判别。
34.本技术实施例所述车轮探伤装置的使用方法如下：
35.步骤1：将探头载体1移动到被检轮对的下方。
36.这里，所述被检轮对为待检测的车轮，所述探头载体1可以通过机械臂或其他载体移动到所述被检轮对的下方。
37.步骤2：将被检轮对顶离轨面。
38.这里，可以通过顶转轮装置将轮对顶离轨面。
39.步骤3：将所述探头载体1定位至所述被检轮对的车轮踏面。
40.这里，通过机械臂或其他驱动装置移动所述探头载体1，使得所述交流电磁场传感器2位于待测车轮踏面下方，使得所述双晶探头5沿车轮周向排布于车轮踏面下方，使得所述超声相控阵探头4位于车轮滚动圆下方。
41.步骤4：驱动所述被检轮对上的车轮转动，并启动所述探头载体1上的超声波传感器和交流电磁场传感器2进行数据采集。
42.这里，在使用超声波传感器和交流电磁场传感器2进行探伤时，所述探头载体1上的探头不动，车轮通过顶转或其它方式转动。探测时，信号由安装在转轮装置上的编码器触发。
43.步骤5：将采集后的数据传输至所述数据分析处理器进行分析。
44.这里，信号采集后，所述数据分析处理器根据车轮位置划分，分别开展超声和交流电磁场的信号特征分析，再综合形成并输出车轮探伤结果，结果以轮饼三维图进行展示，其中，车轮表面和浅表(距踏面深度5mm以内)采用交流电磁场探伤所得结果，该区域内超声信号仅作为参考信号；车轮内部区域判伤则完全以超声信号为依据，同时，结果展示上，系统提供超声的a扫、b扫，交流电磁场的bx、bz信号用于缺陷分析。
45.信号分析完成后，若车轮存在缺陷，所给出的结果将包括但不限于，缺陷相对于探伤装置的相对位置、缺陷深度、缺陷当量。
46.以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。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的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。