專利名稱：：用于鋼軌踏面斜裂紋的檢測裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及超聲波^^測裝置，具體涉及鋼軌踏面裂紋超聲波檢測裝置。
背景技術：
：近年來，隨著我國鐵路的大面積提速，列車的運行速度和載重量都得到了很大提高，由此導致了鋼軌缺陷出現了新的形式，在一些線路上出現了大量的鋼軌踏面斜裂紋，調查統計表明其斜裂紋平均間距為41mm,較大的達到160mm，裂紋一般與鋼軌踏面成15。~30°的方向斜向下發展，當裂紋發展到距踏面68mm時，裂紋幾乎橫向擴展并快速斷裂，所以最好是能夠在裂紋發展到5mm左右時將其識別出，這樣既不會造成過度浪費，也能夠防止鋼軌斷裂。鋼軌踏面斜裂紋一般成段分布，目視可見，因此目前的主要矛盾不是裂紋能不能檢測的問題，而是對存在的斜裂紋如何進行評價的問題，即如何對斜裂紋的深度做出準確的定量。只有準確地對鋼軌踏面斜裂紋的深度進行定量，才能準確掌握鋼軌的運營狀態，了解其使用性能，及時有針對性地對斜裂紋鋼軌采取相應的防斷措施，保證鐵路行車安全，同時節約鋼軌的養護費用、延長鋼軌使用壽命、降低換軌成本。目前國內外的鐵路部門都釆用超聲波技術檢測鋼軌在使用過程中產生的各種疲勞缺陷。從探傷設備上來看，主要分為大型鋼軌超聲波探傷車和手推式探傷小車(包括探傷儀和小車)，兩種設備所采用的探傷方法基本相同(見圖l),主要配置70。、45°(或37°~45°之間其他角度)、0°三種探頭。70°探頭主要用來檢測軌頭核傷，37。探頭主要用來檢測螺栓孔裂紋及鋼軌內部的斜裂紋，0°探頭主要用來探測鋼軌內部的水平裂紋，同時用來監測探頭的耦合狀態(如圖1所示)。從以上分析可以看出，現有的探傷技術主要是探測鋼軌內部的各種缺陷，沒有針對鋼軌踏面裂紋進行斥企測與評價的專門技術，只能依靠現有配置，通過測量70°探頭的二次波的回波幅度來對裂紋進行定量。而回波幅度不僅3僅與裂紋的大小有關，還與其他多種因素有關，如裂紋取向、表面粗糙度，耦合狀態等。鋼軌踏面斜裂紋回波幅度法定量主要有以下幾點不足(l)斜裂紋嚴重影響聲波的入射，進而影響回波高度和定量精度；(2)回波幅度法定量時只能根據回波高度粗略地給出裂紋深度的范圍，不能給出裂紋的具體深度；(3)回波幅度法定量時利用的對比試塊中的人工裂紋與實際裂紋差異較大，影響定量精度；(4)由于回波幅度受多種因素影響，測量結果重復性差。而傳統的利用T0FD原理的探傷設備主要用于焊縫的探測，使用時沿焊縫方向進行掃描，檢測的裂紋主要是沿著焊縫方向的裂紋，獲取單個裂紋的各處的精確深度。而本實用新型所要檢測的裂紋主要是鋼軌表面的斜裂紋，這種裂紋大量存在，對其判斷的精確程度要求不高，卻要求能夠簡單迅速的做出判斷。而且這種裂紋往往為大體上垂直于鋼軌延伸方向或與垂直于鋼軌的方向成一定角度(例如，15°、30°或其它角度)，而傳統的利用T0FD的探傷設備要想對其測量必須針對每個裂紋單獨設置掃描方向，設置探頭位置角度等，綜上，無論從成本考慮還是從效率考慮，其都、因此目前的i量方法還不能很^好地解決鋼軌斜裂紋的定量問題，還不能對鋼軌斜裂紋做出準確地評價。所以，需要一種成本低廉的、能夠快速準確的對鋼軌踏面斜裂紋進行定量評估的檢測方法和檢測裝置。
發明內容針對現有技術中的上述不足，本實用新型提供了一種成本低廉的、能夠快速準確的對鋼軌踏面斜裂紋進行定量評估的檢測裝置。一方面，本實用新型提供一種用于鋼軌踏面斜裂紋的檢測裝置，包括檢測探頭和信號處理裝置，其中所述檢測探頭包括探頭外殼以及設置在所述探頭外殼內的第一探頭、第二探頭和隔聲層，其中所述第一探頭和第二探頭相對設置在所述隔聲層的兩側，所述信號處理裝置用于接收所述第二探頭收到的信號并判定所述裂紋深度是否大于設定的裂紋深度標準。上述的檢測裝置，其中，所述裂紋深度標準設定為5mm。上述的檢測裝置，其中，所述檢測探頭入射點間距為20隨，探頭的折射角度為60度。上述的檢測裝置，其中，所述檢測探頭采用的聲波頻率為5MHz,脈沖寬度1.5~2個波長。上述的檢測裝置，其中，檢測時，檢測探頭中的第一探頭和第二探頭的連線方向大體上與鋼軌延伸方向平行設置，并沿鋼軌延伸方向掃描。圖1為鋼軌探傷原理示意圖；圖2為聲波與缺陷的相互作用示意圖；圖3為本實用新型的一個實施例的探頭布置示意圖；圖4(a)為圖3中的檢測探頭用于檢測時的簡單示意圖，圖4(b)為所檢測到的波形的示意圖。具體實施方式下面首先對T0FD原理進行筒單的介紹。圖2為聲波與缺陷的相互作用示意圖。如圖2所示，當入射波a入射到裂紋狀缺陷上時，聲波除了產生反射波b和透射波c外，還會在缺陷的尖端產生衍射波d、e。缺陷尖端產生的衍射波d、e,盡管其能量遠遠低于反射波b的能量，在回波幅度定量法中一般很少利用，但由于其向四周傳播，沒有明顯的指向性，聲波更易于接收，而且其傳播時間中包含著豐富的空間位置信息，因此可以通過測量缺陷上下尖端衍射波d、e的傳播時間對缺陷的上下尖端進行定位，進而對缺陷的大小進行定量。本實用新型提供的鋼軌斜裂紋探測裝置及方法，可以沿鋼軌延伸方向進行掃描，快速的識別出高于所設定的安全標準的鋼軌表面斜裂紋。下面根據本實用新型一個實施例對本實用新型的檢測裝置進行詳細描述。本實施例中的檢測裝置包括檢測探頭和信號處理裝置。如圖3所示，本實施例中的檢測探頭包括第一探頭和第二探頭、隔聲層和探頭外殼。其中第一探頭包括第一晶片1、第一插接件2和第一探頭斜楔3;第二探頭包括第二晶片1，、第二插接件2'和第二探頭斜楔3，。所述第一晶片1和第二晶片1，分別設置在第一探頭斜楔3與第二探頭斜楔3'的斜面上。所述第一探頭和所述第二探頭大體上對稱的設置在所述隔聲層4的兩側。并且為便于攜帶和使用，上述兩個探頭以及置于其間的隔聲層4通過探頭外殼6封裝在一起。本實施例中的信號處理裝置采用接受并顯示信號的普通的信號處理裝置。在本實施例中的檢測裝置設計用于檢測深度為5mm以上的鋼軌踏面斜裂紋。所以，通過實驗及分析，將本實例的探頭參數優選為探頭入射點間距20fflm，聲波頻率5顧z，脈沖寬度1.5~2個波長左右，探頭的折射角度60度(是指聲波信號在被測工件中傳播時與工件表面法線間的夾角)。下面描述利用上述實施例中的檢測裝置進行鋼軌踏面斜裂紋檢測的過程。為了便于說明，圖4(a)僅示意性的畫出了圖3中的兩個探頭。如圖4(a)所示，第一探頭1和第二探頭2相對放置，第一探頭l發射聲波，第二探頭2接收聲波。第一探頭l(發射探頭)的晶片振動產生聲波，經過探頭斜楔后聲波進入工件，聲波首先沿工件表面傳播并被第二探頭2(接受探頭)接收，稱其為側向波。如果工件存在裂紋，聲波就會與裂紋尖端作用產生衍射波，衍射波向四周傳播，一部分能量被第二探頭2接收。由于衍射波的傳播路徑比側向波傳播路徑長，所以衍射波遲于側向波被第二探頭接收。當接收探頭和發射探頭之間的距離固定時，側向波4皮接收的時間固定，即側向波在信號處理裝置(其信號顯示屏幕上)上出現的位置固定。同理，由于衍射波的傳播時間只與裂紋的深度有關，所以通過測量衍射波被接收的時間，或者比較側向波與衍射波之間的時間差，就可以判斷裂紋的深度。缺陷深度^與探頭半間距S、側向波與衍射波之間的聲時差AZ之間的關系為2M、il(1)令CiA,="A,則上式可以改寫為//(2)式中^為縱波聲速，A為聲波波長，"為脈沖回波周期數，,為探頭頻率。6裂紋檢測深度與檢測探頭頻率/、檢測探頭半間距S及聲波周期數"之間的關系如表1表4中所示。從表中數據可以看出，探頭頻率越高、探頭半間距越短、聲波周期數越少(或聲波脈寬越短)，裂紋的可測深度越淺，反之，裂紋的可測深度越深。由于檢測探頭入射點間距(第一探頭和第二探頭之間的間距)一般約為2Omm以上，所以檢測探頭半間距S最小值可取1Omm，而檢測探頭的脈沖寬度一般可達到1."~"，如果檢測探頭頻率取較常用的5MHz，從表1和表3可以看出，對于5ram以上的裂紋，用本實施例的斜裂紋探測裝置可以探測，而5mm以下的裂紋由于其側向波與衍射波重疊在一起無法分辨。即用本實施例的斜裂紋探測裝置可以判斷鋼軌踏面開口裂紋深度是否超過5mm。在實際應用時，以這樣的方式沿著鋼軌的延伸方向移動檢測探頭即檢測探頭中的第一探頭和第二探頭的連線方向大體上與延伸方向平行。這樣，由于鋼軌踏面斜裂紋的方向與鋼軌延伸方向大體上垂直或與垂直于鋼軌的方向成一定角度，所以鋼軌踏面斜裂紋的方向一般垂直于掃描方向。當檢測探頭掃過5隱以上的裂紋時，如圖4(b)中所示，信號處理裝置在收到側向波信號之后A^";i,將收到衍射波信號。所以可以通過在信號處理裝置中設置針對5mm以上踏面凍+裂紋的時間門(對應于5mm以上踏面斜裂紋的衍射波傳播時間)，只要在時間門內出現高于特定強度閾值(根據干擾、信號強度等設定)的信號，即證明出現5隨以上裂紋，從而發出報警。根據具體需要，還可以設置所檢測的斜裂紋深度的上限，例如8mra。表l裂紋檢測深度與聲波頻率及聲時差之間的關系(f-5MHz,"=1.5)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2裂紋檢測深度與聲波頻率及聲時差之間的關系(f=7MHz，"=1.5)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3裂紋檢測深度與聲波頻率及聲時差之間的關系(f=5MHz,"=2)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>"(mm)5.05.35.55.75.96.1表4裂紋檢測深度與聲波頻率及聲時差之間的關系(f=7MHz,"=2)S(mm)101112131415^(mm)4.24.44.64.84.95,1采用本實用新型的檢測方法和檢測裝置進行檢測具有以下優點1.定量精度高常規回波幅度法定量精度受檢測面狀態、缺陷取向、缺陷表面狀態、缺陷大小等諸多因素影響，定量精度較差，而該技術的定量精度只與聲波傳播時間有關，從原理上保證了該技術具有更高的精度和可靠性。2.檢測速度快該技術的特點是能夠快速判斷裂紋深度是否超過某一限度值，不必判斷每一條裂紋的具體深度，即對深度較小、危險性較小的裂紋可以不予考慮，只須對深度超過該限度值、危險性大的裂紋進行判斷，因此減少了檢測工作量，節省了探傷工上線占道時間。3.操作簡單，檢測費用低該技術根據需要檢出的裂紋的限度值，使用該技術專用檢測探頭，即可迅速檢測出裂紋是否超過事先設定的限度值。操作筒單，只須觀察在特定時間段內信號處理裝置上是否出現缺陷信號即可，凡是有缺陷信號出現，則裂紋深度即超過設定的限度值。而且該技術不必使用專用的TOFD檢測設備和掃查裝置，可以節省大量費用。雖然以上實施例中，所述檢測探頭的入射點間距為20mm,探頭的折射角度為60度，所述檢測探頭采用的聲波頻率為5MHz，脈沖寬度1.5-2個波長。但是根據具體應用需要，所述探頭入射點間距、聲波頻率及折射角度可以適當改變，例如探頭入射點間距在16mm-25mm范圍內改變，聲波頻率在頓Hz-7匪z范圍內改變，折射角度在50-70度范圍內改變。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。權利要求1.一種用于鋼軌踏面斜裂紋的檢測裝置，其特征在于，包括檢測探頭，所述檢測探頭包括探頭外殼以及設置在所述探頭外殼內的第一探頭、第二探頭和隔聲層，其中所述第一探頭和第二探頭相對設置在所述隔聲層的兩側，所述檢測裝置還包括用于接收所述第二探頭收到的信號的信號處理裝置。2.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述檢測探頭入射點間距為20nmi，探頭的折射角度為60度。3.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述檢測探頭采用的聲波頻率為5MHz，脈沖寬度1.5~2個波長。4.根據權利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，檢測時，檢測探頭中的第一探頭和第二探頭的連線方向大體上與鋼軌延伸方向平行設置，并沿鋼軌延伸方向掃描。專利摘要本實用新型提供一種用于鋼軌踏面斜裂紋的檢測裝置，包括檢測探頭和信號處理裝置，其中所述檢測探頭包括探頭外殼以及設置在所述探頭外殼內的第一探頭、第二探頭和隔聲層，其中所述第一探頭和第二探頭相對設置在所述隔聲層的兩側，所述信號處理裝置用于接收所述第二探頭收到的信號并判定所述裂紋深度是否大于設定的裂紋深度標準。本實用新型的檢測探頭包括兩個封裝在一起的獨立探頭，便于攜帶和使用。文檔編號G01N29/04GK201392325SQ20082012426公開日2010年1月27日申請日期2008年12月5日優先權日2008年12月5日發明者涂占寬,熊小蘭,鄭莉莉,黎連修申請人:中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所