[实用新型]一种实心车轴的相控阵超声检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及车轴探测领域，确切地说是指一种实心车轴的相控阵超声检测装置。

背景技术

随着铁路运输向高速、重载方向发展以及机车段维修公里的延长，对机车走行部质量提出更高的要求。车轴是机车机械走行部关键部件之一，在运行中起着向钢轨传递静载荷、牵引力和制动力的作用，另外还刚性承受来自钢轨接头、道岔、线路不平的垂直和水平作用力，是一个受力复杂、工作条件恶劣的部件，迫切需要对车轴内部和外部缺陷进行检测。因此为避免有缺陷的车轴在运行时发生事故，确保列车行驶的安全，需要对车轴轴颈、轮座、齿轮座、抱轴颈、轴身部分进行探伤。目前，国内外对车轴的缺陷进行无损检测的方法主要是电涡流检测、磁粉探伤、超声波检测。利用涡流检测变换器来实现车轴表面的非接触检测，但受工况条件制约，无法检测距离轴端面较远声程的区域。磁粉探伤也适用于车轴的检测，但是检测前需要对车轴表面进行清洁，一般情况下需要将轮对拆卸下来检测，如果不拆卸轮对进行检测，则轮座部位无法被检测到，检测效率极低。检测效率大大降低会影响正常的运营效率，且涡流检测和磁粉探伤无法满足检测车轴内部缺陷的要求。超声检测原理为：如果介质中有气孔、裂纹、分层等缺陷中有气体或夹杂，超声波传播到介质与缺陷的界面处时，就会全部或部分被反射。反射回来的超声波被探头接收，可以根据接收波形的变化特征判断工件中缺陷的深度、位置和形状。超声波探伤优点有穿透性强、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害等，能对缺陷进行定位和定量，适合车轴的无损探伤。

车轴轴身较长，其基本结构包括：轴端面，轴颈，轮座，齿轮座，抱轴颈，轴身，卸荷槽。实际在役检测过程中，车轴不拆卸车轮，齿轮，抱轴箱，车轴上可放置探头的空间有限。不同轴型的轴端面孔数量和分布不同，车轴轴身结构复杂，车轴轴身的缺陷较容易检测到，但最易出现缺陷的部位为轮座，齿轮座，卸荷槽等部位。既有的常规超声手工探伤方法，需要在不同位置放置多个不同角度的超声波探头检测，检测过程中，需更换多个不同角度的探头，工作量大且极易造成漏检，且在检测过程中，探头需来回移动超声结果稳定性差。

利用相控阵超声技术的自动化检测装置可以有效弥补常规超声探头数量大，声束可达性差，无法偏转和聚焦等缺点。通过少量的相控阵探头就可以覆盖车轴的绝大部分区域，且在检测过程中探头无需来回移动，保证超声检测的稳定耦合。目前，国内还没有出现对车轴整体进行超声相控阵在线自动化检测的简单有效方法。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于提供一种实心车轴的相控阵超声检测装置，采用相控阵超声检测方法，检测范围广，检测效率高，能实现对各型实心车轴的全范围检测，缺陷检出率高；检测简单，图像化检测结果更可靠。

本实用新型提供的实心车轴的相控阵超声检测装置，包括电气控制单元、与电气控制单元相连的探头支架、相控阵探头、定转轮装置、超声电子单元及系统主控计算机；所述的车轴端面相控阵探头与轮对车轴端面相控阵探头支架相连，所述轮对车轴端面相控阵探头在车轴端面的范围平移；所述车轴轴颈相控阵探头与轴颈探头支架相连；所述的相控阵探头在检测时被置于轮对车轴轴颈和端面上，轮对的轮缘顶端置于转轮装置上；超声电子单元与系统主控计算机连接。

优选地，所述车轴端面探头与轴颈探头配合，如果待检轮对已退轴承，则该装置所述的轴端面探头和轴颈探头同时使能；如果待检轮对未退轴承，轴端面探头使能。

优选地，所述的车轴端面相控阵探头与探头支架相连，当待检轮对未退轴承检测车轴时，仅使能端面探头，所述车轴端面探头在端面距轴心的位置可移动，距离范围为35mm~60mm。

优选地，所述超声电子单元对超声信号进行放大滤波预处理，并将预处理后的数据传输给主控计算机；所述主控计算机控制装置的启动、停止、运行、分析显示超声回波信号、存储超声波数据。

另外，本实用新型还提供一种实心车轴的相控阵超声检测方法，包括如下步骤：

1相控阵探头的超声波发射和接收由相控阵电子单元控制；

2所述的相控阵探头各阵元依次触发产生超声波束从车轴端面或轴颈圆弧面进入车轴内部；

3所述的相控阵超声换能器发射超声波束以一次波和多次波方式检测；

4所述的相控阵探头发射波束和接收波束可以近似的表示为具有一定方向的直线，所述的车轴端面相控阵探头对称分布在车轴两端面上，其发射和接收角度从-40°到40°连续变化；所述的轴颈相控阵探头对称分布在车轴的两端轴颈上，其发射和接收角度从30°到70°连续变化；

5相控阵电子单元激发和接受并进行数据预处理。