[发明专利]钢轨探伤用二次波轮式探头

说明书

技术领域

本发明是关于一种在役钢轨超声波无损检测技术，尤其涉及一种钢轨探伤用二次波轮式探头。

背景技术

在役钢轨处于铺设状态，超声波探伤只能从钢轨踏面进行。由于缺陷类型、位置、取向等有很大区别，需要多个通道的超声波换能器进行多方向的扫查。常规的做法是用70度通道探测轨头核伤、用45度（37度-45度间的其他角度）通道探测螺孔斜裂纹缺陷和其他部位的斜裂纹，用0度通道探测水平裂纹和某些材质缺陷。由于疲劳裂纹相对于钢轨有一定的方向性，为防止漏检，钢轨超声波检测系统需要配置0度通道、前向和后向45度通道、前向和后向70度通道，以分别检测不同取向的缺陷。

目前大多采用大型钢轨探伤车对在役钢轨开展周期性的检测，来满足在役钢轨快速检测的需求。大型钢轨探伤车主要采用两种超声传感器方式：轮式探头和滑靴式探头。

滑靴式探头适合应用于无缝线路，其超声换能器阵列可实现最短距离接近钢轨的布置，换能器阵列与钢轨踏面之间控制一定厚度耦合水层。检测时，超声波换能器发射的超声波通过耦合水层进入到钢轨内部，经过钢轨内部伤损的反射，再次透过耦合水层，被超声换能器接收，从而实现对钢轨内部伤损的检测。因滑靴式探头可最近距离的接触钢轨，最大程度缩短钢轨外部的声程，因而可实现较高速度的超声检测。

轮式探头（又称轮式换能器、探轮等）是目前主流的钢轨探伤传感方式，主要由超声波换能器架、超声波换能器组、线缆轴、光轴、转动及密封组件、法兰盘、柔性外膜及安装附件等组成。轮式探头可在换能器架上安装一个或者多个超声换能器，探头内部充满耦合介质，外部安装柔性外膜结构。检测时，柔性外膜结构在钢轨踏面上滚动，超声换能器组安装在轮轴上保持静止。超声波换能器发射的超声波经过轮内的耦合介质、外膜，然后进入到钢轨内部，当超声波检测到钢轨内部伤损时，声波在被钢轨内部伤损反射后，反射回波又经探轮外膜、轮内耦合液，再次被超声换能器接收。轮式探头在被检测介质表面持续滚动，从而实现了对被检测介质的不间断检测。

国内大型钢轨探伤车采用轮式探头作为超声波探伤系统的超声传感组件，每侧钢轨配置两个轮式探头，两个轮式探头相向布置。单侧钢轨配置有0度换能器、前向45度换能器、后向45度换能器、前向70度换能器和后向70度换能器。其中，前向70度换能器和后向70度换能器均为组合式换能器，分别由三个换能器组成，用来检测钢轨轨头内侧、轨头中部和轨头外侧的伤损。三个换能器构成的组合式换能器保证了尽可能大的覆盖钢轨轨头区域，有利于钢轨伤损的定位和辨别。前向45度换能器和后向45度换能器探测螺孔斜裂纹缺陷、轨底斜裂纹和其他部位的斜裂纹。0度换能器探测水平裂纹和某些材质缺陷。大型钢轨探伤车采用该配置的轮式探头进行钢轨探伤，可对轨头核伤、螺孔裂纹、钢轨水平纵向裂纹等疲劳伤损进行检测。

但是在轨头内侧磨耗严重、钢轨表面存在鱼鳞纹（钢轨的表面疲劳伤损，通常称为鱼鳞纹，主要集中在轨头内侧区域，常见于曲线高股。一般沿着轨长方向2～5mm间隔分布，可向下发展2～5mm，角度10°～30°，逐渐的扩散到整个轨头）等情况下。现有的超声波轮式探头其内侧70度通道发射的超声波无法有效进入钢轨内部，对钢轨内部存在的伤损无法有效检出。另外，由于钢轨踏面存在一定的弧度，使得内侧70度通道即使在轨头形状良好、表面无伤损等情况下，也无法完全覆盖钢轨轨头内侧上方，存在一定的盲区。

如：发明人章罕提出一种超声波轮式探头（申请号为200710109440.0），该轮式探头是用于手推式超声波探伤车。该轮式探头配置有0度换能器、45度换能器和70度换能器组；其中70度换能器组为3个小换能器，分别检查钢轨轨头的内侧，中部和外侧。但是这种超声波轮式探头，是采用一次波实现钢轨内部伤损的检测，无法解决70度换能器对钢轨轨头内部检测存在盲区和当存在表面伤损时超声波无法有效入射等问题。

又如：发明人李钢提出一种钢轨超声探伤装置（申请号为98123430.5）,是一种新型集靴式和轮式探头双重优点的高速轮式探头，该轮式探头利用内部自动控制装置使其能完成较高速度下的钢轨探伤工作；该轮式探头将超声探头阵列降至轨面，并与轨面之间隔有轮式探头的外膜；该高速轮式探头采用自动装置能使探头表面到钢轨表面距离保持恒定距离。但是，这种超声波轮式探头，也是采用一次波实现钢轨内部伤损的检测，同样无法解决70度换能器对钢轨轨头内部检测存在盲区和当存在表面伤损时超声波无法有效入射等问题。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种钢轨探伤用二次波轮式探头，以克服现有技术的缺陷。

发明内容