机车车轮超声波探伤信号检测方法研究

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机车车轮在线超声波检测方法研究

图１车轮探伤的主要区域图２组合探头的覆盖区域区域。

１．２探头组设计每组共５个探头，其中１个直探头、４个斜探头，并且探头角度各不相同，可扫查车轮内部不同的位置。

如图２所示，其中２个斜探头主要用于探测踏面附近的缺陷，另外２个斜探头用于探测踏面以上到车轮外侧面的区域，直探头的作用一是探伤，二是用来监视探头和车轮的耦合程度。

将每一组探头置于一个探头盒中。

探头盒中有一出水孔，从中喷出的水在探头盒和车轮内侧面形成水膜，由此构成水膜法探伤，为动态车轮探伤提供稳定的耦合。

为了使探头盒和车轮更紧密地接触，在探头盒的不同位置安有磁钢。

１．３探头组阵列如图３所示，探头组阵列排列在钢轨内侧的探头架上。

探头架置于钢轨内侧的地沟内，并且可以自动升降。

不探伤时，探头架下降到地沟中可以减少车轮对探头盒的磨损。

每个探头盒的长度是８８ｍｍ，两侧各有４５个探头盒，因此每侧探头盒的总长度为３９６０ｍｍ，大于机车车轮周长，保证在探伤中不会出现漏探。

鬻鬻鬻糕麟鬻霉豢缫麟冀缀黼魏鬻襞鬃蘸鼗襞饕夔麓猫鬻鬻蒸剡－探头架和探头阵列传感器３传感器２传感ｊ嘲Ｉ｜—一图３探头组阵列和传感器位置图由于是在线实时探伤，因此要求在机车行进速度≥３ｋｍ／ｈ时能正常探伤。

而机车的速度受到超声波在车轮中传播的时间Ｔ、超声波探头的横向长度ｄ的限制。

设车轮的速度为Ｖ，则Ｖ—ｄ／Ｔ。

当Ｔ为一次回波的时间，ｄ为５个探头中横向长度最小值时，车速为最大。

如果ｄ＝ｌＯｔｏｎｉ，Ｔ－－－－Ｏ．１２２２ｒｎｓ，Ｖ＝ｄ／Ｔ＝８１．８３３ｍ／ｓ，即Ｖ一２９４ｋｍ／ｈ，理论上能够满足３ｋｍ／ｈ的在线实时探伤需求。

但当车速增加时，车轮和探头间的水耦合难度加大。

２探伤过程２．１探伤流程如图４所示，机车车轮依次通过钢轨边的３个传感器，当经过传感器１时，触发探头架升起和耦合水泵开启。

当通过传感器２和３后，主机测得通过两传感器的时间，并根据两传感器间距求得机车速度。

根据车速和传感器与第一组探头的间距判断探头开始工作时间。

轮轴超声波探伤的智能化技术浅析

轮轴超声波探伤的智能化技术浅析摘要:随着高速铁路的快速发展，动车组逐渐取代普通客车。

动车组的运营对轮轴的质量要求也越来越高，轮轴探伤的智能化是目前提高探伤效率和质量的主要手段。

通过分析目前常用的轮轴探伤方法，从硬件、软件两方面介绍智能化技术在轮轴探伤中的应用。

随着我国铁路运营里程的不断增长，动车组在列车中所占比例也越来越大。

作为动车组重要部件之一，轮轴在实际运用过程中经常出现裂纹、烧损等问题，影响动车组的运行安全，给铁路运输造成巨大损失。

因此，为了保障铁路运输安全，轮轴探伤检测显得尤为重要。

超声波探伤是目前用于轮轴检测最常用的方法之一。

关键词:轮轴；超声波探伤；智能化技术目前，铁路轨道交通运输设备的发展主要经历了蒸汽机车、电力机车和动车组三个阶段，从蒸汽机车到电力机车，从电力机车到动车组，铁路装备技术不断发展，我国铁路动车组列车运行速度越来越快、运行里程越来越长，对轮轴质量的要求也越来越高。

超声波探伤作为轮轴无损探伤最常用的方法之一，一直被广泛应用于高速列车轮轴探伤中。

目前在我国铁路上使用的轮轴超声波探伤设备主要有超声波探伤仪和X射线探伤仪两种。

传统的轮轴超声波探伤系统是在人工操作下进行，工作人员需对被检测的轮轴进行逐个检查和探伤，且存在着许多弊端：劳动强度大、工作效率低、人员伤亡风险高、易造成漏检等。

随着技术的发展，智能化技术在轮轴探伤中的应用成为可能，本文重点介绍超声波智能化技术在轮轴探伤中的应用，并对其发展方向进行了展望。

1.轮轴探伤方法超声波探伤是用一种发射频率低于30MHz的超声波，在物体表面或内部进行传播，并能形成回波的一种无损检测方法。

超声波探伤是一种在不接触工件情况下，利用超声波属性对工件内部或表面缺陷进行探伤的技术。

轮轴超声波探伤目前主要采用脉冲反射法。

脉冲反射法是一种常用的轮对超声波探伤技术，通过检测超声波信号的幅值和频率，来识别裂纹等缺陷。

以下是脉冲反射法的基本原理：使用一种特殊的超声波探头进行探伤，该探头在探伤过程中发射超声波信号，并在返回信号中记录幅值和频率等信息。

基于铁路货车轮轴超声波探伤工艺的研究

基于铁路货车轮轴超声波探伤工艺的研究发布时间：2022-09-20T09:16:11.681Z 来源：《科学与技术》2022年5月10期作者：赵帅[导读] 现如今，我国铁路领域规模随着经济的提升、科技的进步得以全面扩张赵帅中国中车集团齐齐哈尔车辆有限公司沧州分公司河北沧州 061113摘要：现如今，我国铁路领域规模随着经济的提升、科技的进步得以全面扩张，而在铁路领域中铁路运输行业占据着重要的比例，同时，随着铁路领域的扩张，铁路企业的数量也随之增多。

因此提升铁路货车生产质量、加快铁路货车生产效率、保证铁路货车运行安全、注重铁路货车整体性能不仅可以提升我国铁路在世界的影响力，同时也是增强铁路企业的竞争力。

在铁路货车制造过程中，轮轴是货车安全运行的重要部件，因此对于铁路货车轮轴的分析与研究是必不可少的。

本文以基于铁路货车轮轴超声波探伤工艺的研究为题，通过对轮轴损伤进行分析、研究铁路货车轮轴超声波探伤工艺、以及超声波探伤自动化发展，以此来有效掌握轮轴损伤原因，并提升铁路货车安全性与技术水平，满足我国铁路行业的发展需求。

关键词：铁路领域；铁路货车；轮轴；超声波；探伤工艺引言：轮轴对于铁路货车的重要性不言而喻，不仅具备承重作用，同时还承担着保证铁路货车的安全保证，并且轮轴的质量问题也关乎着整个铁路运输的经济发展。

在铁路货车运输过程中，对于轮轴的影响因素有许多，包括轮轴结构设计、材料选择、重量承受、运行环境和使用条件等方面。

因此，为了提高轮轴在铁路货车运行中的应用效果，对于轮轴的检测以及检修至关重要。

超声波探伤工艺是一种无损检测技术，可以有效应用在轮轴检测过程中，起到重要的作用。

并且，随着科学技术的不断进步，利用计算机技术不断完善超声波探伤工艺，实现超声波探伤自动化，不仅可以提升轮轴检测效率，同时还能够有效提升铁路货车安全性，推动铁路行业快速发展。

一、铁路货车轮轴损伤分析铁路货车轮轴是由车轮以及车轴两部分零件组成，而在轮轴实际运行过程中，车轮的磨损率要大于车轴。

车轮近表面缺陷的超声表面波探伤探讨

Internal Combustion Engine & Parts• 71 •车轮近表面缺陷的超声表面波探伤探讨张弢(中车哈尔滨车辆有限公司，哈尔滨150056)摘要：本文从经典物理学理论出发，从本质上分析了超声表面波的理论特性，并结合这些理论特性，解释了超声表面波在车轮探伤中可能出现的现象及其理论依据，有助于更加准确的判定实际探伤过程中缺陷信息。

Abstract：This paper starts from th e theor^^o f classical physics,analyzes th e characteristics o f ultrasonic surface wave theory in essence,and com bines th e characteristics o f these theories to explain th e possible phenom enon o f th e ultrasonic surface w ave in th e w heel inspection and its theoretical basis,helps to determ ine defect inform ation in th e actual testing process m o re accurately.关键词：超声表面波;车轮；无损检测1问题提出的背景铁路车辆车轮是保证铁路运输安全的关键部件，近年来，多次发生铁路客车、机车的车轮踏面剥离，影响正常的铁路运输秩序和安全的情况，从现有的剥离情况看，大多数的剥离是由于材料内部存在非金属夹杂所致，而目前，对车轮探伤，在客车和机车中，采用踏面双晶探头加轮辋内侧面纵波直探头的方式，而货车车轮，检修中，踏面部位甚至没有探伤要求，这对铁路车辆的运行安全，存在着隐患，一旦发生踏面大面积剥离，可能导致车辆脱轨，造成重大的经济损失，也影响铁路的正常运输秩序，因此，找到合适的车轮探伤方法显得尤其必要。

机车整体辗钢车轮超声波探伤

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０引言
我国铁路机车速度的不断提高、牵引吨数的逐渐增加以及段修公里的延长，对机车车轮Ｉ生能提出
４。０方向向踏面扩展。使有效承载面积越来越小，
当其扩展方向趋于踏面时，形成车轮踏面掉块。疲劳裂纹是一种十分危险的缺陷，冶金缺陷则是诱发疲劳缺陷的主要因素。
ｃｕｓｆａｄｌｅｉｎｏｅｌｎｆｃｕｅｏｉｃｍｏｉｅｗｈｅｎ＿ｓｃｍｏｉｅｗｈｅｒｏｎｅｕ．ｏｒｅｏｗｅｔｆｗｙｍａｕａｔｒｄｓｌｌｏｔｅｌｄｉｕｅｌｏｔｅｌｅｐｉｔｄｏｔｌｆｏｎｄｏｖａｎｏｖａＫｅｗｏｄ：ＬｃｍｏｉｅＳｌｈｅＲｌｅｔｅｈｅｒｃｙｒｓｏｏｔｏｉＷｅｌｖｄｏｌｄＳｅｌＷｅｌＣａｋ；ＵｔｓｎｃＤｅｅｔｎｌａｏｉｒｔｃｉｏ
型。立式轧机轧制到指定外径，踏面成型，５００ｔ０
压力机冲孔、压弯）一等温一粗加工＿热处理（＋加热、淬火、回火）检验精加工一检测＿包装。 ÷ 从车轮生产工艺分析，整体车轮冶金缺陷是在钢锭生产过程中产生的。一般缺陷沿轧制方向分布，在
踏面掉块，威胁着铁路运输安全和运输秩序。
整体车轮生产过程包括坯料准备、加热、热变形、热处理、机加工和车轮检验与试验等工序，缺
陷的形成和每道工艺工序都有关。例如，我国马钢整轧钢车轮生产工艺流程如下：切割一加热一轧制＋（除去加热产生的氧化铁皮，９００ｔ０压力机预成

火车车轮超声波探伤

火车车轮超声波探伤摘要:本文介绍了火车车轮超声波A扫描和C扫描探伤,并对C扫描探伤的原理、方法和过程进行了详细的介绍。

对于C扫描探伤的直接接触法与水浸法两种方法进行了比较,水浸法探伤在探测不同取向缺陷、较薄试件、灵敏度、分辨率、探头寿命和可靠性方面具有较大优势。

对于超声波A扫描和C扫描探伤的优缺点进行了比较。

关键词:火车车轮超声波探伤C扫描常规车轮检测主要是以A扫描为主,A扫描探伤是基本的探伤方式,其采用脉冲反射幅度法检测缺陷。

A扫描只能反应基本信息且与技术人员的经验有极大关系。

常规超声波检验主要分为在线检测和离线检测两种。

自动车轮探伤工序如图1所示。

设备采用耦合接触法超声波探伤,车轮内侧面和踏面分别布置一组组合式耦合接触式双晶探头,声束覆盖各扫查面宽度。

工件经过抛丸处理后由辊道进入检测托辊,稳定后工件转动,实现探头对工件轴向和径向的扫查,检测人员观察屏幕及各通道指示灯,发现有缺陷红灯指示时切换屏幕显示,转动工件仔细确认缺陷,并填写检验结果,检查完毕,车轮经辊道进入下一检测工序。

1 车轮超声C扫描探伤C扫描实现了材料检测的自动化,使检测结果呈直观的图像显示;超声C扫描具有良好的穿透性,对缺陷具有较高的灵敏度和可靠性;C 扫描可以获得材质内部缺陷、损伤的大量信息,甚至可以对工件的整体品质做一定的质量评估[1～2]。

1956年在美国的加里福尼亚的派拉蒙研究出世界上第一台超声波C扫描检测仪器,C扫描技术很快推广应用到材料内部缺陷的检测上。

超声波C扫描提取垂直于声束指定截面(即横向截面像)的回波信息合成二维图像,可获取不同截面的信息,因此被广泛应用[3～4],超声C扫描过程如图2所示。

在水浸式C扫描成像中,超声探头得移动是二维扫描即要沿x方向扫描,又要沿z方向扫描。

为获得某一与声束轴线垂直的断面在y=y0的图像,扫描声束应聚焦与该平面,并从换能器接收到的散射信号中选取对应于y=y0处的信号幅度,调制图像中与物体坐标(x,z)相应像素的亮度,以获得y=y0截面的图像。

车辆轮轴超声波检测技术研究与实现

车辆轮轴超声波检测技术研究与实现叶树涛（工程师033-22366）哈尔滨铁路局工业总公司，黑龙江哈尔滨150001摘要介绍了机车车轴超声检测的方法和现状。

在分析现有探伤方法优、缺点的基础上，提出了一种基于PC机的机车车轴探伤系统的设计，该系统可用于机车车轴的在线和离线探伤，解决了目前超声探伤系统检测频率较低的问题。

关键词超声检测；信号处理；探伤；USB；FPGA车轴是机车车辆中涉及安全的重要运转部件之一，在制造和使用过程中，会出现各种危害性缺陷。

我国约有百万根以上的车轴在线路上运行着，任何一根车轴的断裂，往往都会导致列车颠覆，运输中断，甚至是车毁人亡的恶性事故，并造成巨大的经济损失。

随着列车速度和车流量的提高，缺陷的发生和发展有提早和加快的趋势，给运输安全构成极大威胁。

为确保行车安全,铁路部门十分重视探伤工作, 定期对车轴关键部位进行超声波探伤。

目前，超声检测中手工操作仍占优势，检测结果将取决于操作人员的个人技术和经验，包含的主观因素较多。

因此在超声探伤中实现缺陷的自动识别、自动报警和自动记录，并提供缺陷参数和图形信息，实现探伤自动化并提高探伤精度，研究和改进超声波探伤方法, 对防止断轴事故、确保行车安全具有十分重要的意义。

1 机车车轴超声检测现状目前国内外对火车轮轴的检测主要放在生产环节和进行定期检修上，平时只是进行粗略的以耳听、眼看、手摸为主的检测。

而国外不少发达国家的铁路部门已经开始研究火车车轴在线自动检测装置。

美国、意大利等国都研制出了机车轮轴自动化探伤系统，德国DB铁路、法国铁路等已经开发出了车载式检测系统。

我国对运行中的轮轴检测主要是通过用锤子敲击机车轮轴听其声音有无异常来判断缺陷的，而对已运行的火车轮轴定期检修时，往往先将其卸下再搬到检测台上进行检测，这种检测不但效率低而且容易漏检。

1984年武汉自动化研究所与铁道部郑州江岸车辆段，开始共同研制了微机轮轴超声波自动探伤机。

利用这套系统不仅可以准确找轮轴上的裂纹，而且可以画出裂纹波形以建立轮轴的卡片存档，从而提高了修车质量和管理水平。

铁路货车轮轴超声波探伤工艺探讨

由于轮规的透声要求比 T B/ T 1618
2001 高
许多, 如果出现车轴制造单位按 T B/ T 1618 2001 的要求判定探伤合格而轮轴组装单位按轮规的要求判定探伤不合格的情况, 就会产生因执行标准不同而产生的质量纠纷( 西安轨道交通装备有限责任公司近几年每年因执行标准不同而产生的有质量纠纷的车轴少
3
轴颈根部或轴颈卸荷槽超声波探伤
近 10 年发生的车轴冷切事故表明 , 轴颈卸荷槽是车轴最薄弱的部位 , 也是探伤的重点部位。从近几起冷切事故看, 车轴冷切部位一般距轴端 206 mm ~ 210 mm, 而现有的实物试块上轴颈根部 ( 或卸荷槽部位) 的人工裂纹距轴端 200 mm 。试验发现 , 现有轴颈根部( 或轴颈卸荷槽) 超声波探伤工艺对距轴端 200 mm 左右的疲劳裂纹效果相对较好, 但对距轴端 205 mm ~ 210 m m 的疲劳裂纹的灵敏度明显降低, 且该位置出现腐蚀坑、划痕等其他杂波, 与裂纹波不易分辨, 容易出现漏检情况。因此 , 不退卸轴承的轮轴轴颈根部 ( 或轴颈卸荷槽 ) 超声波探伤工艺还需进一步研究。
会产生新的内部缺陷和透声不良情况, 可以不再考虑前 2 次漏探的情况( 以前的车轴, 由于各单位透声合格标准不一致, 厂修、段修时仍会发现一些透声不良车轴) 。因此 , 车轴厂修、段修时可以把精力集中在对行车安全危害最大的疲劳裂纹上。根据车轴制造、组装、段修、厂修时存在的主要缺陷, 提出了各阶段的车轴端面直探头探伤目的 ( 表 2) 。
表 3 车轴组装前透声探伤灵敏度校验
T B/ T 轴型标准试块型号 1618 2001 半轴实物试块型号中规定的探伤灵敏度 / dB R D2 ( 40 钢 ) TS R D2 ( 50 钢 ) TS RE 2B TS 1 1W 1W 95 100 100 R D2 R D2 R E 2A 轮规中规定的探伤灵敏度 / dB 88 88 79 灵敏度差值 / dB

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ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ — ６２９Ｘ．２０１３．０２．０５４
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＷｈｅｅｌｓ’
ＭＡＴＬＡＢ环境下基于小波变换和三次样条插值法的组合式信号检测方法来辨识有效信号，通过ｃ＃软件平台发送命令进行信号处理，并将处理后的有效信号在ｃ＃软件平台上以超声波Ａ型显示方式成像显示。经仿真测试，该检测方法去噪效果明显，信号提取准确快速，能极大地提高缺陷检出率；ｃ群与ＭＡＴＬＡＢ混合编程实现了不同编译环境之间的优势互补，提高
ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｅｓｔｉｎｇＳｉｇｎａｌ
ＺＨＡＯＹａｎｇ，ＭＥＩＪｉｎ — ｓｏｎｇ，ＬＯＣｅｎ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｉｔｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｉｔｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ；
第２３卷第２期２０１３年２月
计算机技术与发展
ＣＯＭＰＵＴＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ
Ｖ０Ｉ．２３Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１３
机车车轮超声波探伤信号检测方法研究
赵阳，梅劲松，吕岑
（１．南京航空航天大学自动化学院，江苏南京２１００１６；
２．东南大学信息科学与工程学院，江苏南京２１００９６）
摘要：国内机车车轮探伤系统长期以来缺乏高效实用的方法来提取淹没在噪声中的超声波探伤信号。鉴于此，提出了
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｉｔｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｓｏｎｈａｔｔｄｏｍｅｓｔｉｃｌｏ பைடு நூலகம் ｏｍｏｔｉｖｅｗｈｅｅｌｌｆａｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｓｌｏｎｇｂｅｅｎａｌａｃｋｏｆｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｍｅｎｓａｔｏ
ｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｌａｆｗｓｉｇｎａｌｓｉｎｎｏｉｓｙｅｎｖｉｏｎｒｍｅｎｔｓ，ｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｓｉｇｎｌａｃａｎｂｅｉｄｅｎｔｉｉｅｆｄｉｎｅｆｆｅｃｔｂｙｃｏｍｂｉｎｅｄｓｉｇｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｍｅｈｏｔｄｎｄａｃｕｂｉｃｓｐｌｉｎｅｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｍｅｈｏｔｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｈｅｔｐｌａｔｆｏｒｍｔｏｓｅｎｄｃｏｍｍａｎｄｓｔｏｐｅｒ－ｆｏｒｍｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＳＯｔｈｅｓｉｇｎａｌＣｎａｂｅｓｅｎｂｙｔｈｅＡ—ＳｃａｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣ样ｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｌｌｕｓｒａｔｔｅｈａｔｔｈｅｔｄｅ
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ｎｏｉｓｉｎｇ＇ｓｅｆｅｃｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓ．Ｗｉｔｈｈｅｔｆａｓｔａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｓｉｇｎａｌｓ，ｈｅｔｍｅｈｏｔｄｓｃａｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｈｅｔｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｔｒｅ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，
了运行效率。
关键词：超声探伤信号；ＭＡＴＬＡＢ；ｃ＃；小波变换；三次样条插值法
中图分类号：ＴＰ３９文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－６２９Ｘ（２０１３）０２－０２ｔ１一ｏ４