超聲波探傷作為一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不僅具有穿透能力強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、使用條件和安全性好、檢測(cè)范圍廣等根本性的優(yōu)點(diǎn)外，而且其輸出信號(hào)是以波形的方式體現(xiàn)。使得當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)信號(hào)處理、模式識(shí)別和人工智能等技術(shù)能被方便地應(yīng)用于檢測(cè)過(guò)程，從而提高檢測(cè)的度和可靠性。

下面介紹超聲波探傷技術(shù)在機(jī)車檢測(cè)方面的應(yīng)用：在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用，在車輪缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用，以及在輪輞缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用。

1.超聲探傷技術(shù)在高速鋼軌檢測(cè)中的應(yīng)用

我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)線路近七萬(wàn)公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發(fā)展。超期服役的鋼軌數(shù)量很大，線路上的鋼軌在承擔(dān)繁重的運(yùn)輸任務(wù)過(guò)程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見(jiàn)及看不見(jiàn)的損傷如側(cè)磨、軌頭壓潰、剝離掉塊、銹蝕、核傷、水平裂紋、垂直裂紋、周邊裂紋等。

當(dāng)被檢鋼軌內(nèi)部有一個(gè)裂紋缺陷(或其他缺陷)，將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位(該面稱作探傷面、檢測(cè)面)，探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波穿過(guò)界面進(jìn)入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時(shí)都會(huì)有反射，反射信號(hào)被探頭接收后，通過(guò)探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號(hào)和底波信號(hào)形象地顯示出來(lái)，如圖4所示。根據(jù)超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號(hào)和底波信號(hào)區(qū)分開(kāi)，然后通過(guò)超聲波試塊進(jìn)行定標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌缺陷的定位和定量。

2.超聲探傷技術(shù)在車輪缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

輪對(duì)是車輛走行部中zui重要的部件之一，對(duì)軌道車輛輪對(duì)的檢測(cè)并準(zhǔn)確地判斷其缺陷位置一直是鐵道運(yùn)輸部門非常重視的問(wèn)題。該系統(tǒng)采用電磁超聲探傷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輪對(duì)踏面的缺陷檢測(cè)，包括：踏面剝離及剝離前期檢測(cè)；踏面表面及近表面裂紋檢測(cè)。

電磁超聲探傷系統(tǒng)利用超聲表面波的脈沖反射原理進(jìn)行缺陷檢測(cè)。當(dāng)輪對(duì)沿鋼軌運(yùn)行到探頭位置，輪對(duì)踏面接觸探頭的瞬間，EMAT(電磁超聲探傷技術(shù))在車輪踏面表面及近表面激發(fā)出電磁超聲表面波脈沖，超聲表面波將沿踏面表面及近表面圓周以很小的損耗傳播。如圖5所示，超聲表面波在踏面雙向傳播(順時(shí)針和逆時(shí)針)，沿車輪表面及近表面?zhèn)鞑?周后回到探頭位置，EMAT探頭檢測(cè)到返回的超聲表面波后形成第1次周期回波(圖5中RT波)；未衰減的超聲波繼續(xù)沿踏面?zhèn)鞑?，依次形成?次、第3次周期回波，……，直到能量衰減到設(shè)備無(wú)法檢測(cè)為止。

當(dāng)車輪踏面表面及近表面有裂紋或剝離等缺陷存在時(shí)，超聲波在缺陷端面處一部分能量被反射，沿原傳播路徑返回并被探頭檢測(cè)到，形成缺陷回波(圖6中E波)；另一部分能量繞過(guò)缺陷端面繼續(xù)傳播，形成周期性回波(圖6中RT波)。通過(guò)正常的周期回波(RT)與缺陷回波(E)的對(duì)比分析，可以定性分析當(dāng)前輪對(duì)的踏面缺陷狀況。

3.超聲探傷技術(shù)在輪輞缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

隨著我國(guó)鐵路行車速度的提高，尤其是動(dòng)車組的開(kāi)行給行車安全提出新的考驗(yàn)，轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件如輪輞、車軸、軸承等局部位置承受更大的應(yīng)力，要求檢測(cè)過(guò)程速度加快、檢測(cè)時(shí)間間隔變小、檢測(cè)范圍擴(kuò)大，給鐵路無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域提出更高的技術(shù)要求。

根據(jù)輪輞缺陷裂紋的走向特點(diǎn)，將輪輞缺陷分為三類。

(1)周向缺陷：沿車輪踏面圓周方向并與踏面圓周方向平行；

(2)徑向缺陷：方向垂直踏面，與車輪直徑方向平行；

(3)軸向缺陷：輪輞內(nèi)部與車軸方向平行。

在探傷實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)在樣板輪上打平底孔、刻槽的方式形成人工缺陷模擬輪輞的實(shí)際缺陷，平底孔的直徑或刻槽的寬度與實(shí)際裂紋尺寸成當(dāng)量關(guān)系，相控陣探頭分別置于踏面(I)和輪緣內(nèi)側(cè)(II)進(jìn)行掃查，樣板輪工缺陷如圖7所示，缺陷①為距輪緣頂端40mm且垂直輪輞側(cè)面φ3mm深30mm的平底孔；缺陷②為距踏面10mm垂直輪輞側(cè)面φ3mm深30mm的平底孔；缺陷③為距踏面50mm垂直輪輞側(cè)面φ3mm深90mm的平底孔；缺陷④為輪輞與輪輻交接區(qū)域，朝踏面方向φ3mm、孔底距踏面40mm的平底孔；缺陷⑤為輪緣根部靠踏面?zhèn)?mm深周向刻槽，槽寬小于等于2mm。根據(jù)超聲檢測(cè)脈沖回波反射的特點(diǎn)，周向缺陷采用縱波相控陣直探頭從踏面進(jìn)行掃查；徑向缺陷采用縱波相控陣直探頭在輪緣內(nèi)側(cè)面進(jìn)行掃查；軸向缺陷采用縱波相控陣直探頭、橫波相控陣斜探頭均能掃查到。