超声探伤技术在铁路钢轨焊缝检测中的应用

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1、普遍来说，国内的探伤仪数据采集频率较低、信号处理能力差，为了克服现有探伤仪器的不足，在可行性分析及实验的基础上，我们与哈尔滨铁路局工业总公司合作研制开发了一种基于便携式PC的钢轨焊缝探伤系统。本文即是以此为背景开展的研究工作。1．2超声检测技术1．2．1超声检测技术简介超声检测是利用超声波在被检工件中的传播、反射、折射、波形转换等物理现象来分析材料内部的结构状态，以判断工件和材料的缺陷和异常。超声波探伤仪是根据超声波传播原理、电声转换原理和无线电测量原理设计的，其种类繁多，性能也不尽相同，常用的方法基本是

2、共振法、穿透法和脉冲反射法。(1)共振法共振法探伤是应用共振现象对试件进行检测的方法。检测时，探头把超声波辐射到试件后，通过连续调整声波的频率以改变其波长，当试件的厚度为声波半波长的整数倍时，则在试件中产生驻波，且驻波的波腹正好落在试件的表面上。当在试件中有较大缺陷或壁厚改变时，将使共振点偏移乃至共振现象消失，所以共振法常用于壁厚的测量，以及复合材料的胶合测量、板材点焊质量、均匀腐蚀和金属板材内部夹层等缺陷的超声检测。(2)穿透法穿透法探伤是根据超声波穿透工件后，能量变化状况，来判断工件内部质量的方法。穿

3、透法用两个探头，置于工件相对两面，一个发射声波，一个接收声波。穿透法特别适合于单一产品大批量加工制造过程中的自动化检测，在试件中几乎不存在盲区，但它只能判断缺陷的有无和大小，不能确定缺陷的方位。(3)脉冲反射法脉冲反射法探伤是以声波在工件中反射情况的不同，来探测缺陷的方法。该方法采用一个探头兼做发射和接收器件，接收信号在探伤仪上显示，并根据缺陷及底面反射波的有无、大小及其在时基轴上的位置来判断缺陷的有无、大小及其方位【111。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1．2．2超声检测技术的发展历程利用超声波检测物体

4、内部的缺陷和结构始于1930年，是由原苏联的萨卡洛夫(Sokolov)提出的，当时就透射法进行了实验，因分辨力差而未实际应用f12J。1931年德国人在专利中提出了工业应用方案。在第二次世界大战中，由于雷达技术和脉冲技术的发展，超声波检测有了向实用化发展的技术基础。1944年美国的F．A．Firestone发表了采用超声波脉冲法探伤仪的报告。1946年英国的D．O．Sproule制成A型脉冲反射式探伤仪，并用于钢材的探伤，到了上世纪50年代，A型脉冲反射式超声波探伤仪已广泛应用于世界先进工业国家的钢铁、机

5、械制造和造船工业等领域。1964年，电子元器件和电子技术设计的进步，使超声波探伤仪在脉冲发射性能、放大器增益、线性等特性上有较大的改进。联邦德国一公司成功地研制了小型超声波探伤仪，其主要技术性能指标取得了突破性的进展，标志着超声探伤技术己跨入了近代超声探伤技术阶段。在上世纪七八十年代，由于超声全息、回波频谱分析、超声探头和大规模集成电路、计算机技术的迅猛发展，德国KrautKrillaaer公司推出了第一台便携式数字化超声波探伤仪USD1型。从此数字化，自动化，智能化超声检测和超声成像技术变成了热点，并进

6、一步向小型化和多功能化发展【l31。目前国外已把100MHZ以上采样频率的高速A／D技术用于超声波信号的采集，大容量缓冲技术也达到一定的水平，信号的分析和成像处理己实现A、B、C扫描。我国20世纪50年代初引进苏联的超声波探伤仪，并且仿制了加拿大的超声波探伤仪，探伤技术也得到了推广。20世纪60年代出现了上海仪器厂、营口探伤仪器厂、武汉电子仪器厂和汕头超声波仪器厂等一批超声波仪器专业生产厂。20世纪80年代初，国内各生产厂家研制生产的超声波探伤仪在主要技术指标上均有大幅度提高，并出现用于生产检测的计算机化

7、的c扫描、P扫描等超声成像系统。大规模集成电路的发展为我国便携式数字化超声波探伤仪的研制创造了良好的条件，数字化超声波探伤仪形成了规模生产并得到推广应用。清华大学机械工程系于1993年研制了一种多功能超声波检测信息处理仪器，与传统超声探伤仪配接，实现了高速实时拾取A型超声检测数据，实时得到各种信息处理结果并且存档。该仪器能有效解决现场超声检测原始数据纪录、缺陷精确定位、手动B扫描和回波包络线记录之类的问题。1．2．3数字式超声探伤仪的特点及发展趋势1．2．3．1数字式超声探伤仪的特点数字化超声波探伤仪是在

8、常规模拟式超声波探伤仪的基础上发展起来的，它保留了原模拟式超声波探伤仪的基本性能；利用计算机系统的功能，对接收到的回波波形先完成模数转换，再执行数字化处理，实时显示器数字化的回波波形，同时具有记录、存储、计算分析能力，还可与计算机联机实现通讯及打印输出t141。总体来说数字化超声波探伤仪具以下特点：(1)操作方式模拟式超声探伤仪采用旋钮操作，一个旋钮对应一个功能。如衰减钮调节灵敏度、深度范围钮调节探测范围、工作方式选择钮选择探