数字超声波探伤仪在机车上的应用

随着电力机车在铁路运输中起着越来越重要的作用，而车轴状态的好坏则直接影响着机车运行的安全，在长期运行中，车轴轮箍不断承受各种剪切、拉压、弯曲、扭转等复杂应力的作用，在轮座的内侧，尤其是齿轮座压装部容易产生疲劳裂纹。因此，加强对机车轮对的超声波探伤势在必行。以往，铁路各厂、段对车轴及轮箍的探伤，除了穿透探伤检查重大疲劳裂纹较准确外，横波探伤和纵波小角度探伤结果均与实际情况有较明显的误差，在这里除了探测条件的影响外，人为因素的影响也很大，因此，对轮对疲劳裂纹采用计算机控制，施行自动化检测，逐渐与国际铁路超声波检测技术接轨，将使我国现有的探伤技术更加成熟。

数字探伤仪在测量裂纹自身高度的应用
1、测量裂纹自身高度的数字处理方法

常规超声波检测对回波声程的测量是通过荧光屏上所处位置的水平量值来换算的，由于波型的跳动，波形峰值的判断误差以及线性调节精度等原因，测定的声程值误差很大。数字处理端点回波声程ω是通过计算机A/D转换，将回波的模拟信号转换为数字信号，根据声速和样点进行精确计算。

现在研制了超声信号分析仪和分析软件，能将常规探伤仪的模拟信号转换为数字信号，建立了计算不同状态下裂纹自身高度的数学模型，实现了数字化处理，得到了裂纹自身高度的精确测量结果。

2、不同状态裂纹自身高度的计算方法
①垂直于工件表面的开口裂纹
对于垂直表面的开口裂纹，其自身(垂直)高度为h，端点回波与根部回波声程分别为ω1和ω2，探头射角为β，工件厚度为T。

则：h=(ω2-ω1)cosβ=(ω2-ω1)T/ω2=(1-ω1/ω2)·T          (1)

不用β值，而用式(1)计算表面开口裂纹自身高度可得到较高的精度。

②垂直于工件表面的内部裂纹
对于垂直于表面的内部裂纹，如果上端点和下端点都是由一次波探测到，一次声程分别为ω1和ω2，则其自身高度h为

h=(ω2-ω1)cosβ          (2)

如果上端点由一次波探测到，而下端点由二次波探测到，设一、二次波的总声程为L2。如果工件厚度为T，那么L2中一次波声程为T/cosβ；二次波声程为(L2-T/cosβ)，则

ω2=L2-2×(L2-T/cosβ)        (3)

③倾斜的内部裂纹
对于有倾角的裂纹，若上端点和下端点由一次波探测到，一次波声程分别为ω1和ω2，则其垂直高度h为

h=(ω2-ω1)cosβ          (4)　　

如果上端点由一次波探测到，而下端点由二次波探测到，且工件厚度为T，那么总声程L2中一次波声程为T/cosβ；二次波声程为(L2-T/cosβ)，则

ω2=L2-2×(L2-T/cosβ)        (5)

h=(ω2-ω1)cosβ

用式(1)～(5)进行声程的数字化处理，实际上是一台带有采样装置(频率为30MHZ)和超声信号接入装置的工控计算机，具有计算机的全部功能。分析软件采用可视界面技术，软件设计以JB4730—1994标准为依据。采用声程数字处理技术的端点反射回波法。采用此法对提高裂纹自身(垂直)高度测量精度非常有效。具有原理简单，测量重复性好，操作方便快捷和实用性高。

数字超声波探伤仪是目前研究的热点，主要集中在研究其适应性强，灵敏性高。数字式超声波探伤仪的缺陷检出可信度是模拟超声波探伤仪所无法比拟的，因此，发展数字式超声波检测技术在机车检测领域的应用是极其重要的。 

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