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1、辽宁省元损捡测学会第八届学术年会论文集电珈机车轮齿超声B 捣描威像检测王立新膘永平( 北京交通大学理学院，北京1 0 0 0 4 4 )潘岳山( 中国铁垃科学研究院，北京1 0 0 0 8 1 )摘耍：从应甩角度介绍了电力机车轮啬超声B 扫描成像辁霞5 系统的组成、组合探头的设计特点、B 扫描成像的方法和缺陷信号的处理方法。关键词；B 扫描成像I 机车齿轮检测；组合探头1 引言随着铁路运输对速度和运量的要求不断提高检测工作在速度、精度和信度方面的要求也需要相应地提高其中机车传动齿轮的检测是机务系统检测工作的重要组成部分之一。现在使用的机车轮齿探伤方法综合精度、经济、可操作性等因素，大量使用磁粉
2、探伤的方法由于磁粉探伤方法本身的限制在检测传动齿轮时，检测速度比较慢。对在内部缺陷的反应受到限制，人工判伤检测强度大且容易造成人为疏漏，且靠近轮对的一侧视野受到一定的遮挡。电力机车轮齿箱声B 扫描成像检测系统是根据生产一线的需要研制的一套自动化超声探伤设备通过机械自动化的辅助手段，系统克服了使用手动方式进行超声波检测遇到的困难，相对于传统磁粉检测方式，在速度、精度、可靠性、可操作性、稳定性等方面都有很大程度提高2 系统工作原理2 1 系统组成系统组成主耍分为机械，控制、组合探头、自动探伤系统。如图1 所示 Z 2 探伤基本原理( 1 ) 伤的特点机车轮齿的缺陷主要有：疲劳裂纹：如图2 所示，这
3、种伤是运行中最危险的伤，也是检测的重点内部缺陷；加工和运输过程中造成的内部缺陷，这种缺陷有些不表现在表面，虽不是探伤重点。但也不能忽视表面硬痕迹：暂时不会造成危害，需要给予二- 定的重视。图1 系统组成图2 伤的走向一5 9 辽宁省无损检测学会第八届学术年会论文集( Z ) 探伤方案根据伤的特点，制定了用磺渡探头作为主探头。探测齿根附近的内部伤情况，同时用表面波对齿根附近的齿轮表面进行探测通过实验证明，表面波对表面裂纹的检测非常灵敏，可以作为辅助探头防止漏探通过大量的实验以及现场的实际检测，证明采用这样的探头组合对正常疲劳伤检出很有救。同时对表面划痕， 内部缺陷等也有特殊的组合信号表现。( 3
4、 ) 系统的检测能力与现场要求现场探伤要求对相当于量5 以上的伤必须检出，0 2 以上的要有反应实验中系统对面2 当量的伤可以有 稳定的检出，可以符合实际要求。3 探头设置方案系统采用在一对齿轮的四个面各布置一只横波探头和一只表面波探头的方法进行检测测量，横渡主频2 5M ，表面波主频5M 。横渡探头用于探测对面齿根附近内部伤。表面波探测本面齿根附近表面裂纹每只探头采用一发一收的线聚焦双晶探头如图3 所示总共使用8 只探头。图3 探头探测方式及布置本系统使用8 个通道，收发分开。8 只探头同时测量。耦台情况由齿根渡返回的固定信号监测，实测中灵敏度也使用齿根波确定每个通道的相对标准，达到各个通道
5、检测精度的统一4 扫描与成像检测系统提供了两种信号图形显示方式，A 扫描图形和B 扫描图形4 1A 扫描图形与功能A 扫描图形主要用于调试和预检，包括设置检测深度和范围，信号强度和闸门高度、宽度等，这些设置在实际检测中对于不同的齿轮是需要的A 扫描图形如图4 所示8 通道情况集中在一个屏幕界面上图4 系统提供的A 扫描界面在检测开始时，启动转轮器，观察图形信号，确定各种参数设置是否合理，并对各个通道进行必要的调整- 并提供了一些方便调整的功能随着轮的转动，齿根坡信号和伤渡信号( 如果有) 会随着探头对着的齿的靠近和远离逐渐靠近和远离始渡信号，然后出现下一个齿的信号而一些探头固有信号保持在固定位
6、置这时根据齿根波等的显示情况对 6 0 一辽宁省无损检测学会第八届学术年会论文集闸门等参数进行有针对性的设置，这样就做好了检测前的准备。4 2B 扫描图像检测4 2 1 选用B 扫描成像的原因由于伤在A 扫描中的出现有很大部分是和齿根信号范围重舍的，所以单纯在A 扫描中使用报警闸门的办法有很多困难，同时，人工也不可能同时监测多通道的A 扫描。因此。系统在正式检测中采用B 扫描方式同时，B 扫描方式还有直观、信急量大、可后期复现等优点。4 2 2B 扫描成像图S 是一个完整的带伤轮对的齿轮B 扫描图像，它是随着检涮过程中机械对轮对的转动，齿轮的齿根附近区域信号的全程记录，横向是齿轮的相对检测开始
7、点的位置，纵向为每一个位置的闸门内信号，纵向坐标值对应从表面开始计算的深度，局长上每转动0 3 度记录一次，采样宽度约为2m i D ，声柬的宽度和闸门范围保证了记录的数据可以覆盖全部检测范围通过大置的实验以及对数据的分析，根据现场要求，系统最大可以调整到对2m m 以上的伤很灵敏，1m m 2F i l m 的也可以有一定的反应。图5 一个伤轮的完整B 扫描图4 3B 扫描图像与分析由于横波是穿透齿轮对准齿根的，所以，可以从B 扫描图像上看到清晰的齿根图像，横渡信号集中在面面单数窗口如果内部有伤，齿根信号会被遮挡，伤比较大时，齿根信号会消失同时，在声束到达齿根前。伤反射的信号就会被记录下来，
8、形成伤的信号。出现在比齿根信号在纵坐标值较大的地方，如果伤离齿根很近，或者就在齿内，假的齿根信号会偏离原来的齿撮位置，这时类似齿根的信号实际是伤的信号的表现表面波信号由于聚焦在齿根更靠近圆心方向的岱轮面，齿根信号不是很清晰，表面渡信号图形显示在整体的右边窗口在B 扫描图形中表面渡齿根显示不如接波信号明显。但是伤的灵敏度较高，会对一些横波检测不明显的问题也能表现出来，比如表面的划痰和很小的伤等。虽然是辅助探头但是参考意义非常重大，当表面渡有检出信号但横波设有检出的地方虽然不一定是伤，但是可以；l 起重视，并认真核实在B 扫描图像中，灰度表示的是信号的强度，可以反映局部信号的当量，连续的一定范围一
9、定亮度的图形可以用来判断伤的大小，其相对于齿根的位置可以用来判断深度对于一些很小的高亮度的点，可能是噪声或者是于扰，也有可能是材料内部的点缺陷，因为不会造成危害系统一般不对这样的情况进行反应和处理4 4B 扫描图像记录的信息B 扫描图像记录了检测者关心的范围内全程的所有信息图6 中的( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 是对一段有伤的轮齿B扫描图( 图6 ( 1 ) ) 进行的后期分析，这个简单的对一个片断的处理足以反映出B 扫描原始图像携带了足够的保证探伤人员做后期分析的资料B 扫描图包含下面的信息：位置编码t 反映在横坐标上；伤的深度，反映在横波图像纵坐标上；伤的大小，反映在伤的图像几何尺寸
10、和亮度上 一些固有信号，甚至可以包括那些噪声和干扰信号。这样的记录对分析一6 1 辽宁省无损检测学会第八届学术年会论文集和处理提供了很好的原始信息资料图6 中( 3 ) 显示的最小伤信号是1m m 2m m 深的在齿根傲的人工锯口。图6 实验用齿轮的B 扫描图局部的一些处理5 缺陷的检测和处理系统采用的对B 扫描图像处理的最重要的方法是对闸门内的信号进行积分，这样可以过滤掉干扰信 号、噪声信号，固定波信号以及材料的点缺陷等信号，这些都不是探伤工作要测量的信号，因为这些信号的成因都不会造成对齿轮伤害积分路径的选择根据；整个轮在转动中数据采集密度在角度上是固定的，这样，伤的信号在B 扫描图像上会沿
11、着一个固定的角度连续出现，这就是系统选择的积分路径然后，给积分结果设置一个合理的域值，作为判伤标准计算机实现过程为：任意一个横坐标上，在某一纵坐标高度开始( 这个高度是可以通过A 扫描闸门调整) - 沿着积分路径选择足够的点，设为k 个点- 每个点信号强度为A ，求和，然后用和与预设的值A 。比较，做出判断J4 。? A = A 。一l上式中的A o 需要通过实验确定一个合理的数值点效l 的选择由转轮速度决定， 。由探头性能决定，需 要实验测量后去确定实验中，对于一个齿根附近的很小的伤进行测量伤的信号很弱，夹杂在草丛波中，用这样的方法也可以提取出来由于伤的出现原因很多，也会有图像中出现的伤信号
12、不出现在理论的积分路径上，这样的伤虽然可以在图像中表现出来，但自动判断也会出现问题因此，自动判伤还不能完全取代人工判断，只能减轻操作人员的劳动强度提醒探伤人员注意。人工对图像分析还是必不玎少6 结论由于自动化探伤对探头可靠性要求比手工要高，而且不能来回反复，要求探伤工艺上要对同一缺陷设置不同探测方法使用组合探头可以充分利用探头的互补能力，防止漏报，保证可靠度。B 扫描比A 扫描可以保存大量的原始信息，并且对A 扫描方法很难处理的信号使用成像的方式使得检测结果更直观。全过程纪录信号对于自动化探伤和处理至关重要可以保证后期处理所需资料的完整和信号灶理空间充足参考文献：1 应崇福超声学 M 北京：科学出版社，1 9 9 06 2
