《无损检测》课件-第八讲 新技术

钢轨焊缝相控阵超声检测技术目录相控阵超声检测技术特点1相控阵超声基本原理2相控阵超声基本概念3相控阵探头楔块4钢轨焊缝相控阵超声检测技术特点01钢轨焊缝相控阵超声检测技术特点1采用相控阵超声检测技术，配套专业检测工艺对钢轨焊缝进行检测，有效提高检测效率，提升伤损检出率，减少探伤扫查及伤损判别时人为因素的影响。2检测效率：不需要复杂的扫查装置、不需要更换探头、不移动探头即可实现形状复杂工件所关心区域的检测高检出率：多方向多角度声束扫描，不同方位及取向的缺陷均能有效检出内置钢轨焊缝B型图像，辅助检测与缺陷识别，伤损判别直观、准确、快速相控阵超声基本原理022.1相控阵超声相控阵超声技术超声相控阵使用“超声”技术，即基本原理都是绕不开超声的基本原理，特别是脉冲反射法检测是超声相控阵最常用的检测方法。所以如果对于一个工件，无论使用何种常规超声检测技术，从原理上讲都无法检测的时候，那相控阵也极可能无能为力，所以相控阵技术不是“神”，它也有脆弱的一面；2.1相控阵超声相控阵超声技术超声相控阵“相控”，即需要通过对每个晶片的激发时间和激发次序的变化，来控制最终合成声束的方向和聚焦等特性。请注意，可以控制每个晶片的激发时间和激发次序是相控阵的核心价值；2.1相控阵超声相控阵超声技术超声相控阵“阵”，即阵列，多晶片排列是超声相控阵的另一大特点，即通过多晶片的排列组合来得到更大的覆盖面积和更多可能的变化。2.1相控阵超声相控阵超声技术2.1相控阵超声相控阵超声技术2.2相控阵声束的聚焦和偏转超声相控阵技术就是通过相控阵仪器控制多晶片的相控阵探头中晶片的激发时间和激发次序的变化，以实现声束的偏转和聚焦等相控阵特有的性能。2.2相控阵声束的聚焦和偏转通过探头晶片的延时控制，超声波传播的波束能量聚集在一点。聚焦通过探头晶片的延时控制，超声波传播的波阵面沿特定角度传播。偏转将聚焦和偏转法则组合可实现不同角度不同深度的聚焦和偏转扫描。聚焦+偏转相控阵超声基本概念033.1通道XX:YYY=同时可激发的最大晶片数:总共可以激发的最大晶片数，以“16:64通道”为例来说，其中的“16”即同时可以激发的最多晶片数量，而“64”指总共可以激发的最多晶片数量。3.2聚焦法则通过控制激发晶片数量，以及施加到每个晶片上的发射和接收延时，实现波束的偏转和聚焦的算法或相应程序。相控阵不同激发延时等效于不同形式的常规探头（直探头、斜探头），而当相控阵的激发晶片数量不同时，则可以等效于不同尺寸的常规探头。扇扫的聚焦法则数量=（最大角度-最小角度）/角度步距+13.3扇扫描也称为变角度扫描，一般以软件方式实现，用一定的延时法则，激发相控阵探头中的部分相邻或全部晶片，使激发晶片组形成的声束在设定的角度范围内以一定的步进值进行连续角度变换，其数据显示为每一个角度的波束A扫描图像通过延迟和角度校正形成的2D图像3.3扇扫描相控阵扇形扫描扇形扫查(S-Scan)：用特定的聚焦法则激发相控阵探头中的部分相邻或全部晶片，使激发晶片组形成的声束在设定的角度范围内以一定的步进值变换角度扫过扇形区域。角度范围：β=β1-β2声束总数：N角度步进：θ=β/(N-1)

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23.3扇扫描相控阵探头型号：2.5L16-1.0x10-C31-P-110-2.0-P2频率线阵阵元数阵元中心距阵元长度C31：C-探头类别：C线阵；31-外壳型号；P-线外皮PVC；110-线容量；2.0-线长度；P2-连接器型号相控阵探头楔块04相控阵探头楔块相控阵焊缝检测要用到楔块主要作用有两个辅助角度偏转保护探头相控阵探头楔块相控阵能够通过电子激发顺序和延迟进行角度偏转，但它偏转后的能量是随着角度的增加而下降的。也就是说，在偏转到一定程度的时候（比如70度以上），它虽然可以得到这样的声束，但其声束能量已经非常弱了，此时如果用这样一组声束进行实际的工件检测，则得到的信噪比会很差。所以在相控阵焊缝检测里面同样会需要使用楔块来进行“辅助”角度偏转。相控阵探头楔块轨头单1检测通道利用一次波检测除近表面外的轨头中部及下部区域，如a虚线框区域。检测时，探头放置在轨头踏面距离焊缝中心线45mm的位置，如图b所示。a检测区域b探头位置c扫查示意图轨腰单检测通道利用一次波检测轨腰及轨底三角区，如图a所示虚线框区域，同时该区域也是仪器扇扫图像观测区域。检测时，探头位置放置在轨头踏面距离焊缝中心线150mm位置，如图b所示。相控阵探头楔块a检测区域b探头位置c扫查示意图轨底单1检测通道利用一次及二次波覆盖检测轨底角区域，如图a所示虚线框区域，同时该区域也是仪器显示扇扫图像观测区域。检测时，探头位置放置在轨底斜面距离焊缝中心线40mm位置，如图b所示相控阵探头楔块a检测区域b探头位置c扫查示意图相控阵探头楔块提供直观的焊缝坡口图示辅助检测与缺陷判读。轨头扫查图像缺陷位于焊缝的位置一目了然，缺陷的位置/大小/幅度可直观显示。相控阵探头楔块无伤损轨腰焊筋波图像对比相控阵探头楔块无伤损轨底焊筋波图像对比相控阵探头楔块钢轨道岔检测界面相控阵探头楔块现场应用----异型轨检测现场应用----道岔冀轨检测相控阵探头楔块现场应用----CN道岔心轨检测钢轨焊缝探伤技术——双轨式钢轨探伤仪目录概述1作业要求23技术特点概述01概述双轨式钢轨超声波探伤仪是双轨式钢轨超声波电动探伤车，具有较好的缺陷检测能力和精度，车子行驶稳定性高，操控性好，噪音低，拆装方便快速，适应43kg/m～75kg/m多种轨型，全方位检测钢轨内部缺陷。概述双轨式钢轨超声波探伤仪是双轨式钢轨超声波电动探伤车，具有较好的缺陷检测能力和精度，车子行驶稳定性高，操控性好，噪音低，拆装方便快速，适应43kg/m～75kg/m多种轨型，全方位检测钢轨内部缺陷。概述双轨式钢轨超声波探伤仪最高检测速度不小于15km/h，续航能力60km，最高速度下制动距离小于20m；1由6大模块组成，单体重量不超过60kg；2轮探头由6个70°探头，2个37°探头和1个0°探头组成，满足检测钢轨轨头、轨腰、轨底中部等部位伤损的需要；3轮探头架具备自动对中功能，检测状态下能够安全通过12号等多种道岔；4概述防尘、防水、防震动设计，胜任风沙雨雪等各种自然环境；5胜任电气化作业环境；仪器具备A、B型探伤数据实时处理、显示、标记、存储、回放功能，具备距离补偿功能，具备200km检测数据存储能力，具备里程校准、限速设置等功能，具备丰富外围接口和兼容性；6检测能力符合中国铁路总公司《双轨式钢轨超声波探伤仪暂行技术条件》要求。7技术特点02检测系统由超声波主机，轮探头，工业显示器组成；超声检测系统先进，具备高速信号处理能力，适应高速行驶探伤；轮探头对缺陷反应灵敏，灵敏度高，噪声低；工业显示器分辨率高，使用触摸屏操作，脉冲发射距离间隔达到2.75mm/脉冲，里程精度达到0.5%。缺陷检出能力，噪声低，信噪比高，灵敏度高。技术特点优秀的缺陷检测能力和精度技术特点车架由航空铝材制造、装配，安全可靠，有超强的负载承载能力配备符合人体工程学的座椅，舒适性高，长时间工作不易疲劳专用操控系统，操控性好；操作面板简洁，易于上手配备行车制动及驻车制动两套刹车制动系统，两套刹动系统之间相互独立（包括控制装置和刹车执行装置），当行车制动系统失效时，驻车制动系统也可实现刹车制动。技术特点双刹车系统，保证行车安全技术特点双刹车系统，保证行车安全在钢轨踏面淋水条件下，以行车制动系统实施制动的距离不大于20m，以驻车制动装置实施制动的距离不大于30m。当驾驶员离开驾驶位时，可自行驻车，且在动力缺失情况下，也可解除驻车制动，实现人工推行。适用于铁路探伤作业的实际情况，正常行车及各种突发情况下的安全性均能得到保证。行车驱动系统由动力电池、大功率电机以及控制器组成，起步加速平稳有力，即便在33‰的坡道满载情况下爬坡能力游刃有余。技术特点大功率行车驱动系统，起步平稳，爬波能力强自动巡航功能，行驶速度稳定，多档限速功能，作业安全方便在静态及动态环境下，均能对装附于轮探头架上的轮探头左右横向、上下高度、左右倾斜、俯仰倾斜这4个自由度进行调节，其中需重点调节的左右横向对中调整量达±15mm，左右倾斜角度调整量达±10°，可有效提高轮探头与钢轨表面的耦合以及缺陷检出能力。技术特点轮探头四自由度电动调节，无需人工调节技术特点轮探头四自由度电动调节，无需人工调节4自由度调节全部采用电动调节，调节方便，锁止力度大，确保调节后，在走行和检测条件下，轮探头架及装附于其上的轮探头姿态稳定可靠，不影响探伤效果，且运行安全。配备稳定可靠的自动对中装置，电动调节好轮探头姿态后，直线及弯道条件下均能确保轮探头始终自动对中，不需根据线路重新调节。技术特点稳定可靠对中机构，自适应直线曲线路段IP55主机箱，IP55操作台，防尘、防水、防震动设计，适应全天候作业环境抗电磁干扰设计，适应在各种恶劣场合开展检测主机采用高性能方波激励和低噪声接收电路系统的设计，使得主机在灵敏度、分辨率、噪声方面具有优越的性能。方波激励对于使用低频探头检测高衰减或厚材料有良好的穿透力及信噪比，特别是在5MHz以下，采用方波激励可以取得良好的分辨率及灵敏度，用不到负脉冲激励的一半电压，就能激励出相近的灵敏度，比如200V方波激励出来的探头灵敏度就相当于约600V尖波激励出来的探头灵敏度。技术特点主机性能卓越，方波激励，灵敏度高，信噪比高技术特点主机性能卓越，方波激励，灵敏度高，信噪比高因为路轨横波探头频率对应为2M～2.5MHz，所以主机采用与探头频率(f)相匹配的固定的脉冲宽度来激励探头，一般脉冲宽度（t）与探头频率(f)满足：t=1/(2×f)可以获得良好的灵敏度；t=1/f，以获得良好的分辨力，主机通过算法加以精确的调试，使得主机具有较高的灵敏度的同时也具有优秀的分辨力。技术特点主机性能卓越，方波激励，灵敏度高，信噪比高主机采用低噪声程控放大器，使得接收器具有极低的噪声，后端加上无源滤波器，进一步有效的降低主机的噪声，确保探伤仪在电气化线路上的检测作业也具有极低噪声水平。轮探头完全自主研制，由6个70°探头、两个37°探头和1个0°探头组成，其中70°探头负责轨头部分的检测，37°探头和0°探头主要负责轨腰和轨底部分的检测，整个轮探头完整满足检测钢轨轨头、轨腰和轨底中部等部位伤损的需要。技术特点轮探头和耦合液具备超强的缺陷发现能力和检测覆盖范围技术特点轮探头和耦合液具备超强的缺陷发现能力和检测覆盖范围探头由先进材料构成，具有灵敏度高、信噪比强，稳定性好的特点，具备超强的缺陷发现能。耦合液采用高分子材料配成，具有声透射率高、耦合性好、性能稳定性高的特点，流动性、黏度和附着力适当，使声波高效的传入钢轨中，达到检测目的。通过控制台可以自动控制前后两个方向耦合液的喷淋量大小，喷淋大小通过旋转按钮无极调节控制，能够保证各种轨面情况下的耦合良好。技术特点喷水无极调节检测系统由超声波主机，轮探头，工业显示器组成；先进的超声检测系统，各项指标卓越，具备高速信号处理能力，适应高速行驶探伤；轮探头性能突出，对缺陷反应灵敏，灵敏度高，噪声低；工业显示器分辨率高，使用触摸屏操作，方便快捷；脉冲发射距离间隔达到2.75mm/脉冲，里程精度达到0.5%。缺陷检出能力满足双轨技术条件要求，噪声低，信噪比高，灵敏度高。技术特点优秀的缺陷检测能力和精度作业要求03使用双轨探伤仪对钢轨伤损进行探伤检查，提高现场探伤作业效率，减少作业劳动强度和人为操作失误，有效发现探测范围内的钢轨伤损和缺陷，预防伤损发展和钢轨折断技术特点1.作业目的探伤检测员和数据回放分析人员应取得无损检测Ⅱ级及以上技术资格证书，具有两年以上现场探伤工作经验；防护人员取得防护资格证书；随车作业人员应掌握双轨探伤仪检测性能、结构、拆卸、组装、操作、保养和应急措施等。作业要求2.人员资质作业要求3.作业人员及分工1.随车作业人员4人：机械操作员1人，探伤检测员1人，现场防护员1人，作业负责人1人。2.其它配合作业人员：运输汽车司机1人，驻站联络员1～2人，上下道搬运、组装配合人员1～2人。3.随车作业人员分工：

（1）作业负责人：全面负责作业过程安全、质量。作业前制定作业计划，召开分工布置会，作业过程中统一指挥双轨探伤仪防护、上下道、检测起停、伤损检测等，掌握封锁区域共用天窗情况。作业要求3.作业人员及分工

（2）机械操作员：负责双轨探伤仪检测、走行控制。作业中应根据不同的作业处所及地段，控制好探伤仪的检测、走行速度。根据探伤检测员的要求及时配合调整好仪器的对中系统、给水控制等。注意观察前方线路状态，提醒探伤检测员及时进行公里校对，发现轨面异常及接头等，提醒探伤检测员注意查看、标记。（3）探伤检测员：负责双轨探伤仪检测操作。作业中及时修正各通道探伤灵敏度，公里标处要进行里程校对，准确输入各类应打标记（包括伤损标记、焊缝标记、杂波标记、排除标记等），监控探伤检测状态，对重大异常波形及时提出复核处理。作业要求3.作业人员及分工

（4）随车防护员：负责双轨探伤仪上下道及作业过程安全防护。带齐防护备品及通讯工具，按规定保持与驻站防护员的联络防控，掌握来车情况，及时通报本线、邻线来车情况，督促作业人员规范进行上下道及停止作业等作业要求4.作业计划及安全控制重点

1.双轨探伤仪严格在天窗点内作业，严格执行天窗修制度，作业计划纳入天窗管理，并按相关规定指定作业由相应级别干部或工班长担任作业负责人）作业要求4.作业计划及安全控制重点

2.双轨探伤仪上道作业不允许与开行路用车辆的其他作业共用天窗，提报的作业申请要明确作业区段里程、上下道地点、道岔进路等。与双轨探伤仪共用天窗的其他作业项目必须在双轨探伤仪通过后方可上道作业。普速铁路天窗时间单线地段每次不应少于90min，双线地段每次不应少于120min,现场应按照审批的天窗时长合理确定作业区段长度和上下道地点,具体封锁范围最大不得超过“两站两区间”作业要求4.作业计划及安全控制重点

3.双轨探伤仪作业上道作业必须严格按规定设置防护体系，车站派驻站联络员，双轨探伤仪设专职随车防护员，确保作业安全。4.双轨探伤仪必须实行上道行别“三确认”制度。一是工作门确认，应固定工作门进出路径，并对进出的工作门所在线路行别进行确认。二是里程方向确认，封锁命令下达前作业负责人必须对所在线路的里程方向进行确认，正确判断所上线路行别。三是上道“双人确认”，上道时作业负责人和随车防护员对线路行别、经由道岔开通方向进行“双人确认”制度，确认时应复诵“上行正确或下行正确”、“道岔开通方向正确”等口语。经过道岔前，作业负责人须对前方所经道岔开通方向进行再次确认。作业要求4.作业计划及安全控制重点

5.作业人员、搬运机具跨越线路时，必须设置专人防护，禁止抬行组装好的双轨探伤仪上下道，双轨探伤仪上下道及跨线时必须分体搬运，跨越线路前必须与驻站联络员确认区间空闲无车，严格执行“手比、眼看、口呼”制度，且加强防护联络，方可搬13运分体部件跨越线路。作业要求4.作业计划及安全控制重点

6.作业负责人、驻站联系员必须清楚掌握共用天窗的其它作业项目情况，各共用单位要加强对接和安全卡控，严格执行“与双轨探伤仪共用天窗的其它作业项目必须在双轨探伤仪通过后方可上道作业”的要求；作业过程严格控制速度，非作业时走行速度≤20km/h，检测时作业速度≤15km/h，停车制动距离不大于30m，通过岔区、道口检测作业速度不得超过5km/h，并执行先确认、再通过；作业过程中需随时观察前方线路和其它作业情况，发现其它作业和异常状况须提前降速并立即采取制动措施。作业要求4.作业计划及安全控制重点

7.V形天窗作业封锁时，邻线来车速度≤160km/h时，本线可不下道，但应停止作业，加强瞭望。线间距大于6.5m地段，邻线来车时，双轨探伤仪可正常作业。检查过程中随车防护员要与驻站联络员保持联系，随时掌握邻线列车运行情况。通过曲线时，要提高警惕、加强鸣笛，发现异常情况及时采取制动措施。8.双轨探伤仪应粘贴有醒目的红白相间反光标识，缺损时须及时补充、更新，作业过程中工具材料应放置于工具包严防掉落，掉落时必须立即停车捡回，作业前后进行工机材料确认。在线路上临时存放时，必须进行分解，移出线路，放置牢固，严禁侵入限界，并安排专人看守。作业要求4.作业计划及安全控制重点

9.遇暴风、雨、雪及信号机显示距离不足200m等恶劣天气，双轨探伤仪不得上道作业，作业过程中遇突发恶劣天气，检测系统、走行系统、照明系统等发生故障，不能修复时，应停止作业14并撤离线路，登记取消作业。作业要求5.作业过程

1.天窗命令下达后，作业负责人与驻站联络员核对封锁命15令、作业地点等，确认封锁区段是否存在共用天窗作业，掌握封锁区段条件和共用情况。封锁命令确认后，工地防护员与驻站防护员有效防护后，方可开始上道组装作业。2.双轨探伤仪组装完毕后，检查确认双轨探伤仪组装紧固状态