摘要：介紹了數(shù)字超聲波探傷儀的組成袭甲、特性及主要功能距搂，說明了其工作原理和在SS7型電車機車上的使用情況。
關(guān)鍵詞：數(shù)字超聲波探傷 機車 裂紋 應用

1 前言

隨著電力機車在鐵路運輸中起著越來越重要的作用投戴，而車軸狀態(tài)的好壞則直接影響著機車運行的安全丛疲，在長期運行中，車軸輪箍不斷承受各種剪切梢跳、拉壓砍毡、彎曲、扭轉(zhuǎn)等復雜應力的作用仲峡，在輪座的內(nèi)側(cè)聂袱，尤其是齒輪座壓裝部容易產(chǎn)生疲勞裂紋。因此酵逾，加強對機車輪對的超聲波探傷勢在必行欠捶。以往，鐵路各廠尝盼、段對車軸及輪箍的探傷吞滞，除了穿透探傷檢查重大疲勞裂紋較準確外，橫波探傷和縱波小角度探傷結(jié)果均與實際情況有較明顯的誤差盾沫，在這里除了探測條件的影響外裁赠，人為因素的影響也很大，因此赴精，對輪對疲勞裂紋采用計算機控制佩捞，施行自動化檢測凸舵，逐漸與國際鐵路超聲波檢測技術(shù)接軌，將使我國現(xiàn)有的探傷技術(shù)更加成熟失尖。

2 數(shù)字超聲波探傷儀的結(jié)構(gòu)啊奄、原理及特點

目前，運用數(shù)字式數(shù)據(jù)處理比模擬電子技術(shù)顯示了極大的優(yōu)越性掀潮，隨著探傷技術(shù)的發(fā)展菇夸，數(shù)字信號處理與分析已不再僅僅是輔助技術(shù)，而是一種基本技術(shù)仪吧。高性能的A/D轉(zhuǎn)換器和高效率的微處理器的問世泻漏，將不斷地取代模擬電子的技術(shù)，尤其在高頻領(lǐng)域應用模擬電子技術(shù)明顯受到限制谷娇。數(shù)字化超聲波探傷使測試系統(tǒng)開拓了新的檢測能力哆念。

數(shù)字化超聲波探傷儀的整個系統(tǒng)由計算機（工控機IPC）作為主機（上位機），以單片機芯片為主構(gòu)成的四塊專用板卡及系統(tǒng)構(gòu)成及通用的開關(guān)量I/O板卡組成下位機灼鞋，統(tǒng)一控制管理超聲系統(tǒng)（見下圖）桨拉。

工控機管理的數(shù)字式超聲探傷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)程序流程：系統(tǒng)上電運行探傷操作程序→IPC機送下位機初始數(shù)據(jù)→中斷響應進入缺陷判斷報警程序→IPC機讀取底波峰值電壓VB，缺陷波峰值電壓VF孙悦，底波距發(fā)射的時間TF信號及一組高速采樣數(shù)據(jù)→分析計算處理數(shù)據(jù)→符合缺陷判斷條件報警→顯示屏上畫出高速采樣波形→調(diào)整后的閘門和衰減量等參數(shù)存儲涎捆，待下一循環(huán)送出→返回探傷操作程序，并等待響應下一次中斷疤巩。

由此灯葡，可見計算機與傳統(tǒng)的超聲檢測系統(tǒng)相結(jié)合時，是超聲檢測技術(shù)向數(shù)字化狮屏、智能化方向發(fā)展的一個突破结阅，因為它具有了以下的特點：

（1）、計算機控制的超聲檢測系統(tǒng)可自動選擇檢測參數(shù)瞎嬉；
（2）蝎毡、相互校正自動選擇操作工藝；
（3）佑颇、自動記錄數(shù)據(jù)顶掉；
（4）、進行換能器的自動補償和檢測結(jié)果的自動判斷挑胸。

從而實現(xiàn)自動判傷痒筒，自動讀出和顯示缺陷位置與當量值，并存儲和打印輸出探傷報告茬贵，大大地提高了探傷結(jié)果的可信度簿透。

3 數(shù)字探傷儀在測量裂紋自身高度的應用

3.1 測量裂紋自身高度的數(shù)字處理方法

常規(guī)超聲波檢測對回波聲程的測量是通過熒光屏上所處位置的水平量值來換算的，由于波型的跳動，波形峰值的判斷誤差以及線性調(diào)節(jié)精度等原因老充，測定的聲程值誤差很大葡盗。數(shù)字處理端點回波聲程ω是通過計算機A/D轉(zhuǎn)換，將回波的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號啡浊，根據(jù)聲速和樣點進行精確計算觅够。

現(xiàn)在研制了超聲信號分析儀和分析軟件，能將常規(guī)探傷儀的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號扳辆，建立了計算不同狀態(tài)下裂紋自身高度的數(shù)學模型尽由，實現(xiàn)了數(shù)字化處理，得到了裂紋自身高度的精確測量結(jié)果雷镀。

3.2 不同狀態(tài)裂紋自身高度的計算方法

3.2.1垂直于工件表面的開口裂紋

對于垂直表面的開口裂紋野戏，其自身（垂直）高度為h，端點回波與根部回波聲程分別為ω1和ω2兆剃，探頭射角為β哺挺，工件厚度為T，如下圖：

表面開口裂紋自身高度測定示意圖

則

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

不用β值被核，而用式（1）計算表面開口裂紋自身高度可得到較高的精度暴姓。

3.2.2 垂直于工件表面的內(nèi)部裂紋。

對于垂直于表面的內(nèi)部裂紋使义，如果上端點和下端點都是由一次波探測到（左圖）促壕，一次聲程分別為ω1和ω2蟆导，則其自身高度h為

h=（ω2-ω1）cosβ （2）

內(nèi)部垂直裂紋自身高度測定示意圖

如果上端點由一次波探測到燥及，而下端點由二次波探測到（右圖），設(shè)一蜕煌、二次波的總聲程為L2派阱。如果工件厚度為T，那么 L2中一次波聲程為T/cosβ斜纪；二次波聲程為（L2-T/cosβ）贫母，則

ω2 =L2-2×（L2-T/cosβ） （3）

3.2.3 傾斜的內(nèi)部裂紋。

對于有傾角的裂紋盒刚，如下圖腺劣，若上端點和下端點由一次波探測到（左圖），一次波聲程分別為ω1和ω2因块，則其垂直高度h為

h=（ω2-ω1）cosβ （4）

內(nèi)部傾斜裂紋自身高度測定示意圖

如果上端點由一次波探測到橘原，而下端點由二次波探測到（右圖），且工件厚度為T涡上，那么總聲程L2中一次波聲程為T/cosβ趾断；二次波聲程為（L2-T/cosβ），則

ω2 =L2-2×（L2-T/cosβ） （5）

h=（ω2-ω1）cosβ

用式（1）～（5）進行聲程的數(shù)字化處理吩愧，實際上是一臺帶有采樣裝置（頻率為30MHZ）和超聲信號接入裝置的工控計算機芋酌，具有計算機的全部功能增显。分析軟件采用可視界面技術(shù)，軟件設(shè)計以JB4730—1994標準為依據(jù)菜臣。采用聲程數(shù)字處理技術(shù)的端點反射回波法伊丘。采用此法對提高裂紋自身（垂直）高度測量精度非常有效。具有原理簡單萄天，測量重復性好朦盲，操作方便快捷和實用性高。

4 結(jié)論

數(shù)字超聲波探傷儀是目前研究的熱點举么，主要集中在研究其適應性強结款，靈敏性高。我段自2000年引進數(shù)字式超聲波探傷儀后考瘪，使我段在SS7型電力機車檢修中車軸及輪箍的缺陷檢測得率大有提高昼薯，尤其是同型機車且均運營在南昆線上，昆明機務段已有幾起崩箍事故發(fā)生悯歇，而我段還無一類似事故彪珠。這是因為我段在事故發(fā)生前將缺陷檢出，從而避免了事故的發(fā)生风捌，如我段在2000年檢測出12個輪箍有超限缺陷浸船，2001年檢測出13個輪箍有缺陷，3條車軸有裂紋寝蹈。由此可見李命，數(shù)字式超聲波探傷儀的缺陷檢出可信度是模擬超聲波探傷儀所無法比擬的，因此箫老，發(fā)展數(shù)字式超聲波檢測技術(shù)在機車檢測領(lǐng)域的應用是極其重要的封字。

參考文獻
1 中國機械工程學會無損檢測分會.超聲波檢測.機械工業(yè)出版社,2000.
2 遼寧省機械工程學會.無損探傷.機械工業(yè)出版社,2001.
3 中國科學技術(shù)協(xié)會.無損檢測.機械工業(yè)出版社,2001.

個人資料：
蒙君優(yōu) 1974年生，1997年畢業(yè)于華東交通大學電氣工程系工業(yè)自動化專業(yè)耍鬓，現(xiàn)從事機車制動阔籽、探傷專業(yè)技術(shù)員。