CN108088908A - 一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法。采用本发明，将钢轨焊缝的检测区域进行网格化划分，并将每个网格的中心点和相邻网格交叉点默认为超声波的反射点，采用一个超声阵列探头，通过控制超声阵列探头中的每个超声斜探头的发射与接收的工作方式，实现超声阵列探头放置在钢轨轨头踏面，在不移动探头的情况下对钢轨焊缝从轨头踏面直至轨底底面的高度区域进行超声串列式扫查检测。本发明无需设计复杂的扫查装置就能够快速、有效、全面地对钢轨焊缝中轨腰和轨底三角区部位存在的光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等平面状缺陷进行有效检测，能够明显降低检测人员的劳动强度，提高检测效率和检测结果可靠性。

Description

一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法
技术领域
本发明涉及超声无损检测领域，尤其涉及一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法。
背景技术
对于钢轨焊缝的检测，尤其是涉及钢轨焊缝轨腰及轨底三角区中存在的平面状缺陷，如光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等，这些缺陷的存在不仅减小了钢轨的有效截面，而且还可能造成应力集中，使钢轨焊缝直接拉开或使钢轨折断，因而是最危险的缺陷。常规检测方法是采用两只单晶片的探头进行串列式扫查，两只单晶片探头一前一后同时放置在一个探测面上，一只探头发射超声波，另一只探头接收超声波，两只探头需要相对或相背等速移动，当焊缝中存在平面状缺陷时，发射探头发出的超声波经缺陷和轨底底面两次反射后被接收探头接收。为了实现焊缝整个高度的扫查，两只探头必须相对或相背等速移动，因而采用手工操作很难完成，一般都需要配备专业的扫查装置，同时，由于该常规方法无法确定缺陷在焊缝的宽度位置，在焊缝的宽度位置需要进行多次扫查，并且工作时需要检测人员操作扫查装置实现相对或相背等速移动探头，因而检测人员劳动强度大，检测结果易受检测人员的操作经验及疲劳程度影响。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法。可无需设计复杂的扫查装置就能够快速、有效、全面地对钢轨焊缝中轨腰和轨底三角区部位存在的光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等平面状缺陷进行有效检测。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，包括以下步骤：
S1：将钢轨焊缝检测区域进行高为M1等分，宽为M2等分的网格划分；
S2：将网格的中心位置以及相邻网格交叉点设为缺陷超声波反射点位置；
S3：将超声阵列探头固定置于待检测区域的一侧进行检测，所采用的超声阵列探头由M1*2+M2-1个超声斜探头按直线方式排列；
S4：确定网格的中心位置的反射点P（X,Y）和/或相邻网格交叉点Q（X,Y）对应的发射探头的序号以及接收探头的序号。
进一步地，S5：根据反射点获得的超声波检测波形的波幅高低，将反射点的颜色进行分成若干颜色显示。
更进一步地，所述步骤S5具体还包括将超声波检测波形的波幅高低将反射点的颜色按以下方法进行标识：0-20%黑色；20-40%绿色；40-60%蓝色；60-80%紫色；80-100%红色。
更进一步地，还包括步骤S6：缺陷高度的评估方法为：在每一列的反射点中，先找到最高波幅的反射点：1）当反射点显示颜色为红色时，相邻反射点的颜色（蓝色、紫色、红色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；2）当反射点显示颜色为紫色时，相邻反射点的颜色（蓝色、紫色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；3）当反射点显示颜色为蓝色时，相邻反射点的颜色（绿色、蓝色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；4）当反射点显示颜色为绿色是，根据反射点的颜色（绿色）作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度。
更进一步地，所述步骤S6还包括将反射点最高波幅所在的列作为缺陷在焊缝的宽度位置。
本发明实施例还提供了另一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，包括以下步骤：
S1：将钢轨焊缝检测区域进行高为M1等分，宽为M2等分的网格划分；
S2：将网格的中心位置以及相邻网格交叉点设为缺陷超声波反射点位置；
S3：将第一超声阵列探头固定置于待检测区域的一侧作为发射探头，将第二超声阵列探头固定置于待检测区域的另一侧作为接收探头，所述第一超声阵列探头、第二超声阵列探头由M1+M2-1个超声斜探头按直线方式排列；
S4：确定网络的中心位置的反射点P（X,Y）和/或相邻网格交叉点Q（X,Y）对应的发射探头的序号以及接收探头的序号。
进一步地，S5：根据反射点获得的超声波检测波形的波幅高低，将反射点的颜色进行分成若干颜色显示。
更进一步地，所述步骤S5具体还包括将超声波检测波形的波幅高低将反射点的颜色按以下方法进行标识：0-20%黑色；20-40%绿色；40-60%蓝色；60-80%紫色；80-100%红色。
更进一步地，还包括步骤S6：缺陷高度的评估方法为：在每一列的反射点中，先找到最高波幅的反射点：1）当反射点显示颜色为红色时，相邻反射点的颜色（蓝色、紫色、红色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；2）当反射点显示颜色为紫色时，相邻反射点的颜色（蓝色、紫色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；3）当反射点显示颜色为蓝色时，相邻反射点的颜色（绿色、蓝色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；4）当反射点显示颜色为绿色时，根据反射点的颜色（绿色）作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度。
更进一步地，所述步骤S6还包括将反射点最高波幅所在的列作为缺陷在焊缝的宽度位置。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明能够快速、有效、全面地对钢轨焊缝中轨腰和轨底三角区部位存在的光斑、灰斑、裂纹、未焊透及疲劳裂纹等平面状缺陷进行有效检测，能够明显降低检测人员的劳动强度，提高检测效率和检测结果可靠性。
附图说明
图1是本发明方法的钢轨焊缝检测区域的网格化划分原理结构示意图；
图2是超声阵列探头的结构示意图；
图3是设置超声波反射点的示意图；
图4是超声波检测传播示意图；
图5是反射点对应的发射和接收探头示意图；
图6是本发明另一实施例的对轨底进行检测的整体结构示意图；
图7是本发明另一实施例的对轨头进行检测的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参照图1所示的结构示意图，
本发明实施例的一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，由以下步骤构成。
步骤1：为实现超声阵列探头在不移动的情况下实现钢轨焊缝特定的宽度和高度区域进行超声串列式扫查检测，将检测区域进行网格化划分：首先确定钢轨焊缝检测区域的高度和宽度，设焊缝检测区域高度为H，检测区域宽度为W，分别将宽度区域和高度区域进行等分，将高度区域进行M1等分，将宽度区域进行M2等分，因此可得到每个划分网格的高度为H/M1，宽度为W/M2。具体实施例，焊缝检测区域高度默认为从轨头踏面至轨底底面的高度区域。
如图1，本实施中，将钢轨焊缝高度区域进行16等分，焊缝宽度区域进行5等分。
步骤2：超声阵列探头是由N个相同特征的超声斜探头按直线方式进行排列，实际使用时超声阵列探头可封装为一体式，设每个斜探头的折射角度为β，相邻两个斜探头的中心间距为L1，第1个和第N个探头的中心间距为L2，L2=（N-1）L1。根据步骤1的网格划分原理，可确定超声阵列探头中的超声斜探头的数目为：N=M1*2+M2-1，每个探头的入射角度为，两个超声斜探头入射点之间的距离L1=W/M2。具体实施例，如图2所示，超声阵列探头中的超声斜探头的数目为N=16*2+5-1=36，设钢轨焊缝宽度W=50mm，钢轨焊缝高度H=176mm，则两个超声斜探头入射点之间的距离L1=50/5=10mm，
。
超声阵列探头如图2所示。
步骤3：根据钢轨焊缝检测区域的网格划分，设置超声波反射点，即默认缺陷在网格的位置，反射点确定方法如下：1）将每个网格的中心位置作为超声波反射点位置；2）相邻网格交叉点作为超声波反射点位置。
具体实施例，如图3中焊缝区域内的黑点位置均作为超声波反射点。
步骤4：根据步骤3确定的超声波反射点，设定超声传播的路径为：放置在轨头踏面的发射探头发出的超声波到达反射点，超声波在反射点经镜面反射后到达轨底底面，经轨底底面镜面反射后再被放置在轨头踏面的接收探头接收。如4所示，超声波经反射点P的传播路径为：6号探头发射超声波，超声波经P反射点反射后到达轨底底面，经轨底底面反射后被35号探头接收。
步骤5：根据步骤3确定的超声波传播路径，设划分网格中心的反射点为P(X,Y)，X为反射点的列序号，X=1、2、3、…、M2；Y为反射点的行序号，Y=1、2、3、…、M1；则处于网格中心的反射点P(X,Y)对应的发射探头序号T=Y+X-1，接收探头序号R=2*M1+X-Y。
设划分网格交叉点的反射点为Q(X,Y)，X为反射点的列序号，X=1、2、3、…、M2-1；Y为反射点的行序号，Y=1、2、3、…、M1-1；则处于网格交叉点的反射点Q(X,Y)对应的发射探头序号T=Y+X，接收探头序号R=2*M1+X-Y。
因此所有确定的反射点均可对应有发射探头和接收探头，超声波传播路径的示意图如图5所示，图中反射点P(5,2)对应的发射探头序号T=2+5-1=6，接收探头序号R=2*16+5-2=35；反射点Q(3,6)对应的发射探头序号为T=6+3=9，R=2*16+3-6=29。
步骤6：根据步骤5每个反射点均可对应一个发射探头和一个接收探头，因此每个反射点均可对应唯一的超声波检测信号，因此，通过每个反射点的超声检测信号可评估焊缝检测区域的缺陷分布情况。
步骤7：根据步骤6获得的缺陷分布情况，每个反射点根据获得的超声波检测波形的波幅高低，将反射点进行不同颜色显示，0-20%黑色；20-40%绿色；40-60%蓝色；60-80%紫色；80-100%红色。因此，无需通过逐点查看波形，直接通过反射点的颜色显示可快速评估焊缝检测区域的缺陷分布情况。
步骤8：根据步骤7，缺陷高度的评估方法为：在每一列的反射点中，先找到最高波幅的反射点：1）当反射点显示颜色为红色时，相邻反射点的颜色（蓝色、紫色、红色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；2）当反射点显示颜色为紫色时，相邻反射点的颜色（蓝色、紫色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；3）当反射点显示颜色为蓝色时，相邻反射点的颜色（绿色、蓝色）均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；4）当反射点显示颜色为绿色是，根据反射点的颜色（绿色）作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度。
步骤9：根据步骤7，确定缺陷的宽度位置的方法为：反射点最高波幅所在的列作为缺陷在焊缝的宽度位置。
本发明另一实施例的一种钢轨焊缝的网格化超声成像的方法，包括以下步骤。
采用两个超声阵列探头，一个超声阵列探头作为发射探头，另一个超声阵列探头作为接收探头，即发射探头发出的超声波经过缺陷反射后直接被接收探头接收，以此实现两个超声阵列探头在不移动操作的情况下对钢轨焊缝轨头和轨底的区域实现超声K型扫查检测，分别如图6、图7所示。
为了方便使用，使用的超声阵列探头由两个超声阵列探头组成，在进行串列式扫查时，两个超声阵列探头前后对接组成一个超声阵列探头，在进行K型扫查时，一个超声阵列探头作为发射探头，另一个超声阵列探头作为接收探头。
两个超声阵列探头的结构均与上一实施例的结构一致，由M1+M2-1个超声斜探头按直线方式排列。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将钢轨焊缝检测区域进行高为M1等分，宽为M2等分的网格划分；
S2：将网格的中心位置以及相邻网格交叉点设为缺陷超声波反射点位置；
S3：将超声阵列探头固定置于待检测区域的一侧进行检测，所采用的超声阵列探头由M1*2+M2-1个超声斜探头按直线方式排列；
S4：确定网格的中心位置的反射点P（X,Y）和/或相邻网格交叉点Q（X,Y）对应的发射探头的序号以及接收探头的序号。
2.根据权利要求1所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5：根据反射点获得的超声波检测波形的波幅高低，将反射点的颜色进行分成若干颜色显示。
3.根据权利要求2所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，所述步骤S5具体还包括将超声波检测波形的波幅高低将反射点的颜色按以下方法进行标识：0-20%黑色；20-40%绿色；40-60%蓝色；60-80%紫色；80-100%红色。
4.根据权利要求3所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，还包括步骤S6：缺陷高度的评估方法为：在每一列的反射点中，先找到最高波幅的反射点：1）当反射点显示颜色为红色时，相邻反射点的颜色均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；2）当反射点显示颜色为紫色时，相邻反射点的颜色均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；3）当反射点显示颜色为蓝色时，相邻反射点的颜色均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；4）当反射点显示颜色为绿色时，根据反射点的颜色作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度。
5.根据权利要求4所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，所述步骤S6还包括将反射点最高波幅所在的列作为缺陷在焊缝的宽度位置。
6.一种钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将钢轨焊缝检测区域进行高为M1等分，宽为M2等分的网格划分；
S2：将网格的中心位置以及相邻网格交叉点设为缺陷超声波反射点位置；
S3：将第一超声阵列探头固定置于待检测区域的一侧作为发射探头，将第二超声阵列探头固定置于待检测区域的另一侧作为接收探头，所述第一超声阵列探头、第二超声阵列探头由M1+M2-1个超声斜探头按直线方式排列；
S4：确定网格的中心位置的反射点P（X,Y）和/或相邻网格交叉点Q（X,Y）对应的发射探头的序号以及接收探头的序号。
7.根据权利要求6所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5：根据反射点获得的超声波检测波形的波幅高低，将反射点的颜色进行分成若干颜色显示。
8.根据权利要求7所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，所述步骤S5具体还包括将超声波检测波形的波幅高低将反射点的颜色按以下方法进行标识：0-20%黑色；20-40%绿色；40-60%蓝色；60-80%紫色；80-100%红色。
9.根据权利要求8所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，还包括步骤S6：缺陷高度的评估方法为：在每一列的反射点中，先找到最高波幅的反射点：1）当反射点显示颜色为红色时，相邻反射点的颜色均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；2）当反射点显示颜色为紫色时，相邻反射点的颜色均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；3）当反射点显示颜色为蓝色时，相邻反射点的颜色均作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度；4）当反射点显示颜色为绿色时，根据反射点的颜色作为计算缺陷高度，最远的两个反射点之间的距离作为缺陷高度。
10.根据权利要求9所述的钢轨焊缝的网格化超声成像检测的方法，其特征在于，所述步骤S6还包括将反射点最高波幅所在的列作为缺陷在焊缝的宽度位置。
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