CN109959704B - 一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法，涡流探头成排布置，排与排之间设有屏蔽条，排与排之间的探头交错布置，组成阵列涡流复合探头，阵列涡流复合探头设置在钢轨轨底，并由实时随动装置驱动，阵列涡流复合探头的探测范围将轨底横向全覆盖；阵列涡流复合探头在钢轨轨底表面的表面和近表面产生多方向复杂变换的涡流和电磁场，当轨底表面上的“0～90°”的各方向缺陷经过阵列涡流复合探头的检测区域时，引起的涡流变化，涡流变化引起空间电磁场变化，电磁场变化信号被检测线圈检测到最大变化信号，将检测到的最大变化信号传送到多频分析涡流探伤仪。优点是：能够检测钢轨轨底表面0‑90°的各方向缺陷。

Description

一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法

技术领域

本发明属于钢轨轨底无损检测领域，特别涉及一种对钢轨轨底各类自然缺陷的多向敏感阵列涡流检测方法。

背景技术

EN13674.4-2006(欧标)和TB/T2344-2012(铁标)均规定应对钢轨全长轨底面进行自动检测，检测灵敏度为：人工矩形槽：宽0.5mm，深1mm，长20mm和人工矩形槽宽0.5mm，深1.5mm，长10mm。国内钢轨厂轨底质量检查均采用人工镜面方式，闭口缺陷无法检出同时易形成检查人员肉眼疲劳漏检。国内各钢轨厂涡流探伤设备检测纵向缺陷均靠高速旋转圆盘式探头来实现，检测过程中探头与被检测面间提离间隙不稳定，误漏报警时有发生，检测准确率低，无法有效检出0～90°的各方向缺陷，造成国内攀钢、包钢、武钢、邯钢和鞍钢的进口涡流探伤设备无法指导实际生产检测。

现有的涡流检测技术仅能实现涡流探头垂直扫查缺陷时，缺陷反馈的信号幅值与信噪比能被仪器接受并提取出有用的缺陷信息，如：当缺陷与探头扫查方向成一定角度甚至平行，缺陷将无法检出。同时现有涡流探头对提离间隙反应敏感，提离间隙大于极限值漏检，小于极限值易产生误报警，影响检测的准确率。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法，能够检测钢轨轨底表面0-90°的各方向缺陷，可解决国外涡流检测设备采用高速旋转的盘式探头在检测过程中的提离间隙不稳定造成的检测准确率低等问题，采用涡流探头，简化机械装置和减少设备占地空间同时大幅度提高涡流探伤机的检测准确率，防止带有表面缺陷的钢轨铺上铁路线，提高铁路运行安全稳定性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法，包括以下步骤：

1)将2～N个涡流探头固定在壳体内，涡流探头成排布置，排与排之间设有屏蔽条，排与排之间的探头交错布置，组成阵列涡流复合探头，阵列涡流复合探头设置在钢轨轨底，并由实时随动装置驱动，阵列涡流复合探头的探测范围将轨底横向全覆盖；

2)阵列涡流复合探头在钢轨轨底表面的表面和近表面产生多方向复杂变换的涡流和电磁场，当轨底表面上的“0～90°”的各方向缺陷经过阵列涡流复合探头的检测区域时，引起的涡流变化，涡流变化引起空间电磁场变化，电磁场变化信号被2～N个涡流探头的n组检测线圈中某个检测线圈检测到最大变化信号，将检测到的最大变化信号传送到多频分析涡流探伤仪，涡流探伤仪将检测并显示出缺陷反馈最大信号，实现钢轨轨底表面缺陷的准确检测。

所述的涡流探头包括检测线圈、激励线圈、接线柱、插座、探头壳体，激励线圈与检测线圈固定在探头壳体内，激励线圈水平设置，检测线圈垂直设置在激励线圈上方，检测线圈为两个以上，检测线圈沿激励线圈的中心轴轴向均布，检测线圈缠绕在多棱柱结构上，检测线圈相互间串联，检测线圈、激励线圈分别引出两根信号线，信号线与接线柱连接，接线柱固定在插座内，激励线圈为圆环形。

所述的实时随动装置包括基座、轨底涡流水平实时随动机构、轨底涡流垂直实时随动机构，轨底涡流水平实时随动机驱动涡流探头在水平方向随钢轨轨腰运动，轨底涡流垂直实时随动机构驱动涡流探头在垂直方向随钢轨底面运动；

所述的轨底涡流水平实时随动机构包括水平随动基板、水平随动交叉滚子轴承、水平动作气缸、水平随动压缩弹簧、探头水平位置定位轮、水平定位轮板、水平随动滑板，水平随动基板安装在基座上，水平随动基板通过水平随动交叉滚子轴承与水平随动滑板连接，水平动作气缸的推杆与水平随动滑板连接，水平动作气缸的推杆上套装有水平随动压缩弹簧，探头水平位置定位轮和水平定位轮板安装在水平随动滑板上，当探头水平位置定位轮压靠在钢轨轨腰侧面时，水平随动压缩弹簧处于收缩状态；

所述的轨底涡流垂直实时随动机构包括垂直随动基板、垂直随动滑板、垂直随动交叉滚子轴承、垂直动作气缸、垂直随动压缩弹簧、间隙定位轮，垂直随动基板与水平随动滑板连接，垂直随动基板通过垂直随动交叉滚子轴承与垂直随动滑板连接，垂直动作气缸的推杆与垂直随动滑板连接，垂直动作气缸的推杆上套装有垂直随动压缩弹簧，间隙定位轮和涡流探头均通过探头连接板固定在垂直随动滑板上，当间隙定位轮抵靠在钢轨轨底面时，垂直随动压缩弹簧处于收缩状态，涡流探头设置在钢轨轨底面下方。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法，能够检测钢轨轨底表面0-90°的各方向缺陷，可解决国外涡流检测设备采用高速旋转的盘式探头在检测过程中的提离间隙不稳定造成的检测准确率低等问题。采用涡流探头，简化了机械装置和减少设备占地空间同时大幅度提高涡流探伤机的检测准确率，防止带有表面缺陷的钢轨铺上铁路线，提高了铁路运行安全稳定性。经过涡流样轨30次动态测试，所有纵向和横向人工缺陷漏报警率为零，误报率≤3％。同时对0.5×1.5×10mm(B×H×L)和0.5×1.0×20mm(B×H×L)的人工缺陷用多向敏感涡流探头进行0～90°各角度扫查，检测验证本发明的钢轨轨底多向敏感涡流探头可有效检出不同方向的缺陷，而且0～90°各角度缺陷回波信号幅值波动≤3dB。实际生产检测中多向敏感阵列涡流探头布于轨底宽度区域，可有效检出钢轨轨底表面各方向的实际冶金和轧制产生的各类缺陷。

附图说明

图1是涡流探头的结构示意图。

图2是阵列涡流复合探头的涡流探头布置图。

图3是阵列涡流复合探头的工作状态图。

图4是实时随动装置的主视图。

图5是实时随动装置的侧视图。

图6是阵列涡流复合探头检测钢轨轨底人工缺陷示意图。

图中：1-检测线圈A 2-检测线圈B 3-检测线圈C 4-激励线圈 5-探头壳体 6-接线柱 7-插座 8-屏蔽条 9-壳体 10-钢轨 11-轨底 12-矩形槽 13-水平动作气缸 14-水平随动压缩弹簧 15-水平随动滑板 16-水平随动基板 17-水平随动交叉滚子轴承 18-水平定位轮板 19-探头水平位置定位轮 20-垂直随动交叉滚子轴承 21-阵列涡流复合探头 22-垂直随动滑板 23-垂直随动基板 24-垂直随动压缩弹簧 25-垂直动作气缸 26-横梁 27-探头连接板 28-基座 29-间隙定位轮。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图6，一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法，包括以下步骤：

1)将2～N个涡流探头固定在壳体内，涡流探头成排布置，排与排之间设有屏蔽条，排与排之间的探头交错布置，组成阵列涡流复合探头21，阵列涡流复合探头21设置在钢轨轨底，并由实时随动装置驱动；

2)阵列涡流复合探头21在钢轨轨底表面的表面和近表面产生多方向复杂变换的涡流和电磁场，当轨底表面上的“0～90°”的各方向缺陷经过阵列涡流复合探头21的检测区域时，引起的涡流变化，涡流变化引起空间电磁场变化，电磁场变化信号被2～N个涡流探头的n组检测线圈中某个检测线圈检测到最大变化信号，将检测到的最大变化信号传送到多频分析涡流探伤仪，涡流探伤仪将检测并显示出缺陷反馈最大信号，实现钢轨轨底表面缺陷的准确检测。

见图2、图3，涡流探头包括检测线圈、激励线圈4、接线柱6、插座7、探头壳体5，激励线圈4与检测线圈固定在探头壳体5内，1个激励线圈4水平绕制并水平放置，检测线圈垂直设置在激励线圈4上方，检测线圈为2～N个，检测线圈沿激励线圈4的中心轴轴向均布，检测线圈缠绕在多棱柱结构上，即，检测线圈沿轴向等分依次垂直绕线放置在多棱柱结构上，检测线圈相互间串联，检测线圈、激励线圈4分别引出两根信号线，信号线与接线柱6连接，接线柱6固定在插座7内。激励线圈4为圆环形。该探头可成排布置，形成阵列涡流复合探头21，多排探头固定在壳体9内，排与排之间设有屏蔽条8，排与排之间的探头交错布置。

涡流探伤仪激励信号通过阵列涡流复合探头21的圆环形水平激励线圈4在钢轨10轨底11表面和近表面产生多方向复杂变换的电磁场，当轨底11表面0～90°的各方向缺陷经过涡流区域时，引起的涡流变化，涡流变化引起空间电磁场变化，电磁场变化信号被2～N个垂直检测线圈中某个检测线圈检测到最大变化信号，检测到的最大变化信号传送到多频分析涡流探伤仪，仪器显示出缺陷反馈最大信号。图1中为3个检测线圈，且缠绕在六棱柱上，分别为检测线圈A1、检测线圈B2、检测线圈C3。

见图4、图5，实时随动装置包括基座28、轨底11涡流水平实时随动机构、轨底11涡流垂直实时随动机构，轨底11涡流水平实时随动机驱动阵列涡流复合探头21在水平方向随钢轨10轨腰运动，轨底11涡流垂直实时随动机构驱动阵列涡流复合探头21在垂直方向随钢轨10底面运动。

轨底11涡流水平实时随动机构包括水平随动基板16、水平随动交叉滚子轴承17、水平动作气缸13、水平随动压缩弹簧14、探头水平位置定位轮19、水平定位轮板18、水平随动滑板15，水平随动基板16安装在基座28上，水平随动基板16通过水平随动交叉滚子轴承17与水平随动滑板15连接，水平动作气缸13的推杆与水平随动滑板15连接，水平动作气缸13的推杆上套装有水平随动压缩弹簧14，探头水平位置定位轮19和水平定位轮板18安装在水平随动滑板15上，当探头水平位置定位轮19压靠在钢轨10轨腰侧面时，水平随动压缩弹簧14处于收缩状态；水平随动基板16上设有两组水平随动交叉滚子轴承17。

轨底11涡流垂直实时随动机构包括垂直随动基板23、垂直随动滑板22、垂直随动交叉滚子轴承20、垂直动作气缸25、垂直随动压缩弹簧24、间隙定位轮29，垂直随动基板23与水平随动滑板15连接，垂直随动基板23通过垂直随动交叉滚子轴承20与垂直随动滑板22连接，垂直动作气缸25的推杆与垂直随动滑板22连接，垂直动作气缸25的推杆上套装有垂直随动压缩弹簧24，间隙定位轮29和阵列涡流复合探头21均通过探头连接板27固定在垂直随动滑板22上，当间隙定位轮29抵靠在钢轨10轨底11面时，垂直随动压缩弹簧24处于收缩状态，阵列涡流复合探头21设置在钢轨10轨底11面下方。垂直随动基板23上设有两组垂直随动交叉滚子轴承20。

见图4、图5，实时随动装置的使用方法，包括以下步骤：

1)将所述的实时随动检测装置固定在横梁26上，即将基座28通过螺栓固定在横梁26上；

2)当钢轨10进入涡流检测区域时，水平动作气缸13的推杆伸出，推动水平随动滑板15向钢轨10运动，将探头水平位置定位轮19压靠到钢轨10轨腰侧面，此时水平随动压缩弹簧14被压缩；当钢轨10在水平方向远离探头水平位置定位轮19时，水平随动压缩弹簧14在自身弹性回复力的推动下，将探头水平位置定位轮19实时推动，确保其继续实时紧贴在钢轨10轨腰侧面；当钢轨10在水平方向向探头水平位置定位轮19移动时，水平随动压缩弹簧14将被进一步压缩，确保探头水平位置定位轮19实时紧贴在钢轨10轨腰侧面；

水平随动滑板15上连接有水平位置定位轮和通过垂直随动滑板22连接的阵列涡流复合探头21，因此水平位置定位轮和阵列涡流复合探头21相对位置固定，保证探头水平位置定位轮19与钢轨10轨腰侧面实时跟踪与随动，同样就保证了阵列涡流复合探头21水平方向相对轨底11检测区域位置不变，从而实现钢轨10轨底11平面被检测区域位于阵列涡流复合探头21有效检测区域的中心区，轨底11平面检测区域被涡流的电磁场完全覆盖；

3)设备生产前调试时，通过调节间隙定位轮29上下位置，将阵列涡流复合探头21的检测面与钢轨10轨底11被检测面间隙设置为2.0～3.0mm，并锁定，当钢轨10进入涡流检测区域，垂直随动气缸推杆伸出，推动垂直随动滑块滑板向上运动，将间隙定位轮29压靠到钢轨10轨底11，当钢轨10向上跳动时，间隙定位轮29和阵列涡流复合探头21在垂直随动压缩弹簧24的弹性回复力作用下实时向上运动，保证间隙定位轮29与钢轨10底面实时跟随；当钢轨10向下运动时，间隙定位轮29和阵列涡流复合探头21在向下压力作用下，垂直随动压缩弹簧24被进一步压缩，间隙定位轮29、阵列涡流复合探头21和垂直随动滑板22同时向下实时运动，确保间隙定位轮29与钢轨10底面实时贴合跟随。

因此无论钢轨10水平方向和垂直方向移动或突然跳动，阵列涡流复合探头21均可依靠探头水平和垂直实时随动机构实现对钢轨10位置的实时跟踪。水平随动滑板15和垂直随动滑板22在生产检测时因其上的探头水平位置定位轮19和间隙定位轮29在钢轨10相应工作面上滚动，使其本身受到与运动方向相反的滚动摩擦力作用，与钢轨10运行方向相反的滚动摩擦力通过水平随动滑板15和垂直随动滑板22作用于水平随动交叉滚子轴承17、垂直随动交叉滚子轴承20上，采用此种轴承可保证水平随动基板16、垂直随动基板23与水平随动滑板15、垂直随动滑板22间相对实时滑动，不受与其滑动方向垂直的滚动摩擦力影响，从而确保了阵列涡流复合探头21对钢轨10水平和垂直位置的实时随动。

见图2、图3，具体检测时，将8个多向敏感钢轨轨底涡流探头按顺序固定在壳体9内，即1#～8#探头成排固定在壳体9内，将1#～8#探头分成1#～3#，4#～5#，6#～8#三组，三组交错布置组成涡流阵列，1#～3#，4#～5#，6#～8#三组之间用防干扰屏蔽条8隔离开，防止探头间信号干扰，他们共同布置于壳体9内，1#～8#多向敏感钢轨10轨底11涡流探头共同组成阵列涡流有效检测范围为165mm宽的无间隙检测有效区域。

见图6，阵列涡流复合探头21安置于可保证阵列涡流探头对钢轨水平和垂直位置实时随动的实时随动装置上，阵列涡流复合探头21与钢轨轨底11表面提离间隙恒定限制在2-3mm。阵列涡流复合探头21在实时随动装置驱动下实现轨底阵列涡流探伤所需的检测动作，完成钢轨轨底涡流各方向缺陷在线自动检测。在12米长的涡流标定样轨轨底11平面上刻制人工矩形槽12(P、Q、R、T四种)，即人工缺陷，包括横向人工缺陷，纵向人工缺陷，斜向人工缺陷，尺寸可为0.5×1.0×20mm(B×H×L)；0.5×1.5×10mm(B×H×L)；0.5×1.5×140mm(B×H×L)；1#—8#涡流探头按区域划分必须全部准确检测出以上所有人工缺陷，方可认为本检测方法实用可靠。阵列涡流复合探头21对以上人工缺陷进行0°、30°、45°、60°、80°方向扫查，所有人工缺陷涡流检测回波波动≤3dB，同时进行实际生产验证，检测冶金和轧制产生的自然缺陷，检测准确率≥97％。

Claims (1)

1.一种钢轨轨底多向敏感阵列涡流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将2～N个涡流探头固定在壳体内，涡流探头成排布置，排与排之间设有屏蔽条，排与排之间的探头交错布置，组成阵列涡流复合探头，阵列涡流复合探头设置在钢轨轨底，并由实时随动装置驱动，阵列涡流复合探头的探测范围将轨底横向全覆盖；

2）阵列涡流复合探头在钢轨轨底表面的表面和近表面产生多方向复杂变换的涡流和电磁场，当轨底表面上的“0～90°”的各方向缺陷经过阵列涡流复合探头的检测区域时，引起的涡流变化，涡流变化引起空间电磁场变化，电磁场变化信号被2～N个涡流探头的n组检测线圈中某个检测线圈检测到最大变化信号，将检测到的最大变化信号传送到多频分析涡流探伤仪，涡流探伤仪将检测并显示出缺陷反馈最大信号，实现钢轨轨底表面缺陷的准确检测；

所述的涡流探头包括检测线圈、激励线圈、接线柱、插座、探头壳体，激励线圈与检测线圈固定在探头壳体内，激励线圈水平设置，检测线圈垂直设置在激励线圈上方，检测线圈为两个以上，检测线圈沿激励线圈的中心轴轴向均布，检测线圈缠绕在多棱柱结构上，检测线圈相互间串联，检测线圈、激励线圈分别引出两根信号线，信号线与接线柱连接，接线柱固定在插座内，激励线圈为圆环形；

所述的实时随动装置包括基座、轨底涡流水平实时随动机构、轨底涡流垂直实时随动机构，轨底涡流水平实时随动机驱动涡流探头在水平方向随钢轨轨腰运动，轨底涡流垂直实时随动机构驱动涡流探头在垂直方向随钢轨底面运动；

所述的轨底涡流水平实时随动机构包括水平随动基板、水平随动交叉滚子轴承、水平动作气缸、水平随动压缩弹簧、探头水平位置定位轮、水平定位轮板、水平随动滑板，水平随动基板安装在基座上，水平随动基板通过水平随动交叉滚子轴承与水平随动滑板连接，水平动作气缸的推杆与水平随动滑板连接， 水平动作气缸的推杆上套装有水平随动压缩弹簧，探头水平位置定位轮和水平定位轮板安装在水平随动滑板上，当探头水平位置定位轮压靠在钢轨轨腰侧面时，水平随动压缩弹簧处于收缩状态；

所述的轨底涡流垂直实时随动机构包括垂直随动基板、垂直随动滑板、垂直随动交叉滚子轴承、垂直动作气缸、垂直随动压缩弹簧、间隙定位轮，垂直随动基板与水平随动滑板连接，垂直随动基板通过垂直随动交叉滚子轴承与垂直随动滑板连接，垂直动作气缸的推杆与垂直随动滑板连接，垂直动作气缸的推杆上套装有垂直随动压缩弹簧，间隙定位轮和涡流探头均通过探头连接板固定在垂直随动滑板上，当间隙定位轮抵靠在钢轨轨底面时，垂直随动压缩弹簧处于收缩状态，涡流探头设置在钢轨轨底面下方。

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