CN109975431A - 用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块，包括：空心轴；沿着轴向方向设置在空心轴的中间位置处的圆柱形中间台阶部；和多个圆柱形侧台阶部，所述多个圆柱形侧台阶部在轴向方向上以外径递减的方式分别对称地布置在圆柱形中间台阶部的两侧，对称的两个圆柱形侧台阶部具有相同的外径。圆柱形中间台阶部形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔和在外表面上形成的刻槽。多个圆柱形侧台阶部中的每一个形成有位于中间位置处且沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔、或者位于中间位置处且形成在外表面上的刻槽。所述标准试块适用于任何型号的空心轴的探伤灵敏度校准，大幅减少所用试块数量，确保校准得到的探伤灵敏度保持一致。

Description

用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块

技术领域

本发明涉及动车检测领域，更具体地，涉及一种用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块。

背景技术

动车组轮轴是转向架走行部的关键部件，在轮轴的制造、组装和运用过程中，经常出现各种危害性缺陷和失效伤损，极大地威胁着动车组的运用安全。这就需要动车组列车在检修过程中定期对空心轴进行探伤检测。探伤时，通过超声波探伤设备将超声波探头组输送到空心轴内孔中，以内孔表面为检测面，对空心轴侧壁内部和外表面进行扫查，以发现是否存在缺陷。超声波探伤前必不可少的一个工作是要对探伤设备的灵敏度进行校准，以便发现适当大小的缺陷。若探伤灵敏度设置过低，则可能会造成漏探；设置过高容易造成误报。

目前，普遍采用空心轴实物试块对探伤设备进行灵敏度校准。空心轴实物试块是在实物轴上采用机械加工的方法，制作若干个平底孔和刻槽等人工缺陷。由于这些人工缺陷对超声波的反射特性与自然缺陷类似，故在使用实物试块进行灵敏度校准时，调节探伤设备灵敏度增益到某一数值，当能将人工缺陷检测出时，即认为在这一灵敏度增益水平下，同一位置相同大小的自然缺陷也能被检测出来。

采用这种空心轴实物试块进行灵敏度校准的方法，检修单位必须配备与所检测空心轴型号对应的实物轴试块，不同型号的空心轴实物试块之间不能相互替代。这就要求待检的空心轴有多少种型号就要配备多少根相应型号的空心轴实物试块。目前动车组型号较多，如CRH1A/B/E、CRH2A/B/E、CRH2C一阶段、CRH2C二阶段、CRH380A/AL、CRH380B/BL、CRH5A等型号，存在多种轴型，相同型号的动车组中“动车轴”和“拖车轴”型号也不一致。因此，在采用这种探伤灵敏度校准方法时，就需要配置数目众多的空心轴实物试块。也就是说，每种型号的空心轴配备一根刻有人工缺陷的空心轴实物试块。探伤前根据所检轴型，选择对应的实物轴试块进行灵敏度校准，然后方能进行探伤。

例如，如图1所示，以CRH1A/B/E型号动车组“动车轴”实物试块为例。检测前需对设备的灵敏度进行标定，调节设备灵敏度，将实物试块上人工缺陷的反射回波调到满幅度的80％±15％，再补偿若干灵敏度增益之后，作为探伤灵敏度。经过标定之后的探伤设备，能够检测出与实物试块上人工缺陷大小相当或者比人工缺陷大的自然缺陷。图2显示了对图1中所示的实物试块进行灵敏度校准所获得的结果图表。

由于现有的探伤灵敏度校准方法需要购置大量的空心轴实物试块，这会花费巨大的物力、财力。此外，由于实物试块体积较大，同时受车轴材质差异和加工能力的影响，实物试块上人工缺陷的加工精度不容易得到保证，导致即使是相同型号的实物试块上的同一个人工缺陷，校准得到的灵敏度增益值也存在较大差异，这就造成了使用不同空心轴实物试块校准得到的探伤灵敏度也存在较大差异。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块，该标准试块采用多级圆柱状结构，适用于任何型号的动车组空心轴探伤时的灵敏度校准。与现有的实物试块相比，大幅减少所用试块数量，从而确保校准得到的探伤灵敏度保持一致。

根据本发明，提供了一种用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块，包括：空心轴；圆柱形中间台阶部，所述圆柱形中间台阶部环绕空心轴并沿着空心轴的轴向方向设置在空心轴的中间位置处；和多个圆柱形侧台阶部，所述多个圆柱形侧台阶部环绕空心轴，且在轴向方向上以外径递减的方式分别对称地布置在圆柱形中间台阶部的两侧，并且多个圆柱形侧台阶部中相对于圆柱形中间台阶部对称的两个具有相同的外径，其中：圆柱形中间台阶部形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔、以及在外表面上形成的刻槽；以及多个圆柱形侧台阶部中的每一个形成有平底孔或者刻槽，其中平底孔位于圆柱形侧台阶部的中间位置处且沿着径向方向从圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸，刻槽位于圆柱形侧台阶部的中间位置处且形成在外表面上。

优选地，多个圆柱形侧台阶部中的位于圆柱形中间台阶部的一侧的圆柱形侧台阶部每一个都在中间位置处形成有平底孔，所述平底孔沿着径向方向从圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸；多个圆柱形侧台阶部中的位于圆柱形中间台阶部的另一侧的圆柱形侧台阶部每一个都在中间位置处在外表面上形成有刻槽；以及圆柱形中间台阶部在靠近所述一侧的位置处形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔，并且在靠近所述另一侧的位置处在外表面上形成有刻槽。

在一个实施例中，圆柱形中间台阶部上形成的平底孔和刻槽在同一条直线上从圆柱形中间台阶部的外表面上加工而成。

此外，平底孔的底部与空心轴的内孔表面存在距离。

在一个实施例中，刻槽可以为弧形刻槽。

可选地，刻槽可以具有1mm的深度。

在一个实施例中，平底孔具有动车组空心轴内部夹杂缺陷对超声波的反射特性。

另外，刻槽具有动车组空心轴表面疲劳裂纹缺陷对超声波的反射特性。

附图说明

本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：

图1是现有技术中对CRH1A/B/E型号动车组“动车轴”进行灵敏度校准的实物试块的示意图；

图2是对图1中所示的实物试块进行灵敏度校准所获得的结果图表；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的空心轴超声波探伤灵敏度校准用的标准试块的示意图；

图4是根据本发明的一个可选实施例的刻槽的断面示意图；

图5是通过超声波探伤设备的探头对图3所示的标准试块上的平底孔进行检测的原理示意图；

图6是通过超声波探伤设备的探头对图3所示的标准试块上的刻槽进行检测的原理示意图；以及

图7是根据图5和图6所示的检测原理进行检测所获得的DAC曲线大致形状的示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块进行进一步说明。

在动车组空心轴超声波探伤灵敏度的校准中，采用空心轴试块对探伤设备进行灵敏度校准。具体地，在空心轴试块上制作若干个平底孔和刻槽等人工缺陷，使用检测设备对空心轴试块上的人工缺陷进行超声检测，其中平底孔对超声波的反射特性与空心轴内部的夹杂类缺陷对超声波的反射特性类似，刻槽对超声波的反射特性与空心轴表面疲劳裂纹类缺陷对超声波的反射特性类似。对于不同的缺陷采用不同的声程，其中声程是指超声波探伤时，声束在被检测工件中通过的路程。通过不同声程的超声波依次对缺陷进行检测，找到最高反射波，作为DAC曲线绘制的采样点。此处，DAC曲线是指距离-幅度曲线，在超声波探伤时，由于相同大小的缺陷因声程不同，回波幅度也不同，用横坐标表示声程，纵坐标表示回波幅度，将不同声程所对应的不同波幅的最高点连成一条光滑曲线，称为DAC曲线。通过DAC曲线对不同深度处的缺陷大小做出定量评价。

本发明的标准试块用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准，所述标准试块采用多级圆柱状结构，从而适用于任何型号的动车组空心轴探伤时的灵敏度校准。具体地，根据本发明的标准试块包括空心轴、圆柱形中间台阶部和多个圆柱形侧台阶部。圆柱形中间台阶部环绕空心轴并沿着空心轴的轴向方向设置在空心轴的中间位置处。多个圆柱形侧台阶部环绕空心轴，并且在轴向方向上以外径递减的方式分别对称地布置在圆柱形中间台阶部的两侧，并且多个圆柱形侧台阶部中相对于圆柱形中间台阶部对称的两个具有相同的外径。另外，圆柱形中间台阶部形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔、以及在外表面上形成的刻槽。多个圆柱形侧台阶部中的每一个形成有平底孔或者刻槽，其中平底孔位于圆柱形侧台阶部的中间位置处且沿着径向方向从圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸，刻槽位于圆柱形侧台阶部的中间位置处且形成在外表面上。所述平底孔和所述刻槽与动车组空心轴上的自然缺陷相似，从而可对探伤设备的灵敏度进行校准标定。

对于传统的实物轴试块，检修单位必须配备与所检测空心轴型号对应的实物轴试块，不同型号的空心轴实物试块之间不能相互替代。实际应用中的动车组空心轴具有多种型号，这就要求待检的空心轴有多少种型号就要配备多少根相应型号的空心轴实物试块。与传统的实物轴试块相比，根据本发明的标准试块包括外径不同的多级圆柱形台阶部，能够包含实际所使用的所有动车组空心轴直径。因此，根据本发明的标准试块适用于任何型号的动车组空心轴探伤时的灵敏度校准，与现有的实物试块相比，不再需要大量的空心轴实物试块，大幅减少所用试块的数量。此外，根据本发明的标准试块的尺寸更小，方便加工，材质差异和加工精度能够得到很好的控制，从而确保校准得到的探伤灵敏度保持一致。

根据本发明的一个优选实施例，多个圆柱形侧台阶部中的位于圆柱形中间台阶部的一侧的圆柱形侧台阶部每一个都在中间位置处形成有平底孔，所述平底孔沿着径向方向从圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸。多个圆柱形侧台阶部中的位于圆柱形中间台阶部的另一侧的圆柱形侧台阶部每一个都在中间位置处在外表面上形成有刻槽。圆柱形中间台阶部在靠近所述一侧的位置处形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔，并且在靠近所述另一侧的位置处在外表面上形成有刻槽。根据上述实施例的平底孔和刻槽的布置，一侧的圆柱形侧台阶部上都形成有平底孔，另一侧的圆柱形侧台阶部上都形成有刻槽，并且圆柱形中间台阶部在靠近所述一侧的位置处形成有平底孔、在靠近所述另一侧的位置处形成有刻槽。这使得标准试块上的平底孔和刻槽的声程是按顺序排列的，因此在进行空心轴超声波探伤灵敏度校准时，探伤设备的探头只需沿着空心轴的内孔表面进行1次扫查，依次顺序扫查过平底孔和刻槽，即可完成校准，从而使得校准过程更加简便。然而，本领域技术人员能够理解的是，平底孔和刻槽的布置不限于上述实施例中的布置，而可以根据实际需要任意排列。

接下来，参照图3详细说明根据本发明的一个示例性实施例的标准试块，所述标准试块用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准。图3显示了根据本发明一个实施例的标准试块的示意图，在此以内孔Φ30mm的空心轴标准试块为例。然而，要理解的是标准试块的内孔直径不限于此，还可以包括内孔Φ40mm、Φ60mm、Φ65mm等型号。

具体地，图3中所示的标准试块包括空心轴10、圆柱形中间台阶部20和多个圆柱形侧台阶部30，该标准试块采用多级圆柱状结构。圆柱形中间台阶部20环绕空心轴10，并沿着空心轴的轴向方向设置在空心轴的中间位置处。多个圆柱形侧台阶部30环绕空心轴10，在轴向方向上以外径递减的方式分别对称地布置在圆柱形中间台阶部20的两侧，并且相对于圆柱形中间台阶部20对称的两个圆柱形侧台阶部具有相同的外径。例如，在图3中所示的示例性实施例中，标准试块由外径不同的11个圆柱形台阶部组成，圆柱形台阶部从左到右，外径分别为120mm、130mm、160mm、180mm、200mm、220mm、200mm、180mm、160mm、130mm、120mm，左右对称分布。本领域技术人员将会理解，上述的台阶结构以及外径仅是示例性的，根据待检空心轴的尺寸可以设计更多级的圆柱形台阶以及选择不同的外径。

在图3所示的实施例中，例如，位于左侧的圆柱形侧台阶部30中的每一个都在中间位置处形成有平底孔1-5，所述平底孔沿着径向方向从圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸。位于右侧的圆柱形侧台阶部30中的每一个都在中间位置处在外表面上形成有刻槽8-12。圆柱形中间台阶部20在靠近左侧的位置处形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔6，并且在靠近右侧的位置处在外表面上形成有刻槽7。可选地，圆柱形中间台阶部上形成的平底孔和刻槽可以在同一条直线上从该圆柱形中间台阶部的外表面上加工而成。

根据本发明的一个可选实施例，平底孔的底部与空心轴的内孔表面(即，检测面)具有一定距离。例如，在图3所示的实施例中，平底孔1-6的底部距离空心轴的内孔表面的距离依次分别是5mm、10mm、30mm、50mm、70mm和90mm。

根据本发明的另一个可选实施例，刻槽可以为弧形刻槽40。如图4中所示，其中显示了弧形刻槽的断面示意图。进一步可选地，刻槽可以具有1mm的深度。

接下来，将结合图5-图7来说明使用图3所示实施例的标准试块进行空心轴超声波探伤灵敏度校准的操作过程。

在空心轴超声波探伤灵敏度校准中，采用超声波探伤设备的直探头对标准试块上形成的平底孔进行超声检测，如图5所示。当以空心轴的内孔表面作为检测面时，对图3中所示的1-6号人工平底孔进行超声检测，声程从左到右分别为5mm、10mm、30mm、50mm、70mm和90mm。不同声程对超声波的衰减作用不同，缺陷声程越大，衰减越明显，反射回波也就越低。据此，带有DAC曲线绘制功能的超声设备可利用此标准试块绘制出DAC曲线(DAC曲线大致形状如图7所示)，从而完成探伤灵敏度的校准。所述DAC曲线可以作为评价不同深度下的内部夹杂缺陷当量大小的重要依据。

在空心轴超声波探伤灵敏度校准中，采用超声波探伤设备的横波斜探头(以45°斜探头为例)对标准试块上形成的刻槽进行超声检测，如图6所示。当以空心轴的内孔表面作为检测面时，对图3中所示的7-12号人工刻槽进行超声检测，声程由左到右分别为134.3mm、120.2mm、106.1mm、91.9mm、70.7mm和63.6mm。据此，带有DAC曲线绘制功能的超声设备可利用此标准试块绘制出DAC曲线(DAC曲线大致形状如图7所示)。所述DAC曲线可以作为评价空心轴不同直径处的外表面疲劳裂纹缺陷当量大小的重要依据。

以上通过示例性实施例对根据本发明的标准试块所进行的空心轴超声波探伤灵敏度校准的操作过程进行了示例性说明。在通过探伤设备的探头对标准试块上形成的人工平底孔以及人工刻槽进行超声检测时，调节探头位置，找到最高反射波，作为DAC曲线绘制的采样点。当所有人工缺陷测量完成之后，根据内孔表面耦合状态进行适当灵敏度补偿之后，探伤设备即可自动完成DAC曲线的绘制。

在探伤作业前，调取DAC曲线。在DAC模式下，对待检实物车轴进行超声波探伤作业，发现缺陷反射回波后，将缺陷反射回波与DAC曲线进行比较。如果缺陷反射回波幅值高于DAC曲线上同声程处的反射回波高度，则认为是超标缺陷，否则为未超标缺陷。

尽管对本发明的示例性实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的保护范围在权利要求书及其等效形式中进行了限定。

Claims (8)

1.一种用于动车组空心轴超声波探伤灵敏度校准的标准试块，包括：

空心轴；

圆柱形中间台阶部，所述圆柱形中间台阶部环绕所述空心轴并沿着所述空心轴的轴向方向设置在所述空心轴的中间位置处；和

多个圆柱形侧台阶部，所述多个圆柱形侧台阶部环绕所述空心轴，且在所述轴向方向上以外径递减的方式分别对称地布置在所述圆柱形中间台阶部的两侧，并且所述多个圆柱形侧台阶部中相对于所述圆柱形中间台阶部对称的两个具有相同的外径，

其中：

所述圆柱形中间台阶部形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔、以及在外表面上形成的刻槽；以及

所述多个圆柱形侧台阶部中的每一个形成有平底孔或者刻槽，其中所述平底孔位于圆柱形侧台阶部的中间位置处且沿着径向方向从圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸，所述刻槽位于圆柱形侧台阶部的中间位置处且形成在外表面上。

2.根据权利要求1所述的标准试块，其中：

所述多个圆柱形侧台阶部中的位于所述圆柱形中间台阶部的一侧的圆柱形侧台阶部每一个都在中间位置处形成有平底孔，所述平底孔沿着径向方向从所述圆柱形侧台阶部的外表面向内延伸；

所述多个圆柱形侧台阶部中的位于所述圆柱形中间台阶部的另一侧的圆柱形侧台阶部每一个都在中间位置处在外表面上形成有刻槽；以及

所述圆柱形中间台阶部在靠近所述一侧的位置处形成有沿着径向方向从外表面向内延伸的平底孔，并且在靠近所述另一侧的位置处在外表面上形成有刻槽。

3.根据权利要求1或2所述的标准试块，其中，所述圆柱形中间台阶部上形成的平底孔和刻槽在同一条直线上从所述圆柱形中间台阶部的外表面上加工而成。

4.根据权利要求1或2所述的标准试块，其中，所述平底孔的底部与所述空心轴的内孔表面存在距离。

5.根据权利要求1或2所述的标准试块，其中，所述刻槽为弧形刻槽。

6.根据权利要求1或2所述的标准试块，其中，所述刻槽具有1mm的深度。

7.根据权利要求1所述的标准试块，其中，所述平底孔具有动车组空心轴内部夹杂缺陷对超声波的反射特性。

8.根据权利要求1所述的标准试块，其中，所述刻槽具有动车组空心轴表面疲劳裂纹缺陷对超声波的反射特性。