CN111766295A - 一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头及其检测方法，采用横向线圈和纵向线圈十字交叉而成的线圈组，使探头同时具有横向和纵向两个感应方向，大大降低了钢轨表面粗糙、颗粒、锈蚀等检测工作所产生的影响，使得探头对钢轨表面的粗糙、颗粒、锈蚀等不敏感，能够有效抑制检测工作中产生的噪声，具有更高的检测适应性；而钢轨上的裂纹具有方向性，使得横向线圈和纵向线圈对裂纹所产生的两个信号无法进行抵消，具有更好的检测力和灵敏度，从而提高裂纹的检出率。

Description

一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头及其检测方法
技术领域
本发明涉及涡流检测技术领域，尤其涉及一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头及其检测方法。
背景技术
目前，高铁所采用的钢轨基本都为通过焊接而成的无缝钢轨。无缝钢轨在焊接过程中，在焊接融合区域，特别是焊缝的边界线上，极易产生细小的裂纹缺陷。这些裂纹缺陷由于焊缝表面状态复杂，往往很难通过直接观察发现，如不及时发现处理，当高速铁路经过时极易在裂纹缺陷处形成应力集中，导致钢轨瞬间断裂，给列车的安全运行带来极大的安全隐患，因此，钢轨焊缝表面的微小裂纹已经成为钢轨检测工作中的重点检测部位。
目前，用于钢轨焊缝表面裂纹的检测方法主要有超声检测、磁粉检测、涡流检测等，其中超声检测已经解决焊缝内部大部分的缺陷，能够得到很好的检测效果。但是，对于处在焊缝表面的边界表面的裂纹，现有的检测方法存在以下缺陷：
（1）超声检测的检出率低，容易误判；
（2）磁粉检测一方面由于磁轭较大，不易实施操作，另一方面焊缝表面不规格容易导致检测灵敏度低，而且需要清洗打磨被检测面，增大工作量的同时也造成一定的环境污染；
（3）涡流检测在具体的实践中，由于焊缝表面粗糙锈蚀以及焊缝边界位置端部效应，特别是边界弯曲部分提离效果大，导致探头无法扫查，检测重复性差，很难取得良好的检测效果。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头，这种涡流检测探头具有更高的检测适应性，降低钢轨焊缝表面实际状况对检测的影响，提高钢轨焊缝裂纹的检出率。采用的技术方案如下：
一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头，包括探头外壳，以及设置在探头外壳中的磁芯、线圈骨架和检测线圈，磁芯设置在线圈骨架内部，检测线圈绕在线圈骨架上，检测线圈的引出线伸出到探头外壳的外面，其特征在于：所述线圈骨架设有横向缠绕槽和纵向缠绕槽，横向缠绕槽、纵向缠绕槽相互交叉呈十字状；所述检测线圈由多组线圈组构成，每组线圈组由一个横向线圈和一个纵向线圈十字交叉而成，横向线圈缠绕在横向缠绕槽上，纵向线圈缠绕在纵向缠绕槽上，各个横向线圈均由第一导线连续绕制而成，各个纵向线圈均由第二导线连续绕制而成；属于同个线圈组的横向线圈和纵向线圈的几何中心重合，各个横向线圈和各个纵向线圈在交叉重叠处构成所述涡流检测探头的检测面；在所有的线圈组中，存在任意的两个线圈组，其中一组线圈组的横向线圈处于纵向线圈的上方，另一组的线圈组的横向线圈处于纵向线圈的下方。
钢轨表面经常会具有粗糙、颗粒、锈蚀等情况，由于常规的涡流检测探头的线圈都是单向的，采用常规的探头对钢轨表面进行涡流检测时，会相应地产生非常大的干扰信号，影响钢轨检测的准确率。采用横向线圈和纵向线圈十字交叉而成的线圈组，使探头同时具有横向和纵向两个感应方向。由于钢轨表面的粗糙、颗粒、锈蚀等不具有感应的方向性，对横向线圈和纵向线圈的影响是同等的，横向线圈和纵向线圈均能对其产生一样大的信号，经过一定的电路处理后，这两个信号能够互相抵消，大大降低了钢轨表面粗糙、颗粒、锈蚀等检测工作所产生的影响，使得探头对钢轨表面的粗糙、颗粒、锈蚀等不敏感，能够有效抑制检测工作中产生的噪声，具有更高的检测适应性。
另一方面，钢轨上的裂纹具有方向性，当横向线圈与裂纹平行时，横向线圈对裂纹产生的信号最大，而此时纵向线圈与裂纹相垂直，纵向线圈对裂纹产生的信号最小，使得横向线圈和纵向线圈对裂纹所产生的两个信号无法进行抵消，反之亦然，因此，能够准确的检测出裂纹，具有更好的检测力和灵敏度，从而提高裂纹的检出率。
作为本发明的优选方案，所述磁芯的轴向与所述检测面垂直，使裂纹能够对与其平行的线圈更准确的产生感应，提高探头对裂纹的灵敏度，进而提高裂纹的检出率。
为了确保横向线圈与纵向线圈的两端中心连线在探头进行移动扫查的过程中始终能够与焊缝边界线垂直，降低提离效应，提高检测重复性，作为本发明进一步的优选方案，所述探头外壳的端部的横截面为半圆形或半椭圆形，端部的两侧设有倒角。
作为本发明更进一步的优选方案，所述探头外壳的端部的宽度小于或等于8mm，确保探头可以贴合焊缝边界上下移动，提高细小裂纹的检出率。
本发明还提供了上述用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头的使用方法，采用的技术方案如下：
一种采用涡流检测探头检测钢轨焊缝的检测方法，其特征在于：采用所述将涡流检测探头，将流检测探头沿钢轨的轨底斜面焊缝边界、轨腰焊缝边界、轨头下颚焊缝边界进行扫查，扫查次数为三次，三次扫查中，涡流检测探头与焊缝所在的表面分别呈30°、45°、60°的夹角。
上述30°的探头扫查方式用于检测裂纹是否存在于焊筋上，45°的探头扫查方式用于检测裂纹是否存在于边界上，而60°探头扫查方式用于检测裂纹是否存在于母材上。根据裂纹可能的分部情况，对钢轨的轨底斜面焊缝边界、轨腰焊缝边界、轨头下颚焊缝边界分别进行三次扫查，提高裂纹的检出率。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头采用横向线圈和纵向线圈十字交叉而成的线圈组，使探头同时具有横向和纵向两个感应方向，大大降低了钢轨表面粗糙、颗粒、锈蚀等检测工作所产生的影响，使得探头对钢轨表面的粗糙、颗粒、锈蚀等不敏感，能够有效抑制检测工作中产生的噪声，具有更高的检测适应性；而钢轨上的裂纹具有方向性，使得横向线圈和纵向线圈对裂纹所产生的两个信号无法进行抵消，使探头能够准确的检测出裂纹，具有更好的检测力和灵敏度，从而提高裂纹的检出率。
附图说明
图1为本发明优选实施方式的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为线圈骨架的俯视示意图；
图4为线圈骨架缠绕检测线圈时的俯视示意图；
图5为图4的前视图；
图6为图4的左视图；
其中，各标示为：1-探头外壳，101-倒角，2-线圈骨架，201-横向缠绕槽，202-纵向缠绕槽，3-检测线圈、301-横向线圈，302-纵向线圈，303-检测面，4-磁芯。
具体实施方式
下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。
一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头，包括探头外壳1，以及设置在探头外壳1中的线圈骨架2、检测线圈3和磁芯4；探头外壳1的端部的横截面为半圆形，端部的两侧设有倒角101，端部的宽度小于或等于8mm；线圈骨架2设有横向缠绕槽201和纵向缠绕槽202，横向缠绕槽201、纵向缠绕槽202相互交叉呈十字状；检测线圈3的引出线伸出到探头外壳1的外面，检测线圈3由多组线圈组构成，每组线圈组由一个横向线圈301和一个纵向线圈302十字交叉而成，横向线圈301缠绕在横向缠绕槽201上，纵向线圈302缠绕在纵向缠绕槽202上，各个横向线圈301均由第一导线（图中未标示）连续绕制而成，各个纵向线圈302均由第二导线（图中未标示）连续绕制而成；属于同个线圈组的横向线圈301和纵向线圈302的几何中心重合，各个横向线圈301和各个纵向线圈302在交叉重叠处构成涡流检测探头的检测面303；磁芯4设置在线圈骨架2内部，磁芯4的轴向与检测面303垂直。
在所有的线圈组中，存在任意的两个线圈组，其中一组线圈组的横向线圈301处于纵向线圈302的上方，另一组的线圈组的横向线圈301处于纵向线圈302的下方，对应到具体的绕线过程中，即是在持第一导线绕横向缠绕槽201进行横向线圈301的绕制、以及持第二导线绕纵向缠绕槽202进行纵向线圈302的绕制的过程中，可以先绕一次第一导线再绕一次第二导线，也可以先绕一次第二导线再绕一次第一导线。
在使用本发明涡流检测探头进行钢轨焊缝检测时，将流检测探头沿钢轨的轨底斜面焊缝边界、轨腰焊缝边界、轨头下颚焊缝边界进行扫查，扫查次数为三次，三次扫查中，涡流检测探头与焊缝所在的表面分别呈30°、45°、60°的夹角，同时探头在进行移动扫查的过程中，检测面303始终与焊缝边界线保持垂直。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于钢轨焊缝检测的涡流检测探头，包括探头外壳，以及设置在探头外壳中的磁芯、线圈骨架和检测线圈，磁芯设置在线圈骨架内部，检测线圈绕在线圈骨架上，检测线圈的引出线伸出到探头外壳的外面，其特征在于：所述线圈骨架设有横向缠绕槽和纵向缠绕槽，横向缠绕槽、纵向缠绕槽相互交叉呈十字状；所述检测线圈由多组线圈组构成，每组线圈组由一个横向线圈和一个纵向线圈十字交叉而成，横向线圈缠绕在横向缠绕槽上，纵向线圈缠绕在纵向缠绕槽上，各个横向线圈均由第一导线连续绕制而成，各个纵向线圈均由第二导线连续绕制而成；属于同个线圈组的横向线圈和纵向线圈的几何中心重合，各个横向线圈和各个纵向线圈在交叉重叠处构成所述涡流检测探头的检测面；在所有的线圈组中，存在任意的两个线圈组，其中一组线圈组的横向线圈处于纵向线圈的上方，另一组的线圈组的横向线圈处于纵向线圈的下方。
2.按照权利要求1所述的涡流检测探头，其特征在于：所述磁芯的轴向与所述检测面垂直。
3.按照权利要求2所述的涡流检测探头，其特征在于：所述探头外壳的端部的横截面为半圆形或半椭圆形，端部的两侧设有倒角。
4.按照权利要求3所述的涡流检测探头，其特征在于：所述探头外壳的端部的宽度小于或等于8mm。
5.一种采用权利要求1至4任意一项所述涡流检测探头检测钢轨焊缝的检测方法，其特征在于：采用所述将涡流检测探头，将流检测探头沿钢轨的轨底斜面焊缝边界、轨腰焊缝边界、轨头下颚焊缝边界进行扫查，扫查次数为三次，三次扫查中，涡流检测探头与焊缝所在的表面分别呈30°、45°、60°的夹角。
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