CN112611801A - 一种在线检测钢轨组织方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在线检测钢轨组织方法，属于钢轨组织检测技术领域。本发明的技术方案是：（1）对电磁超声扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响；（2）用合格组织钢轨进行电磁超声探伤，调整电磁探伤设备探头灵敏度；（3）对钢轨进行在线探伤时，如果电磁超声波回波高度小于10.6%，钢轨组织正常，否则钢轨组织异常。本发明的有益效果是：可以在线判定钢轨组织是否存在异常，能够及时发现工艺波动造成异常组织钢轨，为钢轨工艺调整提供参考；实现百米钢轨全长组织检验，解决了异常组织钢轨漏检问题。

Description

一种在线检测钢轨组织方法
技术领域
本发明涉及一种在线检测钢轨组织方法，属于钢轨组织检测技术领域。
背景技术
现代铁路发展向着高速、重载方向发展，要求钢轨具有高承载能力、高耐磨性及良好韧性，实践证明，珠光体组织钢轨具有良好的强度和韧性，符合铁路建设需要，高速铁路用的热轧钢轨和重载铁路建设用的热处理钢轨组织均要求为珠光体。
热处理钢轨是通过空气、水、水雾等一种冷却介质或多种冷却介质组合对轧后钢轨进行冷却，细化珠光体片层间距，从而提高钢轨强度和韧性。热处理钢轨在生产过程中由于冷却工艺设计不合理或设备故障，导致钢轨在生产过程中易出现贝氏体、马氏体类异常组织，存在贝氏体、马氏体组织钢轨韧性较差，在铁路上使用时容易出现断轨风险，给铁路安全运行带来隐患。
为了发现淬火钢轨异常组织，常常采用方法是，在淬火钢轨上取样，用砂纸打磨后，用浓度为4%硝酸酒精溶液腐蚀，在金相显微镜下观察钢轨组织形貌。这种检查钢轨组织方法由于是线下检查，钢轨组织检验滞后，淬火工艺调整不及时，会造成批量异常组织钢轨产生，给生产企业造成巨大经济损失；同时这种检验是抽样检验，很难发现钢轨局部存在的异常组织和存在异常组织所有钢轨。
发明内容
本发明目的是提供一种在线检测钢轨组织方法，通过采用电磁超声探伤，可以在线判定钢轨组织是否存在异常，能够及时发现工艺波动造成异常组织钢轨，为钢轨工艺调整提供参考；实现百米钢轨全长组织检验，解决了异常组织钢轨漏检问题，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种在线检测钢轨组织方法，包含以下步骤：（1）对电磁超声扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响；（2）用合格组织钢轨进行电磁超声探伤，调整电磁探伤设备探头灵敏度，将电磁超声探伤回波幅度调整到10.6%以下，作为电磁超声设备设置灵敏度；（3）对钢轨进行在线探伤时，如果电磁超声波回波高度小于10.6%，钢轨组织正常，否则钢轨组织异常。
所述步骤（1）中，首先，对电磁超声的A扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE006
点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为设置的缺陷报警阈值，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为原始数据平均值，n为B扫描的总长度；
然后，在B扫描平均值指标的基础上参考波动指标，得到钢轨结果总的评价指标
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为波动指标的权系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为B扫描幅值的平均值，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为制定的判定标准。
进行电磁超声扫描的为钢轨电磁超声检测设备，其包含四个电磁超声探头和框架，其中两个电磁超声探头分别位于钢轨轨头的两侧，另外两个电磁超声探头位于钢轨轨头的上方，每个探头设有单独调节结构，四个电磁超声探头安装在框架上，框架设有横向移动结构。
本发明的有益效果是：通过采用电磁超声控伤，可以在线判定钢轨组织是否存在异常，能够及时发现工艺波动造成异常组织钢轨，为钢轨工艺调整提供参考；实现百米钢轨全长组织检验，解决了异常组织钢轨漏检问题。
附图说明
图1为组织良好钢轨的金相组织图；
图2为含贝氏体的组织异常钢轨的金相组织图；
图3为含马氏体的组织异常钢轨的金相组织图；
图4为钢轨电磁超声检测设备的电磁超声探头布置示意图；
图5为本发明实施例1中1.8MHz电磁超声波在淬火良好钢轨上的A扫描图；
图6为本发明实施例1中1.8MHz电磁超声在淬火异常钢轨上的A扫描图；
图7为本发明实施例1中U75V钢轨中异常组织图；
图8为本发明实施例2中1.6MHz电磁超声波在淬火良好钢轨上的A扫描图；
图9为本发明实施例2中1.6MHz电磁超声在淬火异常钢轨上的A扫描图；
图10为本发明实施例2中R350HT钢轨中异常组织图；
图中：电磁超声探头一S1、电磁超声探头二S2、电磁超声探头三T1、电磁超声探头四T2。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种在线检测钢轨组织方法，包含以下步骤：（1）对电磁超声扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响；（2）用合格组织钢轨进行电磁超声探伤，调整电磁探伤设备探头灵敏度，将电磁超声探伤回波幅度调整到10.6%以下，作为电磁超声设备设置灵敏度；（3）对钢轨进行在线探伤时，如果电磁超声波回波高度小于10.6%，钢轨组织正常，否则钢轨组织异常。
所述步骤（1）中，首先，对电磁超声的A扫描结果进行预处理，
Figure 521725DEST_PATH_IMAGE006
从而消除缺陷波对评价结果的影响
Figure 576881DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中，为第点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，为设置的缺陷报警阈值，
Figure 451558DEST_PATH_IMAGE010
为原始数据平均值，n为B扫描的总长度；
然后，在B扫描平均值指标的基础上参考波动指标，得到钢轨结果总的评价指标
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 282986DEST_PATH_IMAGE014
为波动指标的权系数，
Figure 690834DEST_PATH_IMAGE016
为B扫描幅值的平均值，
Figure 385733DEST_PATH_IMAGE018
为制定的判定标准。
进行电磁超声扫描的为钢轨电磁超声检测设备，其包含四个电磁超声探头和框架，其中两个电磁超声探头分别位于钢轨轨头的两侧，另外两个电磁超声探头位于钢轨轨头的上方，每个探头设有单独调节结构，四个电磁超声探头安装在框架上，框架设有横向移动结构。
在实际应用中，由图1可以看出，组织良好钢轨的主要为细片状的珠光体组织；对比组织异常钢轨的金相组织图，良好钢轨的组织更加精细且均匀；组织良好的钢轨对超声波的衰减较小且更加稳定。组织异常钢轨的主要是珠光体、贝氏体和马氏体，图2中白色部分为贝氏体,图3中白色部分为马氏体；可以看出，贝氏体、马氏体晶片尺寸较大，且组织排列不均匀；这种组织形态因晶片尺寸更接近常用超声波波长，所以对超声波的散射作用比较大，造成超声波传播衰减较大；其排列不均匀性导致了其对超声波的衰减不稳定，当超声波的质点震动方向与晶片之间分界面法向夹角较小时，其反射率会比较高，整体表现为超声波的衰减率比较高；反之，当夹角较大时，衰减量就较小。这种组织特性导致了不同部位对超声波的衰减作用不同，衰减法得到的不同部位的超声波的幅值可能是不同的。我们采用衰减率作为评价晶粒尺寸和组织均匀性的主要依据，进而评价钢轨的质量。具体方案为：
（1）首先，对电磁超声的A扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 950968DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure 743344DEST_PATH_IMAGE006
点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，
Figure 487921DEST_PATH_IMAGE008
为设置的缺陷报警阈值，
Figure 825493DEST_PATH_IMAGE010
为原始数据平均值，n为B扫描的总长度。
（2）然后，在B扫描平均值指标的基础上参考波动指标，得到钢轨结果总的评价指标。
Figure DEST_PATH_IMAGE026
其中，为波动指标的权系数，
Figure 986347DEST_PATH_IMAGE016
为B扫描幅值的平均值，
Figure 333146DEST_PATH_IMAGE018
为制定的判定标准。
钢轨电磁超声检测设备共有四个电磁超声探头，如图4所示，其中两个探头分别位于钢轨轨头的两侧，另外两个探头位于钢轨轨头的上方，每个探头都可单独调节。该设备可以检测钢轨轨头和轨腰内部结构的变化。四个电磁超声探头安装在一个可横向移动的框架上，以补偿钢轨在检测过程中位置的变化，保证所有传感器检测位置的一致性和精确性。
实施例1：
用电磁超声设备检测60N规格U75V百米淬火钢轨，通过调整，如图5所示，采用1.8MHz电磁超声波检测淬火良好钢轨，检测波回波高度低于10.6%；因此将1.8MHz电磁超声波作为检测60N规格U75V淬火钢轨电磁超声设置条件，同等条件下，如图6所示，采用1.8MHZ电磁超声波检测60N规格U75V淬火钢轨，当电磁超声波回波高度大于10.6%时，淬火异常钢轨底面一次回波峰值为44.6%，钢轨组织为异常组织，经检验钢轨组织为珠光体+马氏体组织，其异常组织如图7所示。
实施例2：
用电磁超声设备检测UIC54规格R350HT百米淬火钢轨，通过调整，如图8所示，采用1.6MHz电磁超声波检测淬火良好钢轨，检测波回波高度低于10.6%；因此将1.6MHz电磁超声波作为检测UIC54规格R350HT淬火钢轨电磁超声设置条件，如图9所示，同等条件下采用1.6MHZ电磁超声波检测UIC54规格R350HT淬火钢轨，当电磁超声波回波高度大于10.6%时，淬火异常钢轨底面一次回波峰值为44.6%，钢轨组织为异常组织，经检验钢轨组织为珠光体+马氏体组织，其异常组织如图10所示。

Claims (3)

1.一种在线检测钢轨组织方法，其特征在于包含以下步骤：（1）对电磁超声扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响；（2）用合格组织钢轨进行电磁超声探伤，调整电磁探伤设备探头灵敏度，将电磁超声探伤回波幅度调整到10.6%以下，作为电磁超声设备设置灵敏度；（3）对钢轨进行在线探伤时，如果电磁超声波回波高度小于10.6%，钢轨组织正常，否则钢轨组织异常。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测钢轨组织方法，其特征在于：所述步骤（1）中，首先，对电磁超声的A扫描结果进行预处理，从而消除缺陷波对评价结果的影响
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 247202DEST_PATH_IMAGE002
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE003
点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，
Figure 877379DEST_PATH_IMAGE004
为设置的缺陷报警阈值，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为原始数据平均值，n为B扫描的总长度；
然后，在B扫描平均值指标的基础上参考波动指标，得到钢轨结果总的评价指标
Figure 10682DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为波动指标的权系数，
Figure 692330DEST_PATH_IMAGE008
为B扫描幅值的平均值，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为制定的判定标准。
3.根据权利要求1所述的一种在线检测钢轨组织方法，其特征在于：进行电磁超声扫描的为钢轨电磁超声检测设备，其包含四个电磁超声探头和框架，其中两个电磁超声探头分别位于钢轨轨头的两侧，另外两个电磁超声探头位于钢轨轨头的上方，每个探头设有单独调节结构，四个电磁超声探头安装在框架上，框架设有横向移动结构。
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