CN112611801B - 一种在线检测钢轨组织方法 - Google Patents

一种在线检测钢轨组织方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112611801B
CN112611801B CN202011210961.7A CN202011210961A CN112611801B CN 112611801 B CN112611801 B CN 112611801B CN 202011210961 A CN202011210961 A CN 202011210961A CN 112611801 B CN112611801 B CN 112611801B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel rail
electromagnetic ultrasonic
electromagnetic
flaw detection
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011210961.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112611801A (zh
Inventor
邓建军
张海旺
李钧正
张军
陈立珂
崔恺
赵利永
赵忠杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Handan Iron and Steel Group Co Ltd
HBIS Co Ltd Handan Branch
Original Assignee
Handan Iron and Steel Group Co Ltd
HBIS Co Ltd Handan Branch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Handan Iron and Steel Group Co Ltd, HBIS Co Ltd Handan Branch filed Critical Handan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority to CN202011210961.7A priority Critical patent/CN112611801B/zh
Publication of CN112611801A publication Critical patent/CN112611801A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112611801B publication Critical patent/CN112611801B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B61K9/10—Measuring installations for surveying permanent way for detecting cracks in rails or welds thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/265—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

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：通过采用电磁超声探伤，可以在线进行钢轨组织的检测，能够及时发现异常组织钢轨，避免异常组织钢轨漏检。

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，实现钢轨的组织结构进行在线检测，及时发现异常组织钢轨，解决背景技术中存在的上述技术问题。
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 GDA0003872073520000021
其中，Bi为第i点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，BT为设置的缺陷报警阈值，
Figure GDA0003872073520000022
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 GDA0003872073520000023
其中，α为波动指标的权系数，
Figure GDA0003872073520000031
为B扫描幅值的平均值，Bs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：通过采用电磁超声探伤，可以在线进行钢轨组织的检测，能够及时发现异常组织钢轨，避免异常组织钢轨漏检。
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，从而消除缺陷波对评价结果的影响
Figure GDA0003872073520000051
其中，Bi为第i点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，BT为设置的缺陷报警阈值，
Figure GDA0003872073520000052
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 GDA0003872073520000053
其中，α为波动指标的权系数，
Figure GDA0003872073520000054
为B扫描幅值的平均值，Bs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 GDA0003872073520000061
其中，Bi为第i点的B扫描幅值，即该点出A扫描底波回波幅值，BT为设置的缺陷报警阈值，
Figure GDA0003872073520000062
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 GDA0003872073520000063
其中，α为波动指标的权系数，
Figure GDA0003872073520000064
为B扫描幅值的平均值，Bs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 (2)

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；
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 FDA0003872073510000011
其中，Bi为第i点的B扫描幅值，即该点处A扫描底波回波幅值，BT为设置的缺陷报警阈值，
Figure FDA0003872073510000012
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 FDA0003872073510000013
其中，α为波动指标的权系数，
Figure FDA0003872073510000014
为B扫描幅值的平均值，Bs为制定的判定标准。
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：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。
CN202011210961.7A 2020-11-03 2020-11-03 一种在线检测钢轨组织方法 Active CN112611801B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011210961.7A CN112611801B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种在线检测钢轨组织方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011210961.7A CN112611801B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种在线检测钢轨组织方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112611801A CN112611801A (zh) 2021-04-06
CN112611801B true CN112611801B (zh) 2023-02-21

Family

ID=75225695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011210961.7A Active CN112611801B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种在线检测钢轨组织方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112611801B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114330429B (zh) * 2021-12-21 2024-09-06 中国国家铁路集团有限公司 一种钢轨擦伤识别方法、装置、系统、设备及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005180991A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Daido Steel Co Ltd レールの検査方法
JP2008232627A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Toshiba Corp 超音波探傷装置および超音波探傷方法
CN103245729A (zh) * 2013-05-14 2013-08-14 江苏大学 一种焊缝内部缺陷的检测方法和装置
CN107064313A (zh) * 2016-11-21 2017-08-18 杭州汽轮铸锻有限公司 一种轴类锻件超声波探伤幻象波的快速排除方法
CN111426756A (zh) * 2020-05-13 2020-07-17 南昌航空大学 钢轨轨底裂纹高阶sh导波成像检测方法及系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4437656B2 (ja) * 2003-10-02 2010-03-24 川崎重工業株式会社 超音波探傷装置
CN101839894B (zh) * 2010-06-17 2013-12-18 奥瑞视（北京）科技有限公司 一种新型数字超声探伤系统和方法
JP5669023B2 (ja) * 2012-05-23 2015-02-12 新日鐵住金株式会社 超音波探触子の探傷感度調整方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005180991A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Daido Steel Co Ltd レールの検査方法
JP2008232627A (ja) * 2007-03-16 2008-10-02 Toshiba Corp 超音波探傷装置および超音波探傷方法
CN103245729A (zh) * 2013-05-14 2013-08-14 江苏大学 一种焊缝内部缺陷的检测方法和装置
CN107064313A (zh) * 2016-11-21 2017-08-18 杭州汽轮铸锻有限公司 一种轴类锻件超声波探伤幻象波的快速排除方法
CN111426756A (zh) * 2020-05-13 2020-07-17 南昌航空大学 钢轨轨底裂纹高阶sh导波成像检测方法及系统

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
U75V钢轨轨腰探伤不合原因的分析;杨玉等;《钢铁》;20110215(第02期);全文 *
基于电磁超声表面波的钢轨在线探伤装置;邱玉等;《无损检测》;20130510(第05期);全文 *
奥氏体不锈钢焊缝的超声波检测方法研究;张鹰等;《无损检测》;20060325(第03期);全文 *
奥氏体合金油管超声检测问题研究;李小波等;《焊管》;20170928(第09期);全文 *
用极性阈值法降低铸钢超声探伤组织噪声的研究;左建国;《湖南冶金》;19971030(第05期);全文 *
铝合金铸件超声波探伤方法的研究与应用;杨其平等;《铸造技术》;20161118(第11期);全文 *
长钢轨接触焊焊缝微机检测系统;吴昊等;《无损检测》;19920810(第08期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112611801A (zh) 2021-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hu et al. Comparison of wear and rolling contact fatigue behaviours of bainitic and pearlitic rails under various rolling-sliding conditions
CN112611801B (zh) 一种在线检测钢轨组织方法
Ueda et al. Effects of carbon content on wear property in pearlitic steels
JPWO2003060507A1 (ja) 軸受用鋼及びその大型介在物評価方法、並びに転がり軸受
Balanovsky et al. Comparative analysis of structural state of welded joints rails using method of Barkhausen effect and ultrasound
CN112760461B (zh) 一种钢材高频超声波检测试样的热处理方法
Zhang et al. Damage mechanism of a long-wavelength corrugated rail associated with rolling contact fatigue
El Rayes et al. Ultrasonic characterization of heat-treatment effects on SAE-1040 and-4340 steels
Murav’ev et al. On the question of monitoring residual stresses in selectively heat-strengthened rails
Prasad et al. Study of the influence of deformation and thermal treatment on the ultrasonic behaviour of steel
Abdualiyev Research of surface condition of the rails rollingon sections of high-speed and high-speed train traffic
CN113403465B (zh) 控制热处理钢轨轨头两侧组织性能均匀性的方法
Lin et al. Study on non-destructive testing of rail rolling contact fatigue crack based on magnetic barkhausen noise
Yin et al. Determination of grain size in deep drawing steel sheet by laser ultrasonics
CN112305070B (zh) 一种60at道岔尖轨横波超声检测对比试块及检测方法
Ali et al. S55c carbon steel for heat treatment process with different medium in attenuation measurement using ultrasonic testing
Cen et al. Fatigue crack growth behavior of eutectoid steel rail
JPH03108658A (ja) 高炭素鋼中の非金属介在物の検出方法
Jin Test and application of 60 kg· m− 1 bainite rails for heavy-haul railway
Pathak et al. A novel method to nondestructively measure the shear edge properties for edge cracking evaluation with advanced high strength steels
Zakri et al. Utilizing rolling noise for rail surface defects detection on wayside rail track in Malaysia
CN111175382B (zh) 一种消除钢轨超声波探伤热打印报警的方法
Hesse et al. Excitation of surface wave modes in rails and their application for defect detection
Abdualiyev et al. ELIMINATION OF IMPULSE IRREGULARITIES ON THE RAIL HEAD WITH THE HELP OF GRINDING
Owaki et al. The study of the evaluation of the fracture initiation and propagation on the rolling contact fatigue in bearing steels

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant