火車制動(dòng)粱端軸裂紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)的研究

【摘要】當(dāng)前，由于火車制動(dòng)梁端軸斷裂而造成的火車制動(dòng)梁損毀與脫離的情況，是對(duì)列車行車安全存在較大威脅的隱患之一。在對(duì)端軸裂紋進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中主要采用磁粉探傷法，但是這種方法較為復(fù)雜且效率不高。因此，實(shí)現(xiàn)高效火車制動(dòng)梁端軸裂紋檢測(cè)方法已經(jīng)成為必然。本文對(duì)火車制動(dòng)粱端軸裂紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】火車制動(dòng)粱端軸；裂紋；渦流檢測(cè)；成像系統(tǒng)

渦流檢測(cè)成像指的是在圖像中依據(jù)渦流結(jié)果對(duì)工件缺陷特征進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)對(duì)圖像的觀察對(duì)缺陷的特征、尺寸等問(wèn)題進(jìn)行確定。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，渦流檢測(cè)成像技術(shù)不斷發(fā)展，促進(jìn)了檢測(cè)速度的提高與機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化。

一、火車制動(dòng)梁端軸出現(xiàn)裂紋的原因

（一）沖擊力過(guò)大

在不制動(dòng)的情況下，制動(dòng)梁端軸僅僅需要將制動(dòng)梁進(jìn)行托起，所承擔(dān)的重量較小，任何材質(zhì)與直徑的端軸都能夠滿足要求。在制動(dòng)的情況下，端軸需要引導(dǎo)制動(dòng)梁沿著滑槽翼板貼向車輪踏面，在制動(dòng)的過(guò)程中，端軸會(huì)與滑槽翼板出現(xiàn)多次撞擊情況，列車速度越快、制動(dòng)越緊急，端軸所承受的沖擊力就越大。因此，火車制動(dòng)梁出現(xiàn)裂紋的主要原因就是沖擊力大。

（二）金屬出現(xiàn)疲勞

所有的金屬在反復(fù)受力的情況下都會(huì)出現(xiàn)疲勞的情況，如果疲勞突破一定的限制之后就會(huì)導(dǎo)致裂紋或斷裂。當(dāng)前，廣泛應(yīng)用的槽鋼與圓鋼兩種材質(zhì)的弓型桿制動(dòng)梁端軸，都未對(duì)其使用壽命進(jìn)行規(guī)定，在反復(fù)受力的情況下，端軸材質(zhì)由于突破疲勞極限而導(dǎo)致裂紋，裂紋進(jìn)一步發(fā)展之后出現(xiàn)折斷現(xiàn)象。

（三）質(zhì)量不合格

對(duì)端軸折斷故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析之后發(fā)現(xiàn)，部分制動(dòng)梁是由地方廠家組裝而成的，在組裝的過(guò)程中由于工藝方面的原因，導(dǎo)致閘瓦托、滾子軸、電焊條在焊接的過(guò)程中引起設(shè)備金相變化，最終導(dǎo)致焊接質(zhì)量較低，影響端軸質(zhì)量。此外，在對(duì)其材質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)的過(guò)程中，有部分材質(zhì)存在不合格的問(wèn)題，主要的原因是其含碳量超出標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致端軸的韌性下降。

二、火車制動(dòng)梁端軸檢測(cè)的重要性

在運(yùn)行的過(guò)程中，制動(dòng)梁端軸對(duì)制動(dòng)梁本體及各種運(yùn)行中產(chǎn)生的力進(jìn)行承受，雖然經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，但其裂紋方面的問(wèn)題始終沒(méi)有得到徹底的解決。如果端軸出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)對(duì)制動(dòng)梁造成一定的損壞，一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)作用減弱或消失，另一方面可能會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)梁脫落，對(duì)列車的運(yùn)行安全造成威脅。

隨著列車載重與速度的不斷提高，制動(dòng)梁端軸的裂紋問(wèn)題層出不窮，成為了導(dǎo)致制動(dòng)梁脫落的最為主要的因素。只有徹底解決制動(dòng)梁端軸裂紋問(wèn)題，才能夠真正確保制動(dòng)梁甚至是整個(gè)列車的安全。

三、火車制動(dòng)粱端軸裂紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)

80年代中期，隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，美國(guó)將其應(yīng)用到了工業(yè)渦流探傷中，由此而產(chǎn)生了渦流檢測(cè)成像技術(shù)，依據(jù)渦流結(jié)果對(duì)工件缺陷特征進(jìn)行顯示，通過(guò)圖像對(duì)缺陷的特征進(jìn)行掌握。

傳統(tǒng)的渦流方法存在兩方面的問(wèn)題，一方面是無(wú)法進(jìn)行大面積掃描，另一方面是無(wú)法進(jìn)行深層缺陷檢測(cè)。隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，渦流檢測(cè)技術(shù)也得到了完善，紋渦陣列式探頭大面積掃描成像成為了紋渦流檢測(cè)成像技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文研究的對(duì)象為火車制動(dòng)梁端軸，將采用紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，最終生成偽彩色掃描成像圖。

（一）運(yùn)用紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)的可行性分析

通過(guò)對(duì)火車制動(dòng)梁裂紋的形成機(jī)理進(jìn)行分析，確定出裂紋只存在制動(dòng)梁表面，長(zhǎng)度范圍在5mm-33mm之間。對(duì)于一般的鋼材表面而言，渦流檢測(cè)方法是非常有效的裂紋檢測(cè)方法。通過(guò)紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)對(duì)火車制動(dòng)梁端軸的裂紋進(jìn)行檢查的過(guò)程中，每個(gè)線圈所產(chǎn)生的渦流場(chǎng)都集中在金屬表面一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)，如果該區(qū)域內(nèi)存在不連續(xù)性將會(huì)導(dǎo)致渦流場(chǎng)受到阻礙，繼而線圈會(huì)出現(xiàn)阻抗變化，最終對(duì)端軸的裂紋完成檢測(cè)工作。因此，紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)能夠?qū)疖囍苿?dòng)梁端軸所存在的不同方向的細(xì)微裂紋進(jìn)行快速、正確的檢測(cè)。

此外，渦流檢測(cè)方法還具有速度較快、自動(dòng)化程度較高、傳感器接觸工件與耦合劑、裂紋檢測(cè)靈敏度高等特點(diǎn)，通過(guò)紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)能夠更為快速與準(zhǔn)確地對(duì)火車制動(dòng)梁端軸進(jìn)行裂紋檢測(cè)，操作人員可以通過(guò)偽彩色成像對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行直觀的了解，降低了操作人員端軸裂紋檢測(cè)工作的強(qiáng)度，同時(shí)降低了人為原因?qū)z測(cè)結(jié)果的影響，使其更加精準(zhǔn)。

（二）火車制動(dòng)梁端軸物流檢測(cè)成像系統(tǒng)

渦流檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)原理為電磁感應(yīng)原理，其最為基本的成像方式為阻抗平面顯示技術(shù)。在利用渦流檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，被檢件的多種表現(xiàn)都會(huì)對(duì)線圈阻抗產(chǎn)生影響，并且影響效果不同，主要的不同體現(xiàn)在幅度變化與相位滯后效應(yīng)兩個(gè)方面。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)物流信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與圖像變換之后，在熒光屏上將對(duì)阻抗曲線圖進(jìn)行顯示，一方面能夠顯示被檢件信號(hào)的大小，另一方面能夠?qū)ζ湎辔恍畔⑦M(jìn)行顯示，從而對(duì)信號(hào)是屬于干擾信號(hào)還是有用信號(hào)進(jìn)行判斷。

阻抗圖雖然能夠?qū)θ毕莸那闆r進(jìn)行反映，但是不能夠?qū)θ毕莸男螤睢⑸疃鹊染唧w信息進(jìn)行顯示。因此，通過(guò)偽彩色成像技術(shù)將信號(hào)同其位置聯(lián)系起來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)渦流成像顯示。在運(yùn)用紋渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)的過(guò)程中，首先利用渦流陣列探頭沿著軸線方向進(jìn)行掃查，通過(guò)位移計(jì)對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行獲取，之后將渦流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)處理之后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，渦流成像軟件對(duì)渦流阻抗圖進(jìn)行顯示，并生成偽彩色掃描圖像。從偽彩色掃描圖像中對(duì)缺陷的位置、尺寸、深度等信息進(jìn)行確定，為檢測(cè)人員對(duì)火車制動(dòng)梁端軸質(zhì)量情況進(jìn)行正確評(píng)估提供依據(jù)。

總結(jié)

本文以火車制動(dòng)梁端軸裂紋檢測(cè)為例，對(duì)渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)進(jìn)行了研究。通過(guò)渦流檢測(cè)成像系統(tǒng)與渦流陣列式探頭對(duì)端軸的表面裂紋進(jìn)行了掃查，并生成偽彩色掃描圖像，最終對(duì)端軸的裂紋實(shí)際情況進(jìn)行掌握，為列車的安全運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1]林俊明，李寒林，趙晉成，陳貝.陣列渦流檢測(cè)特高壓輸變電塔法蘭的應(yīng)用研究[J].失效分析與預(yù)防，2013，02（54）：84-87.

[2]丁華，杜金強(qiáng)，何宇廷，伍黎明，張海威.老齡飛機(jī)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕檢測(cè)中的平面渦流陣列傳感器仿真研究[J].全面腐蝕控制，2011，06（52）：32-36.

[3]劉波.渦流陣列無(wú)損檢測(cè)中裂紋參數(shù)估計(jì)和成像方法研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

[4]龔銘.無(wú)損檢測(cè)中渦流焊縫識(shí)別處理機(jī)的實(shí)現(xiàn)與TOFD缺陷定位算法的研究[D].上海交通大學(xué)，2012.