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無損檢測(Nondestructive test，NDT)是指不破壞和損傷受檢物體，對其性能、質(zhì)量、有無內(nèi)部缺陷進行檢測的一種技術(shù)。無損檢測技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進技術(shù)進步不可缺少的手段，特別隨著新材料、新技術(shù)的廣泛應用，各種結(jié)構(gòu)零件向高參量、大容量方向發(fā)展，不僅要提高缺陷檢測的準確率和可靠性，而且要把傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)無損檢測的數(shù)字化、圖像化、實時化、智能化。 工業(yè)上常用的無損檢測方法有五種：超聲檢測(UT)、射線探傷(RT)、滲透探查(PT)、磁粉檢測(MT)和渦流檢測(ET)。其中超聲檢測是利用超聲波的透射和反射進行檢測的。超聲波可以穿透無線電波、光波無法穿過的物體，同時又能在兩種特性阻抗不同的物質(zhì)交界面上反射，當物體內(nèi)部存在不均勻性時，會使超聲波衰減改變，從而可區(qū)分物體內(nèi)部的缺陷。因此，在超聲檢測中，發(fā)射器發(fā)射超聲波的目的是超聲波在物體遇到缺陷時，一部分聲波會產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對反射波進行分析，精確地測出缺陷來，并顯示出內(nèi)部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等。 超聲檢測作為一種重要的無損檢測技術(shù)不僅具有穿透能力強、設備簡單、使用條件和安全性好、檢測范圍廣等根本性的優(yōu)點外，而且其輸出信號是以波形的方式體現(xiàn)。使得當前飛速發(fā)展的計算機信號處理、模式識別和人工智能等高新技術(shù)能被方便地應用于檢測過程，從而提高檢測的精確度和可靠性。 超聲波無損探傷(NDI)是超聲無損檢測的一種發(fā)展與應用，其設備有：超聲探傷儀、探頭、藕合劑及標準試塊等。其用途是檢測鑄件縮孔、氣泡、焊接裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷及厚度測定。 超聲無損檢測在最近幾十年中得到了較大的進展，它已成為材料或結(jié)構(gòu)的無損檢測中常用的手段。由于超聲檢測可以在線進行、超聲波對人體無害又不改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，因此，在材料或結(jié)構(gòu)的無損檢測中得到了廣泛的應用。 1 超聲探傷原理 超聲探傷是無損檢測的主要方法之一。它能非破壞性地探測材料性質(zhì)及內(nèi)部和表面缺陷(如裂紋、氣泡、夾渣等)的大小、形成和分布情況，具有靈敏度高、穿透力強、檢測速度快和設備簡單、成本低等一系列特點。 1.1 基本原理 .jpg)
超聲波探傷具有反射和透射兩種方法。其中反射方法精確度較高。圖1是脈沖回波探傷儀原理圖。脈沖發(fā)射器通過探頭將超聲波短脈沖送入試件，當回波從試件的缺陷或邊界返回時，通過信號處理系統(tǒng)，在示波器上加以顯示，并將其幅度和傳播時間顯示出來。如果已知試件中的聲速，則根據(jù)示波器上的讀數(shù)所獲得的脈沖間的傳輸時間即可獲得缺陷的深度。 1.2 探傷分類 超聲探傷方法很多，可以按不同的方式進行分類?，F(xiàn)將幾種常用的分類方法介紹如下。 (1)按原理分類 按探傷原理分類可分為脈沖反射法、穿透法和共振法。脈沖反射法是一種利用超聲波探頭發(fā)射脈沖到被檢測試塊內(nèi)，根據(jù)反射波的情況來檢測試件缺陷的方法。脈沖反射法又包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法等。 (2)按耦合方式分類 按耦合方式分類如圖2所示。 .jpg)
(3)按探傷顯示方法分類 按探傷顯示方法分類可分為A型顯示，B型顯示與C型顯示。其中A型顯示只顯示缺陷的深度;B型顯示探傷儀，可顯示工件內(nèi)部缺陷的橫斷面形狀，此時示波器橫坐標代表探頭在工件面上的位置，縱坐標代表缺陷的深度。探頭沿工件移動與示波管掃描線的水平移動是同步的，為使圖象保留在熒光屏上，應選用長余輝示波管，且探頭移動速度不能太快;C型顯示探傷儀，可以顯示工件內(nèi)部缺陷的平面圖形。 (4)按智能方式分類 上述探傷方法如由人工操作，則為人工探傷。如使試樣或探頭移動，在它的移動中利用超聲波自動地檢測缺陷并予以顯示或指示(噴色)的方式，稱為超聲自動探傷。自動探傷要有探傷儀(帶閘門裝置)，顯示裝置，探頭及其夾持機構(gòu)。根據(jù)探頭設置方式的不同還可大致分為如下幾種探傷方式：直接接觸方式，此方式只用在探傷速度不高且表面光滑的場合，如軌道、無縫鋼管和軸等;局部水浸方式是超聲探傷中最適用的方式，還可細分為其他方式，但原理是同樣的;全水浸方式用于工件的某部分(如粘結(jié)層)或管類的精密探傷，當水槽機構(gòu)設計成可以進行自動探傷的情況下，除去工件的裝卸以外，探傷可以全部自動化，如果工件加工精度高，而且水槽內(nèi)架設的探頭夾持機構(gòu)、移動架的精度也高，則探傷的精度也高。 2 超聲探傷技術(shù)在無損檢測中的應用 2.1 機車檢測方面的應用 2.1.1 在高速鋼軌檢測中的應用 我國鐵路運營線路近七萬公里，而且鐵路正在向高速、重載的方向發(fā)展。超期服役的鋼軌數(shù)量很大，線路上的鋼軌在承擔繁重的運輸任務過程中，不免要產(chǎn)生各種肉眼能看見及看不見的損傷如側(cè)磨、軌頭壓潰、剝離掉塊、銹蝕、核傷、水平裂紋、垂直裂紋、周邊裂紋等。 .jpg)
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如圖3所示，當被檢鋼軌內(nèi)部有一個裂紋缺陷(或其他缺陷)，將超聲波探頭放在被檢鋼軌的某一表面部位(該面稱作探傷面、檢測面)，探頭向被檢鋼軌發(fā)射超聲波信號，超聲波穿過界面進入被檢鋼軌內(nèi)部，在遇到缺陷和兩介質(zhì)的界面時都會有反射，反射信號被探頭接收后，通過探傷儀內(nèi)部的電路轉(zhuǎn)換，就可以把缺陷信號和底波信號形象地顯示出來，如圖4所示。根據(jù)超聲波的聲程推算，就可以輕易地將缺陷信號和底波信號區(qū)分開，然后通過超聲波試塊進行定標，就可以實現(xiàn)對鋼軌缺陷的定位和定量。 2.1.2 在車輪缺陷檢測中的應用 輪對是車輛走行部中最重要的部件之一，對軌道車輛輪對的檢測并準確地判斷其缺陷位置一直是鐵道運輸部門非常重視的問題。該系統(tǒng)采用電磁超聲探傷技術(shù)，實現(xiàn)輪對踏面的缺陷檢測，包括：踏面剝離及剝離前期檢測;踏面表面及近表面裂紋檢測。 .jpg)
電磁超聲探傷系統(tǒng)利用超聲表面波的脈沖反射原理進行缺陷檢測。當輪對沿鋼軌運行到探頭位置，輪對踏面接觸探頭的瞬間，EMAT(電磁超聲探傷技術(shù))在車輪踏面表面及近表面激發(fā)出電磁超聲表面波脈沖，超聲表面波將沿踏面表面及近表面圓周以很小的損耗傳播。如圖5所示，超聲表面波在踏面雙向傳播(順時針和逆時針)，沿車輪表面及近表面?zhèn)鞑?周后回到探頭位置，EMAT探頭檢測到返回的超聲表面波后形成第1次周期回波(圖5中RT波);未衰減的超聲波繼續(xù)沿踏面?zhèn)鞑?，依次形成?次、第3次周期回波，……，直到能量衰減到設備無法檢測為止。 當車輪踏面表面及近表面有裂紋或剝離等缺陷存在時，超聲波在缺陷端面處一部分能量被反射，沿原傳播路徑返回并被探頭檢測到，形成缺陷回波(圖6中E波);另一部分能量繞過缺陷端面繼續(xù)傳播，形成周期性回波(圖6中RT波)。通過正常的周期回波(RT)與缺陷回波(E)的對比分析，可以定性分析當前輪對的踏面缺陷狀況。 .jpg)
2.1.3 在輪輞缺陷檢測中的應用 隨著我國鐵路行車速度的提高，尤其是動車組的開行給行車安全提出新的考驗，轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件如輪輞、車軸、軸承等局部位置承受更大的應力，要求檢測過程速度加快、檢測時間間隔變小、檢測范圍擴大，給鐵路無損檢測領域提出更高的技術(shù)要求。 根據(jù)輪輞缺陷裂紋的走向特點，將輪輞缺陷分為三類。 (1)周向缺陷：沿車輪踏面圓周方向并與踏面圓周方向平行; (2)徑向缺陷：方向垂直踏面，與車輪直徑方向平行; (3)軸向缺陷：輪輞內(nèi)部與車軸方向平行。 .jpg)
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