本文選題：鋼軌探傷　切入點(diǎn)：超聲　出處：《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：通過調(diào)研國內(nèi)外的鋼軌超聲探傷方式,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有鋼軌探傷大多使用常規(guī)超聲探傷技術(shù),部分使用常規(guī)相控陣技術(shù)。而由于常規(guī)相控陣每次只能激發(fā)一個方向波束,若要保障探傷覆蓋率,需要以犧牲探傷速度為代價。本文研究了基于快速自動角度掃查技術(shù)的軌頭核傷檢測方法,該方法將傳統(tǒng)的單波束一次波探傷改進(jìn)為八波束二次波探傷。本文通過CIVA仿真完成了軌面探頭放置角度的選取、八個聲束角度的選取以及聲束覆蓋性分析,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方式的可行性。在原理及仿真部分,本文介紹了相控陣的工作原理,并對聲場分析的方法進(jìn)行了梳理,然后采用矩形分解法對矩形晶片進(jìn)行了聲場仿真,并進(jìn)一步對線性陣列的聲場進(jìn)行了仿真,探討了陣列參數(shù)對聲場分布的影響。其目的在于評估相控陣探頭參數(shù)選取的合理性,并分析其聲束的有效區(qū)域是否覆蓋了預(yù)期的探傷區(qū)域。為對探頭聲場進(jìn)行優(yōu)化,本文介紹了基本的波束成形方法,并通過增加不同的窗函數(shù)來對聲場進(jìn)行優(yōu)化。通過MATLAB仿真可以發(fā)現(xiàn),增加窗函數(shù)可增加主瓣的寬度,抑制旁瓣,即降低了波束的分辨率,但可提升信噪比和主聲束的覆蓋范圍。在鋼軌高速探傷過程中,會更加側(cè)重快速發(fā)現(xiàn)缺陷,而在缺陷復(fù)核環(huán)節(jié)再進(jìn)行定量分析,即在高速探傷過程中更側(cè)重于信噪比和覆蓋率的提升,在缺陷復(fù)核環(huán)節(jié)更側(cè)重于提升波束分辨率,所以在處理超聲信號時增加窗函數(shù)符合高速探傷的需求。除了軌頭核傷,螺孔裂紋、軌底腐蝕等缺陷也很典型,對此常規(guī)探頭有著較為成熟的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn),且適當(dāng)布置常規(guī)探頭有利于控制整個系統(tǒng)的成本,因而設(shè)計(jì)了將使用了快速自動角度掃查技術(shù)的相控陣與常規(guī)超聲探頭相組合的方式,該組合方式由一個相控陣探頭和多個典型角度常規(guī)探頭組成。本文介紹了利用CIVA仿真實(shí)現(xiàn)常規(guī)探頭定制的方法,并以37°為例進(jìn)行了說明。仿真首先討論了改變探頭晶片尺寸對于聲場覆蓋性的影響,并結(jié)合實(shí)際運(yùn)用時的限制條件得出了探頭的定制方案。然后通過仿真進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的37°探頭對于3個常見方向的螺孔裂紋的探測效果。實(shí)驗(yàn)部分一方面驗(yàn)證了探頭布局方式的可行性,另一方面獲得該布局下各類缺陷的A掃圖譜,以便運(yùn)用時根據(jù)圖譜對缺陷類型做出判別。測試采用定制的探頭,并根據(jù)鐵標(biāo)TBT2340-2014加工制作了參考軌,參考軌上分布有標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的典型缺陷,包含不同方向的軌頭核傷、螺孔裂紋、軌底腐蝕等。采用了法國SOCOMATE公司的的USPC板卡進(jìn)行超聲信號的處理。對于參考軌上的每個缺陷,都用布局中對應(yīng)的探頭進(jìn)行了測試,獲得了檢測缺陷時系統(tǒng)所用的增益,并分析了所得A-Scan的信噪比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該布局中的相控陣及常規(guī)探頭都達(dá)到了預(yù)期的效果,該布局能夠覆蓋鐵標(biāo)參考軌中所要求的各類缺陷。同時也暴露了使用快速自動角度掃查技術(shù)的相控陣近場較大的問題,但由于用二次波進(jìn)行探傷,缺陷回波往往處于聲場較遠(yuǎn)處,故此問題對實(shí)際檢測不會產(chǎn)生太大影響。本文最后探討了高速超聲探傷系統(tǒng)的構(gòu)建。本文所構(gòu)建的高速探傷系統(tǒng)可滿足相控陣同時發(fā)射多方向聲束以及常規(guī)超聲信號并行處理的需要。但該系統(tǒng)難以對A掃數(shù)據(jù)進(jìn)行回放,通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)在5khz的脈沖觸發(fā)頻率下,傳輸帶寬難以滿足多通道數(shù)據(jù)同時緩存的需求,需要后續(xù)進(jìn)一步研究解決方法。但該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于,可將板卡后的模擬量信號接入高速判傷系統(tǒng),并通過組合分析多個通道的信號,可實(shí)現(xiàn)缺陷類型的自動判別。再將GPS信號接入組合判傷系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)缺陷的自動定位。該部分為后續(xù)研究能實(shí)現(xiàn)自動判傷及自動定位的鋼軌高速探傷系統(tǒng)提供了思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U213.43;TB559

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本文編號：1614737