[发明专利]高铁轮对踏面应力超声无损检测方法

说明书

本发明提出了一种用于测量高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，该方法适用于轮对踏面残余应力无损测量。通过超声应力测量系统、超声换能器、楔块的结合，激发出对应力最敏感的L_CR波。通过L_CR波在踏面附近有无应力时的声时差来精确计算该区域残余应力的大小。该方法可以准确、快速、无损的检测出残余应力值。

一、技术领域

本发明提出了一种用于测量高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，该方法适用于轮对踏面残余应力的 无损测量。

二、背景技术

随着铁路运输在国民经济发展中的作用日益显著，人们对铁路运输安全的要求也越来越高，列车轮对 是承载列车运行的重要部分，在运行过程中易产生磨损、裂纹和剥离等伤损，严重影响列车运行安全。因 此，无论是在轮对制造过程中产生的应力，还是在轮对工作中产生的应力，都是人们进行研究的重要课题。

文献检索发现，机械工程与自动化第4期(邸荣，连晋华《火车轮残余应力测试》)提到了用切割法 和贴应变片来测量轮对踏面的残余应力，但是这种方法需要破坏在役轮对的结构，很大程度上将导致轮对 报废，而且需要将轮对从机车上拆解下来，对于本来就很紧张的时间窗口增加了难度。欧洲标准EN 13262:2004—“确定轮缘内残余应力的超声波方法”一文中提到根据声波反弹效应，利用双衍射指数来评 估车轮轮缘的残余应力分布，由于其所使用的超声波是横波，鉴于横波对残余应力不够敏感因此会导致得 到的检测数据准确度不高。

本文提出的是一种利用超声波技术实现高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，该方法对残余应力敏感 度高，测量操作方便、速度快，完全可以测量轮对踏面周向残余应力，非常适合现场使用。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种用于高铁轮对踏面应力超声无损检测方法，用来准确快速的进行轮对踏面残 余应力的检测。实现准确、无损、快速检测的目的。

本发明的具体技术方案如下：

(1)根据轮对的尺寸和结构设计了可以在轮对侧面检测踏面残余应力的声楔块，该特殊设计的声楔块材 料声速低于被测轮对材料的声速。

(2)根据Snell定律，当超声纵波从波速较慢的介质传播到波速较快的介质当中时(如，从该声楔块入射 到轮对)会发生折射现象，当纵波折射角度等于90°时对应的入射角度称为第一临界角，折射纵波将沿轮 对踏面周向的表面传播，即临界折射纵波(英文：Longitudinal critically refracted wave—英文简称L_CR波)。 根据L_CR波的理论特点，通过实验验证了L_CR在轮对踏面这种特殊曲面的传播规律。

四、附图说明

图1轮对踏面应力测量示意图；

图2临界折射声束在空间的三维传播；

图3有机玻璃楔块图。

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

1、L_CR波的激发

根据Snell定律，当超声纵波从波速较慢的声楔块传播到波速较快的轮对中时会发生折射现象，当纵波 折射角度等于90°时对应的入射角度称为第一临界角，计算公式如下所示。

θ_cr＝sin^-1(V₁/V₂)

式中：

V₁—波速较慢的介质中超声纵波传播速度(m/s)；

V₂—波速较快的介质中超声纵波传播速度(m/s)。