[发明专利]一种道岔转辙机内部斜裂纹定量检测的方法

说明书

本发明公开了一种道岔转辙机内部斜裂纹定量检测的方法，包括下列步骤：S1：分析材料力学性能，计算转辙机的关键部件的临界裂纹理论长度，并以此为基础在与转辙机的关键部件对应的试件上设计人工刻槽裂纹模拟实际裂纹；S2：建立仿真模型，分析声场特点并选取最优的超声探头参数；S3：搭建实验平台，采用A型脉冲反射式单晶直探头对试件进行周向扫查检测，采集完整的脉冲超声信号；S4：对扫查实验结果进行图像重构，并结合能量阈值法及二值法提取图像特征，通过线段最短原则实现内部斜裂纹定量检测。本发明只需通过对试件周向扫查的A扫信号的分析处理就可实现内部斜裂纹图像重构，实现其定量检测，误差小、成本低，具有良好的测量精度。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种道岔转辙机内部斜裂纹定量检测的方法。

背景技术

转辙机是铁路系统中一种重要设备，其主要作用是拖动尖轨改变道岔的通路方向。近年来随着列车提速，转辙机的需求量被不断地提升，列车轨道对道岔转辙机的安全性要求越来越高。目前我国对转辙机的检测方式依然依靠目视检测，虽然目视检测结果良好，但无法对内部裂纹进行及时检出，铁路道岔转辙机动作杆内部裂纹在力的作用下容易产生扩张，因此内部裂纹检测非常重要。目前根据使用达到规定年限的转辙机的关键部件会直接采取更换措施，总体成本高，效率低。相对人类视觉，现代无损检测技术在检测速度、精度、范围以及检测环境要求等方面都有巨大优势，尤其针对转辙机恶劣工作环境下的重复性检测工作。其中，超声检测通过超声波与试件的相互作用，通过对接收到的回波信号进行分析研究，得到被测件内部结构特征，具有分辨率高、成本低、操作简便等诸多优点。

目前超声检测已广泛应用于材料的性质表征，裂纹检测，厚度检测等领域。但是目前在转辙机的关键部件多为矩形截面的板件或杆件，对这类关键部件的内部裂纹检测中，还没有采用超声波检测的相关技术。而且现有技术中超声波进行损伤检测还缺少对斜裂纹进行重构成像的技术，因此难以准确定位裂纹的端点，无法进行定量检测，测量精度不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种道岔转辙机内部斜裂纹定量检测的方法，用于解决现有技术中缺少对转辙机的关键部件的超声波检测技术，且现有检测技术难以准确定位裂纹的端点，无法进行定量检测，测量精度不足的技术问题。

所述的一种道岔转辙机内部斜裂纹定量检测的方法，包括下列步骤：

S1：分析材料力学性能，计算转辙机的关键部件的临界裂纹理论长度，并以此为基础在与转辙机的关键部件对应的试件上设计人工刻槽裂纹模拟实际裂纹。

S2：建立仿真模型，分析声场特点并选取最优的超声探头参数。

S3：搭建实验平台，采用A型脉冲反射式单晶直探头对试件进行周向扫查检测，采集完整的脉冲超声信号。

S4：对扫查实验结果进行图像重构，并结合能量阈值法及二值法提取图像特征，通过线段最短原则实现内部斜裂纹定量检测。

优选的，所述步骤S4中，将周向扫查的检测结果进行图像重构，设定能量阈值，保留能量高于该能量阈值的信号信息，之后在对结果进行二值化处理，寻找最大连接分量，最后通过路径最短原则，取各分量间距离最小且非零的两点进行连接，连接线段即为斜裂纹大小和形状。

优选的，所述步骤S1中，所述关键部件的疲劳裂纹属于I型张开型，根据针对I型裂纹的应力强度因子K的计算公式和断裂评判准则式，计算道岔转辙机的临界裂纹尺寸准确值；将临界裂纹尺寸作为参考设计人工裂纹，在所述试件上设计若干倾斜刻槽用以模拟实际内部斜裂纹，所述倾斜刻槽垂直设于试件上模拟关键部件截面的平面。

优选的，所述步骤S2中，在CIVA仿真软件中建立试件模型，采用纵波直探头模拟扫查，采用汉宁窗调制，在模拟计算过程中，裂纹上下端点回波时间差来计算裂纹高度，通过仿真获得不同探头频率与晶片直径下的试件中的裂纹响应结果来判断最优超声探头参数。