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相控阵超声波车轮缺陷探伤技术研究

汪春晓  
【摘要】: 超声相控阵无损探伤技术是近年来超声无损探伤领域发展起来的新技术,早期的应用可追溯到20世纪60年代医学高分辨率成像领域,初期的超声相控阵系统制作复杂且成本较高,在工业无损探伤方面的应用受到限制。随着近年来压电复合技术、微电子技术、探头设计制造工艺、强大功能软件的飞速发展,超声相控阵技术以其强大的技术优势逐渐取代传统的超声波探伤方法,担负起质量控制严格的航空、铁路、核工业、锅炉压力容器等工业领域的无损探伤职责,并越来越受到人们的重视。 超声相控阵技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位控制,获得灵活可控的合成波束。它具有能进行动态聚焦、可进行成像检测、可检测复杂形状物体、能提高检测灵敏度、分辨力和信噪比等多项优点。本文通过跟踪调研近年来国内外超声探伤领域发展的新动向,分析采用将超声相控阵技术应用于车轮缺陷探伤的方法,针对车轮中的轮辋、轮辐缺陷性质和缺陷分布特点,利用超声相控阵技术中灵活的声束控制和聚焦两大突出优势来简化步骤,解决轮对的实时探伤,提高轮对探伤精度等一系列的问题。并根据标准试块、实物试块、车轮缺陷样板轮、现场动车在线探伤等一系列的实验,参考铁道部有关车轮探伤标准文件,完成车轮在线相控阵超声波探伤的成套解决方案。分析讨论了相控阵超声波车轮缺陷定位和探伤分辨率,提出利用可变孔径聚焦和深度聚焦的方式来优化车轮探伤,在提高探伤质量的同时,也保证了较高的检测效率。 在本文的最后,还对全文实验、超声相控阵车轮探伤的应用情况做出简单总结,客观地评价了超声相控阵车轮缺陷探伤的优势和不足,提出下一步需要解决的关键问题和一些改进意见,还对今后车轮缺陷探伤的发展方向做出了预测。


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