《機(jī)車檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)》教學(xué)課件合集

《機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)》項(xiàng)目1目錄CONTENTS任務(wù) 機(jī)車檢測(cè)與監(jiān)測(cè)的意義和內(nèi)容鐵路小故事復(fù)習(xí)思考題任務(wù)機(jī)車檢測(cè)與監(jiān)測(cè)的意義和內(nèi)容一、機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的意義（一）提高機(jī)車運(yùn)行的可靠性和安全性現(xiàn)代機(jī)車是一種技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鐵路技術(shù)裝備。它采用了大量的現(xiàn)代電子元件和裝備，來進(jìn)行復(fù)雜的信息處理，因此要求這些裝備具有較高的可靠性。這種可靠性一方面通過電子裝備的可靠性來保證，另一方面則由檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來提供。檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)可以迅速識(shí)別和提示運(yùn)行中發(fā)生的故障，使其能采取措施及時(shí)排除故障，從而保障機(jī)車安全、可靠地運(yùn)行。（二）為機(jī)車維修提供重要的依據(jù)現(xiàn)代機(jī)車的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)不但能夠在運(yùn)行中為機(jī)車乘務(wù)員提供機(jī)車的運(yùn)行狀況、故障級(jí)別，提出排除故障措施的建議，而且還能在運(yùn)行中將機(jī)車的運(yùn)行狀況及時(shí)地向鐵路運(yùn)營(yíng)管理部門和機(jī)車檢修基地傳送、記錄和存儲(chǔ)，可在機(jī)車進(jìn)入檢修基地以前做好機(jī)車檢修計(jì)劃，提早制訂檢修方案并準(zhǔn)備好需要更換的配件，從而大大縮短了機(jī)車檢修停時(shí)，提高了機(jī)車的利用率和鐵路管理運(yùn)營(yíng)水平一、機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的意義（三）可檢測(cè)、顯示、記錄、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)能在機(jī)車?yán)袡z修和運(yùn)行中檢測(cè)出故障、并將故障狀況、故障等級(jí)以及應(yīng)該采取的措施建議傳遞給機(jī)車乘務(wù)員，幫助機(jī)車乘務(wù)員及時(shí)關(guān)注和處理故障；同時(shí)，及時(shí)將故障發(fā)生的時(shí)間、位置、故障發(fā)生時(shí)有關(guān)參數(shù)的變化情況等信息記錄并存儲(chǔ)下來，供地面專家系統(tǒng)進(jìn)一步分析。二、機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的功能機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的目的是提高機(jī)車運(yùn)行的安全性和可用性，為此，檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)具有如下的主要功能。（一）故障檢測(cè)故障檢測(cè)是通過采取一定的手段（如安裝各類傳感器），獲取各個(gè)主要部件和系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息，從而確認(rèn)它們工作是否正常，能否完成應(yīng)有的功能。（二）故障識(shí)別故障識(shí)別是根據(jù)檢測(cè)信息，判斷出所測(cè)部件和系統(tǒng)是否存在故障以及故障的嚴(yán)重程度。（三）故障定位故障定位即確定故障發(fā)生的部位。理想的情況是確定故障發(fā)生在哪些元器件上，但是由于機(jī)車的元器件數(shù)量極大，因此將任一故障都定位到元器件級(jí)有相當(dāng)?shù)睦щy二、機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的功能（四）故障顯示在故障檢測(cè)、故障識(shí)別和故障定位以后，還需要將故障顯示在顯示屏上，應(yīng)盡量顯示出發(fā)生了什么樣的故障、嚴(yán)重程度如何、發(fā)生在什么部位、其功能范圍包括哪些，給機(jī)車乘務(wù)員以提示，提示在這種故障情況下的運(yùn)行方式，并為檢修作業(yè)人員提出排除故障的維修措施建議（五）故障記錄、存儲(chǔ)與傳輸在故障檢測(cè)、故障識(shí)別和故障定位以后，除了顯示故障以外，還需將故障數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)起來，以便利用存儲(chǔ)的故障數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析處理，對(duì)機(jī)車的檢修做出決策或者為機(jī)車的改進(jìn)與發(fā)展提供依據(jù)。（六）整備作業(yè)和定期檢修中的檢驗(yàn)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)還擔(dān)負(fù)著機(jī)車自動(dòng)化整備和定期檢修作業(yè)中的檢驗(yàn)任務(wù)三、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)車的檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)包括三部分，分別為車載故障診斷系統(tǒng)、地面故障診斷系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（一）車載故障診斷系統(tǒng)機(jī)車故障診斷系統(tǒng)主要是指車載故障診斷系統(tǒng)。車載故障診斷系統(tǒng)是一套安裝在機(jī)車的實(shí)時(shí)運(yùn)行診斷系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。（二）地面故障診斷系統(tǒng)由于車載故障診斷系統(tǒng)一方面受空間的限制，不可能配置大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；另一方面受實(shí)時(shí)條件的限制，不可能進(jìn)行大量的邏輯推理和運(yùn)算。因此，需要在地面上設(shè)置故障診斷系統(tǒng)，以彌補(bǔ)車載系統(tǒng)的不足，從而能夠較好地完成機(jī)車故障診斷系統(tǒng)的各項(xiàng)任務(wù)。三、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成地面故障診斷系統(tǒng)往往和維修信息系統(tǒng)合并為一個(gè)系統(tǒng)，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)完善的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它的主要功能如下：通過與機(jī)車的信息傳輸與交換，直接得知機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)，并通過自身的軟件系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理與分析，對(duì)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，給機(jī)車乘務(wù)員以警示和指令。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)設(shè)備，將機(jī)車運(yùn)行中記錄下來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地面系統(tǒng)，可進(jìn)一步處理和分析，從而做出機(jī)車設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用和維修方面的重要決策。外部診斷項(xiàng)目，主要有輪對(duì)故障診斷、軸溫紅外線檢測(cè)、潤(rùn)滑油的光譜和鐵譜診斷等。機(jī)車進(jìn)入機(jī)務(wù)段期間，所有的檢測(cè)數(shù)據(jù)都輸入該系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出診斷，以便對(duì)機(jī)車進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的維修。三、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成（三）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括機(jī)車在途數(shù)據(jù)傳輸和入段數(shù)據(jù)傳輸兩部分。機(jī)車在途運(yùn)行時(shí)，把車載故障診斷系統(tǒng)采集的機(jī)車狀態(tài)信息、機(jī)車安全信息、機(jī)車監(jiān)測(cè)信息及視頻數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)信息通過GSM

GPRS/3G/4G/5G、GSM-RGPRS傳輸?shù)降孛婀收显\斷系統(tǒng)服務(wù)器；地面服務(wù)器把指令信息通過GSMGPRS/3G/4G/5G、GSM-R

GPRS發(fā)往車載子系統(tǒng)。機(jī)車入段后，通過WLAN實(shí)現(xiàn)車地非實(shí)時(shí)信息雙向傳輸?？梢岳肳LAN將LDP記錄數(shù)據(jù)、6A數(shù)據(jù)、LKJ數(shù)據(jù)、TCMS數(shù)據(jù)等車載設(shè)備的記錄數(shù)據(jù)、機(jī)車電子履歷等大容量信息發(fā)送到無線轉(zhuǎn)儲(chǔ)服務(wù)器，同時(shí)把轉(zhuǎn)儲(chǔ)結(jié)果信息寫入段數(shù)據(jù)服務(wù)器。四、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容電力機(jī)車是由機(jī)械部分、電氣部分和空氣管路部分三大部分組成（一）機(jī)械部分檢測(cè)與故障診斷機(jī)械部分的構(gòu)成機(jī)械部分是機(jī)車的骨架與身軀，是機(jī)車能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。機(jī)械部分包括車體、轉(zhuǎn)向架、車體與轉(zhuǎn)向架的連接裝置和牽引緩沖裝置。故障診斷的內(nèi)容車體、轉(zhuǎn)向架、輪對(duì)變形和裂紋的檢測(cè)與診斷。軸承溫度的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)定位和故障預(yù)報(bào)。軸承狀態(tài)的聲學(xué)檢測(cè)和振動(dòng)檢測(cè)。四、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容（二）電氣部分故障診斷電氣部分的構(gòu)成電氣部分包括牽引電動(dòng)機(jī)、牽引變壓器、整流硅機(jī)組、各類電器等。通過它們把來自接觸網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車的控制。機(jī)車上的主要電氣部件包括受電弓、主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)、輔助電機(jī)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、微機(jī)及電子控制系統(tǒng)、控制電源和輔助電源等。所以電力機(jī)車故障診斷系統(tǒng)的建立是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程。檢測(cè)與故障診斷的內(nèi)容電機(jī)、電器的絕緣檢測(cè)。電機(jī)、電器的溫度檢測(cè)。電機(jī)、電器的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷?？刂葡到y(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷。四、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容（三）空氣管路部分故障診斷1.

空氣管路部分組成空氣管路系統(tǒng)包括風(fēng)源系統(tǒng)、制動(dòng)機(jī)管路系統(tǒng)、控制管路系統(tǒng)和輔助管路系統(tǒng)。2.

檢測(cè)與故障診斷的內(nèi)容列車管壓力檢測(cè)。停放缸壓力檢測(cè)。均衡風(fēng)缸壓力檢測(cè)。折角塞門的狀態(tài)檢測(cè)。利用現(xiàn)代技術(shù)手段開展設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷，始于20世紀(jì)60年代。最早開展診斷技術(shù)研究的是美國，英國和日本緊隨其后。故障診斷的方法、手段和內(nèi)容不斷豐富，至20世紀(jì)90年代初趨于完善，成為多種學(xué)科的重要應(yīng)用領(lǐng)域，正在發(fā)展成為一門新的綜合性交叉學(xué)科。作為保障機(jī)車運(yùn)行安全的基本措施之一，檢測(cè)與故障診斷技術(shù)可以對(duì)早期故障做出預(yù)報(bào)，提出對(duì)策或建議，避免或減少事故的發(fā)生，在機(jī)車的安全性、可靠性、維修經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行效果等方面發(fā)揮了極大的作用。20世紀(jì)80年代以來，隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)車檢測(cè)和故障診斷技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，各國鐵路部門都在積極地開展工作，故障診斷技術(shù)在機(jī)車中的應(yīng)用也越來越廣泛。一、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷技術(shù)在國外鐵路上的應(yīng)用和發(fā)展1965年美國Servo公司推出了第一套安裝在軌道旁的紅外熱軸探測(cè)系統(tǒng)，將軸承溫度信號(hào)記錄在記錄紙上，由有經(jīng)驗(yàn)的人員來辨別軸溫情況?，F(xiàn)在，軸溫探測(cè)普遍采用了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可自動(dòng)測(cè)量軸承溫度，自動(dòng)定位和預(yù)報(bào)軸承故障，因此得到了廣泛的應(yīng)用。日本于20世紀(jì)60年代修建并開通了第一條新干線高速鐵路，率先開始了鐵路高速化進(jìn)程。為保證安全和降低維修成本，日本很早就開展了機(jī)車、車輛和動(dòng)車組的故障診斷研究，如利用通用儀器進(jìn)行了振動(dòng)和鐵譜分析技術(shù)的應(yīng)用研究，特別是通過測(cè)量和分析電力機(jī)車上一些旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)加速度O/A值，對(duì)判斷標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定做了探討。德國鐵路從1975年開始研究故障診斷技術(shù)，20世紀(jì)80年代隨著微電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)車，診斷技術(shù)也受到了重視，現(xiàn)在它已經(jīng)成為機(jī)車運(yùn)營(yíng)和維修的重要輔助工具，具有代表性的是ICE系列機(jī)車。俄羅斯自20世紀(jì)80年代起，鐵路運(yùn)輸科學(xué)院、高等院校、鐵路局和機(jī)務(wù)段在內(nèi)的許多單位和部門都投入了力量，在電氣、軸承、柴油機(jī)、輪對(duì)等很多方面開展了診斷技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用工作。二、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷技術(shù)在我國鐵路上的應(yīng)用和發(fā)展我國鐵路自20世紀(jì)80年代起，積極開展了診斷技術(shù)在機(jī)車上的應(yīng)用工作，進(jìn)行了內(nèi)容廣泛的診斷技術(shù)研究、開發(fā)和應(yīng)用，技術(shù)上取得了很大進(jìn)展，并獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。所采用的故障診斷方法主要有溫度探測(cè)、光鐵譜分析、電氣參數(shù)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)及振動(dòng)診斷等，一些新的理論、方法和技術(shù)（如模式識(shí)別、灰色系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)、專家系統(tǒng)、小波變換神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等）也進(jìn)入探索與應(yīng)用階段。20世紀(jì)90年代初開發(fā)的機(jī)車軸承診斷儀，可提取峭度系數(shù)、均方根值等多個(gè)特征參數(shù)，并具有共振解調(diào)分析功能，已有近400臺(tái)服務(wù)于全鐵路的機(jī)務(wù)段、電機(jī)廠、機(jī)車制造廠和大修廠等。20世紀(jì)90年代中后期以來，我國開發(fā)的新一代準(zhǔn)高速、高速機(jī)車和動(dòng)車大都安裝了具有控制和故障診斷功能的車載計(jì)算機(jī)，如SS6型電力機(jī)車、神州號(hào)內(nèi)燃動(dòng)車組動(dòng)力車等，其車載微機(jī)控制系統(tǒng)均具有某些部件診斷功能。2011年2月，中國鐵道科學(xué)研究院牽頭研發(fā)機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)（6A系統(tǒng)），6A系統(tǒng)是針對(duì)機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)、防火、高壓絕緣、列車供電、走行部等危及安全的重要事項(xiàng)、重點(diǎn)部件和部位，采用實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)視、報(bào)警并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸、統(tǒng)一固態(tài)存儲(chǔ)和智能人機(jī)界面，整體研究設(shè)計(jì)而形成平臺(tái)化的安全防護(hù)裝置。2011年10月25日，6A系統(tǒng)總體暫行技術(shù)條件發(fā)布。2012年9月26日，6A系統(tǒng)中央處理平臺(tái)及六個(gè)子系統(tǒng)暫行技術(shù)條件正式發(fā)布。2012年10月29日，在中鐵認(rèn)證中心主持下，召開關(guān)于6A系統(tǒng)產(chǎn)品CRCC認(rèn)證規(guī)則討論會(huì)，確定了6A系統(tǒng)認(rèn)證的基本規(guī)則。2012年11月底，6A系統(tǒng)首批供應(yīng)商通過CRCC認(rèn)證。2012年12月，在HXD3C和HXD1型機(jī)車上批量安裝6A系統(tǒng)。2013年4月，HXD3C型機(jī)車97臺(tái)，HXD1型八軸機(jī)車50臺(tái)批量生產(chǎn)投入運(yùn)用。2013年5月，鐵路總公司下發(fā)運(yùn)機(jī)技驗(yàn)函〔2013〕179號(hào)文《機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)（6A系統(tǒng)）運(yùn)用維護(hù)管理規(guī)則（試行）》自2013年7月1日起施行。三、不同國家機(jī)車檢測(cè)診斷技術(shù)的主要特點(diǎn)（1）美國、加拿大、澳大利亞鐵路以重載運(yùn)輸為主，重點(diǎn)發(fā)展了道旁檢測(cè)診斷技術(shù)。不同企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)充分合作，共同研發(fā)了內(nèi)容廣泛的道旁檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)輸安全起了積極的保障作用。它們?cè)跐L動(dòng)軸承的檢測(cè)和診斷方面做了大量的工作，其成果值得我們借鑒。此外，美國在機(jī)車狀態(tài)檢測(cè)與診斷方面也做了大量的工作，開發(fā)了機(jī)車車載檢測(cè)裝置及基于無線通信網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車遠(yuǎn)程檢測(cè)診斷系統(tǒng)，提高了機(jī)車?yán)寐省＃?）歐洲鐵路以高速客運(yùn)為主，主要發(fā)展了車載檢測(cè)診斷技術(shù)，機(jī)車上的控制計(jì)算機(jī)同時(shí)具備診斷功能，可對(duì)多種機(jī)車部件或子系統(tǒng)進(jìn)行診斷。其發(fā)展趨勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)用各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將不同位置、不同功能的診斷裝置連接成網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和集中管理。三、不同國家機(jī)車檢測(cè)診斷技術(shù)的主要特點(diǎn)（3）日本鐵路也是以高速為主，但與歐洲不同的是除開發(fā)車載檢測(cè)裝置外還開發(fā)了很多面向機(jī)車檢修方面的儀器和裝備，應(yīng)用在檢修基地。研究、開發(fā)工作的有組織進(jìn)行，診斷技術(shù)研究會(huì)（聯(lián)絡(luò)會(huì)）起了很大的作用，診斷方法、種類呈現(xiàn)多樣性，包括振動(dòng)、電氣、油液分析等，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。（4）俄羅斯鐵路在電氣、軸承、柴油機(jī)、輪對(duì)等很多方面開展了診斷工作，采用各種方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合開發(fā)了多種儀器，并在機(jī)務(wù)段和車輛段進(jìn)行了推廣應(yīng)用，取得了較好的效果。在高速動(dòng)車組上，利用控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行某些部件的診斷，以保證機(jī)車的運(yùn)行安全。（5）中國鐵路在鐵譜、電氣性能、振動(dòng)等方面進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用研究和開發(fā)，研制的儀器、裝備已在全鐵路范圍內(nèi)獲得了應(yīng)用，正在改變著機(jī)車檢修模式。同時(shí)，我國也開發(fā)了一些如6A系統(tǒng)的車載檢測(cè)診斷裝置，對(duì)機(jī)車的提速起了安全保障作用。四、機(jī)車檢測(cè)診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（一）多傳感器信息融合技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)單零部件的診斷，采用單一信號(hào)一般可以獲得有效的結(jié)果。但對(duì)于復(fù)雜的部件或系統(tǒng)，采用單一的物理信號(hào)通常很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果，如機(jī)車柴油機(jī)的故障診斷問題，應(yīng)利用多種信號(hào)及先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行綜合診斷，才會(huì)取得有效的診斷結(jié)論。（二）新的智能診斷方法和模式識(shí)別方法的應(yīng)用近年來出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展的各種新方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法等，均可在機(jī)車故障診斷中應(yīng)用。將幾種方法結(jié)合起來，特別是數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，將進(jìn)一步提高診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。（三）網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)及遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使現(xiàn)代機(jī)車可以利用各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)通信能力，提高檢測(cè)診斷的有效性和實(shí)時(shí)性，提高數(shù)據(jù)集成和管理的效率。道旁檢測(cè)系統(tǒng)可利用互聯(lián)網(wǎng)及各種專用網(wǎng)絡(luò)，車載檢測(cè)裝置可利用的有線網(wǎng)絡(luò)包括各種現(xiàn)場(chǎng)總線（如CAN、LonWorks、Worldfip、MVB等）及工業(yè)以太網(wǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)包括GPS、GSM、GSM-R、GPRS、CDMA等。智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和信息化技術(shù)的應(yīng)用，也是我國鐵路安全技術(shù)裝備的近期發(fā)展方向。鐵路小故事鐵路小故事“毛澤東號(hào)”機(jī)車組：紅色基因，在他們手中一代代薪火傳承1946年的哈爾濱剛剛解放，為了支援遼沈戰(zhàn)役，緩解鐵路運(yùn)輸運(yùn)力不足的困難，哈爾濱機(jī)務(wù)段的工人們經(jīng)過27個(gè)晝夜的奮戰(zhàn)，搶修出了一臺(tái)蒸汽機(jī)車。中共中央東北局按照工人們的要求，將這臺(tái)機(jī)車命名為“毛澤東號(hào)”，賦予它“機(jī)車領(lǐng)袖”的使命。在“毛澤東號(hào)”誕生之初，曾流傳著一句響亮的口號(hào)：“解放軍打到哪里，鐵路修到哪里，‘毛澤東號(hào)’機(jī)車就開到哪里?！薄懊珴蓶|號(hào)”機(jī)車冒著敵機(jī)的輪番轟炸和槍林彈雨，勇打頭陣，為遼沈戰(zhàn)役前線的人民子弟兵運(yùn)送彈藥給養(yǎng)?！懊珴蓶|號(hào)”機(jī)車先后跨越蒸汽、內(nèi)燃、電力3個(gè)動(dòng)力時(shí)代，歷經(jīng)5次換型、6臺(tái)機(jī)車，截至2021年3月底，“毛澤東號(hào)”機(jī)車已安全行駛1

155萬千米，相當(dāng)于繞地球288圈，見證了中國鐵路由小變大、從弱到強(qiáng)的發(fā)展歷程?！懊珴蓶|號(hào)”成為中華人民共和國成立以來全路機(jī)車組組建時(shí)間最早、涌現(xiàn)勞模最多、安全成績(jī)最好、完成任務(wù)量最大的先進(jìn)機(jī)車組，被譽(yù)為“機(jī)車領(lǐng)袖”“火車頭中的火車頭”。12任司機(jī)長(zhǎng)和179名乘務(wù)員在長(zhǎng)期實(shí)踐中創(chuàng)造了“責(zé)任心＋責(zé)任制＋基本功＝安全”的基本經(jīng)驗(yàn)，形成了“開領(lǐng)袖車，做領(lǐng)軍人”的核心價(jià)值觀，塑造了“報(bào)效祖國，忠于職守，艱苦奮斗，永當(dāng)先鋒”的“毛澤東號(hào)”精神。而今，經(jīng)歷了建設(shè)時(shí)期、改革開放、新時(shí)代的“毛澤東號(hào)”依然奔馳在祖國的廣闊大地上。時(shí)代在前進(jìn)，“毛澤東號(hào)”的車輪一刻也沒有停留，風(fēng)雨無阻，全力前行，擔(dān)當(dāng)著“交通強(qiáng)國、鐵路先行”的歷史使命。復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的意義是什么？機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)主要功能有哪些？機(jī)車檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)包括哪些子系統(tǒng)？機(jī)車檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)研究的內(nèi)容是什么？機(jī)車檢測(cè)診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？復(fù)習(xí)思考題本章結(jié)束謝謝觀看《機(jī)車檢測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)》項(xiàng)目2目錄CONTENTS任務(wù)一 無損檢測(cè)概述任務(wù)二 超聲波無損檢測(cè)任務(wù)三 電磁探傷無損檢測(cè)鐵路小故事復(fù)習(xí)思考題任務(wù)一無損檢測(cè)概述一、無損檢測(cè)概念（一）無損檢測(cè)的定義無損檢測(cè)（NDT）是一門綜合性的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，它是在不改變或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，借助物理手段對(duì)其進(jìn)行宏觀與微觀缺陷檢測(cè)，幾何特性度量，化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的評(píng)定，進(jìn)而就其使用性能做出評(píng)價(jià)的一門學(xué)科（二）無損檢測(cè)的作用現(xiàn)代無損檢測(cè)技術(shù)不僅形式多樣，技術(shù)手段也日臻成熟，在鑄件、鍛件、棒材、粉末冶金制件、焊接件、非金屬材料、陶瓷制件、復(fù)合材料、鍋爐、壓力容器、核電設(shè)備等許多領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用，對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工藝、降低制造成本以及提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性等具有十分重要的意義。其作用主要如下：三、機(jī)車檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成用無損檢測(cè)技術(shù)測(cè)定材料的物理性能和組織結(jié)構(gòu)，能判斷材料的品種和熱處理狀態(tài)，進(jìn)行材料分選。產(chǎn)品的幾何尺寸、涂層和鍍層厚度、表面腐蝕狀態(tài)、硬化層深度和應(yīng)力密度都能用無損檢測(cè)技術(shù)測(cè)定對(duì)在役設(shè)備或生產(chǎn)中的產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或動(dòng)態(tài)檢測(cè)，將產(chǎn)品中的缺陷變化信息連續(xù)地提供給運(yùn)行和生產(chǎn)部門實(shí)行監(jiān)視對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量做出評(píng)價(jià)。無論是鑄件、鍛件、焊接件、鈑金件或機(jī)加工件以及非金屬結(jié)構(gòu)都能應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)探測(cè)其表面或內(nèi)部缺陷，并進(jìn)行定位定量分析。（1）無損探傷（2）材料檢測(cè)（3）幾何度量（4）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視一、無損檢測(cè)概念（三）無損檢測(cè)的特點(diǎn)不破壞被檢對(duì)象?？蓪?shí)現(xiàn)100%的檢驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)缺陷并做出評(píng)價(jià)，從而評(píng)定被檢對(duì)象的質(zhì)量?？蓪?duì)缺陷形成原因及發(fā)展規(guī)律做出判斷，以促進(jìn)有關(guān)部門改進(jìn)生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)關(guān)鍵部件和關(guān)鍵部位在運(yùn)行中做定期檢查，甚至長(zhǎng)期監(jiān)控以保證運(yùn)行安全，防止事故發(fā)生。（四）無損檢測(cè)的基本要素源，它能提供適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)介質(zhì)或激勵(lì)被檢測(cè)物體產(chǎn)生某種特殊的運(yùn)動(dòng)。探測(cè)介質(zhì)或特殊運(yùn)動(dòng)方式會(huì)受到被檢測(cè)物體的結(jié)構(gòu)異常（不連續(xù)或某種變異）的影響而引起變化。探測(cè)器，它能檢測(cè)出探測(cè)介質(zhì)或特殊運(yùn)動(dòng)方式的變化。記錄和顯示裝置能指示或記錄由探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)。解釋這些信號(hào)的方法。一、無損檢測(cè)概念（五）無損檢測(cè)的發(fā)展無損檢測(cè)技術(shù)是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，它必將隨著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步而發(fā)展。早期的無損檢測(cè)稱為無損探傷（NDI），它的作用是在不損壞產(chǎn)品的前提下發(fā)現(xiàn)人眼無法看到的缺陷，以滿足工程設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度要求。第二階段稱為無損檢測(cè)（NDT），這個(gè)階段始于20世紀(jì)70年代，它不但檢測(cè)最終產(chǎn)品，而且要測(cè)量各種工藝參數(shù)，制成工件后，還需知道它的組織結(jié)構(gòu)、晶粒大小和殘余應(yīng)力等。第三階段稱為無損評(píng)價(jià)（NDE），尤其對(duì)航空、航天、核電、能源、交通、石油和化工等方面的機(jī)械產(chǎn)品，在加強(qiáng)檢測(cè)同時(shí)注重產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)，確保每一件產(chǎn)品都是合格的。二、常用無損探傷方法無損探傷是無損檢測(cè)（包括探傷、測(cè)量、評(píng)價(jià)）的一個(gè)重要組成部分，它是對(duì)材料、工件或組件進(jìn)行非破壞性檢測(cè)和分析，以發(fā)現(xiàn)材料和構(gòu)件中非連續(xù)性宏觀缺陷（如裂紋、夾渣、氣孔等）為主要目的檢驗(yàn)。無損探傷的方法較多，可分為6大類約70余種，但在實(shí)際應(yīng)用中較普遍的為超聲探傷、射線探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷5種常規(guī)方法。鑒于超聲波探傷和磁粉探傷在目前占有舉足輕重的地位，本書將在后面予以重點(diǎn)介紹，以下針對(duì)其他幾種常規(guī)探傷簡(jiǎn)要介紹其基本原理、主要特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。二、常用無損探傷方法工業(yè)應(yīng)用中的射線探傷技術(shù)大體上可以分為射線照相探傷技術(shù)、射線實(shí)時(shí)成像探傷技術(shù)、射線層析（CT）探傷技術(shù)等，常規(guī)的射線探傷技術(shù)一般指射線照相探傷技術(shù)（以下均以此技術(shù)介紹），其基本原理（右圖）為：射線在穿過物質(zhì)的過程中，會(huì)受到物質(zhì)的散射和吸收作用，因物體材料、缺陷和穿透距離的不同，射線強(qiáng)度將產(chǎn)生不同程度的衰減。當(dāng)把強(qiáng)度均勻的射線照射到物體的一側(cè)，使透過的射線在物體另一側(cè)的膠片上感光，膠片顯影后，得到與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對(duì)應(yīng)的黑度不同的圖像，即射線底片。通過對(duì)圖像的觀察分析，最終確定物體缺陷的種類、大小和分布情況。（一）射線探傷（RT）缺陷的射線照相二、常用無損探傷方法磁粉探傷是指把鋼鐵等鐵磁性材料磁化后，利用缺陷部位所發(fā)生的磁極吸附磁粉的特性顯示缺陷位置的方法。把一根中間有橫向裂紋的強(qiáng)磁性材料試件進(jìn)行磁化后（右圖），可以認(rèn)為磁化的材料是許多小磁鐵的集合體。在沒有缺陷的連續(xù)部分，由于小磁鐵的N、S磁極互相抵消，而不呈現(xiàn)出磁極，但在裂紋等缺陷處，由于磁性的不連續(xù)將呈現(xiàn)磁極，在缺陷附近的磁力線繞過空間出現(xiàn)在外面，即缺陷漏磁。缺陷附近所產(chǎn)生的稱為缺陷的漏磁場(chǎng)，其強(qiáng)度取決于缺陷的尺寸、位置及試件的磁化強(qiáng)度等。當(dāng)把磁粉散落在試件上時(shí)，在裂紋處就會(huì)吸附磁粉，稱為缺陷磁粉跡痕，由此可以發(fā)現(xiàn)缺陷的部位。（二）磁粉探傷（MT）（a）磁棒磁力線分布（b）磁棒的磁極（c）缺陷漏磁磁場(chǎng)的形成二、常用無損探傷方法滲透探傷是指將溶有熒光染料（熒光探傷）或著色染料（著色探傷）的滲透液施加在試件表面，滲透液由于毛細(xì)作用能滲入各種形狀開口于表面的細(xì)小缺陷中。此時(shí)，清除附著在表面的多余滲透液，把工件表面多余的滲透液清洗干凈，但不得把已滲入缺陷內(nèi)的滲透液清洗掉，然后經(jīng)干燥和施加顯像劑后，在黑光或白光下觀察，缺陷處可分別發(fā)出黃綠色的熒光或呈現(xiàn)紅色，從而能夠用肉眼檢查出試件表面的開口缺陷。滲透探傷的基本步驟如圖所示。滲透探傷除熒光滲透探傷和著色滲透探傷方法外，還有濾出粒子探傷法、氣體滲透成像等。滲透探傷適用于檢測(cè)金屬和非金屬材料表面開口的裂紋、折疊、疏松、針孔等缺陷。它能確定缺陷的位置、大小和形狀，但難于確定其深度，不適用于探測(cè)多孔性材料及材料內(nèi)部缺陷。（三）滲透探傷（PT）（a）滲透（b）清水清洗（c）溶劑清洗（d）顯像（e）觀察滲透探傷步驟二、常用無損探傷方法渦流探傷是將通有交流電的激勵(lì)線圈靠近某一導(dǎo)電試件（右圖），由于電磁感應(yīng)作用進(jìn)入試件的交變磁場(chǎng)可在試件中感生出方向與激勵(lì)磁場(chǎng)相垂直的、呈旋渦狀流動(dòng)的電流（渦流）。此渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)會(huì)影響原磁場(chǎng)的變化，從而引起線圈阻抗的變化，通過對(duì)線圈阻抗變化的測(cè)量，就可得知試件中產(chǎn)生的渦流狀況，從而獲悉與試件有關(guān)的一些參量。當(dāng)試件內(nèi)有缺陷時(shí)，渦流因流動(dòng)途徑的變化，使渦流磁場(chǎng)也相應(yīng)變化，經(jīng)試驗(yàn)線圈檢出異常磁場(chǎng)的變化量，可獲得缺陷的信息。（四）渦流探傷（ET）渦流的產(chǎn)生二、常用無損探傷方法（五）超聲波探傷（UT）超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來檢查零件缺陷的一種方法。當(dāng)超聲波束自零件表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與零件底面時(shí)就分別發(fā)生反射波，在熒光屏上形成脈沖波型，根據(jù)這些脈沖波形來判斷缺陷位置和大小超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)有多種波型，檢驗(yàn)中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測(cè)金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡(jiǎn)單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點(diǎn)、分層等缺陷；用橫波可探測(cè)管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；用表面波可探測(cè)形狀簡(jiǎn)單的鑄件上的表面缺陷；用板波可探測(cè)薄板中的缺陷。二、常用無損探傷方法幾種探傷方法的比較見下表。探傷方法優(yōu)

點(diǎn)缺

點(diǎn)適用范圍射線探傷適用于幾乎所有材料；探傷結(jié)果（底片）顯示直觀、便于分析；探傷結(jié)果可以長(zhǎng)期保存；探傷技術(shù)和檢驗(yàn)工作質(zhì)量可以監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)成本較高；對(duì)裂紋類缺陷有方向性限制需考慮安全防護(hù)問題（如X、γ射線的傳播）檢測(cè)件及焊接件等構(gòu)件內(nèi)部缺陷，特別是體積型缺陷（即具有一定空間分布的缺陷）磁粉探傷直觀顯示缺陷的形狀、位置、大小；靈敏度高，可檢缺陷最小寬度約為1

mm幾乎不受試件大小和形狀的限制；檢測(cè)速度快、工藝簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉；操作簡(jiǎn)便、儀器便于攜帶只能用于鐵磁性材料；只能發(fā)現(xiàn)表面和近表面缺陷對(duì)缺陷方向性敏感；能知道缺陷的位置和表面長(zhǎng)度，但不知道缺陷的深度檢測(cè)鑄件、鍛件、焊縫和機(jī)械加工零件等磁性材料的表面或表面缺陷（如裂紋）滲透探傷設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，投資?。恍矢撸▽?duì)復(fù)雜試件也只需一次檢驗(yàn)）；適用范圍廣（對(duì)表面缺陷，一般不受試件材料種類及其外形輪廓限制）只能檢測(cè)開口于表面的缺陷且不能顯示缺陷深度及缺陷內(nèi)部的形狀和尺寸；無法或難以檢查多孔的材料檢測(cè)結(jié)果受試件表面粗糙度影響較大；難以定量控制檢驗(yàn)操作程序多憑檢驗(yàn)人員經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)真程度和視力的敏銳程度用于檢驗(yàn)有色和黑色金屬的鑄件、鍛件、粉末冶金件、焊接件以及各種陶瓷、塑料、玻璃制品的裂紋、氣孔、分層、縮孔、疏松、折疊及其他開口于表面的缺陷5種常用無損探傷方法比較二、常用無損探傷方法探傷方法優(yōu)

點(diǎn)缺

點(diǎn)適用范圍渦流探傷適于自動(dòng)化檢測(cè)（可直接以電信號(hào)輸出）；非接觸式檢測(cè)，無須耦合劑且速度快；適用范圍較廣（既可檢測(cè)缺陷也可檢測(cè)材質(zhì)、形狀與尺寸的變化等）只限用于導(dǎo)電材料；對(duì)形狀復(fù)雜試件及表面下較深部位的缺陷檢測(cè)有困難，檢測(cè)結(jié)果尚不直觀，尚難判斷缺陷性質(zhì)、大小及形狀用于鋼鐵、有色金屬等導(dǎo)電材料所制成的試件，不適于玻璃、石頭和合成樹脂等非金屬材料超聲波探傷適于內(nèi)部缺陷檢測(cè)，探測(cè)范圍大、靈敏度高、效率高、操作簡(jiǎn)單；適用廣泛、使用靈活、費(fèi)用低廉探傷結(jié)果顯示不直觀難以對(duì)缺陷做精確定性和定量；一般需用耦合劑，對(duì)試件形狀的復(fù)雜性有一定限制可用于金屬、非金屬及復(fù)合材料的鑄、鍛、焊件與板材續(xù)表任務(wù)二超聲波無損檢測(cè)一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)（一）初識(shí)超聲波超聲波探傷是依據(jù)定向輻射超聲波束在缺陷界面上產(chǎn)生反射或使透過聲能下降等原理通過測(cè)量回波信息和透過聲波強(qiáng)度變化來指示傷損的一種方法。超聲波探傷可檢查金屬材料、部分非金屬材料的表面和內(nèi)部缺陷，如檢查鍛件中的白點(diǎn)、裂紋、夾渣、分層；非金屬材料中的氣泡、分層和黏合層中的黏合不良；焊縫中裂紋，未焊透、夾渣、氣孔以及管棒和鍛件中與表面成一定角度的缺陷。因此，它被廣泛地應(yīng)用于無損探傷。（二）超聲波的產(chǎn)生波是物質(zhì)的一種運(yùn)動(dòng)形式，可分為電磁波和機(jī)械波兩類。電磁波是交變電磁場(chǎng)在空間的傳播過程，如無線電波、紅外線等，而機(jī)械波是指機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過程，如水波、超聲波等。產(chǎn)生機(jī)械波需要兩個(gè)必要條件：一是要有做機(jī)械振動(dòng)的振源；二是要有能傳遞機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)（三）超聲波的類型根據(jù)超聲波傳播時(shí)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向相對(duì)于波的傳播方向的不同，可將超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波4種?？v波（L波）介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向互相平行的波，稱為縱波，用L表示。當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變拉壓應(yīng)力作用時(shí)，質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮形變，從而形成縱波橫波（S或T波）介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向互相垂直的波，稱為橫波，用S或T表示。當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受到交變的剪切應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生剪切形變，從而形成橫波一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)3.

表面波（R）當(dāng)介質(zhì)表面受到交變應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，稱為表面波，常用R表示。又稱瑞利波。表面波在介質(zhì)表面?zhèn)鞑r(shí)，介質(zhì)表面質(zhì)點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)，橢圓長(zhǎng)軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向。橢圓運(yùn)動(dòng)可視為縱向振動(dòng)與橫向振動(dòng)的合成，即縱波與橫波的合成，因此表面波只能在固體介質(zhì)中傳播，不能在液體和氣體介質(zhì)中傳播。表面波的能量隨深度增加而迅速減弱，當(dāng)傳播深度超過兩倍波長(zhǎng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振幅就已經(jīng)很小了，因此，一般認(rèn)為表面波探傷只能發(fā)現(xiàn)距工件表面兩倍波長(zhǎng)深度內(nèi)的缺陷。表面波一般應(yīng)用于鋼管探傷。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)4.板 波板波是板材特有的一種波形，它在板材厚度小于入射波波長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生。在一個(gè)給定的板材中可以存在3種不同偏振的板波：第一種是純橫波，它的偏振方向與板表面平行；第二種是對(duì)稱型的拉姆（Lamb）波，在板材中心面上的質(zhì)點(diǎn)的偏振方向與傳播方向平行，如同波的偏振，而其他位置的質(zhì)點(diǎn)的偏振軌跡為橢圓；第三種為非對(duì)稱型（或彎曲型）的拉姆（Lamb）波，板材中心面上質(zhì)點(diǎn)的偏振方向與傳播方向相垂直，其他位置的質(zhì)點(diǎn)的偏振跡也為橢圓。板波一般應(yīng)用于薄板、薄壁鋼管探傷。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)（四）超聲波探傷的優(yōu)缺點(diǎn)1.

超聲波探傷的優(yōu)點(diǎn)指向性好。超聲波波長(zhǎng)很短，像光波一樣，可以定向發(fā)射，因而能方便、準(zhǔn)確地對(duì)缺陷定位。穿透力強(qiáng)。超聲波能量高，在大多數(shù)介質(zhì)中傳播時(shí)能量損失小，在一些金屬材料中傳播時(shí)，其穿透能力可達(dá)數(shù)米。靈敏度高。一個(gè)存在于鋼中的空氣分層厚度為10－6

mm，反射率可超過21%，當(dāng)分層厚度在10－5

mm以上時(shí)，反射率可超過94%。適用面廣?？蓹z測(cè)金屬、非金屬、復(fù)合材料等多種材料制件的檢測(cè)，采用多種波形以及各種探頭作不同方向的探測(cè)，能探出工件內(nèi)部和表面各種取向的缺陷。高效低價(jià)。檢測(cè)速度快，在較短的時(shí)間內(nèi)就可完成對(duì)工件的檢測(cè)，僅耗損少量電能和耦合劑。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)2.

超聲波探傷的缺點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果受人為影響。對(duì)試件中缺陷的發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)，主要取決于探傷人員對(duì)儀器的調(diào)節(jié)和判斷。探測(cè)面狀態(tài)影響檢測(cè)結(jié)果。探測(cè)表面要求制備，不良的探測(cè)面影響傷損檢測(cè)靈敏度。工件狀態(tài)影響檢測(cè)結(jié)果。工件形狀過于復(fù)雜，材料晶粒和組織不均勻?qū)μ絺Y(jié)果均有一定的影響。定量精度差。探測(cè)出缺陷的當(dāng)量或延伸度與實(shí)際缺陷大小均有一定的誤差。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)（五）超聲波的基本參數(shù)振幅A：振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置的最大距離。頻率f：振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間（通常指1

s，以下同）內(nèi)圍繞平衡位置完成全振動(dòng)的次數(shù)稱為振動(dòng)頻率，其數(shù)值與波動(dòng)頻率相等。波動(dòng)頻率是指波動(dòng)過程中任一給定質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)通過完整波的個(gè)數(shù)。在實(shí)際探傷中往往會(huì)遇到工作頻率和重復(fù)頻率兩個(gè)概念。工作頻率是指探頭發(fā)射的超聲波頻率，重復(fù)頻率是指探頭每秒鐘向試件發(fā)射超聲波的次數(shù)。為了提高探傷速度，一般要求重復(fù)頻率越高越好，但過高的重復(fù)頻率會(huì)導(dǎo)致發(fā)射和接收間的干擾，產(chǎn)生幻象回波。因此，重復(fù)頻率應(yīng)根據(jù)被檢工件的大小，一次聲程所需要的時(shí)間，儀器接收和發(fā)射超聲波的能力，以及探傷速度等多方面因素決定。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)周期T：振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間，單位為秒（s）。周期與頻率的關(guān)系為T＝1/f。波長(zhǎng)λ：同一波線上相鄰兩振動(dòng)相位相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離稱為波長(zhǎng)。波源或介質(zhì)中任意質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，波正好前進(jìn)一個(gè)波長(zhǎng)的距離，單位為毫米（mm）或米（m）。（5）聲速c：聲波在彈性介質(zhì)中，單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離，也可稱為波速，單位為米/秒（m/s）或千米/秒（km/s）。波長(zhǎng)、聲速和頻率之間的關(guān)系為λ＝c/f。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)下表為一些常用材料中的聲速和波長(zhǎng)。材料聲速/（km/s）縱波波長(zhǎng)/mm橫波波長(zhǎng)/mm縱波橫波2

MHz2.5

MHz2

MHz2.5

MHz鋼5.93.232.952.361.6151.292有機(jī)玻璃2.731.431.371.090.7150.572尼龍10102.4—1.20.96——水1.48—0.740.59——油1.4—0.700.56——空氣0.34—0.170.14——一些常用材料中的聲速和波長(zhǎng)一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)通常把充滿超聲波的空間部分或超聲振動(dòng)所波及的部分介質(zhì)稱為超聲場(chǎng)。超聲場(chǎng)具有一定的空間大小和形狀，只有當(dāng)缺陷位于超聲場(chǎng)內(nèi)時(shí)，才有可能被發(fā)現(xiàn)。超聲場(chǎng)圓盤聲源（指一種圓平面狀的振子）輻射的縱波聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布規(guī)律如圖所示。由圖可知，波源附近的軸線上聲壓上下起伏變化，存在若干個(gè)極大極小值。距波源的距離愈近，聲壓極大極小值的點(diǎn)就愈密。聲學(xué)上把由子波的干涉在波源附近的軸線上產(chǎn)生一系列聲壓極大極小值的區(qū)域稱為超聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)。（六）超聲場(chǎng)的特征值圓盤聲源束軸線上的聲壓分布規(guī)律一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)聲壓p超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)在某一時(shí)刻所具有的壓強(qiáng)p1與沒有超聲波存在時(shí)的靜態(tài)壓強(qiáng)p0之差，稱為該點(diǎn)的聲壓，用p表示，即：p＝p1－p0。超聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓的幅值與介質(zhì)的密度、波速和頻率成正比。在超聲波探傷儀上，屏幕上顯示的波高與聲壓成正比。聲阻抗Z超聲場(chǎng)中任一點(diǎn)的聲壓p與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比v稱為聲阻抗，常用Z表示， 。由上式可知，聲阻抗的大小等于介質(zhì)的密度與波速的乘積。由v＝p/Z可知，在同一聲壓下，Z增加，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度下降。因此聲阻抗Z可理解為介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用。超聲波在兩種介質(zhì)組成的界面上的反射和透射情況與兩種介質(zhì)的聲阻抗密切相關(guān)。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)3.聲 強(qiáng)單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能稱為聲強(qiáng)，常用I表示。當(dāng)超聲波傳播到介質(zhì)中某處時(shí)，該處原來靜止不動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，因而具有動(dòng)能；同時(shí)該處介質(zhì)產(chǎn)生彈性變形，因而也具有彈性位能；聲能為兩者之和。聲波的聲強(qiáng)與頻率的平方成正比，而超聲波的頻率遠(yuǎn)大于可聞聲波。因此超聲波的聲強(qiáng)也遠(yuǎn)大于可聞聲波的聲強(qiáng)。這是超聲波能用于探傷的重要原因。在同一介質(zhì)中，超聲波的聲強(qiáng)與聲壓的平方成正比。一、超聲波無損檢測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)（七）超聲波的衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著距離增加，超聲波能量逐漸減弱的現(xiàn)象叫作超聲波衰減。引起超聲波衰減的主要原因是波束擴(kuò)散、晶粒散射和介質(zhì)吸收。擴(kuò)散衰減超聲波在傳播過程中，由于波束的擴(kuò)散，使超聲波的能量隨距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象叫作擴(kuò)散衰減。超聲波的擴(kuò)散衰減僅取決于波陣面的形狀，與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。散射衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到聲阻抗不同的界面產(chǎn)生散亂反射引起衰減的現(xiàn)象，稱為散射衰減。散射衰減與材質(zhì)的晶粒密切相關(guān)，當(dāng)材質(zhì)晶粒粗大時(shí)，散射衰減嚴(yán)重，被散射的超聲波沿著復(fù)雜的路徑傳播到探頭，在屏上引起林狀回波，使信噪比下降，嚴(yán)重時(shí)噪聲會(huì)湮沒缺陷波。吸收衰減超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)間內(nèi)摩擦（即黏滯性）和熱傳導(dǎo)引起超聲波的衰減，稱為吸收衰減或黏滯衰減。通常所說的介質(zhì)衰減是指吸收衰減與散射衰減，不包括擴(kuò)散衰減。二、超聲波探傷的原理及方法當(dāng)超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)，來了解材料的性能和結(jié)構(gòu)的變化，這種技術(shù)稱為超聲波檢測(cè)。利用超聲波檢測(cè)技術(shù)形成的超聲波探傷方法，按照工作原理分可以分為脈沖反射法、穿透法、衍射時(shí)差法；按照波形分類可以分為縱波法、橫波法、表面波法、板波法和爬坡法；按照顯示方式分類可分為A型顯示探傷法和超聲成像顯示法；按照探頭數(shù)目來分可分為單探頭法、雙探頭法和多探頭法；按照與工件的接觸方法來分可分為接觸法、液浸法和電磁耦合法。二、超聲波探傷的原理及方法直探法就是縱波探傷，主要用于探測(cè)與工件表面平行的缺陷。斜探法就是橫波探傷，主要用于探測(cè)與工件表面垂直或成某一角度的缺陷。脈沖反射法探傷是利用由脈沖反射式的超聲波探傷儀發(fā)射的超聲波，在兩種不同介質(zhì)的表面上發(fā)生反射作用，并將反射回來的超聲波接收放大，在熒光屏上以可見光的形式顯示出來，來達(dá)到探傷的目的。液浸法，利用此方法檢測(cè)鋼管、鍛件的缺陷，如圖所示。單（雙）探頭檢測(cè)焊縫的方法如圖所示。（a）全浸沒式（b）噴液式（c）通水式（d）滿溢式水浸（噴水）法檢測(cè)鋼管、鍛件二、超聲波探傷的原理及方法（一）穿透法穿透法是最早采用的超聲波探傷法，也叫透射法，其基本原理是，先將兩個(gè)探頭分別置于被測(cè)工件的兩個(gè)相對(duì)面，一個(gè)探頭發(fā)射超聲波，超聲波即透射過被測(cè)工件而被另一面的探頭所接收。若被測(cè)件內(nèi)有缺陷存在，由于缺陷可引起超聲波的衰減，因此透射過的超聲波的能量減少，根據(jù)能量減少的程度可判斷缺陷的大小。穿透法分為連續(xù)穿透法和脈沖穿透法兩種。脈沖穿透法（如圖）的優(yōu)點(diǎn)是，不存在探測(cè)盲區(qū)，判定缺陷方法簡(jiǎn)單，適用于連續(xù)的自動(dòng)化探測(cè)較薄的工件；其缺點(diǎn)是，探傷靈敏度低，分辨率差，不能確定缺陷的深度位置，一般需要專用的探頭夾持裝置（a）無缺陷（b）有小缺陷（c）有大缺陷二、超聲波探傷的原理及方法（二）脈沖反射法超聲波以持續(xù)極短的時(shí)間發(fā)射脈沖到被檢測(cè)工件內(nèi)，當(dāng)遇到缺陷和底面就會(huì)產(chǎn)生反射，根據(jù)反射波的情況來檢測(cè)工件的方法稱為脈沖反射法，它是目前應(yīng)用最廣泛的一種超聲波探傷法。脈沖反射法可分為垂直探傷法和斜角探傷法兩種。根據(jù)探傷波形進(jìn)行判斷的探傷，稱為缺陷回波法（也稱為二次回波法），該方法是脈沖反射法的基本方法。當(dāng)工件完好時(shí)，超聲波可以順利到達(dá)工件底面，在工件底面光滑且與探傷平面平行的條件下，探傷波形中只有發(fā)射脈沖T及底面回波B兩個(gè)信號(hào)。若工件中存在缺陷，在探傷波形中，底面回波前面會(huì)出現(xiàn)表示缺陷的回波，如圖所示。缺陷回波探傷的基本原理二、超聲波探傷的原理及方法1.

垂直探傷法使超聲波垂直進(jìn)入工件進(jìn)行探傷的方法稱為垂直探傷法。當(dāng)被測(cè)件無缺陷時(shí)（圖2-10），示波屏上只有始波T和底波B，當(dāng)被測(cè)件中有小缺陷時(shí)，示波屏上除始波和底波外，還有缺陷波F，當(dāng)被測(cè)件中的缺陷大于聲束直徑時(shí)，示波屏幕上只有始波和缺陷波，底波消失。脈沖反射式垂直探傷法（a）無缺陷（b）有小缺陷（c）有大缺陷二、超聲波探傷的原理及方法2.

斜角探傷法超聲波以一定的角度（大于0）進(jìn)入工件，超聲波與探測(cè)面成一定的角度的傳播方式進(jìn)行探傷的方法稱為斜角探傷法。當(dāng)被測(cè)工件無缺陷時(shí)（如圖），示波屏上只有始波T，被測(cè)工件有缺陷時(shí)，示波屏上除了有始波外，還有缺陷波F。缺陷處的衍射現(xiàn)象二、超聲波探傷的原理及方法（三）衍射時(shí)差法（TOFD）衍射時(shí)差法（TOFD）是利用缺陷部位的衍射波信號(hào)來檢測(cè)和測(cè)定缺陷尺寸的一種超聲檢測(cè)方法，通常使用縱波斜探頭，采用一發(fā)一收模式。缺陷處的衍射現(xiàn)象如圖所示。缺陷處的衍射現(xiàn)象二、超聲波探傷的原理及方法（三）衍射時(shí)差法（TOFD）TOFD方法一般將探頭對(duì)稱分布于焊縫兩側(cè)。在工件無缺陷部位，發(fā)射超聲脈沖后，首先到達(dá)接收探頭的是直通波，然后是底面反射波。有缺陷存在時(shí)，在直通波和底面反射波之間接收探頭還會(huì)接收到缺陷處產(chǎn)生的衍射波（圖2-13）。除上述波外，還有缺陷部位和底面因波形轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的橫波，因?yàn)樗俣刃∮诳v波，因而一般會(huì)遲于底面反射波到達(dá)接收探頭。缺陷處A掃描信號(hào)二、超聲波探傷的原理及方法主要優(yōu)點(diǎn)：缺陷的衍射信號(hào)與缺陷的方向無關(guān)，缺陷檢出率高；超聲波束覆蓋區(qū)域大；缺陷高度測(cè)量精確；實(shí)時(shí)成像，分析快速；缺陷的定量不依賴于缺陷的回波幅度；快速、安全、方便。局限性：由于T0FD的直通波和底面反射波均有一定的寬度，處于此范圍的缺陷波難以被發(fā)現(xiàn)，因此在掃查面和底面存在幾毫米的表面盲區(qū)；TOFD信號(hào)較弱，易受噪聲影響；傾向于“過分夸大”中下部缺陷和部分良性缺陷，如氣孔、夾層等；TOFD數(shù)據(jù)分析對(duì)檢測(cè)人員要求高。三、超聲波探傷設(shè)備超聲波探傷儀是根據(jù)超聲波的傳播特性和電聲轉(zhuǎn)換原理，利用電子技術(shù)而制造的。超聲波探傷儀的種類很多，有模擬式和數(shù)字式，有通用式和專用式，有固定式和便攜式，有單通道和多通道等。超聲波探傷器（儀）是超聲波探傷的重要設(shè)備，雖型號(hào)不一，但其基本結(jié)構(gòu)均包括高頻脈沖發(fā)生器、換能器（探頭）、接收放大器和指示器4部分。超聲波探傷儀是超聲波探傷的主要設(shè)備，它的作用是產(chǎn)生電振蕩并加于探頭（或稱為換能器），激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，同時(shí)將探送回的電信號(hào)進(jìn)行放大，通過一定方式顯示出來，從面得到被探工件內(nèi)有無缺陌及缺陷位置和大小等信息。三、超聲波探傷設(shè)備（一）模擬式超聲波探傷儀1.

工作原理A型顯示脈沖反射式模擬式超聲波探傷儀的種類很多，功能不一，但基本電路和工作原理大致相同。它們一般都由同步、發(fā)射、掃描、接收、顯示、電源、輔助單元（報(bào)警和深度補(bǔ)償）和探頭組成。A型脈沖反射式超聲波探傷儀的結(jié)構(gòu)如圖所示A型脈沖反射式超聲波探傷儀組成三、超聲波探傷設(shè)備1.

工作原理A型顯示脈沖反射式超聲波探傷儀的工作流程如下：同步電路產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖同時(shí)加至掃描電路和發(fā)射電路，掃描電路受觸發(fā)開始工作，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，加至示波管水平偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生水平偏轉(zhuǎn)，在熒光屏上產(chǎn)生一條水平掃描線。與此同時(shí)，發(fā)射電路受觸發(fā)將高頻窄脈沖加至探頭上，激勵(lì)壓電晶片振動(dòng)產(chǎn)生超聲波。超聲波在工件中傳播，遇缺陷或底面發(fā)生反射，超聲波返回探頭時(shí)，又被壓電晶片轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)接收電路大和檢波，加至示波管垂直偏轉(zhuǎn)板上，使電子束發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)，在水平掃描線的相應(yīng)位置上產(chǎn)生缺陷波F和底波B（T為發(fā)射脈沖），根據(jù)缺陷波的位置可以確定缺陷埋藏的深度根據(jù)缺陷波的幅度可以估算出缺陷的當(dāng)量大小。三、超聲波探傷設(shè)備2.

主要性能水平線性：探傷儀熒光屏?xí)r間或距離軸上顯示的信號(hào)與輸入接收信號(hào)成正比關(guān)系的程度。垂直線性：探傷儀熒光屏上顯示的信號(hào)幅度與輸入接收器的信號(hào)幅度成正比關(guān)系的程度。動(dòng)態(tài)范圍：在增益調(diào)節(jié)不變時(shí)，探傷儀熒光屏上能分辨的最大與最小反射波高之比，即反射波高從100%到消失所需要的衰減量。靈敏度余量：超聲探傷系統(tǒng)中，以一定電平表示的標(biāo)準(zhǔn)缺陷探測(cè)靈敏度與最大探測(cè)靈敏度之間的差值，其含義是儀器和探頭組合檢測(cè)最小缺陷的能力。分辨力：有效辨別兩個(gè)緊密相鄰不連續(xù)的能力。盲區(qū)：在一定探傷靈敏度下，從探測(cè)面到最近可探缺陷在被檢工件中的深度。電噪聲電平：熒光屏上電噪聲平均幅度在垂直刻度上的百分比。三、超聲波探傷設(shè)備（二）數(shù)字式超聲波探傷儀數(shù)字式超聲波探傷儀是計(jì)算機(jī)技術(shù)和超聲探傷儀技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是在模擬式超聲探傷儀的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)儀器功能的精確和自動(dòng)控制、信號(hào)獲取和處理的數(shù)字化和自動(dòng)化、檢測(cè)結(jié)果的可記錄性和可再現(xiàn)性。因此，它具有模擬式超聲探傷儀的基本功能，同時(shí)又增加了數(shù)字化帶來的數(shù)據(jù)測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)與輸出功能。近年來，數(shù)字式儀器發(fā)展很快，有逐步取代模擬式探傷儀的趨勢(shì)。所謂數(shù)字式超聲探傷儀，主要是指發(fā)射、接收電路的參數(shù)控制和接收信號(hào)的處理、顯示均采用數(shù)字式方式的儀器。不同的制造商生產(chǎn)的數(shù)字式超聲探傷儀，可能會(huì)采用不同的電路設(shè)置，保留的模擬電路部分也不相同。但最主要的一點(diǎn)是，探頭接收的超聲信號(hào)需經(jīng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字處理后顯示出來。三、超聲波探傷設(shè)備1.

數(shù)字式與模擬式超聲探傷儀的異同（1）基本組成典型A型脈沖反射式數(shù)字式超聲探傷儀的電路如圖所示。從它的基本構(gòu)成來看，數(shù)字式儀器發(fā)射電路與模擬式儀器是相同的，接收放大電路的前半部分，包括衰減器和高頻放大器等，與模擬式儀器也是相同的數(shù)字式超聲波電路三、超聲波探傷設(shè)備（2）儀器的功能從基本功能來看，數(shù)字式儀器可提供模擬式儀器具有的所有功能，但各部分功能的控制方式是不同的。在模擬式儀器中，操作者直接撥動(dòng)開關(guān)對(duì)儀器的電路進(jìn)行調(diào)整，而在數(shù)字式儀器中，則要通過人機(jī)對(duì)話，用按鍵或菜單的方式，將控制數(shù)據(jù)輸入給微處理器，然后由微處理器發(fā)出信號(hào)控制各電器的工作。微處理器還可以按照預(yù)先設(shè)定的程序，自動(dòng)對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整，這就給自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)提供了極大的方便。1.

數(shù)字式與模擬式超聲探傷儀的異同三、超聲波探傷設(shè)備（3）儀器的性能從影響儀器性能的最基本的部分發(fā)射電路和接收電路來看，數(shù)字式儀器與模擬式儀器是相同的，儀器的靈敏度、分辨力、放大線性等差別不大，最主要的差別是數(shù)字式儀器中的模-數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理和顯示部分。模-數(shù)轉(zhuǎn)換（又稱A/D轉(zhuǎn)換）是通過對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行高速度、等間隔的采樣，將其變換為一列大小變化的數(shù)字量的過程（如圖）。1.

數(shù)字式與模擬式超聲探傷儀的異同模-數(shù)轉(zhuǎn)換示意圖三、超聲波探傷設(shè)備數(shù)字式超聲波探傷儀的優(yōu)勢(shì)與問題數(shù)字式儀器與模擬式儀器相比的優(yōu)勢(shì)在于：接收信號(hào)的數(shù)字化使超聲信號(hào)的存儲(chǔ)、記錄再現(xiàn)十分方便，改變了傳統(tǒng)超聲檢測(cè)缺乏永久記錄的缺點(diǎn)，同時(shí)，也方便了信號(hào)的分析與處理，從而可從接收的超聲信號(hào)中得到更多的量化信息；顯示器不需要傳統(tǒng)的示波管，使得儀器可小型化；儀器參數(shù)的數(shù)字式控制使檢測(cè)參數(shù)可以存儲(chǔ)、檢測(cè)過程的重現(xiàn)方便；還便于實(shí)現(xiàn)遙控等功能，為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)提供了更方便的條件。數(shù)字化使儀器功能可用軟件不斷擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)使一臺(tái)儀器滿足不同使用者的需求。但是，數(shù)字式儀器也有一些不利因素，因其模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、顯示器的分辨率、刷新速度等帶來的信號(hào)失真，可能對(duì)檢測(cè)信號(hào)的評(píng)價(jià)帶來一定的影響。在使用數(shù)字式儀器時(shí)，必須對(duì)這些因素加以考慮，以免造成缺陷的漏檢誤檢等問題。四、超聲波探傷儀的探頭（一）探頭的作用超聲波的探傷中，超聲波的發(fā)射和接收是通過探頭來實(shí)現(xiàn)的。探頭的作用是將電能裝換為超聲能（產(chǎn)生超聲波）或?qū)⒊暡ㄞD(zhuǎn)換成電能。常用于制作超聲探頭的壓電材料主要有石英、硫酸鋰和鋯鈦酸鉛。超聲波的產(chǎn)生與接收過程是：當(dāng)探傷儀發(fā)射電路產(chǎn)生的高頻脈沖加于探頭時(shí)，激勵(lì)壓電晶片發(fā)生高頻振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波；相反，當(dāng)超聲波傳至探頭而使晶片發(fā)生高頻振動(dòng)時(shí)，晶片就產(chǎn)生高頻電振蕩，送至探傷儀接收電路，經(jīng)放大與檢波，在示波管上顯示出波形，因此，探頭是利用壓電晶片的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，同時(shí)利用壓電晶片的正壓電效應(yīng)接收超聲波。四、超聲波探傷儀的探頭1.

直探頭波束垂直于被探測(cè)工件表面入射的探頭稱為直探頭。它用來發(fā)射和接收縱波，一般用于手工操作接觸法探傷，這種探頭既適合于單探頭反射法，也適合于雙探頭穿透法。它由壓電晶片、阻尼塊、保護(hù)膜、殼體、高頻接頭、地線（電纜線）等基本元件組成，如圖所示。（二）探頭的種類直探頭的結(jié)構(gòu)壓電晶片是探頭的核心元件，用來發(fā)射與接收超聲波。阻尼塊伏貼在壓電晶片后面，用來吸收晶片的慣性振動(dòng)與輻射聲能。保護(hù)膜用來保護(hù)壓電晶片與電極，以防止其磨損與碰壞。殼體一般由金屬或塑料制成。四、超聲波探傷儀的探頭2.

斜探頭利用透聲模塊使聲束傾斜于工件表面射入工件的探頭，稱為斜探頭。以射入角的不同，可在工件中產(chǎn)生縱波、橫波和表面波。通常所說的斜探頭是指橫波斜探頭，斜探頭主要由壓電晶片、透聲斜楔塊、吸聲材料、接頭和殼體等組成，如圖2-18所示。（二）探頭的種類斜探頭的結(jié)構(gòu)四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類斜探頭根據(jù)聲束入射角的不同，會(huì)在工件中產(chǎn)生折射角不同的橫波。橫波斜探頭的標(biāo)稱方式有3種。以縱波入射角作為標(biāo)稱，有30°、45°、50°和55°。以鋼中的橫波折射角作為標(biāo)稱，有40°、45

°.50

°

60

°和70

°等。以銅中的折射角正切值（K）作為標(biāo)稱，常用探頭的K值有1、1.5、2、2.5和3。有機(jī)玻璃斜探頭的入射角與在鋼中的橫波折射角的關(guān)系見表2-3，K值與折射角的關(guān)系見表2-4。四、超聲波探傷儀的探頭入射角30

45

50

55

折射角36

57

65

76

表2-3

有機(jī)玻璃斜探頭的入射角與在鋼中的橫波折射角的關(guān)系表2-4

K值與鋼中的橫波折射角的關(guān)系K11.522.53折射角45

56

63

68

72

四、超聲波探傷儀的探頭雙晶探頭的結(jié)構(gòu)4.

雙晶探頭雙晶探頭又稱為聯(lián)合雙探頭或分割式TR探頭，它有兩個(gè)壓電晶片，裝在同一個(gè)殼體內(nèi)。一個(gè)晶片發(fā)射，另一個(gè)晶片接收，兩個(gè)晶片之間用隔聲層隔開，防止發(fā)射聲波直接傳入接收晶片。晶片前面帶有有機(jī)玻璃延遲塊，使聲波延遲一段時(shí)間進(jìn)入工件由于發(fā)射和接收分開，并且使用了延遲塊，所以大大減少了盲區(qū)，利于近表面缺陷的探測(cè)。典型雙晶探頭的結(jié)構(gòu)如圖所示（二）探頭的種類3.表面波探頭表面波探頭是斜探頭的一個(gè)特例。當(dāng)斜探頭入射角等于第二臨界角時(shí)，由波形轉(zhuǎn)換器得到沿被探測(cè)材料表面?zhèn)鞑サ谋砻娌?，這種斜探頭稱為表面波探頭。（注：當(dāng)?shù)诙橘|(zhì)中的橫波波速大于第一介質(zhì)中的縱波波速時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)第二臨界角）四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（1）壓電晶片壓電晶片具有電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的功能，將電能轉(zhuǎn)變成聲能（發(fā)射）是逆壓電效應(yīng)作用，將聲能轉(zhuǎn)變成電能（接收）是正壓電效應(yīng)作用。壓電晶片的材料有石英、硫酸鋰等單晶材料和鈦酸鋇、鈦酸鋁等壓電陶瓷材料。用石英材料做晶片的探頭，其特點(diǎn)是：電性能和機(jī)械性能最穩(wěn)定，因此標(biāo)準(zhǔn)探頭均用石英晶片制作，其居里點(diǎn)高（570°C），能在高溫下工作，但電聲轉(zhuǎn)換率差，靈敏度較低。鋼軌探傷所用的探頭晶片多數(shù)采用鈦酸鉛壓電陶瓷材料制作而成。壓電晶片的振動(dòng)頻率，即探頭的工作頻率f取決于晶片厚度Tg，以及超聲波在晶片材料中的傳播速度c，它們之間的關(guān)系式：f＝c/2Tg。由上式可知，晶片的振動(dòng)頻率與晶片厚度呈反比關(guān)系，即晶片厚度越薄，振動(dòng)頻率越高；反之，晶片越厚，振動(dòng)頻率越低。四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（2）阻尼塊與晶片或楔塊組合具有高阻尼效率的塊狀物體稱為阻尼塊，其作用是阻止晶片的慣性振動(dòng)和吸收晶片背面輻射的聲能，以減小脈沖寬度和雜信號(hào)干擾。通常用鎢粉和環(huán)氧樹脂或其他特種材料按一定比例配制而成。（3）保護(hù)膜為使探頭與工件接觸移動(dòng)中不損壞晶片，常在晶片前面附一層保護(hù)膜。保護(hù)膜有硬質(zhì)保護(hù)膜（如陶瓷、金屬片等）和軟質(zhì)保護(hù)膜（如有機(jī)玻璃、聚氨酯薄膜、尼龍等），硬質(zhì)保護(hù)膜雖耐磨，但耦合條件要求高，透聲性能差。軟質(zhì)保護(hù)膜一般比硬質(zhì)保護(hù)膜的適聲性能高3～5倍，且具有較好的耦合條件，為此對(duì)探測(cè)面光潔度較差的工件多數(shù)使用軟質(zhì)保護(hù)膜。鋼軌探傷使用的探頭保護(hù)膜一般選用尼龍1010材料，其衰減系數(shù)約為5

dB/cm，具有良好的透聲性。四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（4）連接線探頭須用高頻電纜與探傷儀連接，常用同軸電纜作高頻電纜，其作用是為消除外來電波對(duì)探頭內(nèi)激勵(lì)脈沖和回波脈沖的干擾，同時(shí)防止高順脈沖以電波形式向外輻射，但這種電纜比一般電纜脆弱，彎曲過大易損壞，使用時(shí)應(yīng)多加注意。（5）斜楔塊斜探頭與直探頭的不同就是多了一塊透聲的斜楔塊，其作用是產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換和改變聲束傳播方向，它可以將縱波轉(zhuǎn)換成橫波或表面波或板波，轉(zhuǎn)換后的波形種類取決于斜楔塊的傾角和組成界面（楔塊和工件或耦合層）的兩種介質(zhì)聲速。為降低斜楔內(nèi)返回晶片的聲能，常在斜楔塊前端和上部制作成齒狀的消聲槽，以減少楔塊內(nèi)反射造成的雜波干擾。斜鍥塊常用材料是有機(jī)玻璃，它具有加工方便、衰減系數(shù)適宜的優(yōu)點(diǎn)。四、超聲波探傷儀的探頭（二）探頭的種類5.探頭主要部件的作用（6）延遲塊為使超聲發(fā)射脈沖持續(xù)時(shí)間等影響落在延遲過程中，而附加在探頭晶片前的透聲材料稱為延遲塊。如雙晶片直探頭前的塊狀物體，常用有機(jī)玻璃制作，它加工方便，透聲效果較好，還可以根據(jù)探測(cè)的需要將兩塊延遲塊制成一定的傾角，使聲束能量集中在需要重點(diǎn)探測(cè)的區(qū)域內(nèi)。如鋼軌探傷中37°探頭和0°探頭的聲束交區(qū)一般聲程為80～100mm，這樣有利于對(duì)螺孔裂紋的探測(cè)。（7）隔聲層雙晶片探頭中為使接收晶片和發(fā)射晶片在聲路上分割開來，在兩片晶片之間夾一吸聲性強(qiáng)的隔片，該隔片稱為隔聲層。常用軟木制成，它具有價(jià)格便宜、隔聲效果好的優(yōu)點(diǎn)。如果隔聲層不良則會(huì)產(chǎn)生信號(hào)泄漏現(xiàn)象，超聲信號(hào)穿過預(yù)設(shè)隔聲層，進(jìn)入接收放大電路，會(huì)產(chǎn)生異?；夭@示，干擾對(duì)探傷回波的識(shí)別。四、超聲波探傷儀的探頭（三）探頭的型號(hào)編制和性能定義探頭型號(hào)的組成項(xiàng)目及其排列順序規(guī)定如下：壓電材料鋯鈦酸鉛陶瓷代號(hào)壓電材料代號(hào)P鈮酸鋰單晶L鈦酸鋇陶瓷B碘酸鋰單晶I鈦酸鉛陶瓷T石英材料Q其他壓電材料N基本頻率：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為MHz。壓電材料：用化學(xué)元素縮寫符號(hào)表示，見下表。壓電材料用化學(xué)元素縮寫符號(hào)表示四、超聲波探傷儀的探頭（三）探頭的型號(hào)編制和性能定義晶片尺寸：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm。其中圓形晶片用直徑表示；方形晶片用長(zhǎng)寬表示；分割探頭用分割前的晶片尺寸表示。種類：用一個(gè)或兩個(gè)漢語拼音縮寫字母表示（見下表），其中直探頭可以不標(biāo)出。種類表示代號(hào)種類直探頭代號(hào)種類代號(hào)Z表面波探頭BM斜探頭（用K值表示的）K可變角探頭KB斜探頭（用折射角表示的）X水浸探頭SJ分割探頭FG四、超聲波探傷儀的探頭（三）探頭的型號(hào)編制和性能定義（5）特征：斜探頭鋼中折射角正切值（K值）和折射角用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，折射角單位為 。分割探頭鋼中聲束交區(qū)深度用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為mm，分割直探頭和分割斜探頭分別用漢語拼音字母Z和X作為代號(hào)。例2：例1：四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇探頭的選擇包括探頭的形式、頻率、晶片尺寸和斜探頭K值的選擇。1.

探頭形式的選擇根據(jù)被測(cè)工件的形狀和缺陷可能出現(xiàn)的位置、方向等條件來選擇探頭的種類，使聲束軸線盡量與缺陷相垂直。直探頭只能發(fā)射和接收縱波，波束軸線垂直于探測(cè)面，主要用于探測(cè)與探測(cè)面平行的缺陷，如鍛件、鋼板中的夾層、折疊等缺陷。斜探頭是通過波形轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)橫波探傷的，主要用于探測(cè)與探測(cè)平面垂直或呈一定角度的缺陷，如焊縫中的未焊透、夾渣和未熔合等缺陷。表面探頭用于探測(cè)工件表面的缺陷，雙晶探頭用于探測(cè)工件近表面的缺陷。四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇2.

探頭頻率的選擇探頭頻率的高低對(duì)探傷影響較大。超聲波探頭的頻率一般選擇在0.5～10

MHz。探頭頻率高，則指向性好、靈敏度和分辨率高，對(duì)探傷有利。但探頭頻率太高，會(huì)增大近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度（波源軸線上最后一個(gè)聲壓極大值至波源的距離稱為近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度），衰減也大，對(duì)探傷不利。一般來說，在保證探傷靈敏度的前提下，應(yīng)盡可能選擇較低的頻率。對(duì)于晶粒較細(xì)的鍛件、軋制件和焊件等，一般選用較高的探頭頻率，常采用2.5～5.0MHz的頻率。對(duì)于晶粒較粗大的鑄件、奧氏體鋼等，一般選用較低的探頭頻率，常采用0.5～2.5

MHz的頻率。如果探頭頻率過高，會(huì)引起嚴(yán)重衰減，示波屏上會(huì)出現(xiàn)“林狀回波”，信噪比下降，甚至無法探傷。四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇3.

探頭晶片尺寸的選擇探頭晶片的尺寸大小對(duì)聲束指向性、近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度、近距離和遠(yuǎn)距離掃描范圍、缺陷查出能力有較大的影響。實(shí)際探傷中，當(dāng)探測(cè)探傷面積范圍大的工件時(shí)，為了提高探傷效率宜選擇大晶片探頭；當(dāng)探測(cè)探傷厚度較大的工件時(shí)，為了有效地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的缺陷，也宜使用大晶片探頭。當(dāng)探測(cè)小型工件時(shí)，為了提高缺陷定位定量精度，宜選用小晶片探頭。當(dāng)探測(cè)探傷表面不太平整、曲率較大的工件時(shí)，為了減少耦合損失，宜選用小晶片探頭。四、超聲波探傷儀的探頭（四）探頭的選擇4.

橫波斜探頭K值的選擇在橫波斜探傷中，探頭的K值對(duì)探傷的靈敏度、聲束軸線的方向、一次波的聲程（入射點(diǎn)至底面反射點(diǎn)的距離）有較大的影響。在實(shí)際探傷中，當(dāng)工件厚度較小時(shí)，應(yīng)選擇較大的K值，以便增加一次波的聲程，避免近場(chǎng)區(qū)探傷；當(dāng)工件厚度較大時(shí)，應(yīng)選擇較小的K值，以減小聲程過大引起的衰減，便于發(fā)現(xiàn)較深處的缺陷。在焊縫探傷中，還要保證主聲束能掃查整個(gè)焊縫截面。對(duì)于單面焊接根部未焊透，還要考慮端角反射問題，應(yīng)使K值為0.7～0.5，因?yàn)楫?dāng)K<0.7或K>1.5時(shí)，端角反射率很低，容易引起漏檢。五、超聲波探傷在鐵道機(jī)車車輛上的應(yīng)用（一）對(duì)輪座的探測(cè)方式對(duì)輪座鑲?cè)氩坑么蠼嵌刃碧筋^從軸頸探測(cè)或從車輪內(nèi)側(cè)軸身上探測(cè)，如圖2-20所示。這種方法采用橫波探傷，易于發(fā)現(xiàn)小的缺陷，也易于確定缺陷的位置。對(duì)輪座鑲?cè)氩坑眯〗嵌刃碧筋^從軸端面探測(cè)。用直探頭從軸端面對(duì)車軸進(jìn)行穿透檢查，以確定車軸是否透聲良好，《鐵道車輛輪軸探傷工藝規(guī)程》中規(guī)定直探頭晶片直徑應(yīng)為20

mm。超聲波探測(cè)輪座時(shí)探頭的位置五、超聲波探傷在鐵道機(jī)車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對(duì)的主要過程1.

校驗(yàn)儀器性能每日開工前應(yīng)檢查探傷儀的技術(shù)狀態(tài)。接通電源打開儀器后，首先連接好探頭和探頭連接線。調(diào)節(jié)儀器的水平旋鈕和垂直旋鈕，使時(shí)間基線與水平刻度線重合，始波前沿對(duì)準(zhǔn)刻度0。調(diào)節(jié)輝度旋鈕，使熒光屏亮度適中。調(diào)節(jié)聚焦旋鈕和輔助聚焦旋鈕，使時(shí)間基線清晰。將儀器其他各部位的旋鈕置于適當(dāng)位置。使用標(biāo)準(zhǔn)試塊標(biāo)定測(cè)距，確定探傷靈敏度，并在半軸實(shí)物試塊上進(jìn)行當(dāng)量對(duì)比檢驗(yàn)。五、超聲波探傷在鐵道機(jī)車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對(duì)的主要過程對(duì)輪對(duì)進(jìn)行外觀檢查外觀檢查輪對(duì)有無故障跡象，鋼印是否符合超聲波探傷條件。估計(jì)探頭在車軸上放置的位置并涂耦合劑采用小角度縱波探頭時(shí)，探頭置于軸端面，應(yīng)在頂針孔與軸端外圈之間涂耦合劑。采用大角度橫波探頭時(shí)，探頭在軸頸或輪座內(nèi)側(cè)沿軸向移動(dòng)。以40°斜探頭為例，超聲波在車軸內(nèi)的折射角約為50°，由下式計(jì)算出：sin

鋼內(nèi)橫波速度

sin

40

3

230

0.642

8

0.769有機(jī)玻璃內(nèi)縱波速度 2

700五、超聲波探傷在鐵道機(jī)車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對(duì)的主要過程4.

探傷操作在軸端面用小角度探頭或直探頭探傷時(shí)，探頭應(yīng)沿軸端面半徑方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)輪對(duì)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。探頭在軸端移動(dòng)的軌跡按軸型分別參照下圖（a）、（b）、（c）所示的3種情況。（a）滑動(dòng)軸承輪對(duì) （b）滾動(dòng)軸承輪對(duì) （c）軸端大螺母輪對(duì)各型輪對(duì)探傷檢查時(shí)探頭在軸端移動(dòng)的軌跡示意圖五、超聲波探傷在鐵道機(jī)車車輛上的應(yīng)用（二）超聲波探傷輪對(duì)的主要過程用大角度探頭探傷，探頭應(yīng)沿軸頸或軸身表面母線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)輪對(duì)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。探頭移動(dòng)的區(qū)域按軸型參照下圖（a）、（b）所示的兩種情況。（a）滑動(dòng)及退下軸承（或內(nèi)圈） （b）不退軸承（或內(nèi)圈）探傷檢查時(shí)滾動(dòng)軸承輪對(duì)斜探頭移動(dòng)區(qū)域及軌跡（沿軸頸或者軸身表面往復(fù)移動(dòng)）任務(wù)三電磁探傷無損檢測(cè)一、電磁探傷的原理鐵磁性材料在磁場(chǎng)中被磁化后，其缺陷處會(huì)產(chǎn)生漏磁，電磁探傷就是根據(jù)這個(gè)原理來發(fā)現(xiàn)鐵磁性材料的缺陷的。例如，當(dāng)對(duì)某一零件沿軸向方向通以電流時(shí)，在這個(gè)零件中將產(chǎn)生封閉的磁力線，磁力線通過截面大小不一的鐵磁性材料時(shí)，磁力線的密度也隨之改變，由于其他物質(zhì)（如空氣、非金屬夾雜物等）的磁導(dǎo)率比鐵磁性材料的磁導(dǎo)率小得多（相差懸殊，一般鐵磁性材料的磁導(dǎo)率是空氣、非金屬夾雜物磁導(dǎo)率的102～104倍），因而，零件表面或近表面處有裂紋、氣孔或雜物等缺陷時(shí)，將阻礙磁力線通過，即磁阻增大，磁力線會(huì)產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象漏磁現(xiàn)象試驗(yàn)一、電磁探傷的原理漏磁場(chǎng)：磁力線離開表面又進(jìn)入工件表面的地方有漏磁場(chǎng)產(chǎn)生。漏磁場(chǎng)的大小取決于磁力線與缺陷的相對(duì)位置，分3種情況：磁力線與缺陷垂直，漏磁場(chǎng)最強(qiáng)，有利于檢出缺陷。磁力線與缺陷平行或夾角在0～45°，漏磁場(chǎng)最弱，不能檢出缺陷。磁力線與缺陷的夾角為45°～90°，可檢出缺陷，但靈敏度降低。一、電磁探傷的原理讓我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說明（見右圖）。取一個(gè)矩形軟鐵心，繞若干線圈導(dǎo)線，在線圈中通以電流，鐵心中會(huì)產(chǎn)生磁力線，這時(shí)如果用鐵棒去接近它，可發(fā)現(xiàn)鐵心對(duì)鐵棒并沒有吸力，但如果在矩形鐵心的某一邊有一裂口，則在此裂口處便產(chǎn)生磁力，這是由于有了裂口而出現(xiàn)了兩個(gè)不同極性的磁極，從而在兩個(gè)磁極處產(chǎn)生漏磁，形成漏磁場(chǎng)的緣故。電磁探傷基本原理一、電磁探傷的原理從電磁探傷實(shí)踐中得到的結(jié)論：缺陷的磁導(dǎo)率越小，則漏磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小是決定漏磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)鍵。只有當(dāng)外加磁場(chǎng)能磁化被探測(cè)零件，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B（或Br）≥800Gs時(shí)，才能在微小缺陷處產(chǎn)生較強(qiáng)的漏磁通，吸引磁粉，呈現(xiàn)出缺陷的磁痕。缺陷越深，漏磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，磁粉堆積越多，缺陷顯示越清晰。缺陷在表面時(shí)漏磁通大，缺陷在表面以下時(shí)漏磁通顯著變小，而位于表面以下很深的地方，則幾乎沒有漏磁通泄漏于空間中。磁力線與缺陷趨向越接近垂直，產(chǎn)生的漏磁通越強(qiáng)。若磁力線與缺陷趨向接近平行，則不產(chǎn)生漏磁通。一、電磁探傷的原理電磁探傷的具體適用范圍如下：適用于鐵磁性材料：碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、電工鋼、馬氏體不銹鋼、沉淀硬化鋼，不適用于檢測(cè)非鐵磁性材料，如銅、鋁、鎂、鈦及其合金，奧氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼焊條焊接的焊縫。適用于原材料檢驗(yàn)（管材、棒材、板材、型材）、半成品檢驗(yàn)、成品檢驗(yàn)（焊接件、鑄件、鍛件）、在役檢驗(yàn)（如車軸）。適用于檢驗(yàn)工件的表面和近表面缺陷，如裂紋、白點(diǎn)、發(fā)紋、氣孔、夾雜、折疊等。不適用于檢測(cè)表面淺而寬的缺陷、針孔、埋藏深度較深的缺陷以及與表面夾角小于20°的分層。二、電磁探傷的方法1.

周向磁化法周向磁化是指給工件直接通電，或者使電流流過貫穿空心工件孔中的導(dǎo)體。目的：在工件中建立一個(gè)環(huán)繞工件的，并與工件軸垂直的周向閉合磁場(chǎng)，用于發(fā)現(xiàn)與工件軸平行的縱向缺陷，即與電流方向平行的缺陷。根據(jù)被檢工件的形狀和大小，周向磁化方法又可分為直接通電法、中心導(dǎo)體法、觸頭法和平行電纜法等多種。（一）磁化方法二、電磁探傷的方法1）軸向通電法軸向通電法是將工件直接通以電流，使工件周圍和內(nèi)部產(chǎn)生周向磁場(chǎng)，如圖所示。1—工件；2—電流；3—磁力線；4—電極。軸向通電法2）中心導(dǎo)體法對(duì)于管件和環(huán)形工件的縱向缺陷，可采用中心導(dǎo)體法，如圖所示。1—工件；2—電流；3—磁力線；4—電極；5—心桿。圖2-26環(huán)形工件的中心導(dǎo)體法二、電磁探傷的方法3）觸頭法觸頭法是一種局部磁化法，如圖所示，它使用一對(duì)圓錐形的銅棒作為兩個(gè)通電電極，銅棒的一端通過電纜與電源連接，另一端與工件接觸。通電后，電流通過兩個(gè)觸頭施加在工件表面，形成以觸頭為中心的周向磁場(chǎng)。觸頭法4）