一种钢轨纵横裂型核伤早期检测方法及检测探头与流程

本申请属于钢轨检测，特别涉及一种钢轨纵横裂型核伤早期检测方法及检测探头。

背景技术：

1、铁路线路是客、货运输的重要基础设施，钢轨是线路的最主要装备，直接支撑列车车体，钢轨的安全性直接影响铁路行车安全。为保障铁路线路钢轨服役的安全性、可靠性，需要对钢轨进行无损检测。钢轨轨头内部的纵横裂型核伤是在役钢轨中一种常见的疲劳缺陷。该种缺陷一般起源于钢轨轨头内部的条状夹杂物，一般位于钢轨踏面下5mm~12mm，多分布在轨头内侧（工作边侧），水平发展阶段的纵横裂型核伤宏观断口见图1。核伤发展初期沿水平方向发展，发展到一定程度后转为横向，通常与钢轨水平面有65°~80°的夹角。横向裂纹是最危险的缺陷，极易引起钢轨折断。因此铁路部门定期对钢轨进行超声无损检测，以及时发现钢轨轨头中的核伤。

2、目前对于轨头内侧的纵横裂型核伤，只有在核伤发展到较大的横向阶段，现有的超声检测方法，才能检测，此时缺陷面积较大，极易造成断轨。而在核伤发展的早期，即水平发展阶段，现有的检测方法，无检测能力。

3、在役钢轨超声探伤一般采用9个探头，探头纵向放置在钢轨踏面中心。其中采用1个0°直探头检测探头正下方的大的水平裂纹、斜裂纹和纵向劈裂等；2个37°探头（前后各1个）检测螺孔裂纹和轨腰中的斜裂纹、轨底核伤等；6个70°探头（前后各3个）检测轨头内部的核伤，见图2。

4、用70°探头检测轨头核伤时，用2个直打70°探头（前后放置）检测轨头中部的核伤，用4个偏角70°探头（前后各2个，分别内外偏斜）检测轨头内外侧核伤。对于起源于轨头内侧的纵横裂型核伤来说，初始阶段为水平纵向发展，此时70°探头没有检测能力（参考图3）；水平裂纹发展到一定阶段后开始改变方向，沿钢轨横向发展，此时70°探头发出的声波被核伤的横向部分阻挡，沿原路返回探头，缺陷被检测（参考图4）。

5、对0°探头来说，纵横裂型核伤不在0°直探头的正下方，所以0°探头也没有检测能力（参考图5）。

6、综述所述，对轨头内侧纵横裂型核伤，现有的钢轨超声检测方案中的0°直探头没有检测能力。70°探头只有在纵横裂型核伤发展的后期（横向阶段），才具有检测能力，核伤发展的早期（水平发展阶段）没有检测能力。

7、本发明旨在提供一种纵横裂型核伤早期检测方法和检测探头，实现对纵横裂型核伤的早期预警，降低断轨风险。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请提出一种钢轨纵横裂型核伤早期检测方法，包括如下步骤：

2、将检测探头横向放置在钢轨踏面上；

3、移动检测探头沿着钢轨方向移动；

4、检测探头发射折射角为β的声波；

5、在超声检测仪器设定的测距范围内，检测探头第一次接收从钢轨中返回的声波；

6、若检测探头第二次接收到折射的声波，则判断钢轨内部形成纵横裂型核伤；

7、若检测探头未接收到声波，则判断钢轨内部没有形成纵横裂型核伤。

8、进一步地，检测探头发出的声波经过钢轨的轨头下颚反射后垂直向上传播，若钢轨内部存在纵横裂型核伤，则声波遇到核伤后声波被阻挡，且声波沿原路返回被探头接收；

9、若钢轨内部不存在纵横裂型核伤，声波入射到钢轨轨距角圆弧位置后被反射向另一侧轨颚，声波传播距离大于超声检测仪器设定的测距范围。

10、一种检测探头，包括探头外壳，探头外壳内部靠近底部安装有有机玻璃斜楔，有机玻璃斜楔倾角为，有机玻璃斜楔的上表面粘贴有压电晶片；压电晶片通过电感线圈与接插件电连接。

11、进一步地，检测探头的折射角为与有机玻璃斜楔倾角的计算模型为：

12、；

13、其中，为有机玻璃斜楔中的纵波声速，为钢轨中横波速度或纵波速度。

14、进一步地，探头外壳的下表面安装有探头滑靴。

15、进一步地，探头外壳中还安装有第二探头，第二探头和有机玻璃斜楔之间安装有隔声层。

16、进一步地，探头外壳中安装有两个并联的第二探头，两个第二探头和有机玻璃斜楔之间均安装有隔声层。

17、进一步地，探头外壳中安装有两个并列的有机玻璃斜楔；两个有机玻璃斜楔之间安装有隔声层。

18、进一步地，探头外壳中安装有第二探头，第二探头与两个并列的有机玻璃斜楔通过隔声层间隔；第二探头和两个有机玻璃斜楔依次并列。

19、进一步地，探头外壳中安装有两个并列的第二探头，两个第二探头与两个并列的有机玻璃斜楔之间均通过隔声层间隔。

20、有益效果：

21、1.本发明钢轨纵横裂型核伤早期检测方法通过在钢轨踏面上放置有检测探头，检测探头发射折射角为β的声波进而实现了在纵横裂型核伤水平发展阶段即可发现，实现缺陷发现时机早，预警时间提前。同时在本发明采用的检测方法声波传播距离短，能量衰减低，实现了发现的缺陷小进而检测灵敏度高。

22、2.本发明钢轨纵横裂型核伤早期检测方法既适用于滑靴式探头，也适用于轮式探头，本方法既适用于使用滑靴式探头的手推式探伤小车，也适用于使用轮式探头的双轨式探伤仪和大型钢轨超声探伤车。

23、3.本发明的检测探头包括探头外壳，探头外壳底部安装有有机玻璃斜楔，有机玻璃斜楔倾角为，所述有机玻璃斜楔的上表面粘贴有压电晶片；通过有机玻璃斜楔倾角来设置检测探头发射折射角为β，进而实现了可以在纵横裂型核伤水平发展阶段即可发现，实现了提早发现纵横裂型核伤。

24、4.本发明的检测探头的探头外壳的下表面安装有探头滑靴，探头滑靴一般由耐磨塑料制成，具有良好声波穿透性和耐磨性实现保护探头。

25、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

1.一种钢轨纵横裂型核伤早期检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钢轨纵横裂型核伤早期检测方法，其特征在于，

3.一种检测探头，其特征在于，包括探头外壳（14），所述探头外壳（14）内部靠近底部安装有有机玻璃斜楔（10），有机玻璃斜楔（10）倾角为，所述有机玻璃斜楔（10）的上表面粘贴有压电晶片（15）；所述压电晶片（15）通过电感线圈（12）与接插件（13）电连接。

4.根据权利要求3所述的一种检测探头，其特征在于，所述检测探头的折射角为与有机玻璃斜楔（10）倾角的计算模型为：

5.根据权利要求3或4任一项所述的一种检测探头，其特征在于，所述探头外壳（14）的下表面安装有探头滑靴（16）。

6.根据权利要求5所述的一种检测探头，其特征在于，所述探头外壳（14）中还安装有第二探头（20），所述第二探头（20）和有机玻璃斜楔（10）之间安装有隔声层（17）。

7.根据权利要求5所述的一种检测探头，其特征在于，所述探头外壳（14）中安装有两个并联的第二探头（20），两个第二探头（20）和有机玻璃斜楔（10）之间均安装有隔声层（17）。

8.根据权利要求5所述的一种检测探头，其特征在于，所述探头外壳（14）中安装有两个并列的有机玻璃斜楔（10）；两个有机玻璃斜楔（10）之间安装有隔声层（17）。

9.根据权利要求8所述的一种检测探头，其特征在于，所述探头外壳（14）中安装有第二探头（20），所述第二探头（20）与两个并列的有机玻璃斜楔（10）通过隔声层（17）间隔；所述第二探头（20）和两个有机玻璃斜楔（10）依次并列。

10.根据权利要求8所述的一种检测探头，其特征在于，所述探头外壳（14）中安装有两个并列的第二探头（20），两个第二探头（20）与两个并列的有机玻璃斜楔（10）之间均通过隔声层（17）间隔。