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原文传递高铁在役轮对微裂纹漏磁无损检测方法研究

论文题名：	高铁在役轮对微裂纹漏磁无损检测方法研究
关键词：	高铁在役轮对;微裂纹;漏磁检测;局部磁化增强;提离效应;线性量化
摘要：	铁路作为我国最基础、最普遍的交通运输方式之一，在国民经济建设中发挥着不可或缺的重要作用。而轮对是高铁走行的关键部分，轮对长期工作在复杂的应力状态下，车轮踏面处极易产生微裂纹，如果不能及时发现这些裂纹，随着裂纹的进一步扩展，将会导致严重的交通安全事故。因此，为适应国家高速铁路建设的快速发展，研究高铁在役轮对微裂纹无损检测方法变得愈加重要和紧迫。　　漏磁检测技术具有灵敏度高、易实现自动化等特点，在高铁轮对微裂纹缺陷检测中有一定的优势。漏磁检测需要将被检工件饱和磁化，然而高铁轮对壁厚较大，饱和磁化困难；其上的微裂纹尺寸较小，漏磁场信号微弱，检测难度大。且轮对表面应力状态复杂，在非饱和磁化状态下，缺陷的漏磁检测信号易被噪声淹没，导致轮对微裂纹漏磁检测能力不足。本文针对在役高铁轮对踏面微裂纹漏磁无损检测的难点及需求，提出了局部磁化增强的漏磁检测探头及传感方法、漏磁场提离效应线性量化方法，并初步研制了微裂纹无损检测系统，通过现场测试证明了上述检测方法的可行性。　　针对轮对壁厚大、难以饱和磁化这一特征，本文提出了局部磁化增强的漏磁检测探头及传感方法，在探头位置布置局部磁化增强永磁体，增强被检区域的磁化强度。基于磁路分析，建立局部磁化增强漏磁检测方法的有限元模型，仿真结果表明缺陷的漏磁场得到了明显的增强；以此为理论基础制作新型漏磁检测传感探头，该探头由 TMR2009 传感器和局部磁化增强永磁体构成，通过实验验证了新型探头对亚毫米级微裂纹的检测能力。有限元仿真和实验均表明基于局部磁化增强的漏磁检测传感方法能有效提高缺陷部位的磁化强度和探头的缺陷检测能力，解决了不饱和磁化时缺陷部位的磁化状态不清晰和漏磁场信号微弱的问题。进一步地，在役轮对的磨损程度不同，不同轮对的几何尺寸有差异，且探头在检测不同轮对时的贴合状态不同，导致漏磁法在检测不同轮对时的灵敏度不一致。为了提高检测信号的一致性，本文提出了漏磁场提离效应的线性量化方法，利用提离值对检测信号进行修正。基于磁偶极子理论模型得到矩形槽缺陷漏磁场信号的轴向分量；通过傅里叶变换和取对数运算，在空间频域内实现了缺陷漏磁场信号的对数空间幅频量与探头提离值之间的线性量化；对有限元仿真和实验的数据进行线性拟合，拟合方程形如Y=AX+B，且拟合优度均趋近于 1，都进一步证明了该提离效应线性量化方法的可行性与优越性，有效解决了漏磁检测过程中的信号补偿难题。最后，设计了非接触式阵列检测探头、浮动跟随系统和信号处理系统。通过6信号通道的阵列探头沿踏面轴向等间距排列解决了踏面的全覆盖检测问题；双轴跟踪摆动结构保证了探头与踏面间的良好接触；检测信号经放大、滤波处理后得到高增益、低噪音的缺陷信号。现场测试结果表明本文提出的漏磁无损检测方法能较好的检出轮对踏面的微裂纹缺陷。
作者：	王杰
专业：	机械工程
导师：	伍剑波;何莎
授予学位：	硕士
授予学位单位：	四川大学
学位年度：	2022