一、报告人简介：

胡松涛，电气学院电器与电子可靠性研究所21级博士研究生，导师为翟国富教授，主要研究方向为电磁超声检测及仪器。

一、报告内容简介：

 1.参加人员：李智超，张旭，李鹏飞，徐博，蒋川流，杨润杰，李茜，梁宝，邓超然，屈正扬。

 2.会议的主要内容等：报告的主要内容包括道岔钢轨的基本形式、单开道岔的构造和道岔钢轨导波检测技术。

三、讨论内容：

1、火车如何实现转向？

在火车行驶的过程中，工作人员通过转辙器移动尖轨，将火车从一股轨道引入另一股轨道，如图1所示。

图1 单开道岔构造图

2、表面波探头是如何探伤的，是在钢轨的两侧布置探头吗？

表面波探伤是在钢轨的顶部激励表面波，激励的表面波沿着钢轨长度方向传播，遇到缺陷时，会产生反射回波，从而实现踏面裂纹检测。

3、表面波探伤是压电还是电磁超声？

由于钢轨波磨效应的影响，如图2所示，用电磁超声激励表面波进行检测更有应用前景。国内外对非接触式检测进行了大量研究，华威大学采用电磁超声实现了提离10 mm的快速扫查检测。

图2 波磨效应带来的踏面不平整

4、尖轨轨底的变截面是如何变化的？

    尖轨实际上是由基本轨切削而成的，从尖轨与基本轨的贴合方式可以看出，尖轨的轨底是被切掉了一半的，然后慢慢变大，在尖轨的根部变为和基本轨轨底同样的尺寸。

5、钢轨轨底的检测是压电还是电磁超声？

采用压电和电磁超声的都有，但由于钢轨轨底表面粗糙，压电超声检测效果受耦合剂检测影响较大。

6、钢轨轨底检测的现状是怎么样的？

钢轨轨底一直是钢轨探伤车的检测盲区，对行车安全具有重大隐患，如图3所示。Rose在2004年的时候进行了试验，证明SH导波具有钢轨轨底检测的能力，之后陆续有人开展了导波和SV波检测的研究，但由于钢轨轨底结构复杂，一直没有很好的检测方法。

图3 钢轨探伤车正视图

四、需要完善、改进的地方：

1.根据道岔钢轨的特殊结构，选择衰减小的理想模，并研究理想模式的最佳励磁方法。

2.采用多探头激励的方式，减小多模态对检测结果的影响。

五、会议现场：

                               

六、国内外相关技术前沿：

采用导波对钢轨踏面裂纹进行检测的实验研究中，采用的导波都是低频表面波。低频表面波能很好的描述一倍波长深度以内裂纹的形貌特征，对钢轨踏面裂纹进行长距离检测。Hesse等[1]采用压电探头在钢轨轨头激发表面波，通过对检测回波分析，发现根据裂纹回波时间，可以对踏面裂纹进行有效定位。门平等[2]采用时频分析的方法，对在钢轨轨头传播的表面波进行模式识别，发现频率大于300 kHz后，各阶导波群速度趋于一致，在钢轨轨头形成表面波。

长期使用的道岔钢轨轨头因钢轨波磨，使得钢轨轨头各处产生不同程度的磨损，这使得压电导波探头无法很好的贴合道岔钢轨踏面，难以实现道岔钢轨踏面的快速检测。与使用压电导波探头对钢轨踏面进行接触检测相比，电磁超声换能器（Electromagnetic Acoustic Transducer，EMAT）可以实现非接触快速检测[3]。

Edwards等[4]结合EMAT和脉冲涡流传感器对钢轨表面及近表面缺陷进行快速检测。米武军[5]设计了表面波EMAT线圈，实现了钢轨轨头裂纹、核伤、竖直孔等不同类型损伤的快速评估。Petcher等[6]设计了一种新的表面波探头装置，如图4所示。在表面波探头设计图中，最靠近钢轨的红线为钛合金耐磨面，向下推线圈的绿线为不锈钢展开弹簧。通过实验证明永磁体与钢轨踏面的提离距离为10mm情况下，钢轨探伤车搭载表面波探头可以高速扫查钢轨踏面，回波信号信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）仍然具有缺陷检测能力。

图4 表面波探头结构图

时亚等[7]分析了曲折线圈导线宽度、高度和根数等表面波探头参数对钢轨踏面裂纹检测回波质量的影响，发现多根分裂曲折线圈的信号质量更好，如图5所示。在此基础上，获得了表面波探头的最佳参数组合，并利用B扫检测方法，实现了钢轨踏面裂纹的成像检测，如图6和图7所示。

图5 单根、同向2根、同向4根曲折线圈接收感生电压对比

图6 钢轨踏面直裂纹电磁超声表面波检测实物图

图7 钢轨踏面直裂纹B扫成像图

参考文献：

[1] Hesse D, Cawley P. Surface wave modes in rails[J]. Journal of the Acoustical Society of America, 2006, 120(2): 733-740.

[2] 门平, 董世运, 卢超, 等. 钢轨踏面低频超声表面波传播模式研究[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(03): 13-20.

[3] 刘素贞, 李礼, 蔡智超, 等. 非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究[J]. 声学学报, 2017, 42(01): 60-66.

[4] Edwards R S, Sophian A, Dixon S, et al. Dual EMAT and PEC non-contact probe: applications to defect testing [J]. NDT & E International, 2006, 39(1): 45-52.

[5] 米武军. 基于电磁超声表面波的钢轨轨头缺陷检测方法的研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2011.

[6] Petcher P A, Potter M D G, Dixon S. A new electromagnetic acoustic transducer (EMAT) design for operation on rail[J]. NDT & E International, 2014, 65: 1-7.

[7] 时亚, 石文泽, 陈果, 等. 钢轨踏面检测电磁超声表面波换能器优化设计[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(08): 239-249.