摘要：结合交通安全领域对于探伤技术的实际需求, 对目前世界上常用的无损探伤方法进行了比对, 分析了涡流探伤技术的优缺点。说明了涡流探伤设备的具体工作原理和核心构件, 列出涡流探伤设备的应用领域。并针对了我国当下公路、铁路以及桥梁方面的探伤问题给出了相关设计方案。
关键词：交通安全,无损检测,涡流探伤
在如今公路、铁路等交通基础设施中, 金属材料是主要的负荷承载者。而金属材料又具有疲劳性与耐久性等特点。故在广泛使用金属材料作为交通基础建设主要原材料的今天, 如何探测金属材料在使用过程中因载荷应力、热腐蚀、高温氧化等因素而产生的表面裂痕、构件强度及耐久度降低的问题便成了影响交通安全的重要课题。因此必须寻找一个行之有效的方法对各种基础设施中使用的金属部件进行定期检测, 通过检测结果来判定是否进行修理或更换。
因道路交通基础设施的特殊性, 在对其进行检测的过程中, 不能影响其原有的工作性能。考虑到我国交通设施建设的实际情况:交通运输量大、公路铁路总里程数长。寻找体积小、造价低、高效率的无损检测设配便成了主要的研究方向。
1 涡流探伤的技术优势及实际使用问题
目前世界上常用的金属材料无损探伤方法有射线探伤、超声波探伤、渗透探伤、磁粉探伤和涡轮探伤五种。其大致工作原理及实际使用问题如下。
1.1 射线探伤
射线探伤是使用强度均匀的射线光束透照物体, 通过检测透射射线的强度来判定物体内部缺陷及物质分布等。尽管这种探伤方法对缺陷的形态、位置都有着明确的判定, 但射线的探伤成本较高且对操作人员的生理危害较大。故射线探伤不适于在道路交通基础设施的检测中使用。
1.2 超声波探伤
超声波探伤是使用超声波透入金属构件的深处, 由一端进入另一端时, 在截面边缘处观察发射特点并根据超声波在介质中的传播特性来检测金属构件缺陷的探伤手段。但超声波探伤对于构件内部的平滑度有极高的要求, 故超声波因其局限性不适于在交通安全领域中使用。
1.3 渗透探伤
渗透探伤时一种利用毛细现象检测构件表面缺陷的无损检验方法。渗透探伤虽然对构件的材料类型、表面形状没有要求, 但这种探伤方法检测出的结果需要操作人员使用肉眼观察, 有较强的主观性。对于结构复杂的构件或深层构件没有作用, 效率低下且不易自动化。故渗透探伤亦不适用于交通安全领域。
1.4 磁粉探伤
磁粉探伤是一种利用磁粉在构件缺陷漏磁场中的堆积达到磁性构件表面或近表面处探伤的无损探伤方法。此方法有简单便捷、探测结果直观的优点。但磁粉探伤对于操作人员的经验需求高, 且效率低下不易实现自动化。故磁粉探伤不适用于交通安全领域。
1.5 涡流探伤
涡流探伤是一种利用电磁感应原理, 通过检测导电构件表面及近表面来探测构件缺陷程度的探伤方法。其工作原理时通过使用激磁线圈使导电构件中产生涡电流, 通过检测线圈涡电流的变化程度, 来获取构件缺陷的相关信息。该方法有着不接触构件表面便可进行探伤的优点, 且工作效率极高。使用探头收集的电流信号方便信息存储及数据管理, 易于实现检测自动化。涡流探伤对于细小裂纹十分敏感, 对于构件表面及近表面缺陷的检测速度快, 灵敏度极高。且涡流探伤的检测结果具有即时性, 可获取第一手检测信息。但涡流探伤有着只能检测导电构件表面及近表面的缺点, 对构件内部缺陷无法探伤, 且无法用于形状复杂的构件探伤中。
考虑到我国交通安全领域的现状:基础设施数量大、检测任务繁多。为了适应日常探伤的需求, 探伤技术的选择必须符合高效率、成本低廉、操作简单等要求。经过综合上述分析可以发现, 仅有涡流探伤满足要求。尽管涡流探伤仍然有其局限性, 但构件内部缺陷可以通过表面及近表面的缺陷检测推导, 满足了日常的检测任务。且涡流探伤易于自动化推广, 效率高、成本低廉, 可以满足交通安全领域中出现的大规模探伤需要。
2 涡流探伤系统的基础构想及应用领域
涡流探伤系统是由主机、探头、探伤仪、上下料装置、磁饱、电源、退磁装置、传动装置、调速装置、控制系统、标记装置及气压等部分组成。WINDOWS中文的操作界面不会导致文字歧义, 模块化的组合让指令输入更加直观, 且提供多种显示模式供选择。应用现在数字化技术的同时, 改变了产品生产规格时需要重新调整仪器的状态, 删繁就简, 实现了设备的简易操作。涡流探伤设配构想如图1所示。
设备的基本模块从作用角度大致包括函数发生器、信号放大器、传感器、驱动装置及显示装置。
工作原理可以理解为:由主机 (函数发生器) 生成稳定的信号, 接着由探伤仪 (信号放大器) 将信号放大传至探头, 当探头靠近构件时, 构件表面会因涡流而产生反向的交变磁场。该磁场会使传动装置 (传感器) 中生成反向的感应电流。该部分电流便是检测信号, 通过控制系统 (信号放大器) 反馈到显示装置中。设备的接口性较好, 仅需准备很少的工作即可开始运转。涡流探伤设备应用的领域有:轴承外围、轴承内圈、齿轮坯、环形金属零件、铜管、钢管、不锈钢管、焊接管、铝塑管、钢丝、双层管、石油套管、抽油杆、空心轴、冷凝器管、汽车油管等等交通安全领域中涉及的金属构件。
涡流探伤系统操作便易, 探头与集成电路结合实现了一体化的智能设计, 并缩减了设备的体积。针对不同的探伤对象, 可以在基础模块上增加特定用途的模块来满足不同情况下的探伤需求。此处为交通安全领域中的具体问题设计了几套方案。
2.1 公路护栏探伤
在公路运输过程中, 起道路分割作用及导向作用的护栏有着广泛的应用。因为公路护栏的数量大, 检测任务繁重, 故公路护栏的检测对于效率、安全、成本等问题有着相当的需求。依公路护栏的特性设计如下:主机外形设计为U型, 在凹槽的最低端安装一对滚轮, 紧贴着波形的护栏。在控制系统中添加自动模块, 将仪器放置在公路护栏上, 即可实现自动探伤自动记录缺陷位置、大小等信息的目的。在设备中添加无线设配, 实现远距离信息采集与存储, 方便远距离多目标的进行自动化检测。
2.2 铁路钢轨探伤
在铁路运输过程中, 钢轨与转辙器共用使火车能正常行驶。因铁轨的作用巨大, 阻断火车通行将对铁路运输的通畅造成负担。故在铁路钢轨探伤设备的设计中需要注重高效率以缩短检测时间;自动化程度高以适应较长的里程;设备精巧不妨碍正常火车的运行。依铁路钢轨的特性设计如下:主机设置于钢轨两侧有契合钢轨结构的凹槽, 凹槽两侧安装滑轮。设备顶部安装可以调节角度的手柄, 在手柄中固定好监视装置。在控制装备中添加自动模组, 保证设备自动运行的同时可以远程指令实时传送检测信息。
2.3 桥梁内钢体结构探伤
桥梁作为跨越不良地质或满足其他交通运输需求而架设的构筑物, 进行定期的桥体检测对保证桥上的交通安全有相当的必要性。桥体积大, 结构复杂, 探伤难度高。故根据桥梁的特性设计如下:主机设置于无人机底部, 凹槽紧扣无人机主体。探头向前伸出, 方向与无人机行进方向相同。监视器置于无人机两侧机翼中央, 模块中添加自动模块实时传输数据及图像画面。操作人员在操控无人机的同时对传回的数据信息进行检测, 适用于各种复杂的桥体结构。
结语
在日常的公路、铁路等交通基础设施中, 探伤设备对于泛用性有着一定需求。涡流探伤技术在满足高效率、低成本及安全问题的同时, 也能通过添加模块来满足不同需求下, 对于检测设备具体功能的更改, 有效解决的我国当下交通安全领域的一些问题。对于道路养护、交通安全等问题有一定的改善。
参考文献
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