外文翻譯-ACFM檢測在鐵路和火車上的應用

XX大學畢業(yè)設(shè)計文獻翻譯 題 目： ACFM檢測在鐵路和火車上的應用 學 院： 測試與光電工程學院 專業(yè)名稱： 測控技術(shù)與儀器班級學號： 學生姓名： 指導教師： 二Oxx 年 四 月 ACFM檢測在鐵路和火車上的應用D. Topp and M. SmithTSC Inspection Systems, Milton Keynes, England概論：ACFM檢測技術(shù)是一種電磁檢測技術(shù)，廣泛應用于石油和天然氣工業(yè)檢測表面裂縫的大小。它比傳統(tǒng)檢測有很多種優(yōu)勢，最顯著特點是不需要去除表面漆層就可以進行檢測，最近被應用在不同的鐵的特殊檢測上?，F(xiàn)在這種技術(shù)已在英國獲得認證，一般用于車輪和平面軌道上的檢測。 本文描述了ACFM技術(shù)和它在在職檢測的背景。提及了一種新的檢測鐵軌頭“手推車”，并提出一些被檢測出來具有復雜的幾何形狀裂縫的形成與滾動疲勞有關(guān)。ACFM同樣地被應用于平面軸承和驅(qū)動軸承，還有轉(zhuǎn)向架上。 本文同時還認為當從這種工藝移植到另一個行業(yè)即將面臨的一些挑戰(zhàn)。操作人員的培訓同樣被認為是對新技術(shù)的有效性要求。這種新技術(shù)的驗證通常要與現(xiàn)存的技術(shù)進行盲試對比，但這不是必須的要求。破壞性切片一般應用新技術(shù)的發(fā)展中，它可以精準地提供對系統(tǒng)能力的測量。無損和有損實驗的結(jié)果都有討論。介紹：交變磁場測量技術(shù)是一種電磁檢測方式，能對探測表面裂縫大小和定量分析。這種技術(shù)不需要去除工件表面漆層，最初在1980年代被發(fā)展應用于石油工業(yè)，應用在那些需要提高海下檢測的可靠性的項目上。其中，第一次應用ACFM是用于檢測軸承。這是是由于當時檢測的有效性，導致一次工件連接軸設(shè)上的軸斷裂致命事故。這次檢測對比了鐵道傳統(tǒng)的的檢測的方法，超越傳統(tǒng)在鐵路行業(yè)中使用這些方法，隨后通過一系列盲試驗，其中發(fā)現(xiàn)ACFM方法優(yōu)于傳統(tǒng)的磁粉探傷(MPI)和當時的一種先進的渦流方法。這些結(jié)果之后，發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)能用于檢測鐵軌上面，從而引起人們的興趣。當時英國經(jīng)歷了一次重大的鐵路損壞事故，被認為問題是鐵道網(wǎng)絡(luò)檢測的基礎(chǔ)設(shè)施軌頭產(chǎn)生裂紋的問題。更具體地說，衡量角部裂紋(GCC)，這被認定為一個潛在的問題和檢測人員高度關(guān)注并努力解決這一問題，包括確定裂縫的原因及一次軌道控制條件是已知存在。ACFM模式被發(fā)展為檢測這些歸為嚴重深度缺陷的手段。盡管這些裂縫形態(tài)學上是復雜的，但它在系統(tǒng)仍上良好的表現(xiàn)，使它現(xiàn)在依然應用于英國鐵道網(wǎng)絡(luò)中。 另一種應用是最近被開發(fā)得到的，檢測轉(zhuǎn)向架。像軸承這些用傳統(tǒng)MPI檢測方式需要工件表面處理成光潔表面。而ACFM減少了這種需求和提供了可查證的數(shù)據(jù)記錄結(jié)果。這項應用是由英國龐巴迪運輸公司開辟的，已在英國取得了認證。ACFM模式：測量交流電場技術(shù)方法是一種電磁技術(shù)，它能探測和定量（長度和深度）金屬表面裂縫。這項技術(shù)的基礎(chǔ)是交變電流可在較薄的導體表面感應出電流。通過接入一種經(jīng)過處理得到的統(tǒng)一電流進入該區(qū)域，當該區(qū)域沒有缺陷時電流不會被干擾。如果裂縫出現(xiàn)則統(tǒng)一電流會失真，電流會繞著裂縫的尾部和下部。因為電流是時交變電流，它在較薄的表面不會受裂縫的幾何形狀影響。 表面上的電磁場與電流相關(guān)，當電流在表面時，會被缺陷干擾。ACFM技術(shù)一個重要的因素是它能根據(jù)磁場干擾去測量導致干擾的缺陷大小。這個發(fā)現(xiàn)突破來自倫敦大學聯(lián)合研究，提供了電場和磁場的數(shù)學模型，并且該研究在電感技術(shù)方面比較先進。 盡管表面上的磁場是比較復雜的三維場，通過選擇合適的正交軸，這使得測量磁場分量存在可能性，該磁場表現(xiàn)了與自然干擾有關(guān)的裂縫的物理性質(zhì)。圖像1展示了統(tǒng)一交流電在表面時的平面圖。這磁場分量說明Bz在圖像一中與在裂縫尾端產(chǎn)生電流的磁極互相影響，引起了在該平面上分量的電流轉(zhuǎn)換。這些響應主要是在缺陷尾部，這得到了缺陷的長度。磁場分量顯示了Bx與當電流遇到缺陷時電流表面密度減少量相響應，這也得到了缺陷的深度。通常來理論來說電流引導垂直于裂縫方向，所以為了使軸產(chǎn)生疲勞裂紋，電流會被引導到一個軸線方向，從而使其在缺陷在圓周方向上產(chǎn)生干擾。 在實踐中，特殊的探頭被發(fā)展出來，包含了遠程磁場感應系統(tǒng)，用于引導磁場進入分量方向上，還有特殊的合成磁場傳感器能精確地測量分量上的磁場。這探頭要求組件無電接觸，和可以在表面有漆層或塵垢也能應用。圖1.ACFM在缺陷附近的電流 電流干擾的磁場模型展現(xiàn)了理論預測的磁場干擾和它的測量數(shù)據(jù)之間很好的聯(lián)系，因此這能使其有能力對磁場干擾做出測量，和直接關(guān)聯(lián)造成這些干擾的缺陷的大小。注意到這模型被限制在一個半橢圓形狀的平面缺陷上，這種缺陷通常和疲勞缺陷相關(guān)。 從實踐的角度來看，這項技術(shù)可以只用一個單探頭手動地在一個分量方向上移動。經(jīng)驗表明，在早期的電磁檢測系統(tǒng)中，比如渦流檢測設(shè)備，實際使用時會有很多缺點。許多來自其他裂縫特征信號同時顯示，導致了信號很難解釋。比如，一組少量的探頭從表面提起都能引起很大的渦流響應。ACFM技術(shù)從根本上消除了這種問題，通過使用統(tǒng)一磁場和精細的探頭和電子設(shè)計，特別是通過特殊的數(shù)據(jù)顯示。通過標準的電腦來控制設(shè)備和展現(xiàn)數(shù)據(jù)。 圖2上的左側(cè)的曲線圖顯示了從一個手動部署探測器收集到的裂紋端和裂紋深度的傳感器的典型原始數(shù)據(jù)。圖2的右邊部分顯示了一個蝶形圖,當?shù)娜毕荽嬖冢h(huán)繪制在屏幕，手動操作的操作者可以查找此獨特形狀來決定裂紋存在與否。檢測到缺陷時，數(shù)據(jù)可隨時查看，以確定裂縫的深度無需校準。所有的數(shù)據(jù)由系統(tǒng)存儲，并提供后續(xù)的審查和分析。這對檢測的目的和報告都特別有用。 由于交變使用遠程均勻場，很可能在同一位置產(chǎn)生不同結(jié)果。這一概念用于車軸和軌道檢查，通過特殊的探頭，展現(xiàn)出組件和包含多個磁場傳感器。這一維傳感器可以通過掃查表面來對檢測區(qū)域進行檢測。 圖2.對缺陷的典型響應ACFM在軸承上的應用：根據(jù)ACFM在工件連接軸實驗的成功表現(xiàn)，它已被逐漸被引進，用于軌道軸承的表面檢測，用以代替MPI技術(shù)。由于ACFM能透過漆層，所以不用去除漆層。這能節(jié)省很多時間又能保護原始涂層讓其不受到腐蝕。因為ACFM能記錄所有的檢測數(shù)據(jù)，會對軸承檢測到缺陷時進行永久的記錄。軸承能在車上或不在車上都能被檢測、在最近的案例中，這通常需要裝在工程車床上，掛接ACFM探頭在力架上掃描滾動中的軸。在這種方式，整條軸都能被在連續(xù)的螺旋掃描到。 如果在車軸上檢測，用陣型探頭更為常見。這是更大的探頭，包含了多種傳感器，能比標準探頭檢測更寬的區(qū)域。每個傳感器采樣會隨著探測器移動和距離在軟件編碼器日志上組成一個部分。車軸在探測器下會有重疊部分的情況下繞軸掃描。 用傳統(tǒng)的檢測技術(shù)難以檢測的一個應力區(qū)域，這個區(qū)域是使用 EBR 電路的。進入該區(qū)域時可能要移除電刷和它的支架會留下一個約90mm直徑，50mm深度的小圓孔。MPI技術(shù)由于被限制進入檢測和使用時有電流通過它區(qū)域，所以被認為不適合用來探測。由于軸的幾何形狀，超聲檢測也被認為不可能。 一個傳統(tǒng)的ACFM陣型探頭被設(shè)計和制造成適合通過這圓孔及檢測火車上的軸在電刷。圖3.展示了包含8個傳感器和能覆蓋70mm區(qū)域的探頭。圖3.EBR專用ACFM的陣型探頭 ACFM在鐵軌上的應用：如上所述，ACFM模式最初是由手動探測焊縫發(fā)展而來。有些需求是很特殊的，通常檢測區(qū)域是很狹窄接近焊趾和因為檢測時手動的，掃描速度可以相對較慢，短周期內(nèi)大概10mm每秒。這要求對鐵軌檢測又很不一樣、當檢測一個更寬的區(qū)域時，有這么一個要求，覆蓋軌距面，軌距角和穿過頭到磁場一側(cè)。這對檢測速度要求很高，為了達到可接受的工藝要求。這也是解釋需要有自動化的原因。另一個重大挑戰(zhàn)是在裂縫的形態(tài)。通常GCC包括多個，以大的角度向運行方向緊密間隔的裂紋。裂縫通常傾斜于表面，初始穿透以大約30度的角度，直到它們通過壓縮層破裂，大約5mm（0.2英寸）的表面下，當角度增大到大約60度。超聲波測試，這是傳統(tǒng)的貫徹執(zhí)行，遭受“重疊屏蔽”，即較淺的缺陷可能會掩蓋更深層次的缺陷，從而篩下的最大缺陷深度。淺裂紋也很難為超聲波進行識別和分類。然而，由于當時的現(xiàn)有技術(shù)的局限性，英國檢驗標準決定了GCC應根據(jù)最大表面長度而不是深度分類 - 這是對于比較關(guān)鍵的工程方面。 軌道的覆蓋檢測是通過陣型傳感器和軌道的形狀實現(xiàn)的。事實上這探頭被設(shè)計成帶輪子的形狀，以優(yōu)化探測器的位置，即使在穿過鐵路時。檢測通過鐵軌道時一組傳感器會被帶著連續(xù)地掃描。通過這種方式，連續(xù)的掃描軌道能實現(xiàn)探頭在軌道上推著前行。 速度最初是被5Hz輸入信號的樣品概率所限制的。在這種應用中，這被提升到50KHz和掃描速度變成了2-3km每小時。這必須承認的是這是高效的檢測模式，還有足量的數(shù)據(jù)一定能被收集到，不管是缺陷還是裂縫。 這系統(tǒng)被包裝成手推車樣式，完全自帶電源和能連續(xù)操作8個小時。這探測儀上固定已工作電腦，能為操作員控制系統(tǒng)和展示分析數(shù)據(jù)。操作員不需要太多解釋這數(shù)據(jù)。ACFM模式依預測靠交流電流在組件表面和模型重點集中在平面的半橢圓裂縫上，典型的疲勞傷害。這種大小的模型因此不被應用于和GCC相似的復雜的裂縫形狀中。為了提供實時裂縫大小測量，這就很需要考慮數(shù)學模型和它與GCC裂縫類型的關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)存模型已被決定會用作起始點和經(jīng)驗校正因素會被應用于考慮裂縫類型時。這顯然需要大量裂縫生成行為的數(shù)據(jù)，也很難被現(xiàn)有的無損技術(shù)檢測到。因為這個原因，決定加入有損檢測的步驟，可以用于觀察裂縫形狀特性，同時能得到ACFM盲試有效的數(shù)據(jù)。圖4.ACFM軌道探測儀器 一組鐵道網(wǎng)絡(luò)的存在裂縫的鐵軌被收集到，和經(jīng)過手杖檢測后被切斷確定缺陷大小和形狀。這信息是被用于發(fā)展經(jīng)驗誤差測試模型的（圖5）圖5.新舊模型的錯誤使用對比 圖6.軌道探測儀屏幕展示缺陷鐵軌時樣式 ACFM技術(shù)在轉(zhuǎn)向架上的應用：鐵軌轉(zhuǎn)向架現(xiàn)在是用MPI和超聲檢測技術(shù)檢測的組合來檢測的，這要求轉(zhuǎn)向架是光潔的，和在MPI技術(shù)中需要清除掉檢測區(qū)域的涂層，而且，當轉(zhuǎn)向架在使用中時很多區(qū)域是檢測不到的。 盡管這不可能對所有使用中的轉(zhuǎn)向架的進行表面處理，所以很多區(qū)域不允許用MPI檢測但能用ACFM檢測。而且ACFM提供了一個高質(zhì)量的方式用來檢測缺陷的深度和嚴重程度。 英國龐巴迪運輸公司認證了ACFM檢測轉(zhuǎn)向架的潛力，同時引進了在檢修和使用時使用ACFM的項目給鐵軌工藝。TSC發(fā)展了設(shè)備和探頭去檢測他們目標的缺陷，這種缺陷大小約5mm長，0.5mm深，他們還為操作員簡化了檢測過程。自動化缺陷探測為其他操作員帶來簡化和快速的檢測過程。為了提供一個可靠的的和可以理解的報告格式給客戶，一個半自動的總結(jié)報告議程被引進，它可以從所有對特殊轉(zhuǎn)向架檢測情況組合報告結(jié)果。 為了評價這項技術(shù)的表現(xiàn)和確認它能否用于這項應用，龐巴迪運輸?shù)墓餐J證機構(gòu)和VAB引導了一個廣泛和詳細的研究。這項研究涉及了檢索所有過去的文章和應用和成效報告和已有完整的危機評估，實驗室試驗和場地試驗的報告。這在最終得到了一個有工程聯(lián)合和焊接協(xié)會的認可。 一個最開始的應用是英國91型轉(zhuǎn)向架的檢測，這種轉(zhuǎn)向架有一開始難以接近的焊縫在箱子部位。入口時在臂長出一個小孔上，能讓探