高速铁路钢轨等重大设施及新型材料 无损检测设备

成果名称

高速铁路钢轨等重大设施及新型材料无损检测设备

主要负责人

王平

密级状态

1非密成果

□涉密成果已完成解密

技术领域

□新一代信息技术 器械

□新材料及其应用 其他 (  )

□智能制造  1高端装备  □生物医药和医疗

□新能源与环保  □应急救援及公共安全  □

知识产权状况

1技术秘密  1专利  □计算机软件  □植物新品种  □集成电路 布图设计

□生物、 医药新品种 (新药证书/临床批件/生产批件)   □未涉及 知识产权

知识产权

基本信息

脉冲涡流应力裂纹集成检测系统及方法CN101865883B； 一种钢轨表面伤损漏磁检测装置及方法CN111024805B；

种基于脉冲涡流的铁磁性材料屈服强度参数估计方法 CN108982657B 等。

简要介绍

本成果在巡检条件下，实现多物理量融合的钢轨病害动态检测技术。 采用复合电磁技术检测材料表面和内部的宏观伤损；采用巴克豪森 技术测量缺陷产生前的残余应力、材料状态改变、表面早期伤损；  应用相控阵超声技术检测钢轨内部缺陷，并实现焊缝的精确定位及 智能化全尺寸高效检测。实现覆盖诸如钢轨 (含焊缝) 等重大设施 及新型材料全尺寸、全寿命周期的健康状态综合检测。高速铁路损 伤检测：实现 80-350km/h 的高巡检速度下对轨道不同阶段损伤的检 测，提高轨道安全性；智能制造质量检测：实现新型加工、增材制 造中加工质量无损检测，提高智能制造的加工水平；结构智能健康 监控：实现钢轨、桥隧、航空航天设施关键部位故障状态监控，提 高重大设施寿命。

关键词

多物理量融合、钢轨病害动态检测

当前应用情况

本成果适用于高速、普速、重载等各种铁路线路钢轨、城市轨道以 及新型材料的伤损和缺陷检测。检测范围覆盖钢轨表面状态、表面 开口裂纹、亚表面核伤、轨头内部核伤、轨颚伤损、轨腰螺孔裂纹、 轨底伤损损伤等。实现缺陷的三维重构，实现表面开口裂纹、亚表 面核伤的分离辨识， 以及早期裂纹角度、宽度、深度的信息；进一 步判别损伤程度，并进行钢轨的故障预警和寿命评估。对钢轨表面 的残余应力、疲劳、机械特性改变、波磨等钢轨表面状态信息进行 数据采集、信号提取和标定。

本知识产权对应

产品技术优势和

性能指标

巡检试验转台的速度提升至 350km/h，填补了国内 350km/h 速度等级 巡检试验转台的空白。首次在国内研究了 350km/h 高速及不饱和状 态下铁磁性材料动态磁化过程机理。采用电磁、涡流、 图像等无损 检测核心关键技术，研究各种材料的伤损缺陷对检测信号的影响， 克服使用环境、高速运动对检测系统的影响，在高速及重载铁路应 用条件下，实现对服役钢轨宽度 200 μm 以上，深度 10mm 以内的表 面、亚表面的裂纹缺陷损；轨头核伤、轨颚横向裂纹、轨腰伤损、 轨底横向裂纹伤等内部伤损进行快速巡检，构建了高速钢轨裂纹巡 检设备，标定线检出率达到 100%，定位精度 5mm。实现对铁路钢轨 裂纹缺陷形貌参数等相关数据信息的快速获取、损伤程度判别，并 进行故障预警和寿命评估。

技术成熟度

( 9 ) 级    (参照 GB/T22900-2009 标准，共按 9 级划分)

先进程度

□国际领先  1 国际先进  1 国内领先  □国内独家  □国内先进

具体描述：项目总体达到国际先进水平，研制的钢轨表面伤损高速 漏磁检测系统属国际首创，在表面伤损检测、里程同步、激光对中 指标方面达到国际领先水平。

成果状态

□样品、实验室阶段          □中试生产、应用开发阶段

1小批量生产、工程应用阶段  □批量生产、成熟应用阶段    □其 他 ( )

同类技术/

产品国内外

发展情况

美国Sperry 公司采用涡流检测技术对钢轨踏面的滚动接触疲劳裂纹 进行检测，将涡流传感器和内置数字处理模块封装在智能表面裂纹 滚筒检测单元中，该涡流检测技术也可以集成于公铁两用探伤车和 有轨探伤车。其涡流探头采用 4 通道，提离约 1mm，检测不超过5mm 内深度的开口裂纹。

德国PLR 公司研制的超声波和涡流组合检测技术于在钢轨探伤车   SPZ-1 上使用，装有 10 个超声波探头和 4 个涡流探头，能以最高  80km/h 的速度检测钢轨。涡流检测技术主要检测钢轨踏面的滚动接 触疲劳裂纹。涡流探头过道岔、钢轨接头等间隙较大处时，整体结 构需要提起。涡流探头覆盖顶面到轨距角不同角度，提离约1mm，检 测 2.7mm 内深度的开口裂纹，对每段钢轨的表面裂纹的平均深度、 裂纹数量进行统计。

获奖情况

无

科研团队与 转化基础

团队汇聚了多家单位长期从事钢轨检测相关的研究、设计、实施、 管理、维护等工作，在学科上都有交叉互补性，研究成果均处同行 业领军地位，拥有合理的 “产学研用”合作模式， 申报团队依托的 研发平台地铁、普通铁路、高速铁路等各种领域，包括高速载运设 施的无损检测监控技术工信部重点实验室及产业化研究机构，研发 能力整体处于国内领先地位。 团队包括铁路基础设施检测方面的数 据分析专家与工务段现场经验丰富的一线技术人员。 团队成员在铁 路工务数据分析方面经验丰富。