一 行業(yè)背景
螺栓在日常生活當(dāng)中和工業(yè)生產(chǎn)制造當(dāng)中，是不可或缺的緊固連接件，螺栓也被稱為工業(yè)之米可見螺栓的運用之廣泛。鐵路螺栓作為較為常見的緊固連接件，在高速行駛的列車和鐵軌不斷地接觸造成非常大的震動下，螺栓一旦在運行過程中突然斷裂失效或者在一些關(guān)鍵部位松脫，將會對高速鐵路的行駛造成極大的危險。由于鐵路螺栓規(guī)格種類多，數(shù)量龐大，因此，提供一種快速有效的檢測手段是鐵路螺栓質(zhì)量的重要保證。
二 鐵路螺栓的傳統(tǒng)檢測方法
鐵路螺栓無損檢測一般采用超聲波檢測、滲透檢測以及磁粉檢測等。
2.1 超聲檢測
螺栓的超聲波檢測可分為常規(guī)A掃超聲檢測以及常規(guī)相控陣超聲波檢測，常規(guī)超聲波檢測是根據(jù)超聲波在螺栓中傳播的過程中遇到異質(zhì)缺陷時產(chǎn)生的反射回波的波幅和位置來判斷缺陷的大小和位置。
圖1螺栓的常規(guī)超聲檢測
由于螺栓的結(jié)構(gòu)特殊以及材料的更新?lián)Q代，常規(guī)超聲檢測對缺陷波和干擾波的判別存在一定難度。而常規(guī)相控陣超聲波檢測技術(shù)是利用相控陣的線掃或扇掃覆蓋螺栓的螺紋區(qū)域，圖像化顯示螺栓內(nèi)部的檢測結(jié)果，均可有效檢出螺栓內(nèi)部的人工缺陷。
圖2 常規(guī)相控陣B掃超聲檢測
但是，在常規(guī)相控陣超聲檢測結(jié)果中，由于裂紋和螺栓絲扣之間的圖像特征區(qū)別不是非常明顯，有一定可能會導(dǎo)致缺陷誤判。
2.2 滲透檢測
螺栓的滲透檢測是將滲透劑施加在被檢螺栓工件表面上，在毛細作用下，滲透劑深入表面開口的缺陷中去，然后去除被檢螺栓表面上多余的滲透劑，采用適當(dāng)?shù)娘@像方法后，在一定的光源下(黑光或白光)檢查出被檢螺栓的開口缺陷。雖然螺栓的滲透檢測設(shè)備簡單、易操作，缺陷顯現(xiàn)直觀不受材料限制，但滲透檢測只能檢測螺栓表面的開口性缺陷且對被檢螺栓的表面狀態(tài)或清潔度有一定要求。
2.3 磁粉檢測
螺栓的磁粉檢測是通過磁粉在缺陷附近漏磁場中的堆積以檢測鐵磁性材料表面或近表面處缺陷的一種無損檢測方法，雖然操作簡單方便檢測成本低對螺栓的表面及近表面缺陷檢測靈敏度高，但只能檢測螺栓表面及近表面的缺陷，對表面光滑度要求高，對檢測人員的技術(shù)和經(jīng)驗要求高，檢測范圍小及檢測速度慢。
綜上，螺栓的傳統(tǒng)檢測方法，常規(guī)超聲和常規(guī)相控陣均可以進行在役檢測，但是對檢測人員要求高，人為因素影響比較大，而磁粉和滲透則不利于現(xiàn)場在役檢測。
三 鐵路螺栓的相控陣3D全聚焦（TFM）檢測方法
圖3 相控陣全聚焦實時3D超聲成像系統(tǒng)DSS-PA322T
鐵路螺栓檢測案例:
案例1：鐵路螺栓
為了校驗探傷設(shè)備和檢驗探傷結(jié)果可行性，根據(jù)螺栓尺寸，加工不同方向和位置，周向間隔120°加工橫向槽。采用3D全聚焦技術(shù)檢測高強度合金鋼螺栓(直徑25mm，長度130mm)。
圖4 螺栓的3D全聚焦檢測圖像
DSS-PA322T系統(tǒng)配套面陣探頭，檢測螺栓時只需按規(guī)定操作，把探頭置于螺栓端部（兩端均可）不需要移動探頭等操作，DSS-PA322T系統(tǒng)便能夠?qū)崟r采集被檢測螺栓內(nèi)部所有信息，并實時輸出被檢測螺栓的3D檢測圖像。
圖5 全方位旋轉(zhuǎn)觀察
圖6 分析存儲功能
3D全聚焦實時檢測成像可旋轉(zhuǎn)觀察，缺陷識別簡單，檢測速度快，平均一根螺栓的檢測時間為2秒，檢測結(jié)果可靠、傷損容易觀察，可有效避免缺陷漏檢。不僅如此，系統(tǒng)提供缺陷分析存儲功能，能夠?qū)Ρ粰z測螺栓內(nèi)部缺陷進行準確定位、定量測量。
案例2：平衡輪連接銷釘
當(dāng)平衡輪連接銷釘內(nèi)無缺陷存在只檢測到導(dǎo)線孔回波以及底波:
圖7 平衡輪連接銷釘(無缺陷)
平衡輪連接銷釘存在自然裂紋缺陷，裂紋較大，目視可見，檢測結(jié)果與實物對比圖：
圖8 平衡輪連接銷釘(帶自然裂紋1)
平衡輪連接銷釘存在自然裂紋缺陷，裂紋較小，檢測結(jié)果與實物對比圖：
圖9 平衡輪連接銷釘(帶自然裂紋2)
平衡輪連接銷釘目視未見裂紋等缺陷，檢測后發(fā)現(xiàn)有微小裂紋，檢測結(jié)果說明探傷靈敏度較高:
圖10 平衡輪連接銷釘(帶自然裂紋3)
案例3：下錨支架連接銷釘
當(dāng)下錨支架連接銷釘內(nèi)無缺陷存在只檢測到導(dǎo)線孔回波以及底波:
圖11 下錨支架連接銷釘(無缺陷)
為了校驗探傷設(shè)備和檢驗探傷結(jié)果可行性，根據(jù)下錨支架連接銷釘?shù)某叽�，加工了不同深度的刻槽，槽�?mm：
圖12 下錨支架連接銷釘(帶人工缺陷)槽深1mm
案例4：平衡輪軸銷
當(dāng)平衡輪軸銷內(nèi)無缺陷存在只檢測到結(jié)構(gòu)波以及底波:
圖13 平衡輪軸銷(無缺陷)
根據(jù)平衡輪軸銷的尺寸，加工了不同深度、不同方向的兩個刻槽，槽深1mm：
圖14 平衡輪軸銷(帶人工缺陷槽深1mm)
由以上的案例通過A掃檢測圖、B掃成像圖和3D全聚焦技術(shù)檢測成像圖可知，在無缺陷存在的銷釘3D全聚焦成像圖只存在導(dǎo)線孔回波和底波且導(dǎo)線孔成像清晰。而存在缺陷的銷釘，通過3D全聚焦技術(shù)檢測成像圖可觀察到自然裂紋的回波波形、位置以及大小。
雖然A掃檢測圖可檢測出缺陷的位置、B掃成像圖與3D全聚焦成像圖均可清晰地顯示缺陷的波形，但是A掃檢測圖中結(jié)構(gòu)波和缺陷波只能通過回波的深度判斷，B掃檢測中結(jié)構(gòu)波和裂紋回波的特征區(qū)別不是非常明顯，這兩者均容易造成誤判或漏檢，而3D全聚焦成像圖可以明顯區(qū)分裂紋缺陷波和結(jié)構(gòu)波，成像圖立體，缺陷識別簡單，檢測速度快，提高檢測的有效性。
3D全聚焦技術(shù)的優(yōu)勢：
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基于二維面陣探頭在三維空間內(nèi)從各個不同空間角度采集被檢測工件內(nèi)部的缺陷信息，信息采集更充分，螺栓內(nèi)部缺陷一覽無余，成像直觀可靠避免缺陷漏檢
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無需移動探頭可實現(xiàn)對螺栓整體的實時3D成像，且可旋轉(zhuǎn)觀察，檢測結(jié)果更直觀
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一根螺栓檢測時間不到2秒鐘檢測效率高
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多達65536聚焦點，圖像聚焦精度高
