淺談如何提高機車車輪缺陷檢出率

于凱

摘 要：目前我國各種機車車型復雜，各車型的修程不等，修程中的機車車輪的探傷工作尤為重要。作為保證安全質(zhì)量的重要手段，超聲波檢測對機車走行部的關(guān)鍵作用正在日益浮現(xiàn)出來。

關(guān)鍵詞：整體車輪；裂紋；輪箍缺陷；高速

中圖分類號： TH 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）24-238-2

1 機車輪對探傷面臨的問題和方法

輪輞整體碾壓過程中會出現(xiàn)內(nèi)部氣泡、夾渣、氣孔等各種制造缺陷。出廠后這些內(nèi)部制造缺陷會隨著機車高速運行對輪輞產(chǎn)生的各種交變應力而擴展，原本輪輞內(nèi)部的小缺陷部分反復被碾壓很快發(fā)展成周向輞裂。如果不能及時發(fā)現(xiàn)就可能造成機車出軌等重大事故的發(fā)生。對此類安全隱患最有效的檢驗方法就是在輪輞出廠后的使用過程中，結(jié)合機車的檢修過程采用必要的探傷手段及時準確發(fā)現(xiàn)這些小缺陷。把問題消滅在萌芽。

目前我國各鐵路局下屬的各機務段，機車使用的整體碾鋼車輪大多來自德國BVV公司，也有少部分來自其他企業(yè)。這些企業(yè)生產(chǎn)的車輪在出廠前就會進行超聲波整體探傷并做好記錄，到段之后還要由機務段進行超聲波探傷。

使用方法通常有兩種。

1.1 廣角超聲波探傷

該種方法探傷時采用廣角探頭。特點是機車不用動車，探頭在輪箍（整體輪）的踏面上以30mm/s速度左右擺動15度角探頭移動的距離為300mm。探頭晶片分別以三個角度發(fā)射三個波束，分別通過輪箍踏面的垂直距離25mm處、40mm處、55mm處多層次地發(fā)現(xiàn)不同深度、位置的危害性缺陷，這一方法大大降低了探傷的工作強度，而且對徑向直立缺陷檢出率很高。這種方法的缺點是對于周向斜裂紋該探頭熒光屏反射回波比較復雜，誤判率高。對人員素質(zhì)要求很高。

1.2 雙晶探傷

使用雙晶片探頭探傷，主要是為了發(fā)現(xiàn)軸向面缺陷。由于雙晶片探頭采用一收一發(fā)對于工件缺陷的取向要求低所以探傷的檢出率比較高，雙晶片探頭尤其對輪箍（整體輪）的周向斜裂紋的檢出率為100%。雙晶片探頭的性能可靠，缺陷檢出率高，適用于工件表面和近表面探傷。缺點是只能探傷到探測面下方的區(qū)域，探測面以外的區(qū)域無法企及。所以如果使用雙晶探傷會給探傷工作帶來很大的不便，通常每完成一次探傷作業(yè)需要至少動車4次，工作量繁重而且給探傷工的人身安全帶來威脅。此外，雙晶探頭對于直立徑向裂紋熒光屏反射回波比較復雜，誤判率高。

2 目前常用的兩種不同探傷方法的比較和分析

2.1 廣角探頭探傷

使用儀器：愛科數(shù)字型儀器TZ—2

使用探頭：廣角探頭。據(jù)輪箍厚度選擇：60-74°、64- 72°、67-74°廣角探頭（電力機車）62-74°、64- 72°、67-74°廣角探頭（內(nèi)燃機車）。廣角探頭能夠發(fā)現(xiàn)4次聲程以外（沿切線折射四次以后）的徑向缺陷。具體來說也就是相當于能發(fā)現(xiàn)1400mm左右的徑向缺陷。

操作步驟：將組合探頭置于輪箍實物試塊上，用第四次聲程探測Ф3×30mm橫孔，使孔波達到最高后，并調(diào)整為80%再增益10dB作為探傷靈敏度，如被探輪箍或整體輪有缺陷反射波，再用Ф14直探頭、雙晶探頭、斜探頭進行復探，確認缺陷的位置。探頭移動速度應小于30mm/S，掃查區(qū)域內(nèi)聲束應相互覆蓋，探頭壓力均勻。小于定量靈敏度的缺陷做標記，跟蹤監(jiān)探。大于定量靈敏度的缺陷判廢。廣角探頭的優(yōu)勢在于對徑向內(nèi)部缺陷探傷有著較高靈敏度。然而往往對周向缺陷反應不明顯。

2.2 雙晶探頭探傷

使用儀器：愛科數(shù)字型TZ-2

使用探頭：雙晶2.5P-13X13一收一發(fā)

雙晶探頭由兩個單探頭的組合，收發(fā)探頭都有各自的延遲塊，而且兩個延遲塊的聲束入射平面均帶一傾角，傾角的大小則取決于要探測區(qū)域距探測面的深度。兩個聲束交匯的區(qū)域為焦距，此處聲能最強，因此雙晶探頭是近表面缺陷的克星。但是雙晶探頭不能及遠，對遠距離的缺陷就束手無策了。

操作步驟：

將雙晶片探頭置于LG—3試塊的人工缺陷上，調(diào)整TZ-2探傷儀。將人工缺陷的反射回波調(diào)至最高。使雙晶片探頭與TZ-2探傷儀的綜合探傷靈敏度能發(fā)現(xiàn)實際工作上與人工缺陷相應大小的危害性缺陷。儀器調(diào)整后將雙晶片探頭置于待檢測的輪對輪箍的踏面上以每秒30mm速度在輪箍踏面寬100mm范圍內(nèi)作周向移動。發(fā)現(xiàn)缺陷后用直探頭復查并確定缺陷的大小、位置。雙晶探頭的優(yōu)勢在于善于發(fā)現(xiàn)輪箍內(nèi)部的周向裂紋。但它往往對垂直于探傷面的徑向裂紋難以發(fā)現(xiàn)。由此可見，各種探頭有著不同的適用范圍和特點，使用方法也大不相同。

3 合理探傷方案的提出

①用廣角探頭62°～74°進行全面掃查重點掃察踏面，認真仔細觀察超聲熒光屏有無較小的缺陷發(fā)射波。探傷移動在500毫米以上而且要正反兩個方向進行掃查。廣角探頭探傷合格后；再用雙晶超聲探頭進行更細致檢查。雙晶探頭主要是發(fā)現(xiàn)輪輞平面及點狀缺陷最有效的探傷方法。探傷是要格外小心隨時觀察熒光屏始波與底波間，有無缺陷波。而且探傷速度一定要按工藝要求進行。探頭移動時一定要在探傷面各方向全覆蓋，避免因掃查過快出現(xiàn)漏探情況。

②在小修機車輪輞的探傷過程中由于車輪是整體組裝，有閘瓦、軸箱障礙物遍蓋住探傷面，因此只能使用超聲波廣角進行橫向及點狀缺陷掃查。因此大面積缺陷和取向不良的缺陷不容易被發(fā)現(xiàn)。只有缺陷形成一定夾角才能有效地被發(fā)現(xiàn)，因此在小修使用廣角探傷時。要隨時注意熒光屏出現(xiàn)的始波與四次聲程處出現(xiàn)的底波之間是否出現(xiàn)缺陷波。如發(fā)現(xiàn)缺陷波就必須把車輪旋轉(zhuǎn)到適當位置進行雙晶超聲波探傷，確認缺陷性質(zhì)，進行探傷定量。采用2種探傷方式結(jié)合的方案后，輪對缺陷檢出率大大提高。由于該方案檢測精確度高，輪對發(fā)現(xiàn)缺陷后就被報廢和輪對缺陷被漏探、誤判情況被有效遏制住。雙晶探頭能夠相對精確地測量出缺陷的深度，并出具相應的鏇輪通知單，輪對鏇修人員根據(jù)鏇輪通知單對有問題的輪對鏇修，成功地降低了輪對的報廢率，有效地節(jié)約了成本。同時鏇修后的輪對由于缺陷有效地得到消除，因此能夠更長時間的服役。

4 實例

①某段SS9-103機車小4修程，用62-74°廣角探頭對輪輞進行探傷時，發(fā)現(xiàn)第5位整體輪輞非齒側(cè)有異常波出現(xiàn)，異常波波高大于基準17dB，根據(jù)儀器顯示距離找到實際輪輞出現(xiàn)異常波的位置，然后用雙晶和直探頭復查，均無異常，最后用磁粉探傷檢查發(fā)現(xiàn)踏面無裂紋。車削3mm后，用60-74°廣角探頭復測時還有17dB的異常波，用磁粉探傷時，發(fā)現(xiàn)在異常波出現(xiàn)的位置上有3處長30mm徑向裂紋，從外側(cè)測量裂紋已經(jīng)達到12mm的深度。因此及時進行了報廢處理。

該種裂紋具有只能被廣角探頭發(fā)現(xiàn)的特點。雙晶探頭從踏面和內(nèi)側(cè)面探傷均無明顯的缺陷波反射。究其原因是缺陷取向縱波走向平行，導致縱波難以反射。因此造成裂紋無法被發(fā)現(xiàn)。由于廣角探頭發(fā)射的橫波與缺陷正面相交，探傷取向良好，才能有效顯現(xiàn)該種缺陷。從圖中可以看到：缺陷波陡直， 尖銳且清晰。廣角探頭在踏面前后移動缺陷波幾乎不變，探頭移動范圍加大，從一次到四次聲程均出現(xiàn)明顯缺陷波。用廣角探頭在踏面另一側(cè)復查，儀器反應與剛才一樣。于是可以判定是裂紋無疑。該種裂紋的危害性很大，可采用的探傷方法卻有限，因此需要特別值得注意。

由此可見：對機車整體輪輞超聲探傷時，認真觀察儀器示波屏，一旦出現(xiàn)異常波而且異常波底部干凈無開口，波型猛烈窄而細，dB值高的時候，專業(yè)人員要認真分析，用各種方法進行確認，絕不可輕易放過。

②2013年7月10日，某段DF11G/059機車第六輪對齒側(cè)輪輞探傷時超聲波雙晶發(fā)現(xiàn)距踏面下13～20毫米處出現(xiàn)一個大面積周向輞裂。該缺陷長240毫米、寬70毫米且為內(nèi)部缺陷。它的被發(fā)現(xiàn)及時有效地避免了重大行車事故發(fā)生。該缺陷的發(fā)現(xiàn)與上文所提的徑向裂紋恰恰相反，廣角探頭發(fā)射的橫波無法有效地對該處裂紋產(chǎn)生反射，只有用雙晶探頭從垂直方向發(fā)射縱波，才能很好地檢查出該缺陷。

5 結(jié)論

經(jīng)過長期的摸索和實踐，以及歷年來兩種探頭使用情況來看：兩種探頭哪一種單獨使用對缺陷的檢查都不是百分之百的檢出。

為了保證機車安全，采用兩種探頭相結(jié)合，并根據(jù)機車具體行走公里及輪對踏面狀態(tài)制定探傷工藝的方案是行之有效的。這樣做的結(jié)果是使兩種探頭優(yōu)點更加突出，缺點得到了互補，大大提高了輪對缺陷的檢出率。由于認識上的局限性，本文難免存在不足和謬誤。希望能夠拋磚引玉，得到更多行內(nèi)前輩的批評和指點。

在鐵路大提速的今天，保證列車安全，防止事故，認真做好探傷工作，把事故消滅在萌芽時無損檢測人員的責任。