地鐵構架的無損檢測方法

摘要：

本文通過對超聲探傷技術基本原理的介紹和對地鐵構架焊縫的梳理及研究，探索了超聲探傷技術在地鐵焊接構架無損檢測中的實際應用，為超聲探傷技術在更廣、更深的領域應用做了有益的嘗試。

引言

近年來，隨著鐵路機車行業的發展，焊接結構的工件越來越多，對焊接質量的要求越來越高，亦將構架的安全性能提到了新的高度。為了保證地鐵的安全運營，對焊縫的無損檢測就顯得尤其重要了。

無損檢測（Nondestructive test，NDT）是指不破壞和損傷受檢物體，對其性能、質量、有無內部缺陷進行檢測的一種技術。新材料、新技術的廣泛應用及信息技術的不斷發展，兩者帶來的融合，必將實現無損檢測的數字化、圖像化、實時化、智能化。

1.超聲探傷原理

超聲探傷是無損檢測的主要方法之一。它能非破壞性地探測材料性質及內部和表面缺陷（如裂紋、氣泡、夾渣等）的大小、形成和分布情況，具有靈敏度高、穿透力強、檢測快和設備簡單等諸多特點。

1.1基本原理

超聲探傷具有反射和透射兩種方法。其中反射法精度較高。脈沖發射器通過探頭將超聲波短脈沖送入試件，當回波從試件的缺陷或邊界返回時，通過信號處理系統，在示波器上可顯示其幅度和傳播時間。

1.2探傷分類

超聲探傷方法很多，按不同的方式，可以分成如下幾種常用的方法：

1.2.1按原理分類

按探傷原理分類，有脈沖反射法、穿透法和共振法。

1.2.2按耦合方式分類

按耦合方式分類，可分為接觸法、液浸法、非接觸法，其中接觸法又可細分出反射法及穿透法，液浸法亦同理；非接觸法，則主要有電磁和激光超聲。

1.2.3按探傷顯示方法分類

按探傷顯示方法分類有A型顯示、B型顯示與c型顯示。其中A型顯示只顯示缺陷深度：B型顯示，可顯示工件內部缺陷橫斷面形狀；c型顯示，則顯示工件內部缺陷的平面圖形。

1.2.4按智能方式分類

上述探傷如由人工操作，則為人工探傷。如使試樣或探頭移動，在移動中利用超聲波自動地檢測缺陷并予以顯示或指示（噴色）的方式，稱為超聲自動探傷。根據探頭設置方式的不同亦可分為：直接接觸方式，此方式只適用于軌道、無縫鋼管和軸等的探傷；局部水浸方式是超聲探傷中最適用的方式；全水浸方式用于工件的某部分（如粘結層）或管類的精密探傷。

2.焊縫常見缺陷分析

構架是轉向架的骨架，是連接轉向架各部組成和傳遞各方向力的重要結構體系，構架焊接質量的優劣直接影響地鐵列車的行車安全。因此有必要對地鐵構架焊縫的常見缺陷進行分析和研究。圍繞以下幾種常見的構架焊接缺陷，如氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等，筆者進行了分析：

2.1缺陷形成原因分析

2.1.1氣孔

氣孔是指焊接時，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫中所形成的空穴。其可能是從熔池外吸入，也可能是焊接冶金過程中反應生成。氣孔的存在減少了焊縫的有效截面，使焊縫疏松并降低了接頭的強度和塑性，引起泄漏及冷裂紋。

2.1.2夾渣

在金屬焊縫中，局部空間充滿著非金屬物質，即夾渣。一般焊縫中的夾渣分為點狀夾渣、線狀夾渣和體積型夾渣。

2.1.3未熔合和未焊透

焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷，稱為未熔合，在焊縫邊緣近熱影響區部位易發生。未焊透一般出現在焊縫根部和多層焊縫中間，而以根部邊緣未焊透危害最大。

未熔合是一種面積型缺陷，其危害僅次于裂紋；未焊透減少了焊縫的有效截面，使接頭強度下降，同時引起應力集中，并嚴重降低焊縫的疲勞強度，成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。

2.1.4裂紋

裂紋是焊接中危險性最大的缺陷，可能造成焊縫應力集中，并在使用中不斷擴大，從而導致焊縫全部破裂。若焊接過程中起弧或熄弧不當，應力則會在弧坑集中，從而產生弧坑裂紋。

3.地鐵構架探傷方法介紹

地鐵構架焊縫探傷主要有超聲和磁粉探傷兩種。焊縫的缺陷一般分為兩類：一類為焊縫表面裂紋、氣孔等缺陷；一類為板材分層、焊縫內部夾渣、未焊透及未熔合等缺陷。第一類缺陷宜用表面磁粉探傷檢查，第二類則宜采用超聲波探傷檢查。

3.1磁粉探傷

對整個地鐵構架來說，由于焊接過程中的熱輸入，容易產生熱裂紋，故靈敏度較高的磁粉探傷對近表面及表面的裂紋檢驗就顯得尤其必要。

3.1.1地鐵構架磁粉探傷采用CJE-II型磁扼式探傷儀，當兩磁扼間距在100mm距離時，提升力應大于34.3N。探傷儀配置了照明裝置，使探傷工件表面照明度大于500Lx。

3.1.2試塊采用直徑為70mm的鋼制圓柱型試塊，重量3.5kg。試塊中部存在一個中10mm的人工圓弧指示；A1 15/50型試塊中心十字痕跡顯示清晰亦可。

3.1.3探傷前需清除表面油污及飛濺等雜物，且必須對焊縫探傷部位噴涂反差增強劑。探傷表面粗糙度不大于Ra12.5um。

3.1.4MT掃查區域為焊縫及焊縫周圍兩側各50mm范圍內以及對接焊縫兩端引弧板。

3.1.5焊縫缺陷的磁痕顯示磁痕濃密清晰、細直、輪廓清晰，呈直線狀、彎曲線狀，且重復性好；而缺陷如氣孔、夾渣、未焊透等，其磁痕顯示寬而模糊，輪廓不清晰。

3.2超聲探傷

超聲探傷在地鐵構架焊縫檢查中占據著很重要的地位，它可以發現焊縫中大多數危險性缺陷的存在。超聲探傷的檢測區域寬度應是焊縫本身，再加上焊縫兩側各相當于母材厚度30%的區域，這個區域最小寬度為10mm。

3.2.1地鐵構架的對接焊縫探傷采用橫波4MHz的探頭（折射角分別為600，700），而角焊縫的探傷采用4Mnz，600折射角的斜探頭。探傷靈敏度采用標準對比試塊（特種RB/1，法國標準試塊）上φ1.5mm孔反射波高達80%。

3.2.2探頭移動方式一般采用鋸齒型掃查，每次前進鋸齒不得超過探頭晶片直徑。在保持探頭與焊縫中心線垂直前后移動的同時，作大致10-150的擺動。

4.結語

綜上，在地鐵構架的無損檢測中，磁粉探傷是檢測表面或近表面缺陷，具有快捷、費用低、靈敏度較高等優勢。超聲探傷則是探測焊接構架內部缺陷（氣孔、夾渣、未熔合）的有效檢測手段。利用磁粉探傷和超聲探傷相結合的方法，可發現焊縫中絕大多數的缺陷類型，這為地鐵構架的焊接質量提供了有力的保證。