城市軌道交通車輛漏雨密封性的超聲波檢測技術(shù)

丁寶英 劉和平

（南車青島四方機車車輛股份有限公司，266111，青島∥第一作者，高級工程師）

城市軌道交通車輛漏雨部位大多發(fā)生在車頂空調(diào)、空調(diào)新風口、車輛門窗、貫通道等處，主要進水路徑有：車體鋼結(jié)構(gòu)空調(diào)平臺焊縫處、空調(diào)新風口鋁風道結(jié)合面處、車門上沿及門縫處、車窗周圈及貫通道上側(cè)部位，通過以上路徑，雨水進入車輛電氣柜、設備柜及電氣部件上，造成車輛部件腐蝕、電路短路、信號系統(tǒng)紊亂等故障，進而危及行車安全。

按照TB／T1802—1996《鐵道車輛漏雨試驗方法》要求，車輛制造時需進行車體鋼結(jié)構(gòu)的澆水試驗和整車落成后的噴水試驗，滿足噴水結(jié)束后10～20 min內(nèi)各部位不發(fā)生滲漏。車輛漏雨試驗為例行試驗，根據(jù)車輛制造現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，車輛整車落成后漏雨試驗時，漏雨發(fā)生概率在30%左右，嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)交付計劃。因此，亟待開發(fā)一種新的檢測技術(shù)來進行城市軌道交通車輛漏雨試驗前的泄漏檢測和漏雨后漏點的查找，為車輛運營提供安全保障。

本文依據(jù)汽車行業(yè)的應用經(jīng)驗，使用超聲波檢測泄漏原理，對超聲波發(fā)生器、接收裝置、檢測探頭、系統(tǒng)軟件等進行優(yōu)化配置，使之滿足城市軌道交通車輛漏雨密封性能檢測。

1 超聲波檢測技術(shù)原理

超聲波是頻率高于20 kHz、人耳聽不到的聲波。它具有方向性好、功率大、穿透能力強、易于獲得較集中的聲能，以及隨傳播距離增大衰減較快等特點。

在封閉的城市軌道交通車輛車廂內(nèi)，放置超聲波發(fā)生器，超聲波在均勻的介質(zhì)中以直線方式傳播，當傳播到界面或另一種介質(zhì)的表面時，會發(fā)生反射、折射現(xiàn)象。在反射、折射時，其能量及波形都發(fā)生變化，能量的變化量取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗特性，兩種介質(zhì)的聲阻抗特性差異愈大，則反射波的強度愈大。城市軌道交通車輛車廂內(nèi)部件材料主要有鋼、鋁、酚醛玻璃鋼、橡膠、塑料等，由于上述材料的聲阻抗和空氣聲阻抗相差較大，超聲波均不同程度地會發(fā)生反射；如果封閉車廂內(nèi)有縫隙、孔洞，超聲波將穿過該縫隙，用超聲波檢測探頭掃描車體鋼結(jié)構(gòu)空調(diào)平頂焊縫、空調(diào)新風口鋁風道結(jié)合面、車門上沿及門縫、車窗周圈及貫通道等部位，可捕捉到超聲波，通過檢測儀器分析、處理，可以判斷出縫隙的大小、位置。超聲波檢測裝置原理框圖見圖1。

圖1 超聲波檢測裝置原理框圖

2 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置的功能和組成

城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置具有以下功能：

1）檢測高頻率的超音波；

2）屏蔽低頻率或人耳可以聽到的聲波；

3）超聲波信號可轉(zhuǎn)換為人耳可以聽到的聲波；

4）超聲波信號可進行量化、數(shù)值化；

5）可儲存測量數(shù)據(jù)、顯示器顯示泄漏處；

6）可傳輸測量數(shù)據(jù)到個人計算機上儲存、分析、作結(jié)論。

城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置組成見圖2。

圖2 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置組成

3 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置的應用

城市軌道交通車輛超聲波泄漏檢測分兩步進行：第一步為車體鋼結(jié)構(gòu)泄漏檢測；第二步為整車落成后泄漏檢測。

3.1 車體鋼結(jié)構(gòu)檢測

城市軌道交通車輛車體總組焊后，需對車體鋼結(jié)構(gòu)頂蓋上通風器、雨檐、空調(diào)新風口、空調(diào)平臺焊縫、車體側(cè)墻門窗處、車體端墻貫通道處等進行澆水試驗，以滿足不泄漏、不滲漏之要求。

在澆水試驗之前，使用超聲波檢測裝置，對以上部位進行探測檢查，預先檢測是否有漏點，預先進行控制并處理。這可有效控制有漏點的車體流入下一工序，減少返工返修時間，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。車體鋼結(jié)構(gòu)檢測位置見圖3所示。

圖3 車體鋼結(jié)構(gòu)超聲波檢測部位圖

3.2 整車檢測系統(tǒng)

城市軌道交通車輛總組裝竣工后，按照工藝流程，需對整車進行漏雨試驗，應滿足TB／T1802—1996《鐵道車輛漏雨試驗方法》的要求：噴水強度不小于3 mm／min，噴頭處水壓不小于0.10 MPa，噴頭至噴水表面的距離不大于1.5 m，噴水時間不小于3 min；噴水結(jié)束后10～20 min內(nèi)再檢查各部位是否滿足不滲漏的要求。

在車輛漏雨試驗前應設計超聲檢測工序，對車輛車門接縫處、車體空調(diào)平臺焊縫處、車窗接縫處、車內(nèi)風道和電器設備接縫處、貫通道折棚處等進行漏點檢測，可預先發(fā)現(xiàn)漏點從而處理漏點，因而大大降低了返工返修時間，以滿足生產(chǎn)計劃要求。整車超聲波檢測部位見圖4所示。

圖4 整車超聲波檢測部位圖

3.3 設備選型

1）超聲波發(fā)聲器：發(fā)射功率為8×260 mW 便攜式（可根據(jù)實際情況試驗標定后確定）；頻率范圍為39.2 kHz 和39.6 kHz雙頻制；溫度范圍為－20℃～50℃；濕度范圍為0%～95%；具有二次充電裝置，一次充電后連續(xù)工作時間≥2.5 h。

2）外接式探測器：為柔性彎曲式探頭。探頭靈敏度為－65 dB／V（可根據(jù)實際情況試驗標定后確定）；探測器長度為550 mm 或820 mm；探頭管外徑為20 mm。

3）接收器主機：測量量程為－10～120 dBμV；測量精度為±0.5 dBμV；測量分辨率為0.1 dBμV；信噪比為－5 dBμV；帶寬為－3dB；頻率范圍為0～200 kHz。

便攜儀顯示器可顯示漏點部位，具有鍵盤功能鍵和高對比性，帶背光LCD（液晶顯示屏），可接入PC 電腦進行數(shù)據(jù)存儲、分析、打印。

4 結(jié)語

1）超聲波檢測與傳統(tǒng)淋雨試驗工藝相結(jié)合，可提前發(fā)現(xiàn)車輛漏雨部位并進行處理，提高了車輛密封性能、降低了返工返修率。

2）超聲波檢測手段的成本低、可靠性高、操作簡便易行。

3）采用超聲波檢測后，城市軌道交通車輛整車漏雨率由30%降低到6%以下。

因此，車輛制造商和車輛運營單位可借鑒使用該技術(shù)。

［1］TB／T1802—1996鐵道車輛漏雨試驗方法［S］.

［2］周龍，牟懌，謝莉.基于超聲波檢測的汽車防雨密封性試驗研究［J］.華中科技大學學報：自然科學版，2007（8）：81.