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。作為保證安全質量的重要手段，超聲波檢測對機車走行部的關鍵作用正在日益浮現出來。

關鍵詞：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內部氣泡、夾渣、氣孔等各種制造缺陷。出廠后這些內部制造缺陷會隨著機車高速運行對輪輞產生的各種交變應力而擴展，原本輪輞內部的小缺陷部分反復被碾壓很快發展成周向輞裂。如果不能及時發現就可能造成機車出軌等重大事故的發生。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，結合機車的檢修過程采用必要的探傷手段及時準確發現這些小缺陷。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。這些企業生產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處多層次地發現不同深度、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，主要是為了發現軸向面缺陷。由于雙晶片探頭采用一收一發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域，探測面以外的區域無法企及。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：愛科數字型儀器TZ—2

使用探頭：廣角探頭。據輪箍厚度選擇：60-74°、64- 72°、67-74°廣角探頭（電力機車）62-74°、64- 72°、67-74°廣角探頭（內燃機車）。廣角探頭能夠發現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現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，掃查區域內聲束應相互覆蓋，探頭壓力均勻。小于定量靈敏度的缺陷做標記，跟蹤監探。大于定量靈敏度的缺陷判廢。廣角探頭的優勢在于對徑向內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：愛科數字型TZ-2

使用探頭：雙晶2.5P-13X13一收一發

雙晶探頭由兩個單探頭的組合，收發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域距探測面的深度。兩個聲束交匯的區域為焦距，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，調整TZ-2探傷儀。將人工缺陷的反射回波調至最高。使雙晶片探頭與TZ-2探傷儀的綜合探傷靈敏度能發現實際工作上與人工缺陷相應大小的危害性缺陷。儀器調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范圍內作周向移動。發現缺陷后用直探頭復查并確定缺陷的大小、位置。雙晶探頭的優勢在于善于發現輪箍內部的周向裂紋。但它往往對垂直于探傷面的徑向裂紋難以發現。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。雙晶探頭主要是發現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現。只有缺陷形成一定夾角才能有效地被發現，因此在小修使用廣角探傷時。要隨時注意熒光屏出現的始波與四次聲程處出現的底波之間是否出現缺陷波。如發現缺陷波就必須把車輪旋轉到適當位置進行雙晶超聲波探傷，確認缺陷性質，進行探傷定量。采用2種探傷方式結合的方案后，輪對缺陷檢出率大大提高。由于該方案檢測精確度高，輪對發現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，發現第5位整體輪輞非齒側有異常波出現，異常波波高大于基準17dB，根據儀器顯示距離找到實際輪輞出現異常波的位置，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現踏面無裂紋。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，發現在異常波出現的位置上有3處長30mm徑向裂紋，從外側測量裂紋已經達到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現的特點。雙晶探頭從踏面和內側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現。由于廣角探頭發射的橫波與缺陷正面相交，探傷取向良好，才能有效顯現該種缺陷。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明顯缺陷波。用廣角探頭在踏面另一側復查，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機車第六輪對齒側輪輞探傷時超聲波雙晶發現距踏面下13～20毫米處出現一個大面積周向輞裂。該缺陷長240毫米、寬70毫米且為內部缺陷。它的被發現及時有效地避免了重大行車事故發生。該缺陷的發現與上文所提的徑向裂紋恰恰相反，廣角探頭發射的橫波無法有效地對該處裂紋產生反射，只有用雙晶探頭從垂直方向發射縱波，才能很好地檢查出該缺陷。

5 結論

經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，采用兩種探頭相結合，并根據機車具體行走公里及輪對踏面狀態制定探傷工藝的方案是行之有效的。這樣做的結果是使兩種探頭優點更加突出，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。