簡析鐵路貨車輪軸超聲波探傷新工藝的主要變化

付銀國

摘 要：在新版《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》（簡稱《輪規(guī)》）未使用之前，舊《輪規(guī)》中的輪軸超聲波探傷舊工藝在探傷方法、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)等方面存在一些不足，由此導(dǎo)致了鐵路輪軸制造與檢修技術(shù)文件中沒有普遍推廣應(yīng)用輪軸超聲波探傷舊工藝，例如輪軸超聲波自動(dòng)探傷B、C型的顯示技術(shù)就未得到推廣應(yīng)用。本文解析了新《輪規(guī)》中超聲波探傷工藝的主要變化，便于輪軸探傷的相關(guān)工作人員能夠深入了解鐵路貨車輪軸超聲波探傷新工藝的作業(yè)執(zhí)行。

關(guān)鍵詞：輪規(guī) 超聲波探傷工藝 變化 分析

中圖分類號(hào)：U270.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）06-0238-02

一、輪軸超聲波探傷舊工藝的不足

自從出現(xiàn)了新車型和新軸型后，舊輪軸超聲波探傷工藝就存在很多不適應(yīng)的情況甚至是缺項(xiàng)，其中的新型通用C80E型系列車輛會(huì)用到RF2型的輪軸。

在過去7年的舊輪軸超聲波探傷工藝的執(zhí)行過程中已經(jīng)補(bǔ)充和修訂了部分內(nèi)容文件，需要將這些補(bǔ)充修訂的內(nèi)容歸納、整理到輪軸探傷工藝中，例如軸承超聲波探傷工藝的內(nèi)容部分，從而完善輪軸超聲波探傷工藝的規(guī)章，保證其規(guī)范性。

通過多年的現(xiàn)場實(shí)踐驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)舊輪軸超聲波探傷工藝局部內(nèi)容存在一些技術(shù)問題，例如軸端小角度縱波探頭折射角的選擇，必須要通過技術(shù)改進(jìn)來完善工藝。

我國舊輪軸超聲波探傷工藝中的個(gè)別探傷儀器、裝備、探頭、試塊等技術(shù)參數(shù)沒有和國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，如縱波直探頭的中心回波頻率為了使得我國的輪軸超聲波探傷工藝能夠和國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，就需要重新修訂舊輪軸超聲波探傷工藝。

二、超聲波探傷新工藝主要變化分析

新版《輪規(guī)》對(duì)于輪軸超聲波探傷工藝的變化主要體現(xiàn)如下：關(guān)于全軸穿透探傷靈敏度確定方法，保留了TZS-R試塊法，并增加新方法TS-3試塊法；將不同軸型的輪軸手工探傷用的小角度縱波探頭社角和橫波斜探頭角的范圍調(diào)整成了統(tǒng)一的確定值；對(duì)新制與檢修車軸全軸穿透檢查靈敏度確定法進(jìn)行了統(tǒng)一，并對(duì)其質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了統(tǒng)一；新增加的工藝和技術(shù)有RF2型新型輪軸、軸承超聲波等新的探傷工藝和B/C型顯示輪軸超聲自動(dòng)探傷技術(shù)，提高了驗(yàn)證探傷靈敏度，使得對(duì)比試樣中的輪軸人工缺陷深度降低了0.5mm，從1mm變成0.5mm；對(duì)于舊《輪規(guī)》中不適合技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用要求的一些內(nèi)容進(jìn)行了刪除，例如刪除了輪軸組裝后鑲?cè)氩砍暡ㄌ絺囊蟆?duì)車軸軸向透聲檢查大裂紋進(jìn)行了明確的定義，將大裂紋檢查的靈敏度在原有的軸向透聲檢查基準(zhǔn)波高之上增益14dB。

1. 引入了手工超聲波探傷用改進(jìn)型半軸實(shí)物試塊

1.1 半軸實(shí)物試塊的優(yōu)化分析

在舊工藝中，RD2和RE2A（RE2B）半軸實(shí)物試塊的卸荷槽部位不具備掃查范圍驗(yàn)證缺陷功能。對(duì)于RD2型半軸實(shí)物試塊的底面的平底孔是Φ10×60mm，數(shù)量為1個(gè)；RE2A（RE2B）試塊有1個(gè)人工鋸口在軸身部位，大小為1×8mm，而軸身截面部位在距離軸身表面的80mm處是1個(gè)人工裂紋，在160mm處同樣有1個(gè)人工裂紋。其中的平底孔、軸身人工裂紋和半軸實(shí)物試塊的靈敏度校驗(yàn)及驗(yàn)證無關(guān)。

在新工藝中，對(duì)半軸實(shí)物試塊進(jìn)行了改進(jìn)，增加了掃查范圍驗(yàn)證缺陷功能。取消了RD2和RE2A（RE2B）半軸實(shí)物試塊的平底孔、軸身人工裂紋。并依據(jù)探傷靈敏度的確定方法將不同軸型的半軸實(shí)物試塊分成帶軸承、不帶軸承的軸型。

通過對(duì)半軸實(shí)物試塊的改進(jìn)，RD2和RE2A（RE2B）半軸實(shí)物試塊具備了靈敏度驗(yàn)證缺陷和掃查范圍驗(yàn)證缺陷兩個(gè)功能，并且可以驗(yàn)證小角度手工探傷作業(yè)掃查方法的正確性。

針對(duì)軸型長度，重新調(diào)整了RD2、RE2A、RE2B型的軸頸根部的靈敏度驗(yàn)證缺陷位置，使其在作業(yè)時(shí)能夠更加合理靈活。通過裂紋簡化，只保留了軸頸根部、輪座內(nèi)外側(cè)的人工裂紋，正好對(duì)應(yīng)新的探傷靈敏度調(diào)整方法，使得改進(jìn)型半軸實(shí)物試塊有了更科學(xué)的設(shè)計(jì)。

2.手工超聲波探傷用探頭的工藝參數(shù)變化分析

新《輪規(guī)》中優(yōu)化了手工超聲波探傷工藝中的探頭角度，使得探傷效果得到提高。從下表中可以看到新舊工藝探頭角度的變化：

新、舊工藝探頭角度范圍對(duì)比表

2.1通過多年的現(xiàn)場實(shí)踐驗(yàn)證后，并在《輪規(guī)》修訂過程中做了大量的探傷試驗(yàn)與論證，總結(jié)出了舊輪軸超聲波探傷工藝局部內(nèi)容存在的技術(shù)問題，從而在新《輪規(guī)》中優(yōu)化和調(diào)整了小角度縱波探頭折射角，將舊《輪規(guī)》中的不確定的工藝探頭角度進(jìn)行了統(tǒng)一定值，并在試驗(yàn)和實(shí)踐使用過程中表明新的確定值更加適合探傷，其小角度縱波探頭探測軸頸的卸荷槽部位，明顯減少了雜波，顯著提高探傷效果。

2.2優(yōu)化和規(guī)范了輪座鑲?cè)氩績?nèi)側(cè)用橫波探頭角度為定值，所有軸型均以45°探頭作業(yè)，舊工藝中的不同軸型不同的輪軸探頭角度在作業(yè)時(shí)容易被拿錯(cuò)，通過統(tǒng)一探頭角度，能夠避免被拿錯(cuò)。新《輪規(guī)》中規(guī)定的要優(yōu)先選用小K值探頭，對(duì)這一原則的遵循使得輪座鑲?cè)氩績?nèi)側(cè)裂紋的檢出率極大地被提高。

2.3新工藝中唯一確定了探頭移動(dòng)部位的角度，統(tǒng)一用45°橫波斜探頭進(jìn)行軸頸上掃查，使得輪座鑲?cè)氩客鈧?cè)缺陷的檢出率提高。

3.微控超聲波自動(dòng)探傷探頭工藝參數(shù)的優(yōu)化分析

新工藝中對(duì)探頭角度進(jìn)行了優(yōu)化，使得微控超聲波自動(dòng)探傷工藝具備了更好的探傷效果，下表為新、舊工藝中探頭角度的選擇對(duì)。

輪軸微控超聲波自動(dòng)探傷工藝探頭角度選擇對(duì)比表

舊工藝中的軸身組合探頭為54.4°、45°和0°，當(dāng)探測不同軸型時(shí)，唯一性的探頭角度不能將輪座全長進(jìn)行主聲束的全部覆蓋，且無法兼顧RF2型輪軸。而新工藝中則優(yōu)化了探頭角度，其三晶片組合探頭為44°～54.4°、0°，可以根據(jù)使用單位的探軸型確定探頭角度，靈活的探頭角度范圍值能夠讓主聲束全部覆蓋輪座全長，也能夠兼顧RF2型輪軸。而通過優(yōu)化軸端面組合探頭角度，使得探傷實(shí)踐暴露的雜波減少，便于裂紋的判別檢出，最終確定了RD2、RE2A、RF2的組合探頭，使得小角度縱波探頭的探傷效果得以提高。

4. 微控超聲波自動(dòng)探傷工藝新技術(shù)的應(yīng)用

在新工藝條件下，要求探傷設(shè)備具備更好設(shè)備能力，微控自動(dòng)探傷新工藝設(shè)備需B型和C型單獨(dú)或組合的顯示方式，對(duì)探傷部位能夠形成連續(xù)成像，其顯示方式還要具備A型顯示回放的能力，這就比就工藝中的A型顯示方式具備了更加綜合的判定探傷的能力，其可靠性更高。

對(duì)比試樣輪軸（即“輪對(duì)”）具備靈敏度校驗(yàn)缺陷與掃查范圍校驗(yàn)缺陷兩種功能，并且在40%以內(nèi)的波高，使得探頭主聲束能夠全區(qū)域覆蓋，達(dá)到裂紋不漏檢的效果，其中靈敏度校驗(yàn)缺陷的深度從舊工藝中的1mm變?yōu)?.5mm，這個(gè)技術(shù)升級(jí)使得發(fā)現(xiàn)裂紋的能力得到提高，并前移了車軸冷切軸風(fēng)險(xiǎn)關(guān)口。

5. 調(diào)整了超聲波探頭檢測項(xiàng)目及周期

對(duì)于新購探頭與在役探頭的檢測項(xiàng)目，舊工藝對(duì)二者的規(guī)定相同，都需要測定探頭入射點(diǎn)、K值（或β角）、中心回波頻率及其誤差、主聲束聲軸偏斜角等。在新工藝中對(duì)二者的檢測項(xiàng)目則不同，其中對(duì)在役探頭的測定只需測定橫波斜探頭的折射角與前沿、小角度縱波探頭折射角。新工藝中調(diào)整了探頭檢測周期，從兩周使用時(shí)間或探測輪對(duì)數(shù)為1000條的測定周期變?yōu)楦鶕?jù)作業(yè)量與磨損情況，每月至少檢測一次，探頭檢測頻次的確定和探頭檢測項(xiàng)目的修訂，抓住了折射角這一關(guān)鍵參數(shù)的檢測重點(diǎn)，使得探傷結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理、科學(xué)。

6. 手工超聲波探傷靈敏度標(biāo)定方法的修訂

新工藝中包括RF2型輪軸在內(nèi)的各型輪軸都確定了其探傷靈敏度，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試塊上的測距標(biāo)定與靈敏度確定進(jìn)行了統(tǒng)一，半軸實(shí)物試塊驗(yàn)證的波高達(dá)到了80%，對(duì)RD2引入了TS-3試塊法，而取消了TS-1試塊法，統(tǒng)一了我國的車軸穿透靈敏度的確定方法、質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了RD2使用K1.4橫波斜探頭的確定方法，對(duì)TZS-R試塊校驗(yàn)K1.4橫波斜探頭靈敏度的問題進(jìn)行了解決。

結(jié)語

綜述，新版《輪規(guī)》的修訂對(duì)當(dāng)下我國的車輛運(yùn)行安全的關(guān)鍵部件給予了輪軸技術(shù)與管理規(guī)范性的有效指導(dǎo)。對(duì)于新版《輪規(guī)》中的輪軸超聲波探傷工藝，征集了主機(jī)工廠、鐵路局、貨車車輛段的相關(guān)用戶單位長期的執(zhí)行意見和建議，再聯(lián)系當(dāng)前世界上最新探傷標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)的發(fā)展情況，進(jìn)行了全路探傷技術(shù)管理員和編寫組成員的多次探傷試驗(yàn)、計(jì)算，在科學(xué)的試驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的計(jì)算下，最終得出論證修訂出新的超聲波探傷工藝。

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