對于提高輪對超聲波探傷準確率的認識

劉江波

摘要：隨著我國鐵路重載、提速戰略的實施，輪對的工作條件更加惡劣，輪對故障呈明顯的上升趨勢，已經成為影響列車安全運行的主要因素之一。怎樣在現有設備、技術、工藝的前提下，對輪對的技術狀態進行準確判斷，從而提高輪對工作可靠性，確保機車車輛運行安全，成為超聲波探傷工作的首要任務。這對我們超聲波探傷工提出了更高的要求。

關鍵詞：輪對； 超聲波探傷；判斷；裂紋 準確率

一、引言

隨著現代工業的發展，對產品質量和結構安全性，使用可靠性提出越來越高的要求，由于無損檢測技術具有不破壞試件，檢測靈敏度高等優點，所以其應用日益廣泛。目前對輪對的檢測方法有多種，本文主要介紹超聲波無損檢測在輪對探傷日常應用中的技術細節。

二、超聲波檢測

輪對是機車車輛走行部的重要部件，是影響列車安全運行的主要因素之一。尤其隨著我國鐵路重載、提速戰略的實施，輪對的工作條件更加惡劣，輪對故障呈明顯的上升趨勢，已經成為影響列車安全運行的主要因素之一。而國內機車車輛輪對的探傷，普遍采用人工超聲波探傷的方式。

超聲檢測（Ultrasonic Testing，UT）是利用超聲波在介質中傳播時產生衰減，遇到界面產生反射的性質來檢測缺陷的無損檢測方法。超聲檢測既可用于工件表面裂紋，還可用于工件內部缺陷的檢測。

超聲波探傷具有探測距離大、指向性好、穿透力強、檢測速度快，且超聲波探傷儀體積小、重量輕，便于攜帶和操作，對人體沒有危害，而且探傷中只消耗耦合劑和磨損探頭，總的檢測費用較低等優點。

但這種方法無法檢測與聲速軸線平行的缺陷，對缺陷的定性、定量表征不準確。手工操作缺陷檢出率低、誤判率較高，而且效率低。

怎樣在現有設備、技術、工藝的前提下，對輪對的技術狀態進行準確判斷，是提高輪對工作可靠性，確保機車車輛運行安全，成為超聲波探傷工作的首要任務。這對我們超聲波探傷工提出了更高的要求。

三、輪對探傷

鐵道車輛車軸與車輪、制動盤座等配合采用過盈配合，結合部位棱臺結構復雜、應力集中，是疲勞裂紋產生的多發區域。由于外形復雜，該部位探傷時極易發生波形交織和重復，難以識別真正缺陷波。因此探傷前的測距標定，就顯得極其重要。

標定測距要從零點校準做起。其目的是補償探頭的發射晶片到工件表面之間經過的傳播時間。使示波屏上的零刻度代表聲束軸線進入工件表面的時間。準確的標定測距，可以使我們精確計算回波位置，有助于排除干擾波，是后期缺陷分析的基礎。

在探傷過程中，因為未知缺陷的有無和分布狀態，掃查時一定要細致，探頭軌跡應有重疊，保證主聲束覆蓋輪座全長。掃查時探頭可微量的左右擺動，便于發現各種不同取向的缺陷，掃查當中如輪座或輪轂孔的反射波突然降低或消失，則要注意始波后面有無雜波產生，或者采取其他探測方式查找車軸內部有較大缺陷。

發現輪座鑲入部有可疑波時，需要重新對探傷靈敏度確定，并使用多種探測方法進行核查。針對該處使用鋸齒形掃查，左右掃查，前后掃查，轉角掃查，環繞掃查等多種方式判斷回波性質，并進行定位、定量分析。可疑波的性質就是指缺陷的種類如裂紋、氣孔、縮孔、夾雜物等。掌握了缺陷性質才能正確對缺陷的危害性進行評估。

當發現危害性比較大的缺陷（如裂紋）時應當慎重對待。輪座裂紋波大多伴隨著其他雜波，甚至類似輪轂孔的刀痕反射波。《輪對超聲波探傷作業指導書》上提供了簡單易行地識別方法，“只有在規定的探傷靈敏度條件下，所發現的裂紋波高度達到或超過滿幅的80%，判定該條輪對存在裂紋。” （“探傷靈敏度”就是標準試塊上1mm人工缺陷的反射波在示波屏上達到80%，并適當補償后得到的值。）當我們發現可疑反射波，其當量大于1mm人工缺陷時才判為不合格。這是幫我們判斷裂紋是否存的的一種方法。既一般裂紋的反射與標準試塊上人工缺陷的的反射大小相當。判定該反射波是不是裂紋，而不是以裂紋的大小來判斷。理論上車軸探傷不允許存在裂紋。實際當中由于各種原因，導致大的缺陷回波不一定就強。缺陷的形式多種多樣，得到的反射也是多種多樣的。正確區分他們可以給我們工廠帶來安全的保障和良好的利益。一般來說裂紋反射波強烈，波峰尖銳，根部前沿比較干凈，后延有時存在少許雜波。當探頭往復移動時，反射波在掃描線上左右移動，而且波峰逐漸由高到低，再由低變高。當探頭做周向平穩移動時，裂紋反射波僅有波幅逐漸變化，而無左右移動現象。單根刀痕波的形態有時與裂紋反射波難以區分，這時可借助其他鑒別方法。如數字式多通道探傷儀的射頻功能，裂紋是車軸疲勞所產生的缺陷，刀痕是車輪加工的痕跡，不在同一介質上，聲束經過了一層界面到達輪轂孔，其相位發生轉變，與車軸裂紋反射相反。并且裂紋射頻波后沿干凈，無雜波。刀痕射頻波后伴有雜波。還可以借助其他探頭（如小角度探頭）輔助，從多個角度，多種方法來分辨。

四、展望

當然，即使我們做好所有細節，也不能沾沾自喜，從此高枕無憂。因為影響探傷質量的因素有多種，包括檢測人員、檢測儀器、檢測用品、工藝方法、檢測環境等等。以及缺陷自身的因素，其大小、方向、與聲束軸線的夾角以及內容物、表面光潔度等等都有可能導致我們不能發現缺陷的存在。我們只能盡量降低人為的因素。還有些因素是人為無法改變的。想要進一步提高缺陷檢出率，判傷準確率，還需要用多種波型，多頻率，多角度，組合探頭進行探傷。在手工超聲波探傷已難以滿足當前要求的情況下，我國已開發研制輪對自動化探傷系統，綜合利用數字超聲探傷技術、計算機技術、自動控制等技術，構成完善的智能輪對探傷系統的總體方案。實現多通道同時工作的情況下，具有很高的缺陷檢出率和系統穩定性。可以預見自動化探傷系統將在輪對超聲波無損檢測行業得到迅速發展。

參考文獻：

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