淺析動車組車輪探傷

韓健

摘 要：本文旨在介紹動車組探傷技術的發展，動車組車輪損傷的形式與分類，以及超聲波技術在動車組運用修中的應用。通過介紹動車組超聲波車輪探傷機，分析動車組車輪探傷技術的特點。

關鍵詞：動車組；車輪；探傷；超聲波探傷

隨著高速鐵路的飛速發展，動車組的配屬數量不斷增加，對于動車組的檢修工作變得尤為重要。動車組的日常檢修稱為運用修，包含一級檢修與二級檢修。其中二級修的關鍵項目是對車輪、車軸的檢查，同時也是技術要求相對較高的檢修項目。為了確保動車組安全有效的擔任客運任務，動車運用部門必須要對車輪和車軸等關鍵走行部件進行周期性檢測。車軸是走行部的關鍵部件，是列車安全運行的基石，對行車安全有著直接影響。

我國研發的適用于時速350Km的自主化輪軸搭載在先期考核的前兩列“復興號”中國標準動車組上，四方股份和長客股份各一列，每列車一半裝用自主化輪軸，一半裝用進口輪軸。先后在大西、鄭徐、哈大客專進行了總里程約60萬公里的運用考核，考核后自主化輪軸正式投入運營，最長服役里程已達到120萬公里。對于高速度級車輪的探傷技術和設備要求更高，處置流程也更加復雜。

1 車輪傷損

車輪損傷的原因主要有以下幾種：由于制造缺陷造成的傷損；由于輪軌接觸疲勞或輪軌接觸應力過大造成的傷損；由于外界異物壓入或其它機械作用造成的車輪傷損。車輪損傷失效的形式主要表現為：裂紋、剝離、擦傷、碾邊、異常磨耗、掉塊、劃傷等等。其中尤以裂紋、剝離、擦傷等較為常見。探傷的主要目的是為了找到探測對象的故障類型與故障位置。

輞列是車輪故障中較為典型的損傷，是指車輪內部疲勞裂紋，裂紋起源于輪輞內部，當裂紋拓展到輪輞外側時可在車輪表面上觀察到，若發現不及時，當裂紋拓展出來發展成局部大塊脫落，很可能引起列車切軸、脫軌等惡性行車事故，危機列車安全。車輪疲勞裂紋的三種趨向：

1）周向裂紋：有時也稱為水平裂紋，基本上沿著圓周或水平方向發展，到一定程度會拐向踏面。

2）徑向裂紋：沿車輪半徑方向發展，可直接導致車輪崩裂。

3）斜裂紋：與車輪半徑方向呈一定角度的疲勞缺陷。

2 輪對超聲波探傷

根據中國鐵路總公司對高速鐵路動車組輪輞輪輻探傷的要求，CRH動車組超聲波探傷分為定期在線探傷和定期落輪探傷，主要探測輪對在運用過程中輪輞和輪輻部位產生的各類疲勞缺陷。

2.1 探傷檢測原理

組合利用相控陣探傷（PA）技術和常規超聲探傷（UT）技術，其超聲波載體單元部分由相控陣探頭、大角度探頭、TR直探頭按照一定的布局組合，實現輪輞、輪輻部位周向、徑向、斜向缺陷的全覆蓋。

2.2 探傷檢測工藝

對照中國高鐵和德國的車輪檢測標準，充分考慮了缺陷的類型、位置及形狀對檢出精度的影響，可以檢測出輪緣區、輪輞區、輪輻區和過渡區域的缺陷。

1）探傷當量技術指標。輪輞外側上方倒角裂紋：10mm×5mm（倒角處梯形上下邊長）； 輪輞外側下方倒角裂紋：12mm×4mm；輪緣內側：10mm長×2mm深；輪緣根部：10mm長×2mm深；內部缺陷：≥Φ2mm。

2）輪輻各部位缺陷標準。輪輻周向缺陷：15mm長×3mm深；輪輻徑向缺陷：15mm長×3mm深；內部缺陷：≥Φ3mm。

3 動車組車輪探傷技術

動車組車輪探傷作業主要靠探傷機完成，探傷機由檢測車、頂轉輪機構、系統檢測單元、系統控制及處理單元、對比試樣輪、便攜式相控陣探傷儀器等6個模塊組成。6大模塊的具體功能如下：

1）檢測小車負責將檢測系統運送到被檢車輪位置，包括沿地溝運行的承重小車，小車驅動單元，檢測設備升降和旋轉單元。

2）頂轉輪機構包括輪對頂升單元，輪對轉動單元；輪對探傷前需要將輪對頂起，輪對底部踏面需離開軌面10mm左右，探傷時四個探頭架將探頭貼合于左右兩個車輪的踏面和輪輞內側面上。

3）系統檢測單元負責超聲波信號的發射與接收。

4）系統控制及處理單元主要功能是將超聲波子系統傳來對數字信號進行融合，生成可供探傷人員識別的圖像，并進行檢測記錄的存儲、查詢、輸出等操作。

5）對比式樣輪作為實物對比試塊，對系統性能測試、技術驗收和狀態標定以及實車輪缺陷當量大小的對比參考。

6）便攜式相控陣探傷儀器在自動設備發現缺陷之后，進行復探，以確定缺陷的具體情況，包括當量大小，埋深等信息。

動車組探傷機技術特點：1）不拆卸撒砂管和排障器等任何車輛配件即可完成探傷，有效避免頻繁拆卸導致的部件脫落，探頭組件可根據轉向架底部的輪對空間情況，智能選擇進入探測區的方向；2）探傷小車一次順向通過即可完成所有車輪探傷，作業時不必間隔車輪探傷和反向掉頭，極大簡化了探傷流程，減少了探傷輔助人員工作量；3）采用雙向雙頭機械和探頭組件裝置，實現同一輪對雙側車輪同時檢測，提高探傷效率；4）自主研發的操作軟件，訂制化和自動化水平更高，擁有完善的動車組數據采集、分析、報告、記錄等管理功能。

4 小結

動車組的探傷作業是動車組二級檢修的重點項目之一，也是保證動車組安全擔任客運任務的前提。超聲波探傷技術的推廣和發展已趨于成熟，但對于探傷數據的分析和管理工作目前還不夠完善，未來的研究方向應落在此處，通過與動車組數據管理系統對接，儲存足夠的數據基礎，從而實現探傷作業的大數據管理。