手持式探桿超聲波探傷工藝開發(fā)

陳 磊

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130000

我公司出口馬來西亞的吉隆坡機(jī)場線鉸接式輕軌列車,由于該型車運(yùn)行速度為160KM,采用空心車軸。我公司負(fù)責(zé)在用戶現(xiàn)場運(yùn)營維

1 超聲波探傷方法的確定護(hù)

車軸定期需要對輪座鑲?cè)氩窟M(jìn)行超聲波檢測,采用空心軸探傷機(jī)進(jìn)行超聲波檢測費(fèi)用高,設(shè)備費(fèi)用約400萬,經(jīng)過理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證研制手持式空心軸探桿來進(jìn)行輪座鑲?cè)氩刻絺?探桿費(fèi)用為30萬。制定了合理的超聲波檢測工藝。

根據(jù)《和諧系列動車組空心車軸超聲波探傷規(guī)程》規(guī)定,以及馬來西亞現(xiàn)場實(shí)際情況,采用脈沖反射直接接觸法使用45°橫波斜探頭進(jìn)行超聲波探傷。耦合劑采用齒輪油SAE W80-90和油脂的混合物,該混合物現(xiàn)場易于制備,粘度和侵潤性足以保證超聲波能量很好的傳入車軸。

2 超聲波探傷儀的選擇

探傷儀性能指標(biāo)按JB/T 10061《A 型脈沖反射式超聲波探傷儀通用技術(shù)條件》進(jìn)行測試,應(yīng)滿足垂直線性誤差≤5%,水平線性誤差≤2%,動態(tài)范圍≥26dB,靈敏度余量≥42dB,衰減器精度12dB±1.0dB,儀器有報(bào)警閘門,操作快捷簡便。為此我們選擇了美國GE公司生產(chǎn)的USM36型數(shù)字式超聲波探傷儀。

3 手持式探桿的研制

設(shè)計(jì)并制造了手持式超聲波探桿,將±45°探頭相對放置鑲嵌在有機(jī)玻璃里,有機(jī)玻璃與探頭相接觸的一側(cè)做成與空心軸內(nèi)孔一致的半徑角度。然后將探頭塊安裝進(jìn)金屬探頭架里。

如照片所示,金屬探頭架鑲嵌三組成120°角分布的彈型鋼珠,以確保探頭架和空心軸內(nèi)孔間隙均勻。探頭架與空心金屬桿采用管式連接器連接以保證探頭架和金屬桿之間有一定的活動角度。空心金屬桿尾端組裝了一個撥檔開關(guān),能夠選擇使用+45°探頭或-45°探頭進(jìn)行超聲波探傷。空心金屬桿上鑲嵌鋼板尺以確定探頭在空心軸內(nèi)部的相對位置。

根據(jù)不同的探傷要求,探頭架可以組裝不同的探頭塊。例如進(jìn)行空心軸內(nèi)孔近表面超聲波探傷時可以組裝±70°探頭塊,對空心軸原材料進(jìn)行超聲波探傷是可以組裝直探頭探頭塊。

如需要對探頭螺距進(jìn)行精確控制時可以為空心軸探桿增加一套搖臂機(jī)構(gòu),可以手動驅(qū)動或電動驅(qū)動。

4 探傷靈敏度試塊的制作

根據(jù)《和諧系列動車組空心車軸超聲波探傷規(guī)程》規(guī)定,需要制作半軸實(shí)物試塊進(jìn)行靈敏度標(biāo)定,方法是在輪座內(nèi)側(cè)和輪座外側(cè)分別制作一定深度的人工缺陷,這種方法需要耗費(fèi)一根車軸,費(fèi)用高,加工周期長。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況,經(jīng)過于業(yè)主商討,我們用車軸的輪廓回波來標(biāo)定探傷靈敏度。

先計(jì)算一下探頭入射點(diǎn)到車軸上的A 點(diǎn)(輪座過度半徑)的聲程距離L。采用相同材質(zhì)的鋼,加工一塊半徑為L的半圓形試塊,厚度為20mm。并測算出該試塊的橫波聲速。

5 超聲波探傷掃差靈敏度的確定

先用已知聲速的半圓形鋼板試塊對探桿的-45o斜探頭進(jìn)行校準(zhǔn),先找到最大反射回波,然后調(diào)節(jié)儀器的延遲參數(shù),使最大反射回波的聲程為L。然后使用探桿掃差車軸上的A 位置。找到最大反射回波,計(jì)算該點(diǎn)儀器上的投影距離和深度與A處的理論數(shù)值誤差不超過±5mm。同理對+45o斜探頭進(jìn)行校準(zhǔn)時,使用探桿掃差車軸上的B(輪座內(nèi)側(cè))位置,使儀器出現(xiàn)最大反射回波處的投影距離和深度與B處的計(jì)算數(shù)值誤差不超過±5mm。

使用-45o探頭時,使用探桿對A 點(diǎn)掃差,找到最大反射回波,將回波高度調(diào)至屏幕的40%,此時的探傷儀的靈敏度讀數(shù)為AB,調(diào)節(jié)儀器增益,在增加12dB,此時的儀器靈敏度讀數(shù)為AT 為儀器的探傷靈敏度。即：AT=AB+12 dB。+45o探頭的靈敏度可以直接使用-45o探頭靈敏度AT。該檢測靈敏度相當(dāng)于輪座和輪座過渡半徑處等同于1mm 直線鋸切口的缺陷檢測靈敏度(裂紋深度約3mm)。

6 超聲波檢測程序

進(jìn)行超聲波檢測前應(yīng)該先目視檢查空心軸內(nèi)孔,內(nèi)孔不得有水、銹蝕、油泥等雜物。必要時對空心軸內(nèi)孔進(jìn)行清理。先對空心軸內(nèi)孔施加耦合劑,然后將探桿放入空心軸螺旋前進(jìn),該方法對探傷工操作手法要求較高。必要時可為探桿增加一套螺旋前進(jìn)機(jī)構(gòu)(例如搖臂)發(fā)現(xiàn)疑似缺陷波后,找到最大反色回波,記錄缺陷波的波高、投影距離、深度、周向角度等參數(shù)。

7 質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)現(xiàn)缺陷回波后,當(dāng)回波高度＞40%時(排除輪廓回波),車軸需要拆卸,拆卸后對車軸進(jìn)行目視檢測和磁粉檢測。回波高度≥20%并且≤40%時需要記錄。在下一個檢測周期時的超聲波探傷結(jié)果與之進(jìn)行對比,來決定是否拆卸車軸或縮短檢測周期。

8 結(jié)語

根據(jù)開發(fā)的檢測工藝,對馬來西亞機(jī)場線的車軸進(jìn)行了檢測。保證了運(yùn)行安全,節(jié)省了大量的設(shè)備成本。取得了良好的效果。