基于鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝的研究

曹青晨

（神華鐵路裝備有限責任公司陜西分公司，陜西榆林 719300）

0 引言

在鐵路貨車運行中注重輪軸質量控制工作，分析輪軸質量影響因素，從輪軸結構設計、材料選擇、承受重量、使用環境和使用條件等方面，采取措施提高輪軸質量。其中，超聲波探傷工藝屬于一種無損檢測技術，在輪軸損傷檢測中有重要的應用價值，借助計算機技術信息技術完善超聲波自動化探傷系統，為鐵路貨運車輛運行安全性提升奠定良好基礎。

1 鐵路貨車輪軸損傷分析

鐵路貨車輪軸組成結構主要包括車軸、車輪兩部分。車輪與鋼軌直接接觸，出現的損傷概率要大于車軸損傷概率。鐵路貨車車輪常見損傷包括車輪磨損與車輪裂紋。

1.1 車輪磨損

貨車運行過程中，車輪與鋼軌直接接觸，在運行過程中產生較強的摩擦力，極易出現車輪磨損情況。車輪磨損類別包括踏面磨損與輪緣磨損。

（1）踏面磨損。貨車在運行中的緊急制動，使踏面出現了凹槽，無法確保輪軸四周能正常運行。制造材料質量不佳因素影響，會使貨車運行過程中踏面出現“剝離”情況。材料不同所造成的“剝離”裂紋程度也不同，均會加大車輪與鋼軌的摩擦力，并有強大的沖擊性[1]。

（2）輪緣磨損。因多種力影響，輪緣內側、外側均受到不同程度的撞擊，使貨車在運輸中無法直線行駛。再加上車輛運行速度較快、行駛地勢與地形較復雜，會使其邊緣受到較強烈的沖擊，所產生的磨損程度較嚴重。同時，還增加貨車運行過程中的阻力，嚴重時會使貨車失衡而發生脫軌事故。

1.2 輪軸和車輪裂紋

鐵路貨車輪軸車輪裂紋發生的部位較多，需根據裂紋產生情況詳細探究裂紋類別，主要包括車軸裂紋、車輪踏面裂紋、防塵板座裂紋、輪緣根部裂紋等。產生各種車輪裂紋的主要原因包括：車軸與制動拉桿組合不合理、受較強烈性的撞擊，在外力影響下對其造成破壞。貨車運輸承載量也會對車輪造成壓迫，使車輪長期疲勞運行，既無法確保車輛運行安全，又降低貨車車輪使用壽命。

2 超聲波探傷工藝變化

2.1 微控超聲波自動探傷工藝

基于新工藝條件，相關部門對輪軸超聲波探傷設備進行了創新，與舊工藝設備綜合能力相比較，顯著提升設備使用性能。以單獨、組合等顯示方式轉換，使其能夠快速成像，在應用過程中有較強的可靠性、較高的效率，有效解決人為因素對探傷誤差的影響。新工藝、新設備、新技術的應用，提升了整體的敏感性，強化輪軸缺陷檢測功能與應用性能，使舊工藝與新工藝整體效果有明顯的區別。探頭監測應用范圍全面覆蓋，缺陷檢測精度從1.00 mm 提高到0.1 mm，極大提升了輪軸超聲波新工藝的應用效果。

2.2 工藝參數規范

應用輪軸超聲波新工藝需規范其工藝參數，相關部門制定出臺了《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規則》，其中詳細說明了超聲波探傷工藝探頭的優勢，促進超聲單探頭技術飛速發展，整體效果突出[2]。經大量探傷實驗得出結論，新超聲波工藝可解決舊探傷工藝存在的技術問題，在實踐過程中確定探傷準確值，對其整體檢測效果帶來積極影響。例如，舊超聲波探傷工藝中對軸端面組合RD2、RE2的標準設定是23.3°、27.3°，而在新的《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規則》中卻更改為22.5°、26°，目的是區分不同探頭角度，避免在實際應用中出現混亂情況。

3 鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝

3.1 原理

超聲波探傷屬于無損檢測技術，在鐵路貨車輪軸損傷檢測工作中被經常性應用。其應用原理是利用超聲波檢測工件中傳播、折射、反射、波形轉換等物理特性，掌握鐵路貨車輪軸內部結構狀態。分析超聲波儀器波形大小，依據檢測過程中所產生的信息數據全面分析，以波形大小對鐵路貨車輪軸準確判斷。應對材料質量、位置異常等檢測對象，均需有相應的檢測及檢修方案，為鐵路貨車輪軸檢測工作帶來積極影響。在超聲波探損儀器方面加大開發及研究力度，注重其數字化智能化發展，不斷豐富檢測材料、產品種類等，深度探究超聲波探傷工藝特點，提高采樣效率、缺陷定位能力等，突出超聲波探傷檢測技術在鐵路貨車輪軸損傷檢測方面的應用價值。

3.2 檢測

依據超聲波探傷工藝原理，在鐵路貨車輪軸損傷中合理化應用，先把超聲波探頭直接放入到輪軸中，檢測車輪磨損、裂紋等，同時監測材料質量的影響。例如，應用橫波探頭檢測輪軸、輪座鑲入部裂紋及缺陷位置，應用小角度縱波探頭檢測軸頸、卸荷槽部位。所有檢測項目，都需依照輪軸探傷相關要求規范操作，才能真正掌握輪軸實際情況，結合具體情況探究與解決問題，確保鐵路貨車輪軸整體安全性[3]。

3.3 技術

超聲波探傷技術正引起鐵路檢修單位的重視，已應用在鐵路貨車輪軸損傷檢測工作環節中。傳統人工手動超聲波探傷技術對工作人員的技術水平、工作經驗等提出較高要求，往往因為“人為因素”的影響，無法確保檢測工作質量。同時，人工操作檢測工作難度較大，無法真實、全面地掌握鐵路貨車輪軸的實際情況，影響鐵路貨車輪軸無損檢測效率的同時，還會增加檢測工作成本。微機控制超聲波自動探傷技術應用計算機代替人工操作，對超聲波探傷機進行全面開發與合理化應用[4]。隨著鐵路貨車輪軸軸型的創新與應用，微機控制超聲波自動探傷技術在實際應用過程中出現了不足，如檢測結果精準度不夠、機械穩定性差、運作誤差較大等，需與人工手動超聲波探傷技術配合應用，創新出新的超聲波自動探傷技術應用形式，滿足鐵路貨車輪軸無損檢測工作要求。

4 超聲波探傷自動化發展

結合鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝探究，能夠了解到此項技術還需進一步地完善與創新。應用新技術、新設備，構建輪軸超聲波自動探傷系統，在該系統中開展各項探傷工作，詳細記錄各項工作環節產生的信息數據，為制定探傷方案提供重要參數，提高貨車輪軸檢測效率與技術水平。采用穩定的通過門式結構橫跨在鋼軌上，控制系統控制超聲波探頭移動執行機構，整個設備的外觀比較簡潔，內部結構不混亂，依據檢測工作要求可對其合理化操作，均可實現預期檢測目的。

探傷機內部結構包括探測頭、控制卡和由伺服器帶動的曲柄連桿機構。借助小角度探頭對輪座底部探測，調整適合的運動速度，能對輪軸缺陷從粗查到精細排查。在整個排查過程中產生大量的信息數據，系統會在各項工作開展時，把所產生的信息數據存入數據庫，利用超聲卡采集到的超聲波信息數據，準確掌握輪軸探傷情況與具體位置，明確輪軸缺陷位置，并有報警、打印報表等功能[5]。在鐵路貨車輪軸超聲波探傷自動化發展過程中，要求探傷機具有較強的自檢功能，才可確保輪軸超聲波探傷效率與質量。

隨著我國鐵路企業快速發展，對超聲波探傷新工藝提出更高要求，使探傷向自動化、系統化、數字化等方向發展：①應用現代化科技手段，解決舊工藝的技術問題，如車輪缺陷大小、形狀等，依據檢測中所獲取的信息數據，利用成像技術突出展示其缺陷，為新工藝創新發展提供有利條件；②對比超聲波新工藝與舊工藝，應用自動化技術能解決人力、物力、財力等分配不均問題，注重各項資源的合理應用，使超聲波探測儀器向智能化發展；③在超聲波舊工藝與新工藝轉化過程中，考慮到超聲波新工藝質量與效率，能在實際應用過程中借助現代化科學技術，提高整體自動化技術水平，明確超聲波新工藝檢測內容及標準，以《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規則》政策內容為主要依據，使鐵路貨車輪軸損傷檢測工作順利開展，依據檢測結果制定相應的解決措施與方案，為鐵路企業穩定發展帶來積極影響[6]；④注重超聲波與斷裂力學結合應用，分析鐵路貨車輪軸部件重要作用，通過開展鐵路貨車輪軸損傷檢測工作，準確掌握鐵路貨車輪軸使用情況，注重新工藝的質量控制，可對鐵路貨車輪軸使用壽命延長帶來積極影響，為鐵路貨車輪軸運行安全提供良好的基礎保障，提高貨車運行安全性，為鐵路企業創造良好的經濟效益。

5 結語

從鐵路企業長久發展角度研究，開展鐵路貨車輪軸損傷工作極其重要，也是核心工作內容之一。依據分析結果掌握車輪磨損、車輪裂紋等影響因素與危害性，應用舊工藝與新工藝轉換，了解到微控超聲波自動探傷工藝引進、工藝參數規范等具體內容，為實際應用提供參數依據。掌握鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝原理，在開展檢測工作中對無損檢測技術應用，引進與應用新技術、新設備，促進鐵路貨車輪軸超聲波探傷自動化、系統化、數字化發展。