內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)氣缸超聲波探傷探析

趙玉

摘 要：內(nèi)燃機(jī)車在行駛的過程中，可能會因為高溫的原因?qū)е虏裼蜋C(jī)氣缸出現(xiàn)裂紋。針對這樣的情況，可以合理使用超聲波探傷法來進(jìn)行解決，超聲波探傷法主要有一次波探傷和二次波探傷兩種，在試驗的過程中主要是以波形分析為主。本文主要闡述了氣缸破裂實(shí)例以及相關(guān)檢測方法介紹，進(jìn)一步描述了超聲波探傷的具體方法和試驗結(jié)果，以期為內(nèi)燃機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行作出一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車;柴油機(jī)氣缸;超聲波探傷;探析

0 前言

在內(nèi)燃機(jī)車中，柴油機(jī)的氣缸是非常重要的一部分，氣缸起著導(dǎo)向活塞的作用，活塞在氣溫較高的氣缸中通過運(yùn)動產(chǎn)生了熱量，這些熱量就通過氣缸傳導(dǎo)了出來。這樣氣缸就會承受高溫的沖擊，會直接影響到柴油機(jī)的正常運(yùn)行。此外，還需要注意的一點(diǎn)是，氣缸內(nèi)壁的溫度非常高，高達(dá)1 500℃以上，但是進(jìn)氣的溫度比較低，在100℃以下，可以看出溫度變化是十分劇烈的，氣缸就會出現(xiàn)裂紋。

1 氣缸裂損實(shí)例及檢測方法介紹

在某機(jī)務(wù)段曾經(jīng)出現(xiàn)了這樣的事例，由于氣缸過渡圓角位置裂損導(dǎo)致出現(xiàn)了3次裂紋，這對機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行造成了不利影響。在發(fā)現(xiàn)了裂紋之后，主要試驗了兩種探傷方法。一種是磁粉探傷，一種是著色法探傷，以下主要對這兩種方法進(jìn)行闡述[1]。

（1）磁粉探傷，這一方法具有很多的優(yōu)勢，比如說檢測速度較快、操作十分簡便、成本較低以及觀察直觀等特點(diǎn)。但是，需要注意的是，由于氣缸出現(xiàn)了裂紋這就導(dǎo)致慣性區(qū)域出現(xiàn)了變化，氣缸和探傷器不能進(jìn)行有效接觸，磁粉就不能聚積在一起，這樣就分析不出裂紋的位置，導(dǎo)致這一方式的探傷準(zhǔn)確性不高[2]。

（2）著色法探傷，這一方式往往需要很多的成本，并且在操作的過程中會受到各種因素的影響，比如環(huán)境、時間以及溫度等，并且在檢測的過程中只能檢查出氣缸表面的裂紋，對于氣缸內(nèi)部的裂紋卻無法檢出，并且這一方式會嚴(yán)重的污染到周圍環(huán)境，工作人員在操作過程中也會受到危害。因此上文提到的這兩種方法準(zhǔn)確性和可操作性不高，所以選擇使用超聲波探傷來進(jìn)行檢測[2]。

2 超聲波探傷

在超聲波探傷中，主要有以下幾種方法：表面波探傷法、縱波垂直探傷法以及橫波斜入射法等。根據(jù)觀察斷裂的位置可以發(fā)現(xiàn)，裂紋主要是在氣缸過渡圓處，并向著缸體徑向斜向發(fā)展。由于氣缸壁的厚度并不大，厚度僅為19 mm，并且內(nèi)部組織是不夠均勻的，超聲波探傷過程中的聲波衰減沒有什么太大變化。再加上氣缸裂紋出現(xiàn)在沿圓周的區(qū)域，所以在探傷的過程中需要保證超聲波的聲速和裂紋的方向一致，這樣才能接收到裂紋傳遞而來的反射量[3]。結(jié)合氣缸的尺寸和結(jié)構(gòu)，以及裂紋出現(xiàn)的區(qū)域，選擇橫波探傷是非常有效的方式。超聲橫波探傷的原理指的是斜入射氣缸的內(nèi)部出現(xiàn)了波形變化，這種變化會生成橫波，其中，又被細(xì)分為一次波探傷和二次波探傷。一次波探傷指的是直接傾斜入射到氣缸內(nèi)部進(jìn)行掃射工作，二次波探傷指的是一次波傾斜入射到氣缸內(nèi)部，在氣缸內(nèi)部產(chǎn)生的反射波對裂紋進(jìn)行檢查。

2.1 一次波探傷

氣缸往往是薄壁鑄件，探頭和裂紋的距離只有19 mm。在薄壁鑄件的氣缸中斜入射橫波，但是，需要注意的是，橫波的波長要比縱波短，在探傷過程中的靈敏度是比較高的。結(jié)合這些特點(diǎn)，所以在超聲波盲區(qū)進(jìn)行一次波探傷的試驗時，往往會存在一些誤差[4]。

2.2 二次波探傷

氣缸的厚度比較小，在探傷時，由于一次波探傷存在著一些誤差，這就需要結(jié)合實(shí)際情況增加二次波探傷，這樣才能保證不遺漏任何位置。二次波探傷的原理是，將探傷的探頭放置在氣缸外圓區(qū)域，超聲波束在進(jìn)入到氣缸內(nèi)壁之后會進(jìn)行反射，這樣就能對氣缸的圓弧處進(jìn)行檢測。需要注意的是，在探傷的過程中需要保持主聲束和氣缸內(nèi)部的裂紋面方向一致[5]。

3 試驗方法

3.1 專用橫波斜探頭設(shè)計

在試驗的過程中一般使用的是橫波探傷，這是因為橫波有著很多的優(yōu)勢，比如說波長較短、能及時發(fā)現(xiàn)裂紋、擴(kuò)散角較小、分辨力好等。但是，需要注意的是，由于掃查的空間有限，只能發(fā)現(xiàn)聲束軸線區(qū)域的裂紋，與此同時，由于裂紋具備一定的反射指向性，高頻探頭并不能接收到足夠多的反射能量。超聲波的衰減需要格外重視，要結(jié)合實(shí)際情況選擇頻率適中的探傷探頭，并且選擇較為合適的探頭角度，K1的橫波探頭是滿足這些條件的。氣缸內(nèi)部的幾何尺寸是比較復(fù)雜的，在探測過程中所探測的面積比較有限，探頭能夠保持和氣缸內(nèi)部得到有效解除，但是，探頭晶片的尺寸需要進(jìn)行合理設(shè)計，將尺寸控制在8 mm×8 mm。

3.2 耦合劑選擇

在耦合劑選擇上需要結(jié)合實(shí)際條件選擇粘度較強(qiáng)的抱軸箱油。

3.3 實(shí)物對比試塊制作

在進(jìn)行超聲波探傷的過程中，可以預(yù)先在氣缸內(nèi)部制造出人工裂紋，通過和已經(jīng)存在的裂紋進(jìn)行比較，來判斷檢測部件處的裂紋情況。為了將氣缸中的裂紋都探測出來，工作人員需要在氣缸外圓處制造長15 mm、寬0.5 mm、深1 mm的人工裂紋[6]。

3.4 探傷靈敏度校對

氣缸壁的厚度并不大，所以將探傷掃描的范圍控制在100 mm。在實(shí)際操作過程中，一次波探傷探頭需要放置在氣缸內(nèi)部的內(nèi)壁上，二次波探傷的探頭需要放置在氣缸的外部薄壁上，聲波聲束放置在預(yù)先制造的人工裂紋處，并將探頭進(jìn)行移動，將氣缸外圓弧處的反射波設(shè)置在垂直滿刻度的80%左右，將其作為探傷的靈敏度。為了保證裂紋都被檢測出來，需要結(jié)合實(shí)際情況增添0 dB～6 dB的靈敏度。一旦觀察出來異常波形，就需要將靈敏度進(jìn)行重新定位[7]。

4 探傷結(jié)果分析

在對氣缸進(jìn)行探傷的過程中，需要將探頭結(jié)合實(shí)際情況做前后移動，這樣氣缸的外圓弧會形成反射波，使得反射波的波高能保持一致性。一旦某一個位置的波高超出原來的標(biāo)準(zhǔn)，就可以結(jié)合波形來判斷裂紋的位置。裂紋一般是在氣缸內(nèi)部的圓弧區(qū)域，如果是檢測到裂紋，波形是筆直的，高度較高;如果是一些氣孔樣的缺陷，那么波高相對來說比較低，波形會很快消失。

5 結(jié)束語

綜上所述，在內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)氣缸裂紋檢測過程中使用超聲波探傷的方式是十分有意義的，超聲波探傷具備很多優(yōu)勢，比如說成本較低、檢測速度較快以及檢測結(jié)果準(zhǔn)確等，使用超聲波探傷可以滿足檢修的實(shí)際需求。通過對裂紋進(jìn)行檢測，可以及時對氣缸進(jìn)行維修，從而保證內(nèi)燃機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳天萍，劉憲，吳占庭.內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)氣缸超聲波探傷[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2015（3）：15-17.

[2]趙海信，莫易敏，陳仔俊.內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)汽缸冷卻水內(nèi)漏檢測儀的相關(guān)技術(shù)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（信息與管理工程版），2006，28（1）：40-42.

[3]朱崗，石海英.80柴油機(jī)橫臂導(dǎo)桿超聲波探傷方法研究[J].中國科技成果，2013（10）：66-67.

[4]楊衛(wèi).東風(fēng)4B內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)故障的分析與處理[J].長春大學(xué)學(xué)報，2019，29（6）：12-15+20.

[5]朱國華，盧建，楊誠.內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)鍛鋼曲軸氮化變形超差校直工藝方法[J].世界制造技術(shù)與裝備市場，2020（2）：85-86+88.

[6]尹慶玲，詹凌峰.高職《內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)》課程混合式教學(xué)方法實(shí)踐--以機(jī)車燃油系統(tǒng)為例[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（7）：280-282.

[7]劉永強(qiáng).內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)常見故障及處理方法分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（11）：178-179.