動車組車輪超聲波探傷的粗淺建議

薛清濤

（智奇鐵路設備有限公司，山西 太原 030032）

1 情況簡介

隨著國民經濟的迅速發展，我國鐵路貨運正向大型化和專用化的方向發展，鐵路機車和車輛是承擔鐵路運輸任務的重要工具,車輪是機車車輛唯一與鋼軌直接接觸的部件，也是易于產生疲勞缺陷的部件，定期對車輪進行無損檢測，是及早發現危害性缺陷、確保列車運行安全的重要技術措施。目前車輪檢修超聲波探傷采用LA固定式輪輞輪輻超聲波探傷機進行自動掃查。

鐵路動車組每運行20萬km在線進行一次車輪探傷，在線車輪探傷檢測車輪輪輞、輪輻、輪緣部位，其中輪輞部位不允許存在達到Φ3 mm橫孔當量大小的缺陷，輻板部位不允許存在達到15 mm×3 mm（長×深）刻槽當量大小的缺陷；輪緣部位不允許存在達到10 mm×3 mm刻槽當量大小的缺陷；確認為疲勞缺陷應立即停止使用，無法消除的應報廢。綜上所述車輪的缺陷主要有材質缺陷和疲勞缺陷兩類，其中疲勞缺陷按其取向可分為周向缺陷、徑向缺陷和斜向缺陷，但從車輪冶煉工藝來看，平行于踏面且距踏面10～25 mm深度的缺陷應重點關注。

2 制造與檢修區別

超聲無損檢測技術在車輪缺陷檢測中的應用，能滿足現代化高速鐵路的發展需要和鐵路的安全運輸要求。車輪中制造相關的主要缺陷為非金屬夾雜物（最常見的內部體積型缺陷），確保車輪的運行安全，制造車輪超聲波探傷采用意大利GILARDONI技術分別從車輪輪輞、踏面進行材質探傷，其中徑向檢測是從車輪踏面采用雙晶聚焦探頭進行檢測，近場使用4 MHz 12*6*2 FG10的雙晶聚焦探頭，遠場使用4 MHz 12*6*2 FG30的探頭，用于發現因滾動接觸疲勞而產生的平行于踏面的缺陷，軸向檢測是從車輪輪輞內外側分別采用5P18Z的直探頭進行檢測（見圖1），用于發現輪輞內部的缺陷，根據EN13262標準的規定，新制車輪內部缺陷應不超過Φ1 mm平底孔當量的缺陷。

根據智奇鐵路設備有限公司這幾年售后的經驗和翻閱資料得出，運用中車輪產生的缺陷位置95%發生在踏面部位；結合材料疲勞試驗可以得出，材料在高周和超高周疲勞階段可萌生裂紋，裂紋萌生于內部或亞表面夾雜處，夾雜形狀主要是球形和橢球形，因此檢修中車輪超聲波探傷采用LA固定式輪輞輪輻超聲波探傷機（見圖2），其中檢測的部位有輪緣、輪輞、輪輻、輪輻與輪輞的過渡區域。

輪輞缺陷檢測原理是通過踏面布置PA探頭，超聲TR探頭、超聲斜探頭、在輪輞內側面布置PA探頭、超聲TR探頭、超聲斜探頭實現輪輞各類缺陷的自動檢測，其中踏面布置的PA探頭（PE模式）用于檢測輪輞徑向（含斜向）缺陷，踏面布置的直探頭用于檢測輪輞周向缺陷，輪輞內部布置的直探頭也用于檢測輪輞內部周向和徑向缺陷。

輪輻缺陷檢測原理是通過在踏面組合布置PA探頭（PE/PC模式），超聲TR探頭來檢測輪輻區域缺陷，其中踏面布置的PA探頭用于檢測輪輻徑向和斜向缺陷（PE模式）和周向缺陷（PC模式）尤其是輻板孔阻擋部位的周向缺陷；踏面布置的直探頭檢測輪輻深層和淺層周向缺陷。

車輪踏面探頭模塊，LA-T主要掃查輪輞和輪輻部位的各類典型缺陷，輪輞內側探頭模塊LA-I重點掃查車輪輪輞、輪緣等區域的徑向和周向典型缺陷。

3 發現案例以及解決措施

案例1：2017年1月15日，武漢局2576列01車車下有異音（30~40 km），入庫檢查發現01車1軸2位車輪LU探傷檢測時發現B掃有疑似淺層剝離圖像出現，深度3 mm圖像（見圖3）據分析踏面淺表面存在滾動接觸疲勞，（結合其他案例，80%類似缺陷輪對均出現在動車組的頭車位置，附表1匯總了5個記錄案例，特別給出了每個案例的缺陷部件在動車組的位置以及記錄缺陷的類型）。而頭車位置是最容易遭到外來物體沖擊的，從而造成表面損壞，這樣有可能在表面產生沖擊坑,進而造成在滾動圓的車輪圓度超差需要說明，此類缺陷出現在車輪滾動圓上）。

表1 記錄案列

案例1的原因分析：

1）此類缺陷產生于車輪踏面與軌道接觸的滾動圓內外50~80 mm的區域，根據赫茲接觸理論，在車輪和鋼軌的接觸面，踏面深度小于10 mm是最大載荷的受力位置，容易產生剝離；

2）該缺陷不是由內部材質缺陷造成的，而是車輪踏面表面在軌道運行過程中受外力產生裂紋后產生擴散引起。根據缺陷受力后的擴展得出，如果該缺陷是從內部材質產生并且延伸的話，那么在到達踏面表面時，缺陷表現應該是更大的，但是通過幾張鏇修的圖可以看出，該缺陷趨勢正好相反，也就是說在距離踏面越近其缺陷越小，從缺陷的擴展來說，是不可能從內部產生的。

案例1的解決措施為：此類缺陷主要是因輪軌長期在此區域接觸導致該區域接觸應力過大所致。鑒于車輪踏面的剝離是一個比較復雜的失效種類,導致其剝離的因素很多，因此通過改善輪軌匹配關系使輪軌共形接觸。完善車輪分級使用規定并嚴格執行，合理進行預防性和校正性打磨,均可以有效預防和減輕車輪剝離缺陷的產生。它可以通過超聲波探傷盡早發現，類似缺陷可通過鏇修消除，缺陷消除后可正常上線運行。

案例2：2012年8月16日近期輪輞輪輻超聲波探傷設備發現幾例輪輻區域有疑似缺陷（見圖4）。

原因分析：車輪的輻板孔與定位銷屬于間隙配合，定位銷生銹、橡皮圈等都會造成異常反射；試驗方案：將其一條車輪進行拆解制動盤（未拆解定位銷），檢測效果：異常反射波依然存在，拆下定位銷之后，檢測效果：異常反射波消失，按照相關標準對定位銷、車輪輻板進行磁粉檢測后，定位銷、輻板孔周圍未發現缺陷磁痕，因此把異常位置右側的定位銷拆下，將異常位置的定位銷裝到該銷孔上，檢測效果，未出現異常反射；將定位銷還原之后，再次檢測效果，未發現異常反射（見圖5）。

案例2的解決措施為：

1）在制動盤拆下后，異常反射仍然存在。

2）將異常位置的定位銷拆下之后，異常反射消失。

3）將另一個定位銷拆下，將異常位置拆下的定位銷裝到該銷孔上，沒有異常反射。

4）將兩個銷孔的定位銷還原之后，沒有發現異常反射。

5）現場分析可能造成異常反射原因：輪對運行后，定位銷生銹，造成異常反射，特別是中間橡皮圈的位置；定位銷裝配時與孔的貼合程度，造成不同反射；輪對運行中定位銷受力，使其與銷孔的接觸面產生差異，造成不同反射。