基于大角度橫波探傷的車輪檢測(cè)方法

基于大角度橫波探傷的車輪檢測(cè)方法

1大角度橫波探傷輪的應(yīng)用根據(jù)作者的說法，2000年，運(yùn)輸工具監(jiān)控（2000）第33條“車輪彎曲不動(dòng)植物超聲檢測(cè)技術(shù)條件”開始試驗(yàn)，但據(jù)作者所知，一些鐵路局和機(jī)車段尚未采用技術(shù)條件中的橫向探測(cè)方法，因此車輛車輪的探測(cè)。其原因是認(rèn)為這種方法靈敏度高,出現(xiàn)的雜波多,有的缺陷不能被發(fā)現(xiàn),尤其是對(duì)整體輪的內(nèi)部缺陷、表面剝離更不能被有效發(fā)現(xiàn)。據(jù)了解,自1998年4月起,昆明機(jī)務(wù)段SS7型機(jī)車在1年內(nèi)發(fā)生崩箍故障10余次。最少的僅走行19324km,最多的也不過20萬km左右。曾使用縱波法檢查,投入巨大,但收效甚微。因?yàn)榭v波探傷法有一定的局限性,主要是對(duì)徑向缺陷的檢測(cè)靈敏度低,徑向缺陷又恰恰是可能導(dǎo)致輪箍崩裂的致命缺陷,而采用大角度橫波法后檢查出多例缺陷輪。目前機(jī)車采用整體輪的數(shù)量越來赿多,而整體輪內(nèi)部也出乎意料地出現(xiàn)了徑向裂紋,只能依靠大角度橫波探傷出來。筆者通過多年的應(yīng)用及總結(jié)發(fā)現(xiàn),大角度橫波探傷法是不動(dòng)車探傷車輪的最可靠方法。它不但能檢測(cè)出輪箍的內(nèi)部缺陷,而且能檢測(cè)出整體輪內(nèi)部有危害性的周向缺陷、徑向缺陷,尤其是對(duì)徑向缺陷具有較高的檢測(cè)靈敏度,能提高工作效率,改善工作條件?；谝陨锨闆r,現(xiàn)就多年來應(yīng)用該方法的情況分析其可靠性。2中毒原理(1)殼層聲程內(nèi)容型利用大角度橫波探傷,相當(dāng)于聲波繞車輪的圓心旋轉(zhuǎn),探測(cè)到的是踏面下一連續(xù)的殼層。此時(shí)聲波只入射至車輪的外圓凹面,內(nèi)圓凸面對(duì)聲波不起作用,故沒有發(fā)散損失,傳播距離大大增加,四次以上聲程仍有足夠高的靈敏度。在1個(gè)跨度內(nèi)掃查,就可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪箍的全部探測(cè),如圖1所示。(2)車輪踏面下聲場(chǎng)范圍由于我們使用的大角度探頭為組合角度的探頭,能同時(shí)發(fā)出3組主聲束,而且各主聲束又伴有副瓣聲束發(fā)出,所以車輪踏面下幾乎所有位置都充滿聲束,也就是聲場(chǎng)覆蓋范圍很大,如圖2所示。(3)聚焦效果是明顯的探頭發(fā)出的3組主聲束有明顯的聚焦效果,掃查過程中,聲波在圓周面上反射后多次聚焦,會(huì)產(chǎn)生匯聚點(diǎn)(如圖2所示中的各點(diǎn))。(4)可多次檢查由圖3可見,當(dāng)探頭從A移動(dòng)到B時(shí),車輪內(nèi)部的點(diǎn)狀缺陷在1次掃查過程中能被探測(cè)到兩次,也就是有兩個(gè)位置可探測(cè)到缺陷。3一般缺陷試驗(yàn)曲線的分析為分析徑向平面缺陷的反射規(guī)律,我們對(duì)下述缺陷進(jìn)行了試驗(yàn)。測(cè)試時(shí)儀器處于補(bǔ)償狀態(tài),探頭為62°～74°的組合探頭。3.1缺陷部位2在輪箍的字頭“甲”的豎筆處,鏟下深約8mm、面積接近100mm2的平面狀缺陷。采集數(shù)據(jù)后作出如圖4所示的平面人工缺陷反射規(guī)律曲線。3.2圍合體的探傷靈敏度模擬自然裂紋,在字頭處作徑向裂紋,長(zhǎng)約25mm。采集數(shù)據(jù)后作出如圖5所示的徑向自然裂紋反射規(guī)律曲線。由圖4、5可知,在平面狀缺陷上,即使對(duì)于輪箍?jī)?nèi)側(cè)靠近內(nèi)圓處缺陷,也具有很高的探傷靈敏度。無論對(duì)于徑向裂紋、周向裂紋還是斜裂紋,由于組合探頭聲場(chǎng)寬,又由于聲波在裂紋上的入射角會(huì)發(fā)生變化,車輪內(nèi)到處都充滿聲波,或各個(gè)方向都有聲波傳播,所以掃查1個(gè)跨度后,任何一個(gè)缺陷,不管處于什么部位,總會(huì)有1束聲波與其相垂直,最終缺陷會(huì)被掃查到。4實(shí)際應(yīng)用效果和分析4.1大角度橫波探傷法的應(yīng)用輪緣部位的裂紋是十分常見和十分危險(xiǎn)的裂紋,也是最難探測(cè)的缺陷之一。采用常用的縱波探傷法,不管是直探頭還是雙晶探頭,都幾乎無法探測(cè)輪緣裂紋;而大角度橫波探傷法卻能很好地探測(cè)這些缺陷。北京鐵路局某段發(fā)生的輪緣掉塊、裂紋很有代表性,其輪緣鋸口、掉塊、裂紋反射波形圖分別如圖6、7、8所示。為使聲波掃查到輪緣全部,探頭需至少擺動(dòng)到能使聲波與輪緣相切的位置。反之,只要探頭能夠擺動(dòng)到可使聲波與輪緣相切,聲波就可掃查到輪緣全部。或者說,只要探頭能夠位于輪緣與踏面構(gòu)成的夾角外面,聲波就可掃查到輪緣全部。從探測(cè)輪緣后的波形圖可見,輪緣上的缺陷能完全被發(fā)現(xiàn)。4.2大角度一次聲程探傷的缺陷波形最典型的整體輪徑向裂損發(fā)生在SS9型0120號(hào)機(jī)車上,該整體輪的徑向裂損是北京鐵路局首例。該輪于2006年7月26日小修時(shí)通過不動(dòng)車大角度超聲波探傷發(fā)現(xiàn)了缺陷波形,而采用其他方式復(fù)查時(shí)均不能出現(xiàn)缺陷波形。經(jīng)研究,決定對(duì)其監(jiān)探使用,半年后橫波探傷的缺陷波形明顯發(fā)展,裂紋已發(fā)展到踏面表面。該輪裂紋如圖9所示,其對(duì)應(yīng)的大角度一次聲程、四次聲程探傷出現(xiàn)的波形如圖10、11所示。其徑向裂紋波形的特征是:波形尖細(xì),無雜波,隨缺陷距探頭越來越遠(yuǎn),其波形根部的開口明顯變寬。如果不采用不動(dòng)車大角度橫波探傷方法,這種缺陷將無法被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)裂紋發(fā)展到表面時(shí)危害性已很大。4.3周向裂紋的波形圖12所示為DF4D型0155號(hào)機(jī)車整體輪的周向裂紋,橫波大角度探頭從一次聲程到四次聲程均出現(xiàn)缺陷波形。而周向裂紋的波形特征是:波形根部有雜波,當(dāng)面積較大時(shí)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)波形,其位置恰好為周向裂紋的兩個(gè)端點(diǎn)。如圖13所示,閘門處所顯示的波形是周向缺陷的一個(gè)端點(diǎn),其后的波形顯示位置為另一個(gè)端點(diǎn)。從踏面上測(cè)量?jī)蓚€(gè)端點(diǎn)相距的周向長(zhǎng)度與兩波形顯示位置吻合。4.4循環(huán)探傷后,車輪內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重波形利用大角度橫波探傷小修修程的DF11型0061號(hào)機(jī)車的整體輪時(shí),發(fā)現(xiàn)在一次聲程處出現(xiàn)單次缺陷波形,如圖14所示。繼續(xù)移動(dòng)探頭,波形隨之移動(dòng),一直到三次聲程,如圖15所示。確定內(nèi)部存在小缺陷后,用雙晶片探頭復(fù)查,果然出現(xiàn)波形(見圖16),在踏面下34.4mm處存在周向小缺陷。從實(shí)際應(yīng)用效果可見,采用大角度橫波探頭探傷時(shí),如果車輪內(nèi)部存在危害性缺陷,從一次到四次聲程均可出現(xiàn)很高的波形。對(duì)于徑向缺陷、周向缺陷均有很高的檢測(cè)靈敏度。5車輪踏面探傷大角度不動(dòng)車橫波探傷車輪內(nèi)部缺陷的方法很可靠,建議各機(jī)務(wù)段廣泛采用此方法。還建議各車輪生產(chǎn)廠家在采用縱波探傷的同時(shí),也配合采用該方法,這有助于徑向缺陷的檢測(cè)。通過對(duì)幾年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),筆者認(rèn)為探傷時(shí)必須遵循以下原則。(1)整體輪探傷時(shí)大角度探頭在車輪踏面上要有一個(gè)±15°的擺動(dòng),這有助于發(fā)現(xiàn)各個(gè)部位的缺陷。(2)探傷時(shí)盡量在車輪上對(duì)應(yīng)180°的位置進(jìn)行兩次探測(cè)。(3)探頭應(yīng)放置在踏面與輪軌接觸的位置,即滾動(dòng)圓位置,否則探頭與車輪踏面位置耦合不良。(4)發(fā)現(xiàn)缺陷波形后,一定要采用一次聲程核查,并采用多種方法復(fù)查。(5)盡量使用帶有底波反射的晶片,因?yàn)榈撞ǔ霈F(xiàn)的情況有助于缺陷的判定。例如:底波不出現(xiàn),有可能車輪內(nèi)部存在大缺陷;如果底波出現(xiàn)但較低,有可能車輪材質(zhì)不良或存在小缺陷等,此時(shí)應(yīng)采取復(fù)查