浅谈如何提高机车车轮缺陷检出率

于凯

摘 要：目前我国各种机车车型复杂，各车型的修程不等，修程中的机车车轮的探伤工作尤为重要。作为保证安全质量的重要手段，超声波检测对机车走行部的关键作用正在日益浮现出来。

关键词：整体车轮；裂纹；轮箍缺陷；高速

中图分类号： TH 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-238-2

1 机车轮对探伤面临的问题和方法

轮辋整体碾压过程中会出现内部气泡、夹渣、气孔等各种制造缺陷。出厂后这些内部制造缺陷会随着机车高速运行对轮辋产生的各种交变应力而扩展，原本轮辋内部的小缺陷部分反复被碾压很快发展成周向辋裂。如果不能及时发现就可能造成机车出轨等重大事故的发生。对此类安全隐患最有效的检验方法就是在轮辋出厂后的使用过程中，结合机车的检修过程采用必要的探伤手段及时准确发现这些小缺陷。把问题消灭在萌芽。

目前我国各铁路局下属的各机务段，机车使用的整体碾钢车轮大多来自德国BVV公司，也有少部分来自其他企业。这些企业生产的车轮在出厂前就会进行超声波整体探伤并做好记录，到段之后还要由机务段进行超声波探伤。

使用方法通常有两种。

1.1 广角超声波探伤

该种方法探伤时采用广角探头。特点是机车不用动车，探头在轮箍（整体轮）的踏面上以30mm/s速度左右摆动15度角探头移动的距离为300mm。探头晶片分别以三个角度发射三个波束，分别通过轮箍踏面的垂直距离25mm处、40mm处、55mm处多层次地发现不同深度、位置的危害性缺陷，这一方法大大降低了探伤的工作强度，而且对径向直立缺陷检出率很高。这种方法的缺点是对于周向斜裂纹该探头荧光屏反射回波比较复杂，误判率高。对人员素质要求很高。

1.2 双晶探伤

使用双晶片探头探伤，主要是为了发现轴向面缺陷。由于双晶片探头采用一收一发对于工件缺陷的取向要求低所以探伤的检出率比较高，双晶片探头尤其对轮箍（整体轮）的周向斜裂纹的检出率为100%。双晶片探头的性能可靠，缺陷检出率高，适用于工件表面和近表面探伤。缺点是只能探伤到探测面下方的区域，探测面以外的区域无法企及。所以如果使用双晶探伤会给探伤工作带来很大的不便，通常每完成一次探伤作业需要至少动车4次，工作量繁重而且给探伤工的人身安全带来威胁。此外，双晶探头对于直立径向裂纹荧光屏反射回波比较复杂，误判率高。

2 目前常用的两种不同探伤方法的比较和分析

2.1 广角探头探伤

使用仪器：爱科数字型仪器TZ—2

使用探头：广角探头。据轮箍厚度选择：60-74°、64- 72°、67-74°广角探头（电力机车）62-74°、64- 72°、67-74°广角探头（内燃机车）。广角探头能够发现4次声程以外（沿切线折射四次以后）的径向缺陷。具体来说也就是相当于能发现1400mm左右的径向缺陷。

操作步骤：将组合探头置于轮箍实物试块上，用第四次声程探测Ф3×30mm横孔，使孔波达到最高后，并调整为80%再增益10dB作为探伤灵敏度，如被探轮箍或整体轮有缺陷反射波，再用Ф14直探头、双晶探头、斜探头进行复探，确认缺陷的位置。探头移动速度应小于30mm/S，扫查区域内声束应相互覆盖，探头压力均匀。小于定量灵敏度的缺陷做标记，跟踪监探。大于定量灵敏度的缺陷判废。广角探头的优势在于对径向内部缺陷探伤有着较高灵敏度。然而往往对周向缺陷反应不明显。

2.2 双晶探头探伤

使用仪器：爱科数字型TZ-2

使用探头：双晶2.5P-13X13一收一发

双晶探头由两个单探头的组合，收发探头都有各自的延迟块，而且两个延迟块的声束入射平面均带一倾角，倾角的大小则取决于要探测区域距探测面的深度。两个声束交汇的区域为焦距，此处声能最强，因此双晶探头是近表面缺陷的克星。但是双晶探头不能及远，对远距离的缺陷就束手无策了。

操作步骤：

将双晶片探头置于LG—3试块的人工缺陷上，调整TZ-2探伤仪。将人工缺陷的反射回波调至最高。使双晶片探头与TZ-2探伤仪的综合探伤灵敏度能发现实际工作上与人工缺陷相应大小的危害性缺陷。仪器调整后将双晶片探头置于待检测的轮对轮箍的踏面上以每秒30mm速度在轮箍踏面宽100mm范围内作周向移动。发现缺陷后用直探头复查并确定缺陷的大小、位置。双晶探头的优势在于善于发现轮箍内部的周向裂纹。但它往往对垂直于探伤面的径向裂纹难以发现。由此可见，各种探头有着不同的适用范围和特点，使用方法也大不相同。

3 合理探伤方案的提出

①用广角探头62°～74°进行全面扫查重点扫察踏面，认真仔细观察超声荧光屏有无较小的缺陷发射波。探伤移动在500毫米以上而且要正反两个方向进行扫查。广角探头探伤合格后；再用双晶超声探头进行更细致检查。双晶探头主要是发现轮辋平面及点状缺陷最有效的探伤方法。探伤是要格外小心随时观察荧光屏始波与底波间，有无缺陷波。而且探伤速度一定要按工艺要求进行。探头移动时一定要在探伤面各方向全覆盖，避免因扫查过快出现漏探情况。

②在小修机车轮辋的探伤过程中由于车轮是整体组装，有闸瓦、轴箱障碍物遍盖住探伤面，因此只能使用超声波广角进行横向及点状缺陷扫查。因此大面积缺陷和取向不良的缺陷不容易被发现。只有缺陷形成一定夹角才能有效地被发现，因此在小修使用广角探伤时。要随时注意荧光屏出现的始波与四次声程处出现的底波之间是否出现缺陷波。如发现缺陷波就必须把车轮旋转到适当位置进行双晶超声波探伤，确认缺陷性质，进行探伤定量。采用2种探伤方式结合的方案后，轮对缺陷检出率大大提高。由于该方案检测精确度高，轮对发现缺陷后就被报废和轮对缺陷被漏探、误判情况被有效遏制住。双晶探头能够相对精确地测量出缺陷的深度，并出具相应的镟轮通知单，轮对镟修人员根据镟轮通知单对有问题的轮对镟修，成功地降低了轮对的报废率，有效地节约了成本。同时镟修后的轮对由于缺陷有效地得到消除，因此能够更长时间的服役。

4 实例

①某段SS9-103机车小4修程，用62-74°广角探头对轮辋进行探伤时，发现第5位整体轮辋非齿侧有异常波出现，异常波波高大于基准17dB，根据仪器显示距离找到实际轮辋出现异常波的位置，然后用双晶和直探头复查，均无异常，最后用磁粉探伤检查发现踏面无裂纹。车削3mm后，用60-74°广角探头复测时还有17dB的异常波，用磁粉探伤时，发现在异常波出现的位置上有3处长30mm径向裂纹，从外侧测量裂纹已经达到12mm的深度。因此及时进行了报废处理。

该种裂纹具有只能被广角探头发现的特点。双晶探头从踏面和内侧面探伤均无明显的缺陷波反射。究其原因是缺陷取向纵波走向平行，导致纵波难以反射。因此造成裂纹无法被发现。由于广角探头发射的横波与缺陷正面相交，探伤取向良好，才能有效显现该种缺陷。从图中可以看到：缺陷波陡直， 尖锐且清晰。广角探头在踏面前后移动缺陷波几乎不变，探头移动范围加大，从一次到四次声程均出现明显缺陷波。用广角探头在踏面另一侧复查，仪器反应与刚才一样。于是可以判定是裂纹无疑。该种裂纹的危害性很大，可采用的探伤方法却有限，因此需要特别值得注意。

由此可见：对机车整体轮辋超声探伤时，认真观察仪器示波屏，一旦出现异常波而且异常波底部干净无开口，波型猛烈窄而细，dB值高的时候，专业人员要认真分析，用各种方法进行确认，绝不可轻易放过。

②2013年7月10日，某段DF11G/059机车第六轮对齿侧轮辋探伤时超声波双晶发现距踏面下13～20毫米处出现一个大面积周向辋裂。该缺陷长240毫米、宽70毫米且为内部缺陷。它的被发现及时有效地避免了重大行车事故发生。该缺陷的发现与上文所提的径向裂纹恰恰相反，广角探头发射的横波无法有效地对该处裂纹产生反射，只有用双晶探头从垂直方向发射纵波，才能很好地检查出该缺陷。

5 结论

经过长期的摸索和实践，以及历年来两种探头使用情况来看：两种探头哪一种单独使用对缺陷的检查都不是百分之百的检出。

为了保证机车安全，采用两种探头相结合，并根据机车具体行走公里及轮对踏面状态制定探伤工艺的方案是行之有效的。这样做的结果是使两种探头优点更加突出，缺点得到了互补，大大提高了轮对缺陷的检出率。由于认识上的局限性，本文难免存在不足和谬误。希望能够抛砖引玉，得到更多行内前辈的批评和指点。

在铁路大提速的今天，保证列车安全，防止事故，认真做好探伤工作，把事故消灭在萌芽时无损检测人员的责任。