对于提高轮对超声波探伤准确率的认识

刘江波

摘要：随着我国铁路重载、提速战略的实施，轮对的工作条件更加恶劣，轮对故障呈明显的上升趋势，已经成为影响列车安全运行的主要因素之一。怎样在现有设备、技术、工艺的前提下，对轮对的技术状态进行准确判断，从而提高轮对工作可靠性，确保机车车辆运行安全，成为超声波探伤工作的首要任務。这对我们超声波探伤工提出了更高的要求。

关键词：轮对； 超声波探伤；判断；裂纹 准确率

一、引言

随着现代工业的发展，对产品质量和结构安全性，使用可靠性提出越来越高的要求，由于无损检测技术具有不破坏试件，检测灵敏度高等优点，所以其应用日益广泛。目前对轮对的检测方法有多种，本文主要介绍超声波无损检测在轮对探伤日常应用中的技术细节。

二、超声波检测

轮对是机车车辆走行部的重要部件，是影响列车安全运行的主要因素之一。尤其随着我国铁路重载、提速战略的实施，轮对的工作条件更加恶劣，轮对故障呈明显的上升趋势，已经成为影响列车安全运行的主要因素之一。而国内机车车辆轮对的探伤，普遍采用人工超声波探伤的方式。

超声检测（Ultrasonic Testing，UT）是利用超声波在介质中传播时产生衰减，遇到界面产生反射的性质来检测缺陷的无损检测方法。超声检测既可用于工件表面裂纹，还可用于工件内部缺陷的检测。

超声波探伤具有探测距离大、指向性好、穿透力强、检测速度快，且超声波探伤仪体积小、重量轻，便于携带和操作，对人体没有危害，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测费用较低等优点。

但这种方法无法检测与声速轴线平行的缺陷，对缺陷的定性、定量表征不准确。手工操作缺陷检出率低、误判率较高，而且效率低。

怎样在现有设备、技术、工艺的前提下，对轮对的技术状态进行准确判断，是提高轮对工作可靠性，确保机车车辆运行安全，成为超声波探伤工作的首要任务。这对我们超声波探伤工提出了更高的要求。

三、轮对探伤

铁道车辆车轴与车轮、制动盘座等配合采用过盈配合，结合部位棱台结构复杂、应力集中，是疲劳裂纹产生的多发区域。由于外形复杂，该部位探伤时极易发生波形交织和重复，难以识别真正缺陷波。因此探伤前的测距标定，就显得极其重要。

标定测距要从零点校准做起。其目的是补偿探头的发射晶片到工件表面之间经过的传播时间。使示波屏上的零刻度代表声束轴线进入工件表面的时间。准确的标定测距，可以使我们精确计算回波位置，有助于排除干扰波，是后期缺陷分析的基础。

在探伤过程中，因为未知缺陷的有无和分布状态，扫查时一定要细致，探头轨迹应有重叠，保证主声束覆盖轮座全长。扫查时探头可微量的左右摆动，便于发现各种不同取向的缺陷，扫查当中如轮座或轮毂孔的反射波突然降低或消失，则要注意始波后面有无杂波产生，或者采取其他探测方式查找车轴内部有较大缺陷。

发现轮座镶入部有可疑波时，需要重新对探伤灵敏度确定，并使用多种探测方法进行核查。针对该处使用锯齿形扫查，左右扫查，前后扫查，转角扫查，环绕扫查等多种方式判断回波性质，并进行定位、定量分析。可疑波的性质就是指缺陷的种类如裂纹、气孔、缩孔、夹杂物等。掌握了缺陷性质才能正确对缺陷的危害性进行评估。

当发现危害性比较大的缺陷（如裂纹）时应当慎重对待。轮座裂纹波大多伴随着其他杂波，甚至类似轮毂孔的刀痕反射波。《轮对超声波探伤作业指导书》上提供了简单易行地识别方法，“只有在规定的探伤灵敏度条件下，所发现的裂纹波高度达到或超过满幅的80%，判定该条轮对存在裂纹。” （“探伤灵敏度”就是标准试块上1mm人工缺陷的反射波在示波屏上达到80%，并适当补偿后得到的值。）当我们发现可疑反射波，其当量大于1mm人工缺陷时才判为不合格。这是帮我们判断裂纹是否存的的一种方法。既一般裂纹的反射与标准试块上人工缺陷的的反射大小相当。判定该反射波是不是裂纹，而不是以裂纹的大小来判断。理论上车轴探伤不允许存在裂纹。实际当中由于各种原因，导致大的缺陷回波不一定就强。缺陷的形式多种多样，得到的反射也是多种多样的。正确区分他们可以给我们工厂带来安全的保障和良好的利益。一般来说裂纹反射波强烈，波峰尖锐，根部前沿比较干净，后延有时存在少许杂波。当探头往复移动时，反射波在扫描线上左右移动，而且波峰逐渐由高到低，再由低变高。当探头做周向平稳移动时，裂纹反射波仅有波幅逐渐变化，而无左右移动现象。单根刀痕波的形态有时与裂纹反射波难以区分，这时可借助其他鉴别方法。如数字式多通道探伤仪的射频功能，裂纹是车轴疲劳所产生的缺陷，刀痕是车轮加工的痕迹，不在同一介质上，声束经过了一层界面到达轮毂孔，其相位发生转变，与车轴裂纹反射相反。并且裂纹射频波后沿干净，无杂波。刀痕射频波后伴有杂波。还可以借助其他探头（如小角度探头）辅助，从多个角度，多种方法来分辨。

四、展望

当然，即使我们做好所有细节，也不能沾沾自喜，从此高枕无忧。因为影响探伤质量的因素有多种，包括检测人员、检测仪器、检测用品、工艺方法、检测环境等等。以及缺陷自身的因素，其大小、方向、与声束轴线的夹角以及内容物、表面光洁度等等都有可能导致我们不能发现缺陷的存在。我们只能尽量降低人为的因素。还有些因素是人为无法改变的。想要进一步提高缺陷检出率，判伤准确率，还需要用多种波型，多频率，多角度，组合探头进行探伤。在手工超声波探伤已难以满足当前要求的情况下，我国已开发研制轮对自动化探伤系统，综合利用数字超声探伤技术、计算机技术、自动控制等技术，构成完善的智能轮对探伤系统的总体方案。实现多通道同时工作的情况下，具有很高的缺陷检出率和系统稳定性。可以预见自动化探伤系统将在轮对超声波无损检测行业得到迅速发展。

参考文献：

[1]铁路路基施工质量控制与沉降的控制措施[J]. 丁璐璐. 智能城市. 2016（11）

[2]关于铁路路基工程中地基承载力要求的几点思考[J]. 于荣喜. 铁道建筑技术. 2016（11） [J]. 张亚宾，刘文晓. 中国建材科技. 2017（03）