李 偉,孟慶民
(1 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 計量理化檢測中心,黑龍江齊齊哈爾161002;2 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 大連研發(fā)中心,遼寧大連116052)
LI Wei1,MENG Qingmin2
(1 Metrology&Inspection Center,Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd.,Qiqihar 161002 Heilongjiang,China;2 Dalian Development Center,Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd.,Dalian 116052 Liaoning,China)
無損檢測技術(shù)在鐵路貨車車鉤、鉤尾框上的應(yīng)用
李 偉1,孟慶民2
(1 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 計量理化檢測中心,黑龍江齊齊哈爾161002;2 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 大連研發(fā)中心,遼寧大連116052)
介紹了我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框概況,無損檢測技術(shù)在我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框應(yīng)用歷程,以及國內(nèi)外無損檢測技術(shù)在車鉤、鉤尾框的應(yīng)用情況,并對無損檢測技術(shù)的應(yīng)用提出了建議。
無損檢測;貨車;車鉤;鉤尾框
車鉤、鉤尾框是鐵道車輛的關(guān)鍵部件,具有傳遞牽引力和沖擊力的作用。隨著我國鐵路貨車重載運輸?shù)牟粩喟l(fā)展,車輛間的縱向作用力不斷增大,車鉤、鉤尾框裂紋、斷裂故障日益增多,影響了列車運行安全和正常的行車組織,貨車重載運輸對車鉤、鉤尾框的可靠性提出了更高的要求。車鉤、鉤尾框在制造、維修過程中難免會出現(xiàn)裂紋等各種制造缺陷,需對其進行檢測,因此檢測技術(shù)是保證制造質(zhì)量、檢修質(zhì)量的重要因素,是保障鐵路運輸安全的重要措施之一。
無損檢測是利用聲、光、熱、電、磁和射線等與物質(zhì)的相互作用,在不損傷被檢物使用性能的情況下,探測材料、構(gòu)件或設(shè)備的各種宏觀的內(nèi)部或表面缺陷,并判斷其位置、大小、形狀和種類的方法。在車鉤和鉤尾框生產(chǎn)、檢修過程中應(yīng)用無損檢測技術(shù)手段,可以發(fā)現(xiàn)目視檢查無法發(fā)現(xiàn)的內(nèi)外部宏觀缺陷,不需破壞試件就能完成檢測過程,不僅可以對產(chǎn)品進行100%檢驗和逐件檢驗,為產(chǎn)品質(zhì)量提供有效保證,而且在產(chǎn)品工藝試驗過程中,通過對工藝試樣進行無損檢測,可以根據(jù)檢測結(jié)果改進制造工藝,確定理想的制造工藝,另外,應(yīng)用無損檢測技術(shù),定期對產(chǎn)品進行抽查可以有效地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量波動狀況,對保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要作用。
我國既有鐵路貨車主要裝用13系列車鉤、鉤尾框和16型、17型車鉤及配套鉤尾框,其中13系列包括13號、13A型、13B型。13系列車鉤、鉤尾框主要應(yīng)用于60 t級貨車,17型車鉤、鉤尾框主要應(yīng)用于70 t級貨車,17型車鉤、鉤尾框還與16型車鉤、鉤尾框配套使用于不摘解車鉤進行翻車機卸貨的大秦線、神華線等重載貨車。
為解決鑄造鉤尾框疲勞裂紋問題,齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司會同有關(guān)單位采用大型鍛造技術(shù),于2005~2008年間設(shè)計研發(fā)了17型、16型、13B型鍛造鉤尾框,并在新造及檢修鐵路貨車上推廣使用。目前,我國新造和檢修貨車用的新品車鉤、鉤尾框是17型、13B型和16型,鉤體、鉤舌采用E級鑄鋼制造,鉤尾框均采用E級鍛鋼制造。
目前,國內(nèi)、外無損檢測技術(shù)發(fā)展十分迅猛,無損檢測領(lǐng)域不斷擴大,在常規(guī)無損檢測技術(shù)(射線、超聲波、磁粉、滲透、渦流)日趨成熟的基礎(chǔ)上,無損檢測新技術(shù),如工業(yè)CT、DR、超聲波相控陣、TOFD、超聲波B掃描、C掃描及漏磁檢測等得到廣泛應(yīng)用,無損檢測技術(shù)逐漸呈現(xiàn)數(shù)字化、圖像化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化的特點,檢測結(jié)果也更加可靠、直觀。
伴隨著我國無損檢測技術(shù)的不斷發(fā)展,鐵路貨車車鉤、鉤尾框所應(yīng)用的無損檢測技術(shù)也日趨先進、種類不斷增多,為保證產(chǎn)品質(zhì)量和運用安全提供了保障。截止目前為止,無損檢測技術(shù)在我國車鉤、鉤尾框上的應(yīng)用主要經(jīng)歷了3個階段。
2.1 通用、干法磁粉探傷時期
建國以后,由于我國無損檢測技術(shù)較為落后,再由于車鉤、鉤尾框表面形狀復(fù)雜,我國新造鐵路貨車車鉤、鉤尾框沒有進行探傷檢查,隨著檢測技術(shù)發(fā)展由僅對鉤舌、鉤舌銷和鉤尾銷進行干法探傷檢測發(fā)展到對鉤體、鉤尾框的關(guān)鍵部位進行檢測。
2.2 專用、濕法磁粉探傷時期
2002年原鐵道部運輸局裝備部以運裝貨車〔2002〕241號下發(fā)了《關(guān)于公布〈鐵道車輛貨車車鉤、鉤尾框磁粉探傷技術(shù)條件〉(試行)的通知》,這是我國第一次針對鐵路貨車車鉤、鉤尾框磁粉探傷制定專用技術(shù)條件。該技術(shù)條件規(guī)定車鉤、鉤尾框探傷必須采用專用探傷設(shè)備,并對探傷工件進行整體復(fù)合磁化濕法連續(xù)法探傷檢測,制定了新造、廠、段修車鉤、鉤尾框的檢驗規(guī)則,全面提高了車鉤、鉤尾框探傷質(zhì)量和探傷技術(shù)水平。
2.3 多元化時期
隨著我國鐵路貨車對鉤緩系統(tǒng)安全可靠性提出更高的要求,在無損檢測技術(shù)水平的發(fā)展和提高的基礎(chǔ)上,鐵路貨車車鉤、鉤尾框采用了更多的無損檢測技術(shù)。
鍛造鉤尾框作為我國重載鐵路貨車的關(guān)鍵技術(shù),其連接板部位的焊縫采用超聲波探傷檢測技術(shù),要求焊縫達到Ⅰ級焊縫要求。鍛造鉤尾框的全面推廣使用,擴大了超聲波探傷檢測技術(shù)在鐵路貨車領(lǐng)域的應(yīng)用范圍,有效的保證了制造質(zhì)量和運用安全。
目前,我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框已綜合采用整體磁化濕法連續(xù)法磁粉探傷、便攜磁軛局部磁化干法或濕法磁粉探傷、A型脈沖橫波及縱波超聲波探傷檢測技術(shù),相關(guān)單位已開展了工業(yè)CT在車鉤檢測方面的可行性論證研究,進入了無損檢測技術(shù)的多元化時期。
無損檢測技術(shù)已成為鐵路貨車車鉤零件制造及運用檢修不可或缺的關(guān)鍵技術(shù),在車鉤零件制造及運用檢修的全壽命過程中起著極其重要的作用,對保證關(guān)鍵部件的可靠性,保證車輛運用安全具有非常重要的意義。
3.1 國內(nèi)鐵路貨車車鉤、鉤尾框
(1)濕法連續(xù)法整體復(fù)合磁化探傷檢測
按運裝貨車〔2002〕241號《關(guān)于公布〈鐵道車輛貨車車鉤、鉤尾框磁粉探傷技術(shù)條件〉(試行)的通知》和現(xiàn)行的鐵路貨車廠修、段修規(guī)程要求,鐵路貨車車鉤、鉤尾框均應(yīng)采用濕法連續(xù)法進行探傷檢查,該文件對磁粉探傷的人員、環(huán)境、磁粉和磁懸液、探傷設(shè)備、檢測方法和記錄等進行了詳細的規(guī)定。
由于車鉤零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,變截面較多,在采用直接通電法對車鉤零件進行磁化時,很難保證各探傷部位均獲得均勻的磁化,為適用車鉤零件結(jié)構(gòu)特點,滿足磁化要求,鐵道行業(yè)利用交叉線圈磁化技術(shù)開發(fā)研制了車鉤零件專用磁粉探傷機。采用交叉線圈旋轉(zhuǎn)磁場技術(shù)的車鉤零件磁粉探傷機由控制系統(tǒng)、磁化系統(tǒng)、磁懸液循環(huán)及噴淋系統(tǒng)、退磁系統(tǒng)及照明裝置組成,車鉤零件磁粉探傷機見圖1。該磁粉探傷機可在工件表面形成三維空間交替磁化場,工件表面任何方向的缺陷(裂紋)均能清晰顯示出來,使形狀復(fù)雜的車鉤零件能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式探傷。
圖1 車鉤零件磁粉探傷機
(2)超聲波檢測
我國既有17型、16型、13B型鍛造鉤尾框采用主體結(jié)構(gòu)鍛造、整體為組焊式的結(jié)構(gòu),由于連接板與框板處的焊接可能產(chǎn)生未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷,會降低焊縫強度,引起焊縫運用開裂和失效,因此為保證鍛造鉤尾框連接板處的焊接質(zhì)量,焊縫處要求進行超聲波探傷檢測,缺陷評定等級應(yīng)符合TB/T 1558中I級的要求。該處焊縫的超聲波探傷采用A掃描橫波斜探頭檢測,探頭頻率4 MHz,由于鉤尾框的特定結(jié)構(gòu),無法在焊縫兩側(cè)進行檢測,為保證整個焊縫能夠被主聲束全部覆蓋,采用兩種角度的探頭在連接板雙側(cè)進行掃查的同時,還針對鍛造尾框焊縫超聲檢測的特殊要求研究設(shè)計了雙晶斜探頭,大大提高了焊縫近表面缺陷檢測的可靠性。數(shù)字超聲波檢測儀見圖2。
圖2 數(shù)字超聲波檢測儀
此外,為保證車鉤鉤體及鉤舌關(guān)鍵部位的密實度,部分廠家在車鉤生產(chǎn)過程中采用超聲波探傷技術(shù)對車鉤及鉤舌關(guān)鍵部位進行檢測,用于發(fā)現(xiàn)由于工藝波動及操作失當而產(chǎn)生的嗆空、縮孔、夾沙和氣孔等內(nèi)部缺陷。
(3)X射線照相檢測
鑄件射線檢驗是一項在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的成熟技術(shù),隨著對重載車鉤內(nèi)部質(zhì)量關(guān)注度的提高,X射線照相檢測技術(shù)也被應(yīng)用于鑄造車鉤工藝評定,通過對采用新工藝生產(chǎn)的車鉤零件進行X射線照相檢測,以評價鑄造工藝的科學(xué)性、合理性,通過定期對車鉤進行抽探,以評價產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。目前車鉤射線探傷主要是用于評價車鉤內(nèi)部缺陷的基本情況,但還沒有建立其合格等級標準。車鉤內(nèi)部缺陷射線檢測缺陷情況如圖3所示。
圖3 車鉤內(nèi)部缺陷射線檢測缺陷
(4)高能X射線工業(yè)DR成像檢測和工業(yè)CT成像檢測
盡管膠片照相檢測技術(shù)檢測靈敏度和可靠性較高,但其檢測效率較低,不適用于對鑄鋼車鉤零件進行全面檢測和大比例抽查,且其僅能獲取缺陷平面投影信息,無法描述缺陷在工件斷面的真實特性,技術(shù)上存在一定的局限性,為進一步提高鑄鋼車鉤零件內(nèi)部缺陷的控制能力,有關(guān)單位已開始對高能X射線工業(yè)DR成像檢測和工業(yè)CT成像檢測在車鉤零件生產(chǎn)過程中的快速檢測和工藝開展深入研究。
DR射線檢測技術(shù)具有靈敏度高、成像速度快、影像動態(tài)范圍寬、操作方便、空間分辨能力強、圖像層次豐富、細微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出色、檢測條件寬容度大、適合工件整體檢測等特點,檢測靈敏度可以較好地滿足車鉤等鑄鋼件內(nèi)部缺陷檢測和控制的需要。高能X射線DR成像所需要的曝光時間短,通過合理配置機械傳動裝置,可一次性將大型關(guān)鍵部件檢測完畢,生成完整的檢測圖像,檢測效率高,可以實現(xiàn)對關(guān)鍵部件的快速批量檢測,另外DR射線檢測結(jié)果可以通過電子介質(zhì)進行存儲,對檢測結(jié)果的使用和管理提供了方便。車鉤、鉤舌DR檢測圖像如圖4所示。
圖4 車鉤、鉤舌DR檢測圖像
CT成像檢測是利用射線從多個方向透射工件某斷層,通過探測器測量被工件衰減后的射線信息,由計算機對采集的數(shù)據(jù)進行圖像重建,以二維圖像形式清晰、準確、直觀地展現(xiàn)被檢測物內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、材料密度分布、缺陷位置及大小等,相當于對檢測斷層部位進行了虛擬解剖。與DR成像檢測相比,工業(yè)CT檢測具有成像精度高、圖像直觀清晰、影像不重疊、空間分辨能力和密度分辨能力強、適于內(nèi)部缺陷精確定量測量分析等顯著優(yōu)點。工業(yè)CT檢測系統(tǒng)通過高精度掃描再現(xiàn)工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、斷面缺陷形貌和缺陷位置等信息,對工件內(nèi)部缺陷的準確評價和精確測量具有十分重要的意義。鉤舌CT掃描圖像如圖5所示。
圖5 鉤舌CT掃描圖像
3.2 美國AAR標準車鉤、鉤尾框
美國鐵路新造貨車車鉤、鉤尾框基礎(chǔ)標準AAR M211《車鉤、鉤尾框、鉤舌及車鉤其他零件鑄造廠和產(chǎn)品認可條件》對車鉤、鉤尾框始終沒有強制要求進行磁粉探傷檢查,僅在制造商和用戶均同意時可以將磁粉探傷作為合同的規(guī)定內(nèi)容。檢修標準AAR M212《貨車車鉤、鉤尾框及相關(guān)零部件舊件分級和修復(fù)方法》則始終沒有要求進行磁粉探傷檢查。
AAR協(xié)會以AAR M220《鑄件無損檢測要求》對鐵路貨車用鑄件的最低檢測要求進行了規(guī)定,目前該標準僅以附件A對鉤舌在制造廠、檢修車間和在線的無損檢測進行了要求,對鉤體、尾框等要求將作為附件陸續(xù)增加。該標準附件A對鉤舌的檢測方法、設(shè)備、人員和記錄等做了詳細的要求,鉤舌的磁粉探傷檢測見圖6。
圖6 鉤舌的磁粉探傷檢測
根據(jù)AAR M220規(guī)定,新造鉤舌檢測部位表面應(yīng)無裂紋,表面不連續(xù)性(包括熱裂、夾雜、氣孔)寬度、長度或深度不應(yīng)超過3.2 mm;在檢修車間和在線檢測時,鉤舌檢測部位表面裂紋長度應(yīng)不超過6.4 mm,并要求在檢測時采用白色反差增強劑提高缺陷磁痕與本底的對比度。
3.3 澳大利亞的鉤尾框超聲波探傷檢測
澳大利亞BHP公司對鉤尾框的后彎角部位進行超聲波探傷檢測進行了研究,探傷采用先進的超聲波相控陣技術(shù),實現(xiàn)了超聲檢測成像,缺陷識別與傳統(tǒng)A掃描技術(shù)相比,更加直觀、準確,檢測圖像見圖7。
該技術(shù)對鉤尾框的超聲波檢測可以在從車輛分解后或安裝在車輛上進行,對于裝在車上的檢測,則要求具有鐵路的維修地坑,進入到車輛和裝有尾框的緩沖器套口的下面進行操作。
圖7 超聲波相控陣技術(shù)檢測圖像
圖8 鉤尾框Z字形掃描
進行超聲波探傷的探頭在掃描尾框后彎角時采用z字形掃描,見圖8;并采用在尾框?qū)嵨锴腥〉臉訅K預(yù)制缺陷的辦法,對設(shè)備進行校準。目前該技術(shù)已在澳大利亞積累了充分的應(yīng)用經(jīng)驗。
我國鐵道車輛的車鉤、鉤尾框設(shè)計、制造、檢測技術(shù)基本源于AAR標準,但隨著我國鐵路貨車技術(shù)近些年的飛速發(fā)展,以及對安全可靠性要求的日趨提高,我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框不僅在設(shè)計、制造等方面已超過AAR標準要求,無損檢測技術(shù)在車鉤、鉤尾框上的應(yīng)用也超過了AAR標準要求,并趨完善和多元化。
結(jié)合無損檢測技術(shù)的發(fā)展,建議在我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框開展以下研究工作。
(1)進行零部件剩余疲勞壽命研究,制定合理的檢修限度和周期
將無損檢測發(fā)現(xiàn)的裂紋、缺陷進行甄別,對帶有不同位置、長度等缺陷特征的車鉤、鉤尾框進行疲勞試驗,開展剩余壽命研究,以制定合理的檢修限度和周期,在保障運用安全的基礎(chǔ)上降低檢修成本和提高檢修效率。
(2)開展車鉤零件內(nèi)部缺陷可靠性研究
依托現(xiàn)代工業(yè)CT檢測技術(shù),結(jié)合現(xiàn)場實際運用和疲勞試驗研究情況,開展車鉤零件內(nèi)部缺陷可靠性研究工作,建立更加完善和科學(xué)的車鉤零件內(nèi)部缺陷評價體系。
(3)在車鉤生產(chǎn)工藝過程中,采用先進的檢測技術(shù),積極推進超聲相控陣技術(shù)的研究應(yīng)用工作,研究檢測技術(shù)標準,使我國車鉤質(zhì)量檢測和控制水平達到世界領(lǐng)先水平。
[1] JB/T 4730.1~4730.6-2005.承壓設(shè)備無損檢測[S].
[2] 中國機械工程學(xué)會無損檢測分會編.磁粉檢測[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.
[3] 中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會組織編.射線檢測[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2012.
NDT Technology Application on Coupler and Yoke of Railway Freight Wagon
This paper introduces the profile of freight wagon's coupler and yoke in our country,and application of non-destructive testing technology in freight wagon's coupler and yoke at home and abroad.Some suggestion is provided for the application of non-destructive testing technology.
NDT;freight wagon;coupler;yoke
LI Wei1,MENG Qingmin2
(1 Metrology&Inspection Center,Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd.,Qiqihar 161002 Heilongjiang,China;2 Dalian Development Center,Qiqihar Railway Rolling Stock Co.,Ltd.,Dalian 116052 Liaoning,China)
U272
A
10.3969/j.issn.1008-7842.2014.04.26
1008-7842(2014)04-0112-05
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2013-11-14)