無損檢測技術(shù)在鐵路貨車車鉤、鉤尾框上的應(yīng)用

李 偉，孟慶民

（1 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 計(jì)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(zé)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(zé)任公司 計(jì)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(zé)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(yùn)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(yùn)行安全和正常的行車組織，貨車重載運(yùn)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(jìn)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(yùn)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(jìn)行100%檢驗(yàn)和逐件檢驗(yàn)，為產(chǎn)品質(zhì)量提供有效保證，而且在產(chǎn)品工藝試驗(yàn)過程中，通過對工藝試樣進(jìn)行無損檢測，可以根據(jù)檢測結(jié)果改進(jìn)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(jìn)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。

1 我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框概況

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(jìn)行翻車機(jī)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(zé)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(jì)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。

2 無損檢測技術(shù)在我國鐵路貨車車鉤、鉤尾框上的應(yīng)用歷程

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(kuò)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(diǎn)，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(jìn)、種類不斷增多，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)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(gè)階段。

2.1 通用、干法磁粉探傷時(shí)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(jìn)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(jìn)行干法探傷檢測發(fā)展到對鉤體、鉤尾框的關(guān)鍵部位進(jìn)行檢測。

2.2 專用、濕法磁粉探傷時(shí)期

2002年原鐵道部運(yùn)輸局裝備部以運(yùn)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(jìn)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(yàn)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(shí)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(dá)到Ⅰ級焊縫要求。鍛造鉤尾框的全面推廣使用，擴(kuò)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(yùn)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(jìn)入了無損檢測技術(shù)的多元化時(shí)期。

無損檢測技術(shù)已成為鐵路貨車車鉤零件制造及運(yùn)用檢修不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，在車鉤零件制造及運(yùn)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(yùn)用安全具有非常重要的意義。

3 國內(nèi)外無損檢測技術(shù)在鐵路貨車車鉤、鉤尾框的應(yīng)用

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(yùn)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(jìn)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(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行磁化時(shí)，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(diǎn)，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(jī)。采用交叉線圈旋轉(zhuǎn)磁場技術(shù)的車鉤零件磁粉探傷機(jī)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(jī)見圖1。該磁粉探傷機(jī)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(jī)

（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(qiáng)度，引起焊縫運(yùn)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(jìn)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(jìn)行檢測，為保證整個(gè)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(jìn)行掃查的同時(shí)，還針對鍛造尾框焊縫超聲檢測的特殊要求研究設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)行檢測，用于發(fā)現(xiàn)由于工藝波動及操作失當(dāng)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(yàn)是一項(xiàng)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(jìn)行X射線照相檢測，以評價(jià)鑄造工藝的科學(xué)性、合理性，通過定期對車鉤進(jìn)行抽探，以評價(jià)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(jià)車鉤內(nèi)部缺陷的基本情況，但還沒有建立其合格等級標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)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(shí)特性，技術(shù)上存在一定的局限性，為進(jìn)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(qiáng)、圖像層次豐富、細(xì)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(diǎn)，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(shí)間短，通過合理配置機(jī)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(shí)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(jìn)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(gè)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(jì)算機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，以二維圖像形式清晰、準(zhǔn)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(dāng)于對檢測斷層部位進(jìn)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(qiáng)、適于內(nèi)部缺陷精確定量測量分析等顯著優(yōu)點(diǎn)。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(zhǔn)確評價(jià)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(biāo)準(zhǔn)車鉤、鉤尾框

美國鐵路新造貨車車鉤、鉤尾框基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)AAR M211《車鉤、鉤尾框、鉤舌及車鉤其他零件鑄造廠和產(chǎn)品認(rèn)可條件》對車鉤、鉤尾框始終沒有強(qiáng)制要求進(jìn)行磁粉探傷檢查，僅在制造商和用戶均同意時(shí)可以將磁粉探傷作為合同的規(guī)定內(nèi)容。檢修標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行了規(guī)定，目前該標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了要求，對鉤體、尾框等要求將作為附件陸續(xù)增加。該標(biāo)準(zhǔn)附件A對鉤舌的檢測方法、設(shè)備、人員和記錄等做了詳細(xì)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(shí)，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(shí)采用白色反差增強(qiáng)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(jìn)行超聲波探傷檢測進(jìn)行了研究，探傷采用先進(jìn)的超聲波相控陣技術(shù)，實(shí)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(zhǔn)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(jìn)行，對于裝在車上的檢測，則要求具有鐵路的維修地坑，進(jìn)入到車輛和裝有尾框的緩沖器套口的下面進(jìn)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(jìn)行超聲波探傷的探頭在掃描尾框后彎角時(shí)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(jìn)行校準(zhǔn)。目前該技術(shù)已在澳大利亞積累了充分的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)束語

我國鐵道車輛的車鉤、鉤尾框設(shè)計(jì)、制造、檢測技術(shù)基本源于AAR標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)、制造等方面已超過AAR標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行甄別，對帶有不同位置、長度等缺陷特征的車鉤、鉤尾框進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，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(yùn)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(shí)際運(yùn)用和疲勞試驗(yàn)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(jià)體系。

（3）在車鉤生產(chǎn)工藝過程中，采用先進(jìn)的檢測技術(shù)，積極推進(jìn)超聲相控陣技術(shù)的研究應(yīng)用工作，研究檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使我國車鉤質(zhì)量檢測和控制水平達(dá)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(jī)械工程學(xué)會無損檢測分會編.磁粉檢測［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］ 中國特種設(shè)備檢驗(yàn)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

?）男，工程師（

2013－11－14）