城市軌道交通車輛漏雨密封性的超聲波檢測技術(shù)

丁寶英 劉和平

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，266111，青島∥第一作者，高級工程師）

城市軌道交通車輛漏雨部位大多發(fā)生在車頂空調(diào)、空調(diào)新風(fēng)口、車輛門窗、貫通道等處，主要進(jìn)水路徑有：車體鋼結(jié)構(gòu)空調(diào)平臺(tái)焊縫處、空調(diào)新風(fēng)口鋁風(fēng)道結(jié)合面處、車門上沿及門縫處、車窗周圈及貫通道上側(cè)部位，通過以上路徑，雨水進(jìn)入車輛電氣柜、設(shè)備柜及電氣部件上，造成車輛部件腐蝕、電路短路、信號系統(tǒng)紊亂等故障，進(jìn)而危及行車安全。

按照TB／T1802—1996《鐵道車輛漏雨試驗(yàn)方法》要求，車輛制造時(shí)需進(jìn)行車體鋼結(jié)構(gòu)的澆水試驗(yàn)和整車落成后的噴水試驗(yàn)，滿足噴水結(jié)束后10～20 min內(nèi)各部位不發(fā)生滲漏。車輛漏雨試驗(yàn)為例行試驗(yàn)，根據(jù)車輛制造現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，車輛整車落成后漏雨試驗(yàn)時(shí)，漏雨發(fā)生概率在30%左右，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)交付計(jì)劃。因此，亟待開發(fā)一種新的檢測技術(shù)來進(jìn)行城市軌道交通車輛漏雨試驗(yàn)前的泄漏檢測和漏雨后漏點(diǎn)的查找，為車輛運(yùn)營提供安全保障。

本文依據(jù)汽車行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，使用超聲波檢測泄漏原理，對超聲波發(fā)生器、接收裝置、檢測探頭、系統(tǒng)軟件等進(jìn)行優(yōu)化配置，使之滿足城市軌道交通車輛漏雨密封性能檢測。

1 超聲波檢測技術(shù)原理

超聲波是頻率高于20 kHz、人耳聽不到的聲波。它具有方向性好、功率大、穿透能力強(qiáng)、易于獲得較集中的聲能，以及隨傳播距離增大衰減較快等特點(diǎn)。

在封閉的城市軌道交通車輛車廂內(nèi)，放置超聲波發(fā)生器，超聲波在均勻的介質(zhì)中以直線方式傳播，當(dāng)傳播到界面或另一種介質(zhì)的表面時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、折射現(xiàn)象。在反射、折射時(shí)，其能量及波形都發(fā)生變化，能量的變化量取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗特性，兩種介質(zhì)的聲阻抗特性差異愈大，則反射波的強(qiáng)度愈大。城市軌道交通車輛車廂內(nèi)部件材料主要有鋼、鋁、酚醛玻璃鋼、橡膠、塑料等，由于上述材料的聲阻抗和空氣聲阻抗相差較大，超聲波均不同程度地會(huì)發(fā)生反射；如果封閉車廂內(nèi)有縫隙、孔洞，超聲波將穿過該縫隙，用超聲波檢測探頭掃描車體鋼結(jié)構(gòu)空調(diào)平頂焊縫、空調(diào)新風(fēng)口鋁風(fēng)道結(jié)合面、車門上沿及門縫、車窗周圈及貫通道等部位，可捕捉到超聲波，通過檢測儀器分析、處理，可以判斷出縫隙的大小、位置。超聲波檢測裝置原理框圖見圖1。

圖1 超聲波檢測裝置原理框圖

2 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置的功能和組成

城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置具有以下功能：

1）檢測高頻率的超音波；

2）屏蔽低頻率或人耳可以聽到的聲波；

3）超聲波信號可轉(zhuǎn)換為人耳可以聽到的聲波；

4）超聲波信號可進(jìn)行量化、數(shù)值化；

5）可儲(chǔ)存測量數(shù)據(jù)、顯示器顯示泄漏處；

6）可傳輸測量數(shù)據(jù)到個(gè)人計(jì)算機(jī)上儲(chǔ)存、分析、作結(jié)論。

城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置組成見圖2。

圖2 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置組成

3 城市軌道交通車輛漏雨密封性超聲波檢測裝置的應(yīng)用

城市軌道交通車輛超聲波泄漏檢測分兩步進(jìn)行：第一步為車體鋼結(jié)構(gòu)泄漏檢測；第二步為整車落成后泄漏檢測。

3.1 車體鋼結(jié)構(gòu)檢測

城市軌道交通車輛車體總組焊后，需對車體鋼結(jié)構(gòu)頂蓋上通風(fēng)器、雨檐、空調(diào)新風(fēng)口、空調(diào)平臺(tái)焊縫、車體側(cè)墻門窗處、車體端墻貫通道處等進(jìn)行澆水試驗(yàn)，以滿足不泄漏、不滲漏之要求。

在澆水試驗(yàn)之前，使用超聲波檢測裝置，對以上部位進(jìn)行探測檢查，預(yù)先檢測是否有漏點(diǎn)，預(yù)先進(jìn)行控制并處理。這可有效控制有漏點(diǎn)的車體流入下一工序，減少返工返修時(shí)間，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。車體鋼結(jié)構(gòu)檢測位置見圖3所示。

圖3 車體鋼結(jié)構(gòu)超聲波檢測部位圖

3.2 整車檢測系統(tǒng)

城市軌道交通車輛總組裝竣工后，按照工藝流程，需對整車進(jìn)行漏雨試驗(yàn)，應(yīng)滿足TB／T1802—1996《鐵道車輛漏雨試驗(yàn)方法》的要求：噴水強(qiáng)度不小于3 mm／min，噴頭處水壓不小于0.10 MPa，噴頭至噴水表面的距離不大于1.5 m，噴水時(shí)間不小于3 min；噴水結(jié)束后10～20 min內(nèi)再檢查各部位是否滿足不滲漏的要求。

在車輛漏雨試驗(yàn)前應(yīng)設(shè)計(jì)超聲檢測工序，對車輛車門接縫處、車體空調(diào)平臺(tái)焊縫處、車窗接縫處、車內(nèi)風(fēng)道和電器設(shè)備接縫處、貫通道折棚處等進(jìn)行漏點(diǎn)檢測，可預(yù)先發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)從而處理漏點(diǎn)，因而大大降低了返工返修時(shí)間，以滿足生產(chǎn)計(jì)劃要求。整車超聲波檢測部位見圖4所示。

圖4 整車超聲波檢測部位圖

3.3 設(shè)備選型

1）超聲波發(fā)聲器：發(fā)射功率為8×260 mW 便攜式（可根據(jù)實(shí)際情況試驗(yàn)標(biāo)定后確定）；頻率范圍為39.2 kHz 和39.6 kHz雙頻制；溫度范圍為－20℃～50℃；濕度范圍為0%～95%；具有二次充電裝置，一次充電后連續(xù)工作時(shí)間≥2.5 h。

2）外接式探測器：為柔性彎曲式探頭。探頭靈敏度為－65 dB／V（可根據(jù)實(shí)際情況試驗(yàn)標(biāo)定后確定）；探測器長度為550 mm 或820 mm；探頭管外徑為20 mm。

3）接收器主機(jī)：測量量程為－10～120 dBμV；測量精度為±0.5 dBμV；測量分辨率為0.1 dBμV；信噪比為－5 dBμV；帶寬為－3dB；頻率范圍為0～200 kHz。

便攜儀顯示器可顯示漏點(diǎn)部位，具有鍵盤功能鍵和高對比性，帶背光LCD（液晶顯示屏），可接入PC 電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、打印。

4 結(jié)語

1）超聲波檢測與傳統(tǒng)淋雨試驗(yàn)工藝相結(jié)合，可提前發(fā)現(xiàn)車輛漏雨部位并進(jìn)行處理，提高了車輛密封性能、降低了返工返修率。

2）超聲波檢測手段的成本低、可靠性高、操作簡便易行。

3）采用超聲波檢測后，城市軌道交通車輛整車漏雨率由30%降低到6%以下。

因此，車輛制造商和車輛運(yùn)營單位可借鑒使用該技術(shù)。

［1］TB／T1802—1996鐵道車輛漏雨試驗(yàn)方法［S］.

［2］周龍，牟懌，謝莉.基于超聲波檢測的汽車防雨密封性試驗(yàn)研究［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007（8）：81.