車輪踏面超聲波徑向探傷異常波探析

劉群清

摘 要：近些年來(lái)，超聲波探傷應(yīng)用廣泛，超聲波聲能全面覆蓋檢查面，聲束和缺陷垂直，能獲得最大的聲壓發(fā)射量，進(jìn)而形成較高的探傷靈敏度。本文通過(guò)車輪踏面超聲波徑向探傷的具體實(shí)例進(jìn)行分析，探究異常波出現(xiàn)的情況以及應(yīng)對(duì)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：車輪踏面探傷；超聲波；問(wèn)題；對(duì)策

中圖分類號(hào)： U270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）13-133-2

1 當(dāng)前超聲波探傷方法和步驟

1.1 探傷檢測(cè)的基本方法

超聲波探傷方法有其可靠性，也存在一定的局限性。其局限性是受位置缺陷的大小、材料、形狀以及探頭種類等決定的。因此在針對(duì)車輪踏面探傷時(shí)，通常會(huì)采用雙晶體探頭或者橫波斜探頭，采用縱波垂直入射和橫波斜入射法。具體的操作是將探頭放置在車箍?jī)?nèi)徑面或者整個(gè)車輪的踏面及其內(nèi)側(cè)面上，用以對(duì)整個(gè)輪箍周邊方向進(jìn)行掃查，同時(shí)采用直探頭對(duì)輪箍及整體車輪的內(nèi)側(cè)面進(jìn)行透聲性能檢測(cè)和軸向檢測(cè)，以保證檢測(cè)的全面和準(zhǔn)確。

1.2 探傷檢測(cè)方法的選擇

探傷檢測(cè)方法在選擇上，需要根據(jù)車輪裂損的情況來(lái)決定的。針對(duì)機(jī)車車輪，其疲勞的裂紋一般會(huì)發(fā)生在踏面以下約30mm范圍的位置。對(duì)于這樣的區(qū)域，目前，電磁測(cè)超聲技術(shù)無(wú)法探測(cè)這樣的區(qū)域，可采用壓電超聲波探傷技術(shù)，其檢測(cè)深度大，能夠充分的探測(cè)出這片區(qū)域的缺陷位置，也能夠探測(cè)深度較大的車輪輻板位置。如果要對(duì)機(jī)車車輪同時(shí)進(jìn)行小修和中修的工藝時(shí)，就需要將車輪內(nèi)部的缺陷和相關(guān)的疲勞裂紋全部的探測(cè)出來(lái)，且還要同時(shí)選用小角度的探頭在合適的角度上對(duì)車輪的踏面的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行探傷，才能將工藝做好，做細(xì)。

2 針對(duì)車輪踏面徑向探傷情況提出問(wèn)題

根據(jù)2005年至2006年，我國(guó)在對(duì)德國(guó)BVV公司進(jìn)口的大批貨車輾鋼整體車輪，進(jìn)行組裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，車輪輻板、輪輞、輪轂的表面和內(nèi)部出現(xiàn)明顯的缺陷，為了保障運(yùn)輸?shù)陌踩?，相關(guān)部門對(duì)該批車輪組裝的輪對(duì)進(jìn)行了全面的探傷檢測(cè)，并對(duì)已裝車使用且不合格的車輪進(jìn)行排查，以此來(lái)消除安全隱患，保障運(yùn)輸?shù)耐〞?。本文就以此為例，?duì)車輪踏面超聲波徑向探傷出現(xiàn)的異常波進(jìn)行分析。

2.1 具體的探傷實(shí)例

對(duì)該批車輪輪轂、輪輞進(jìn)行超聲波探傷，主要采用25MHZ.直徑為20mm的直探頭進(jìn)行軸向探傷，另有25P14FG30Z雙晶縱波探頭對(duì)其踏面進(jìn)行車輪徑向超聲波探傷檢查，通過(guò)這樣的方式，從而發(fā)現(xiàn)了車輪踏面在平行方向上，在其內(nèi)部存在明顯的缺陷。具體超聲波探傷情況為，以正常探傷靈敏度為前提，探頭所發(fā)射的超聲波其反射波在底面即輪輞與輻板的過(guò)渡部位的回波之前，有明顯的反射波出現(xiàn)如圖1所示：

2.2 徑向探傷所發(fā)現(xiàn)的異常波形

采用25P14FG30Z雙晶縱波探頭對(duì)車輪的踏面進(jìn)行徑向超聲波探傷檢查時(shí)，其在底面的回波出現(xiàn)較強(qiáng)的反射波，如圖2所示。

圖2為25P14FG30Z雙晶縱波探頭對(duì)車輪的踏面進(jìn)行徑向超聲波探傷檢查，圖中的單位為mm。從圖中可以明顯的看出，回波在車輪底面的回聲聲程在5mm的位置上，出現(xiàn)了強(qiáng)的反射波。因此該車輪可以被認(rèn)定為其踏面是經(jīng)過(guò)旋修處理過(guò)的。但對(duì)比另一對(duì)經(jīng)過(guò)同種方式處理過(guò)的車輪時(shí)，超聲波探傷波形并未出現(xiàn)異常的反射回波，這就說(shuō)明探傷波形顯示為正常。再將對(duì)照車輪旋修5mm后，探傷其內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)異常波形仍舊出現(xiàn)在5mm的位置上。這就能夠說(shuō)明，該波形的異常情況并不是缺陷回波所引起的，應(yīng)是一種波形發(fā)生特定轉(zhuǎn)換形成了特殊的反射回波。

2.3 問(wèn)題解析

2.3.1 雙晶縱波探頭的結(jié)構(gòu)具有特殊性

針對(duì)25P14FG30Z這種雙晶探頭，屬于2個(gè)縱波單探頭的組合，兩個(gè)探頭的分工明確。一種用于發(fā)射超聲波，另一種則用以接收回聲波。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以避免單探頭所引起的儀器放大器的阻塞而造成探傷距離的誤差，從而影響探測(cè)缺陷的準(zhǔn)確位置。因此，雙晶體探頭相對(duì)于單晶體探頭來(lái)說(shuō)，其探測(cè)的精確度更高。除此之外25P14FG30Z這種雙晶體探頭，其收發(fā)探頭各自都有一個(gè)延遲塊，而這2個(gè)延遲塊的聲束入射平面都具有一定且相同的傾斜角，這傾斜角度可以決定探測(cè)的深度。

2.3.2 縱波的波形轉(zhuǎn)換

波形轉(zhuǎn)換是超聲波傾斜的射入兩個(gè)不同物質(zhì)界面時(shí)，其投射波必然會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而引起折射縱波和折射橫波的出現(xiàn)。這也是雙晶體探頭的探傷監(jiān)測(cè)原理，即是利用其折射縱波所發(fā)生的波形轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行近距離的探傷實(shí)驗(yàn)。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，已知縱波在有機(jī)玻璃中的傳播速度為2680m/s，在鋼表面的速度為2950m/s。當(dāng)一束縱波（已知入射角度為65.3°）穿過(guò)玻璃表面，接觸鋼表面時(shí)就必然會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，從而在鋼表面生產(chǎn)表面橫波。

2.3.3 縱波在粗糙表面的波形轉(zhuǎn)換分析

針對(duì)上述的實(shí)例，已知車輪經(jīng)過(guò)車削加工，那么在車輪的踏面上必然會(huì)形成一些深淺不一的刀痕。因此車輪子在不同的車削條件下，所產(chǎn)生的刀痕粗糙程度不同，這就必然導(dǎo)致了當(dāng)雙晶體探頭射出一道縱對(duì)粗糙表面進(jìn)行探傷時(shí)，不同的刀痕位置就會(huì)使得入射角度有所不同，而出現(xiàn)的波形情況也會(huì)有所差別。刀痕表面粗糙度的不同，縱波束入射的角度也可能會(huì)有所變化。而當(dāng)粗糙度達(dá)到一定程度時(shí)，刀痕不同位置所出現(xiàn)的縱波束入射角可能達(dá)到65.3°而產(chǎn)生表面波。而當(dāng)粗糙度低時(shí)，縱波的入射角度就有可能小于65.3°而不產(chǎn)生表面波。這這樣的情況，就可以解釋，前文所提到的對(duì)照探測(cè)檢測(cè)中，車輪踏面未出現(xiàn)異常波的原因。

當(dāng)晶體探頭所發(fā)射出縱波聲束在第一種介質(zhì)傳播時(shí)，其入射角度未達(dá)到臨界角的位置時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生折射縱波，對(duì)其正常探傷的底面回波不造成影響，從而其產(chǎn)生的表面波能夠直接經(jīng)過(guò)車輪踏面被接頭探頭所接收，因此，其聲程與其接收探頭間的距離有關(guān)。而聲束在不同刀痕位置所產(chǎn)生的表面波傳到接收探頭的聲程也不相同，這就導(dǎo)致了異常波的根部都相對(duì)較寬，而且范圍較大。

2.3.4 根據(jù)上述實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證

將探傷檢查出來(lái)的異常波形發(fā)生位置標(biāo)記出來(lái)，通過(guò)使用砂輪對(duì)標(biāo)記處進(jìn)行局部打磨，從而消除車削加工時(shí)不同程度的刀痕，降低踏面的表面的粗糙層度。然后再用相同的方式探傷檢查，主要對(duì)照組不變。觀察探傷檢查的圖像，可以發(fā)現(xiàn)，原先出現(xiàn)的異常波紋消失不見了。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，車輪踏面超聲波徑向探傷的基本步驟，首先是要就踏面的具體情況，選擇合適的探傷方法及檢查技術(shù)，其次再根據(jù)具體的要求進(jìn)行探傷檢查。通過(guò)上述的實(shí)例，可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析，可以看出，工件表面的粗糙程度，對(duì)探傷的回波存在較大的影響，因此要解決這一問(wèn)題，就需要在探傷檢查之間，對(duì)車輪踏面進(jìn)行旋修，從而改善車輪踏面的粗糙度以消除其對(duì)車削加工所留下的刀痕對(duì)探傷檢查的影響。另外，車輪踏面如果出現(xiàn)了擦傷、剝離等缺陷嚴(yán)重的情況時(shí)，在探傷前也必須要進(jìn)行旋修，且還要在踏面進(jìn)行精加工，防止超聲波探傷過(guò)程出現(xiàn)異常波情況。通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容的總結(jié)分析，筆者希望相關(guān)企業(yè)在對(duì)機(jī)車車輪加工或組裝時(shí)，不要能忽視超聲波探傷檢查的相關(guān)步驟，一方面是為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面是為了確保運(yùn)輸?shù)陌踩６谑褂贸暡ㄌ絺麢z查時(shí)，也要對(duì)文中提到的有關(guān)步驟和準(zhǔn)備有所注意，以免產(chǎn)生錯(cuò)誤的影響，導(dǎo)致探傷檢查的異?；虿缓侠硇缘陌l(fā)生。這也是凸顯相關(guān)企業(yè)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方式之一。

參 考 文 獻(xiàn)

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