關(guān)于動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷中對(duì)缺陷定量計(jì)算方法及優(yōu)劣的討論

摘 要：根據(jù)動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷作業(yè)實(shí)際情況，文章提出了兩種超聲波缺陷定量方法，即等波幅對(duì)比增益法和等增益對(duì)比波幅法，并對(duì)這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)討論，總結(jié)出在單軸探傷時(shí)宜采用等波幅對(duì)比增益法，在批量探傷時(shí)宜采用等增益對(duì)比波幅法。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；空心車軸；超聲波探傷

動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷分為在線探傷和落輪探傷，特別是在線探傷，部分動(dòng)車所每天須完成96根車軸的探傷任務(wù)，為了趕生產(chǎn)進(jìn)度，必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成探傷工作，可以說(shuō)是時(shí)間緊，任務(wù)重。在此情況下發(fā)現(xiàn)疑似缺陷后，如何采取有效、準(zhǔn)確而又不漏探的缺陷當(dāng)量計(jì)算方法，對(duì)減少誤判和提高作業(yè)效率顯得尤為重要。

1 問題的提出

2013年9月，中國(guó)鐵路總公司發(fā)布了《和諧系列動(dòng)車組空心車軸超聲波探傷工藝規(guī)程》（鐵總運(yùn)[2013]100號(hào)）文件。文件中規(guī)定空心車軸探傷質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：車軸內(nèi)部缺陷不大于Φ2mm平底孔當(dāng)量，橫向缺陷不大于1mm深度當(dāng)量。但該工藝規(guī)程沒有給出缺陷當(dāng)量的具體計(jì)算方法及操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)探傷作業(yè)人員沒有一個(gè)統(tǒng)一權(quán)威的方法可參照，造成動(dòng)車組制造企業(yè)、動(dòng)車組輪軸生產(chǎn)企業(yè)、動(dòng)車組運(yùn)用維護(hù)部門（鐵路局）在發(fā)現(xiàn)缺陷后，各按各的判斷方法計(jì)算缺陷當(dāng)量，對(duì)當(dāng)量大小是否超限是否應(yīng)該報(bào)廢車軸等問題長(zhǎng)期反復(fù)爭(zhēng)執(zhí)爭(zhēng)吵，嚴(yán)重時(shí)影響動(dòng)車組檢修作業(yè)進(jìn)度，增加生產(chǎn)成本。

2 等增益對(duì)比波幅法

2.1 實(shí)軸檢測(cè)

首先確定缺陷的軸向位置、周向角度和深度。再根據(jù)缺陷的位置和周向角度，進(jìn)行缺陷手工復(fù)核，通過調(diào)整軸向位置和周向角度，找出缺陷A型顯示的最高反射波形圖后，記錄疑似缺陷波高為H1。

2.2 對(duì)比試樣軸基準(zhǔn)缺陷檢測(cè)

記錄開工校驗(yàn)和完工校驗(yàn)波中最低波為H2。比如同類型探頭開工校驗(yàn)為80%、完工校驗(yàn)為85%，則H2=80%。完工校驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)試樣軸、調(diào)整基本缺陷的周向角度與疑似缺陷一致。

2.3 缺陷當(dāng)量計(jì)算

根據(jù)當(dāng)量計(jì)算公式：△N=20lg（H1/H2），平底孔缺陷當(dāng)量應(yīng)為N平=Φ2mm+△N，表面橫向缺陷當(dāng)量為N橫=1mm+△N。

2.4 判定處理

（1）內(nèi)部材質(zhì)缺陷達(dá)到或超過Φ2mm平底孔當(dāng)量時(shí)，車軸判廢，否則繼續(xù)跟蹤觀察處理。（2）表面橫向缺陷達(dá)到或超過1mm深度當(dāng)量時(shí)，車軸判廢，否則須進(jìn)一步驗(yàn)證是否為表面疲勞裂紋，對(duì)于無(wú)法判斷是否是表面疲勞裂紋的，一律落輪，判廢處理。

3 等波幅對(duì)比增益法

3.1 空心車軸實(shí)車檢測(cè)

通過實(shí)軸探傷波形圖，首先確定缺陷的軸向位置、深度和周向角度ω，再根據(jù)缺陷的位置和深度，進(jìn)行缺陷手工復(fù)核，通過調(diào)整軸向位置和周向角度，找出缺陷A型顯示的最高、最佳反射波型圖，將缺陷反射波幅調(diào)整至滿幅的80%，記錄增益值為a。

3.2 對(duì)比試樣軸平底孔缺陷檢測(cè)

首先確定疑似缺陷在被檢測(cè)實(shí)車軸中的周向角度位置ω，觀察0°SE探頭的角度位置。再調(diào)整試樣軸上Φ2mm平底孔的周向角度與疑似缺陷周向角度ω相一致，找出Φ2mm平底孔缺陷A型顯示的最高、最佳反射波型圖。最后調(diào)整增益值，將Φ2mm平底孔缺陷A型顯示反射波幅調(diào)整至滿幅的80%，記錄增益值為b。

缺陷當(dāng)量計(jì)算及判定：比較增益值a、b的大小，當(dāng)a>b時(shí)，判定該疑似缺陷存在，但未達(dá)到Φ2mm平底孔人工缺陷當(dāng)量，缺陷當(dāng)量大小為Φ2m+（b-a），建議繼續(xù)運(yùn)行并跟蹤觀察；當(dāng)a≤b時(shí)，判定該內(nèi)部材質(zhì)缺陷存在，已達(dá)到或超過Φ2mm平底孔人工缺陷當(dāng)量，缺陷當(dāng)量大小為Φ2m+（b-a），判定空心車軸報(bào)廢。

3.3 表面橫向缺陷檢測(cè)

首先要確定疑似缺陷的位置、深度，仔細(xì)觀察是否在軸上，橫向疑似缺陷的波幅讀取增益調(diào)整與內(nèi)部缺陷一樣，記錄增益為a。確定疑似缺陷在被檢測(cè)實(shí)軸中的周向角度位置，調(diào)整對(duì)應(yīng)車型試樣軸上相應(yīng)的缺陷（位置、深度相似）的周向角度位置與疑似缺陷相一致。找出橫向軸上相應(yīng)缺陷A型顯示的最高、最佳反射波型圖后，調(diào)整增益值，將試樣軸橫向基準(zhǔn)缺陷A型顯示反射波幅調(diào)整至滿幅的80%，記錄增益為b。缺陷當(dāng)量計(jì)算及判定：與內(nèi)部材質(zhì)缺陷評(píng)定比較方法一樣，比較增益值a、b的大小，當(dāng)a>b時(shí)，判定該疑似缺陷存在，但未達(dá)到1mm深度當(dāng)量，缺陷當(dāng)量為1mm+（b-a），通過其它手段確認(rèn)是否為疲勞缺陷，確認(rèn)疑似缺陷屬于疲勞缺陷后，車軸報(bào)廢；當(dāng)a≤b時(shí)，判定該橫向表面缺陷存在，已達(dá)到或超過1mm深度當(dāng)量，缺陷當(dāng)量為1mm+（b-a），判定車軸報(bào)廢。

4 兩種方法對(duì)比

4.1 等波幅對(duì)比增益法缺點(diǎn)

（1）存在誤操作導(dǎo)致缺陷漏探風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際進(jìn)行探傷作業(yè)時(shí)往往是安排一整組車或多軸進(jìn)行批量探傷，若發(fā)現(xiàn)缺陷后在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整增益，后續(xù)再對(duì)其它空心車軸檢測(cè)時(shí)，又不得不調(diào)整回來(lái)，這樣很容易造成后續(xù)設(shè)備基礎(chǔ)增益與前面基礎(chǔ)增益的不同。（2）操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。該方法需要在被檢測(cè)實(shí)車軸和對(duì)比試樣軸上調(diào)整軸向長(zhǎng)度和周向角度查找最高波時(shí)后，再調(diào)整增益，操作相對(duì)復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，不利于缺陷的快速定位查找。

4.2 等波幅對(duì)比增益法優(yōu)點(diǎn)

（1）缺陷定量相對(duì)準(zhǔn)確，最接近真實(shí)情況。在手動(dòng)探傷作業(yè)時(shí)，疑似缺陷波和基準(zhǔn)缺陷波全部都能找到最高波，即完全達(dá)到了疑似缺陷理論化要求的計(jì)算條件，即缺陷定量計(jì)算的前置條件都是相對(duì)最真實(shí)的完整再現(xiàn)。（2）缺陷定量計(jì)算直觀簡(jiǎn)單。因波幅不變，只是調(diào)整增益，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的加減計(jì)算就可直觀的計(jì)算出缺陷當(dāng)量，相比等增益對(duì)比波幅法則需要代入波幅當(dāng)量計(jì)算公式計(jì)算缺陷當(dāng)量來(lái)說(shuō)算是最簡(jiǎn)單的了。

4.3 等增益對(duì)比波幅法缺點(diǎn)

（1）波幅反饋不明顯，查找困難。因增益不變，若缺陷不是很大，波幅反饋就不會(huì)很明顯，特別是手動(dòng)查找缺陷最高波時(shí)，操作設(shè)備前進(jìn)后退1mm或旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，缺陷最高波往往不會(huì)有很明顯的變化，不利于缺陷的快速定位判斷。（2）方法簡(jiǎn)略，爭(zhēng)議較多。因做計(jì)算的基準(zhǔn)缺陷波高是采取的自動(dòng)探傷時(shí)開工和完工校驗(yàn)波高，一個(gè)是手動(dòng)一個(gè)是自動(dòng)，獲得波高對(duì)比方法不一致，與等波幅對(duì)比增益法相比，導(dǎo)致最終計(jì)算出的疑似缺陷當(dāng)量不能最接近實(shí)際情況，與車軸供應(yīng)商進(jìn)行缺陷討論時(shí)，爭(zhēng)議較多。

4.4 等增益對(duì)比波幅法優(yōu)點(diǎn)

（1）判傷迅速。因直接采納了自動(dòng)探傷的數(shù)據(jù)，省去了手工查找最大基本缺陷的步驟，步驟少，判傷迅速。（2）對(duì)后續(xù)探傷沒有影響。因不需要改變?cè)鲆?，杜絕了探傷工誤操作的可能，對(duì)后續(xù)探傷沒有影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）當(dāng)對(duì)單軸進(jìn)行缺陷復(fù)核定量或?qū)?zhēng)議車軸復(fù)核確認(rèn)時(shí)，推薦優(yōu)先使用等波幅對(duì)比增益法。（2）當(dāng)探傷任務(wù)較多或批次探傷時(shí)，益采用等增益對(duì)比波幅法。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì).超聲波檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

作者簡(jiǎn)介：杜新偉（1984，08-），籍貫：河南睢縣。