鐵路貨車輪軸超聲波探傷新舊標準對比分析

周 翔

(南通友聯(lián)數(shù)碼技術開發(fā)有限公司，江蘇 南通 226000)

隨著貨車探傷新技術、新工藝、新裝置的不斷發(fā)展，標準《關于印發(fā)<鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則>的通知》(鐵運[2007]98號，以下簡稱“舊輪規(guī)”)已不能完全符合實際需求，于是中國鐵路總公司組織制定了《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》(TG/CL224—2016，以下簡稱“新輪規(guī)”)，并于2017年1月1日在各個車輛段正式實施使用。

1 修改內(nèi)容

為了適應目前鐵路貨車提速和安全運行的要求，新輪規(guī)在靈敏度的確定方法、探頭參數(shù)值、儀器性能等幾個主要方面進行了重新制定，提高了超聲波探傷的效率和質量。

1.1 統(tǒng)一探傷靈敏度確定方法

探傷靈敏度的高低直接影響發(fā)現(xiàn)小缺陷的能力。靈敏度越高,能檢出的最小缺陷就越小,漏檢率小[1]；但靈敏度過高時雜波變多,給判定缺陷傷波帶來干擾。因此探傷靈敏度要適中,以能發(fā)現(xiàn)質量驗收標準中規(guī)定檢出的最小缺陷為準?！靶螺喴?guī)”統(tǒng)一規(guī)定了靈敏度確定方法。

除了RD2型非突懸輪軸輪座外側靈敏度在實物試塊上確認，其余都在標準試塊上進行測距標定和確定靈敏度，并在補償相應增益值后再在相應半軸實物試塊上進行實物對比，使得探傷靈敏度標定方法更為科學。

1.2 加強對儀器狀態(tài)的檢查

為了確?？蛙囕嗇S超聲波探傷設備的技術狀態(tài)，“新輪規(guī)”對超聲波探傷設備的季度性能作出了新的規(guī)定。在超聲波探傷設備季度性能中增加了檢查超聲波探傷儀的狀態(tài)(包括外觀及顯示屏狀態(tài) ，電源、電池狀態(tài) ，按鍵、旋鈕、接口狀態(tài))，明確要求新購置、返廠維修及定期檢修后的探傷儀器，首次使用前應按季度性能檢查的要求進行檢查并做好記錄。

1.3 提高探傷儀性能指標

超聲波探傷儀的主要性能指標有水平線性、垂直線性、靈敏度余量、分辨率等,其中水平線性指標影響著缺陷定位，且水平線性誤差越小,定位精度就越高[2]。因此“新輪規(guī)”規(guī)定每季度對上述指標進行1次檢測且檢測結果應完全符合標準規(guī)定的要求(水平線性誤差要小于或等于1%)。

1.4 調(diào)整直探頭頻率

探頭發(fā)射出的超聲波由各種頻率的正弦波疊加而成，通過FFT傅立葉變換進行頻譜分析時，可以看到探頭發(fā)射出的超聲波的頻率分布，其中幅度值最大的頻率為探頭頻率。超聲波探頭頻率在很大程度上決定了超聲波對缺陷的探測能力。當超聲波頻率過高時,由公式C=λf(C為超聲波速度，m/s;λ為波長，m;f為頻率,Hz)可知：波長短時，高頻超聲波聲束窄、擴散角小、能量集中,從而發(fā)現(xiàn)缺陷的能力變強，且分辨率高，缺陷定位準確[3]；但同時掃査范圍變小，僅能發(fā)現(xiàn)聲束軸線附近的缺陷，對于裂紋等具有明顯反射指向性的面狀缺陷，如果超聲波不是近于垂直入射到裂面上，在檢測方向上就不會產(chǎn)生足夠大的回波讓探頭接收。因此，當檢測面粗糙時，高頻聲波容易發(fā)生散射，不易射入工件內(nèi)部；工件晶粒粗大時，高頻聲波波長與金屬晶粒的大小相當或更小，工件內(nèi)部的超聲波衰減大，從而沒有足夠的穿透能量。另外，晶界之類的反射還會出現(xiàn)其他雜波，使缺陷不易檢出，漏檢率增加。因此“新輪規(guī)”將全軸穿透直探頭的頻率調(diào)整為2.0 MHz。

1.5 確定小角度縱波探頭與橫波斜探頭角度

“舊輪規(guī)”中手工探傷用小角度縱波探頭與橫波斜探頭角度值給了一個范圍，用戶自行選擇范圍內(nèi)的角度對輪軸進行探傷，使得各個車輛段使用探頭的角度值各不相同，導致了探傷靈敏度的值千差萬別，從而對同一個缺陷的定量存在著差異?！靶螺喴?guī)”明確規(guī)定了小角度縱波探頭與橫波斜探頭角度的值，如表1所示。

表1不同軸型各部位使用探頭角度值
Table1Probeanglevalueforeachpartofdifferentshafttypes(°)

軸型軸端掃查軸頸根部軸身掃查鑲入部內(nèi)側突懸軸軸身掃查鑲入部外側非突懸軸軸身掃查鑲入部外側軸頸掃查鑲入部外側 RD2 22.54552.454.545 RE2A 22.54552.4/45 RE2B 264552.4/45 RF2 274552.4/45

2 結論與建議

“新輪規(guī)”保證了每個車輛段使用相同規(guī)格的探頭，統(tǒng)一了探傷靈敏度的確定方法，方便了相關部門的統(tǒng)一管理，大大提高了探傷的效率和質量，為鐵路貨車安全行走提供了保障。但執(zhí)行“新輪規(guī)”時也要注意以下幾點：

(1)探傷時，要嚴格按照“新輪規(guī)”要求的方式進行掃査，保證聲束能覆蓋整個檢査區(qū)。其中特別要注意的是：探頭方向，因為探頭方向的改變會導致入射波方向不同，使得靈敏度發(fā)生變化；掃査速度，要保證缺陷回波能充分地被探頭接收，使得屏幕上的波形顯示清晰。掃査過程中還要給探頭以適當、均勻的壓力[4]，因為壓力不同時耦合液厚度會發(fā)生變化，從而導致靈敏度值不穩(wěn)定。

(2)提高制作半軸實物試塊的標準。制作實物對比試塊的材料要均勻，透聲性能要好,保證試塊的材料和被檢工件材料一致[5]。

(3)嚴格按照標準，每班開工前要校驗超聲波探頭的角度和探傷靈敏度，防止探頭磨損對探傷結果的影響。