基于鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝的研究

曹青晨

（神華鐵路裝備有限責(zé)任公司陜西分公司，陜西榆林 719300）

0 引言

在鐵路貨車運(yùn)行中注重輪軸質(zhì)量控制工作，分析輪軸質(zhì)量影響因素，從輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、承受重量、使用環(huán)境和使用條件等方面，采取措施提高輪軸質(zhì)量。其中，超聲波探傷工藝屬于一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在輪軸損傷檢測(cè)中有重要的應(yīng)用價(jià)值，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)信息技術(shù)完善超聲波自動(dòng)化探傷系統(tǒng)，為鐵路貨運(yùn)車輛運(yùn)行安全性提升奠定良好基礎(chǔ)。

1 鐵路貨車輪軸損傷分析

鐵路貨車輪軸組成結(jié)構(gòu)主要包括車軸、車輪兩部分。車輪與鋼軌直接接觸，出現(xiàn)的損傷概率要大于車軸損傷概率。鐵路貨車車輪常見(jiàn)損傷包括車輪磨損與車輪裂紋。

1.1 車輪磨損

貨車運(yùn)行過(guò)程中，車輪與鋼軌直接接觸，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較強(qiáng)的摩擦力，極易出現(xiàn)車輪磨損情況。車輪磨損類別包括踏面磨損與輪緣磨損。

（1）踏面磨損。貨車在運(yùn)行中的緊急制動(dòng)，使踏面出現(xiàn)了凹槽，無(wú)法確保輪軸四周能正常運(yùn)行。制造材料質(zhì)量不佳因素影響，會(huì)使貨車運(yùn)行過(guò)程中踏面出現(xiàn)“剝離”情況。材料不同所造成的“剝離”裂紋程度也不同，均會(huì)加大車輪與鋼軌的摩擦力，并有強(qiáng)大的沖擊性[1]。

（2）輪緣磨損。因多種力影響，輪緣內(nèi)側(cè)、外側(cè)均受到不同程度的撞擊，使貨車在運(yùn)輸中無(wú)法直線行駛。再加上車輛運(yùn)行速度較快、行駛地勢(shì)與地形較復(fù)雜，會(huì)使其邊緣受到較強(qiáng)烈的沖擊，所產(chǎn)生的磨損程度較嚴(yán)重。同時(shí)，還增加貨車運(yùn)行過(guò)程中的阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使貨車失衡而發(fā)生脫軌事故。

1.2 輪軸和車輪裂紋

鐵路貨車輪軸車輪裂紋發(fā)生的部位較多，需根據(jù)裂紋產(chǎn)生情況詳細(xì)探究裂紋類別，主要包括車軸裂紋、車輪踏面裂紋、防塵板座裂紋、輪緣根部裂紋等。產(chǎn)生各種車輪裂紋的主要原因包括：車軸與制動(dòng)拉桿組合不合理、受較強(qiáng)烈性的撞擊，在外力影響下對(duì)其造成破壞。貨車運(yùn)輸承載量也會(huì)對(duì)車輪造成壓迫，使車輪長(zhǎng)期疲勞運(yùn)行，既無(wú)法確保車輛運(yùn)行安全，又降低貨車車輪使用壽命。

2 超聲波探傷工藝變化

2.1 微控超聲波自動(dòng)探傷工藝

基于新工藝條件，相關(guān)部門對(duì)輪軸超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)新，與舊工藝設(shè)備綜合能力相比較，顯著提升設(shè)備使用性能。以單獨(dú)、組合等顯示方式轉(zhuǎn)換，使其能夠快速成像，在應(yīng)用過(guò)程中有較強(qiáng)的可靠性、較高的效率，有效解決人為因素對(duì)探傷誤差的影響。新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的應(yīng)用，提升了整體的敏感性，強(qiáng)化輪軸缺陷檢測(cè)功能與應(yīng)用性能，使舊工藝與新工藝整體效果有明顯的區(qū)別。探頭監(jiān)測(cè)應(yīng)用范圍全面覆蓋，缺陷檢測(cè)精度從1.00 mm 提高到0.1 mm，極大提升了輪軸超聲波新工藝的應(yīng)用效果。

2.2 工藝參數(shù)規(guī)范

應(yīng)用輪軸超聲波新工藝需規(guī)范其工藝參數(shù)，相關(guān)部門制定出臺(tái)了《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》，其中詳細(xì)說(shuō)明了超聲波探傷工藝探頭的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)超聲單探頭技術(shù)飛速發(fā)展，整體效果突出[2]。經(jīng)大量探傷實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，新超聲波工藝可解決舊探傷工藝存在的技術(shù)問(wèn)題，在實(shí)踐過(guò)程中確定探傷準(zhǔn)確值，對(duì)其整體檢測(cè)效果帶來(lái)積極影響。例如，舊超聲波探傷工藝中對(duì)軸端面組合RD2、RE2的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定是23.3°、27.3°，而在新的《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》中卻更改為22.5°、26°，目的是區(qū)分不同探頭角度，避免在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)混亂情況。

3 鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝

3.1 原理

超聲波探傷屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)工作中被經(jīng)常性應(yīng)用。其應(yīng)用原理是利用超聲波檢測(cè)工件中傳播、折射、反射、波形轉(zhuǎn)換等物理特性，掌握鐵路貨車輪軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)。分析超聲波儀器波形大小，依據(jù)檢測(cè)過(guò)程中所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)全面分析，以波形大小對(duì)鐵路貨車輪軸準(zhǔn)確判斷。應(yīng)對(duì)材料質(zhì)量、位置異常等檢測(cè)對(duì)象，均需有相應(yīng)的檢測(cè)及檢修方案，為鐵路貨車輪軸檢測(cè)工作帶來(lái)積極影響。在超聲波探損儀器方面加大開(kāi)發(fā)及研究力度，注重其數(shù)字化智能化發(fā)展，不斷豐富檢測(cè)材料、產(chǎn)品種類等，深度探究超聲波探傷工藝特點(diǎn)，提高采樣效率、缺陷定位能力等，突出超聲波探傷檢測(cè)技術(shù)在鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)方面的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 檢測(cè)

依據(jù)超聲波探傷工藝原理，在鐵路貨車輪軸損傷中合理化應(yīng)用，先把超聲波探頭直接放入到輪軸中，檢測(cè)車輪磨損、裂紋等，同時(shí)監(jiān)測(cè)材料質(zhì)量的影響。例如，應(yīng)用橫波探頭檢測(cè)輪軸、輪座鑲?cè)氩苛鸭y及缺陷位置，應(yīng)用小角度縱波探頭檢測(cè)軸頸、卸荷槽部位。所有檢測(cè)項(xiàng)目，都需依照輪軸探傷相關(guān)要求規(guī)范操作，才能真正掌握輪軸實(shí)際情況，結(jié)合具體情況探究與解決問(wèn)題，確保鐵路貨車輪軸整體安全性[3]。

3.3 技術(shù)

超聲波探傷技術(shù)正引起鐵路檢修單位的重視，已應(yīng)用在鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)工作環(huán)節(jié)中。傳統(tǒng)人工手動(dòng)超聲波探傷技術(shù)對(duì)工作人員的技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)等提出較高要求，往往因?yàn)椤叭藶橐蛩亍钡挠绊懀瑹o(wú)法確保檢測(cè)工作質(zhì)量。同時(shí)，人工操作檢測(cè)工作難度較大，無(wú)法真實(shí)、全面地掌握鐵路貨車輪軸的實(shí)際情況，影響鐵路貨車輪軸無(wú)損檢測(cè)效率的同時(shí)，還會(huì)增加檢測(cè)工作成本。微機(jī)控制超聲波自動(dòng)探傷技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)代替人工操作，對(duì)超聲波探傷機(jī)進(jìn)行全面開(kāi)發(fā)與合理化應(yīng)用[4]。隨著鐵路貨車輪軸軸型的創(chuàng)新與應(yīng)用，微機(jī)控制超聲波自動(dòng)探傷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了不足，如檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度不夠、機(jī)械穩(wěn)定性差、運(yùn)作誤差較大等，需與人工手動(dòng)超聲波探傷技術(shù)配合應(yīng)用，創(chuàng)新出新的超聲波自動(dòng)探傷技術(shù)應(yīng)用形式，滿足鐵路貨車輪軸無(wú)損檢測(cè)工作要求。

4 超聲波探傷自動(dòng)化發(fā)展

結(jié)合鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝探究，能夠了解到此項(xiàng)技術(shù)還需進(jìn)一步地完善與創(chuàng)新。應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，構(gòu)建輪軸超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中開(kāi)展各項(xiàng)探傷工作，詳細(xì)記錄各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，為制定探傷方案提供重要參數(shù)，提高貨車輪軸檢測(cè)效率與技術(shù)水平。采用穩(wěn)定的通過(guò)門式結(jié)構(gòu)橫跨在鋼軌上，控制系統(tǒng)控制超聲波探頭移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，整個(gè)設(shè)備的外觀比較簡(jiǎn)潔，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不混亂，依據(jù)檢測(cè)工作要求可對(duì)其合理化操作，均可實(shí)現(xiàn)預(yù)期檢測(cè)目的。

探傷機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括探測(cè)頭、控制卡和由伺服器帶動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。借助小角度探頭對(duì)輪座底部探測(cè)，調(diào)整適合的運(yùn)動(dòng)速度，能對(duì)輪軸缺陷從粗查到精細(xì)排查。在整個(gè)排查過(guò)程中產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)在各項(xiàng)工作開(kāi)展時(shí)，把所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，利用超聲卡采集到的超聲波信息數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確掌握輪軸探傷情況與具體位置，明確輪軸缺陷位置，并有報(bào)警、打印報(bào)表等功能[5]。在鐵路貨車輪軸超聲波探傷自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中，要求探傷機(jī)具有較強(qiáng)的自檢功能，才可確保輪軸超聲波探傷效率與質(zhì)量。

隨著我國(guó)鐵路企業(yè)快速發(fā)展，對(duì)超聲波探傷新工藝提出更高要求，使探傷向自動(dòng)化、系統(tǒng)化、數(shù)字化等方向發(fā)展：①應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段，解決舊工藝的技術(shù)問(wèn)題，如車輪缺陷大小、形狀等，依據(jù)檢測(cè)中所獲取的信息數(shù)據(jù)，利用成像技術(shù)突出展示其缺陷，為新工藝創(chuàng)新發(fā)展提供有利條件；②對(duì)比超聲波新工藝與舊工藝，應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)能解決人力、物力、財(cái)力等分配不均問(wèn)題，注重各項(xiàng)資源的合理應(yīng)用，使超聲波探測(cè)儀器向智能化發(fā)展；③在超聲波舊工藝與新工藝轉(zhuǎn)化過(guò)程中，考慮到超聲波新工藝質(zhì)量與效率，能在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中借助現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，提高整體自動(dòng)化技術(shù)水平，明確超聲波新工藝檢測(cè)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)，以《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》政策內(nèi)容為主要依據(jù)，使鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)工作順利開(kāi)展，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)的解決措施與方案，為鐵路企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展帶來(lái)積極影響[6]；④注重超聲波與斷裂力學(xué)結(jié)合應(yīng)用，分析鐵路貨車輪軸部件重要作用，通過(guò)開(kāi)展鐵路貨車輪軸損傷檢測(cè)工作，準(zhǔn)確掌握鐵路貨車輪軸使用情況，注重新工藝的質(zhì)量控制，可對(duì)鐵路貨車輪軸使用壽命延長(zhǎng)帶來(lái)積極影響，為鐵路貨車輪軸運(yùn)行安全提供良好的基礎(chǔ)保障，提高貨車運(yùn)行安全性，為鐵路企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

從鐵路企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展角度研究，開(kāi)展鐵路貨車輪軸損傷工作極其重要，也是核心工作內(nèi)容之一。依據(jù)分析結(jié)果掌握車輪磨損、車輪裂紋等影響因素與危害性，應(yīng)用舊工藝與新工藝轉(zhuǎn)換，了解到微控超聲波自動(dòng)探傷工藝引進(jìn)、工藝參數(shù)規(guī)范等具體內(nèi)容，為實(shí)際應(yīng)用提供參數(shù)依據(jù)。掌握鐵路貨車輪軸超聲波探傷工藝原理，在開(kāi)展檢測(cè)工作中對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用，引進(jìn)與應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備，促進(jìn)鐵路貨車輪軸超聲波探傷自動(dòng)化、系統(tǒng)化、數(shù)字化發(fā)展。