地鐵構(gòu)架的無損檢測(cè)方法

摘要：

本文通過對(duì)超聲探傷技術(shù)基本原理的介紹和對(duì)地鐵構(gòu)架焊縫的梳理及研究，探索了超聲探傷技術(shù)在地鐵焊接構(gòu)架無損檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用，為超聲探傷技術(shù)在更廣、更深的領(lǐng)域應(yīng)用做了有益的嘗試。

引言

近年來，隨著鐵路機(jī)車行業(yè)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)的工件越來越多，對(duì)焊接質(zhì)量的要求越來越高，亦將構(gòu)架的安全性能提到了新的高度。為了保證地鐵的安全運(yùn)營(yíng)，對(duì)焊縫的無損檢測(cè)就顯得尤其重要了。

無損檢測(cè)（Nondestructive test，NDT）是指不破壞和損傷受檢物體，對(duì)其性能、質(zhì)量、有無內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)的一種技術(shù)。新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用及信息技術(shù)的不斷發(fā)展，兩者帶來的融合，必將實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)的數(shù)字化、圖像化、實(shí)時(shí)化、智能化。

1.超聲探傷原理

超聲探傷是無損檢測(cè)的主要方法之一。它能非破壞性地探測(cè)材料性質(zhì)及內(nèi)部和表面缺陷（如裂紋、氣泡、夾渣等）的大小、形成和分布情況，具有靈敏度高、穿透力強(qiáng)、檢測(cè)快和設(shè)備簡(jiǎn)單等諸多特點(diǎn)。

1.1基本原理

超聲探傷具有反射和透射兩種方法。其中反射法精度較高。脈沖發(fā)射器通過探頭將超聲波短脈沖送入試件，當(dāng)回波從試件的缺陷或邊界返回時(shí)，通過信號(hào)處理系統(tǒng)，在示波器上可顯示其幅度和傳播時(shí)間。

1.2探傷分類

超聲探傷方法很多，按不同的方式，可以分成如下幾種常用的方法：

1.2.1按原理分類

按探傷原理分類，有脈沖反射法、穿透法和共振法。

1.2.2按耦合方式分類

按耦合方式分類，可分為接觸法、液浸法、非接觸法，其中接觸法又可細(xì)分出反射法及穿透法，液浸法亦同理；非接觸法，則主要有電磁和激光超聲。

1.2.3按探傷顯示方法分類

按探傷顯示方法分類有A型顯示、B型顯示與c型顯示。其中A型顯示只顯示缺陷深度：B型顯示，可顯示工件內(nèi)部缺陷橫斷面形狀；c型顯示，則顯示工件內(nèi)部缺陷的平面圖形。

1.2.4按智能方式分類

上述探傷如由人工操作，則為人工探傷。如使試樣或探頭移動(dòng)，在移動(dòng)中利用超聲波自動(dòng)地檢測(cè)缺陷并予以顯示或指示（噴色）的方式，稱為超聲自動(dòng)探傷。根據(jù)探頭設(shè)置方式的不同亦可分為：直接接觸方式，此方式只適用于軌道、無縫鋼管和軸等的探傷；局部水浸方式是超聲探傷中最適用的方式；全水浸方式用于工件的某部分（如粘結(jié)層）或管類的精密探傷。

2.焊縫常見缺陷分析

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，是連接轉(zhuǎn)向架各部組成和傳遞各方向力的重要結(jié)構(gòu)體系，構(gòu)架焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響地鐵列車的行車安全。因此有必要對(duì)地鐵構(gòu)架焊縫的常見缺陷進(jìn)行分析和研究。圍繞以下幾種常見的構(gòu)架焊接缺陷，如氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等，筆者進(jìn)行了分析：

2.1缺陷形成原因分析

2.1.1氣孔

氣孔是指焊接時(shí)，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫中所形成的空穴。其可能是從熔池外吸入，也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成。氣孔的存在減少了焊縫的有效截面，使焊縫疏松并降低了接頭的強(qiáng)度和塑性，引起泄漏及冷裂紋。

2.1.2夾渣

在金屬焊縫中，局部空間充滿著非金屬物質(zhì)，即夾渣。一般焊縫中的夾渣分為點(diǎn)狀?yuàn)A渣、線狀?yuàn)A渣和體積型夾渣。

2.1.3未熔合和未焊透

焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷，稱為未熔合，在焊縫邊緣近熱影響區(qū)部位易發(fā)生。未焊透一般出現(xiàn)在焊縫根部和多層焊縫中間，而以根部邊緣未焊透危害最大。

未熔合是一種面積型缺陷，其危害僅次于裂紋；未焊透減少了焊縫的有效截面，使接頭強(qiáng)度下降，同時(shí)引起應(yīng)力集中，并嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度，成為裂紋源，是造成焊縫破壞的重要原因。

2.1.4裂紋

裂紋是焊接中危險(xiǎn)性最大的缺陷，可能造成焊縫應(yīng)力集中，并在使用中不斷擴(kuò)大，從而導(dǎo)致焊縫全部破裂。若焊接過程中起弧或熄弧不當(dāng)，應(yīng)力則會(huì)在弧坑集中，從而產(chǎn)生弧坑裂紋。

3.地鐵構(gòu)架探傷方法介紹

地鐵構(gòu)架焊縫探傷主要有超聲和磁粉探傷兩種。焊縫的缺陷一般分為兩類：一類為焊縫表面裂紋、氣孔等缺陷；一類為板材分層、焊縫內(nèi)部夾渣、未焊透及未熔合等缺陷。第一類缺陷宜用表面磁粉探傷檢查，第二類則宜采用超聲波探傷檢查。

3.1磁粉探傷

對(duì)整個(gè)地鐵構(gòu)架來說，由于焊接過程中的熱輸入，容易產(chǎn)生熱裂紋，故靈敏度較高的磁粉探傷對(duì)近表面及表面的裂紋檢驗(yàn)就顯得尤其必要。

3.1.1地鐵構(gòu)架磁粉探傷采用CJE-II型磁扼式探傷儀，當(dāng)兩磁扼間距在100mm距離時(shí)，提升力應(yīng)大于34.3N。探傷儀配置了照明裝置，使探傷工件表面照明度大于500Lx。

3.1.2試塊采用直徑為70mm的鋼制圓柱型試塊，重量3.5kg。試塊中部存在一個(gè)中10mm的人工圓弧指示；A1 15/50型試塊中心十字痕跡顯示清晰亦可。

3.1.3探傷前需清除表面油污及飛濺等雜物，且必須對(duì)焊縫探傷部位噴涂反差增強(qiáng)劑。探傷表面粗糙度不大于Ra12.5um。

3.1.4MT掃查區(qū)域?yàn)楹缚p及焊縫周圍兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)以及對(duì)接焊縫兩端引弧板。

3.1.5焊縫缺陷的磁痕顯示磁痕濃密清晰、細(xì)直、輪廓清晰，呈直線狀、彎曲線狀，且重復(fù)性好；而缺陷如氣孔、夾渣、未焊透等，其磁痕顯示寬而模糊，輪廓不清晰。

3.2超聲探傷

超聲探傷在地鐵構(gòu)架焊縫檢查中占據(jù)著很重要的地位，它可以發(fā)現(xiàn)焊縫中大多數(shù)危險(xiǎn)性缺陷的存在。超聲探傷的檢測(cè)區(qū)域?qū)挾葢?yīng)是焊縫本身，再加上焊縫兩側(cè)各相當(dāng)于母材厚度30%的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域最小寬度為10mm。

3.2.1地鐵構(gòu)架的對(duì)接焊縫探傷采用橫波4MHz的探頭（折射角分別為600，700），而角焊縫的探傷采用4Mnz，600折射角的斜探頭。探傷靈敏度采用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊（特種RB/1，法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)試塊）上φ1.5mm孔反射波高達(dá)80%。

3.2.2探頭移動(dòng)方式一般采用鋸齒型掃查，每次前進(jìn)鋸齒不得超過探頭晶片直徑。在保持探頭與焊縫中心線垂直前后移動(dòng)的同時(shí)，作大致10-150的擺動(dòng)。

4.結(jié)語

綜上，在地鐵構(gòu)架的無損檢測(cè)中，磁粉探傷是檢測(cè)表面或近表面缺陷，具有快捷、費(fèi)用低、靈敏度較高等優(yōu)勢(shì)。超聲探傷則是探測(cè)焊接構(gòu)架內(nèi)部缺陷（氣孔、夾渣、未熔合）的有效檢測(cè)手段。利用磁粉探傷和超聲探傷相結(jié)合的方法，可發(fā)現(xiàn)焊縫中絕大多數(shù)的缺陷類型，這為地鐵構(gòu)架的焊接質(zhì)量提供了有力的保證。