關于動車組空心車軸超聲波探傷中對缺陷定量計算方法及優劣的討論

摘 要：根據動車組空心車軸超聲波探傷作業實際情況，文章提出了兩種超聲波缺陷定量方法，即等波幅對比增益法和等增益對比波幅法，并對這兩種方法的優缺點進行了詳細討論，總結出在單軸探傷時宜采用等波幅對比增益法，在批量探傷時宜采用等增益對比波幅法。

關鍵詞：動車組；空心車軸；超聲波探傷

動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，部分動車所每天須完成96根車軸的探傷任務，為了趕生產進度，必須在規定的時間內完成探傷工作，可以說是時間緊，任務重。在此情況下發現疑似缺陷后，如何采取有效、準確而又不漏探的缺陷當量計算方法，對減少誤判和提高作業效率顯得尤為重要。

1 問題的提出

2013年9月，中國鐵路總公司發布了《和諧系列動車組空心車軸超聲波探傷工藝規程》（鐵總運[2013]100號）文件。文件中規定空心車軸探傷質量標準為：車軸內部缺陷不大于Φ2mm平底孔當量，橫向缺陷不大于1mm深度當量。但該工藝規程沒有給出缺陷當量的具體計算方法及操作步驟，使得現場探傷作業人員沒有一個統一權威的方法可參照，造成動車組制造企業、動車組輪軸生產企業、動車組運用維護部門（鐵路局）在發現缺陷后，各按各的判斷方法計算缺陷當量，對當量大小是否超限是否應該報廢車軸等問題長期反復爭執爭吵，嚴重時影響動車組檢修作業進度，增加生產成本。

2 等增益對比波幅法

2.1 實軸檢測

首先確定缺陷的軸向位置、周向角度和深度。再根據缺陷的位置和周向角度，進行缺陷手工復核，通過調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 對比試樣軸基準缺陷檢測

記錄開工校驗和完工校驗波中最低波為H2。比如同類型探頭開工校驗為80%、完工校驗為85%，則H2=80%。完工校驗時，轉動試樣軸、調整基本缺陷的周向角度與疑似缺陷一致。

2.3 缺陷當量計算

根據當量計算公式：△N=20lg（H1/H2），平底孔缺陷當量應為N平=Φ2mm+△N，表面橫向缺陷當量為N橫=1mm+△N。

2.4 判定處理

（1）內部材質缺陷達到或超過Φ2mm平底孔當量時，車軸判廢，否則繼續跟蹤觀察處理。（2）表面橫向缺陷達到或超過1mm深度當量時，車軸判廢，否則須進一步驗證是否為表面疲勞裂紋，對于無法判斷是否是表面疲勞裂紋的，一律落輪，判廢處理。

3 等波幅對比增益法

3.1 空心車軸實車檢測

通過實軸探傷波形圖，首先確定缺陷的軸向位置、深度和周向角度ω，再根據缺陷的位置和深度，進行缺陷手工復核，通過調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，將缺陷反射波幅調整至滿幅的80%，記錄增益值為a。

3.2 對比試樣軸平底孔缺陷檢測

首先確定疑似缺陷在被檢測實車軸中的周向角度位置ω，觀察0°SE探頭的角度位置。再調整試樣軸上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。最后調整增益值，將Φ2mm平底孔缺陷A型顯示反射波幅調整至滿幅的80%，記錄增益值為b。

缺陷當量計算及判定：比較增益值a、b的大小，當a>b時，判定該疑似缺陷存在，但未達到Φ2mm平底孔人工缺陷當量，缺陷當量大小為Φ2m+（b-a），建議繼續運行并跟蹤觀察；當a≤b時，判定該內部材質缺陷存在，已達到或超過Φ2mm平底孔人工缺陷當量，缺陷當量大小為Φ2m+（b-a），判定空心車軸報廢。

3.3 表面橫向缺陷檢測

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

4 兩種方法對比

4.1 等波幅對比增益法缺點

（1）存在誤操作導致缺陷漏探風險。實際進行探傷作業時往往是安排一整組車或多軸進行批量探傷，若發現缺陷后在現場調整增益，后續再對其它空心車軸檢測時，又不得不調整回來，這樣很容易造成后續設備基礎增益與前面基礎增益的不同。（2）操作復雜，耗時較長。該方法需要在被檢測實車軸和對比試樣軸上調整軸向長度和周向角度查找最高波時后，再調整增益，操作相對復雜，耗時較長，不利于缺陷的快速定位查找。

4.2 等波幅對比增益法優點

（1）缺陷定量相對準確，最接近真實情況。在手動探傷作業時，疑似缺陷波和基準缺陷波全部都能找到最高波，即完全達到了疑似缺陷理論化要求的計算條件，即缺陷定量計算的前置條件都是相對最真實的完整再現。（2）缺陷定量計算直觀簡單。因波幅不變，只是調整增益，只需要進行簡單的加減計算就可直觀的計算出缺陷當量，相比等增益對比波幅法則需要代入波幅當量計算公式計算缺陷當量來說算是最簡單的了。

4.3 等增益對比波幅法缺點

（1）波幅反饋不明顯，查找困難。因增益不變，若缺陷不是很大，波幅反饋就不會很明顯，特別是手動查找缺陷最高波時，操作設備前進后退1mm或旋轉一個角度，缺陷最高波往往不會有很明顯的變化，不利于缺陷的快速定位判斷。（2）方法簡略，爭議較多。因做計算的基準缺陷波高是采取的自動探傷時開工和完工校驗波高，一個是手動一個是自動，獲得波高對比方法不一致，與等波幅對比增益法相比，導致最終計算出的疑似缺陷當量不能最接近實際情況，與車軸供應商進行缺陷討論時，爭議較多。

4.4 等增益對比波幅法優點

（1）判傷迅速。因直接采納了自動探傷的數據，省去了手工查找最大基本缺陷的步驟，步驟少，判傷迅速。（2）對后續探傷沒有影響。因不需要改變增益，杜絕了探傷工誤操作的可能，對后續探傷沒有影響。

5 結束語

（1）當對單軸進行缺陷復核定量或對爭議車軸復核確認時，推薦優先使用等波幅對比增益法。（2）當探傷任務較多或批次探傷時，益采用等增益對比波幅法。

參考文獻

[1]中國機械工程學會無損檢測分會.超聲波檢測[M].北京：機械工業出版社，2000.

作者簡介：杜新偉（1984，08-），籍貫：河南睢縣。