簡析鐵路貨車輪軸超聲波探傷新工藝的主要變化

付銀國

摘 要：在新版《鐵路貨車輪軸組裝、檢修及管理規則》（簡稱《輪規》）未使用之前，舊《輪規》中的輪軸超聲波探傷舊工藝在探傷方法、設備、標準等方面存在一些不足，由此導致了鐵路輪軸制造與檢修技術文件中沒有普遍推廣應用輪軸超聲波探傷舊工藝，例如輪軸超聲波自動探傷B、C型的顯示技術就未得到推廣應用。本文解析了新《輪規》中超聲波探傷工藝的主要變化，便于輪軸探傷的相關工作人員能夠深入了解鐵路貨車輪軸超聲波探傷新工藝的作業執行。

關鍵詞：輪規 超聲波探傷工藝 變化 分析

中圖分類號：U270.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）06-0238-02

一、輪軸超聲波探傷舊工藝的不足

自從出現了新車型和新軸型后，舊輪軸超聲波探傷工藝就存在很多不適應的情況甚至是缺項，其中的新型通用C80E型系列車輛會用到RF2型的輪軸。

在過去7年的舊輪軸超聲波探傷工藝的執行過程中已經補充和修訂了部分內容文件，需要將這些補充修訂的內容歸納、整理到輪軸探傷工藝中，例如軸承超聲波探傷工藝的內容部分，從而完善輪軸超聲波探傷工藝的規章，保證其規范性。

通過多年的現場實踐驗證后，發現舊輪軸超聲波探傷工藝局部內容存在一些技術問題，例如軸端小角度縱波探頭折射角的選擇，必須要通過技術改進來完善工藝。

我國舊輪軸超聲波探傷工藝中的個別探傷儀器、裝備、探頭、試塊等技術參數沒有和國際標準進行統一，如縱波直探頭的中心回波頻率為了使得我國的輪軸超聲波探傷工藝能夠和國際標準接軌，就需要重新修訂舊輪軸超聲波探傷工藝。

二、超聲波探傷新工藝主要變化分析

新版《輪規》對于輪軸超聲波探傷工藝的變化主要體現如下：關于全軸穿透探傷靈敏度確定方法，保留了TZS-R試塊法，并增加新方法TS-3試塊法；將不同軸型的輪軸手工探傷用的小角度縱波探頭社角和橫波斜探頭角的范圍調整成了統一的確定值；對新制與檢修車軸全軸穿透檢查靈敏度確定法進行了統一，并對其質量判定標準也進行了統一；新增加的工藝和技術有RF2型新型輪軸、軸承超聲波等新的探傷工藝和B/C型顯示輪軸超聲自動探傷技術，提高了驗證探傷靈敏度，使得對比試樣中的輪軸人工缺陷深度降低了0.5mm，從1mm變成0.5mm；對于舊《輪規》中不適合技術發展與運用要求的一些內容進行了刪除，例如刪除了輪軸組裝后鑲入部超聲波探傷的要求。對車軸軸向透聲檢查大裂紋進行了明確的定義，將大裂紋檢查的靈敏度在原有的軸向透聲檢查基準波高之上增益14dB。

1. 引入了手工超聲波探傷用改進型半軸實物試塊

1.1 半軸實物試塊的優化分析

在舊工藝中，RD2和RE2A（RE2B）半軸實物試塊的卸荷槽部位不具備掃查范圍驗證缺陷功能。對于RD2型半軸實物試塊的底面的平底孔是Φ10×60mm，數量為1個；RE2A（RE2B）試塊有1個人工鋸口在軸身部位，大小為1×8mm，而軸身截面部位在距離軸身表面的80mm處是1個人工裂紋，在160mm處同樣有1個人工裂紋。其中的平底孔、軸身人工裂紋和半軸實物試塊的靈敏度校驗及驗證無關。

在新工藝中，對半軸實物試塊進行了改進，增加了掃查范圍驗證缺陷功能。取消了RD2和RE2A（RE2B）半軸實物試塊的平底孔、軸身人工裂紋。并依據探傷靈敏度的確定方法將不同軸型的半軸實物試塊分成帶軸承、不帶軸承的軸型。

通過對半軸實物試塊的改進，RD2和RE2A（RE2B）半軸實物試塊具備了靈敏度驗證缺陷和掃查范圍驗證缺陷兩個功能，并且可以驗證小角度手工探傷作業掃查方法的正確性。

針對軸型長度，重新調整了RD2、RE2A、RE2B型的軸頸根部的靈敏度驗證缺陷位置，使其在作業時能夠更加合理靈活。通過裂紋簡化，只保留了軸頸根部、輪座內外側的人工裂紋，正好對應新的探傷靈敏度調整方法，使得改進型半軸實物試塊有了更科學的設計。

2.手工超聲波探傷用探頭的工藝參數變化分析

新《輪規》中優化了手工超聲波探傷工藝中的探頭角度，使得探傷效果得到提高。從下表中可以看到新舊工藝探頭角度的變化：

新、舊工藝探頭角度范圍對比表

2.1通過多年的現場實踐驗證后，并在《輪規》修訂過程中做了大量的探傷試驗與論證，總結出了舊輪軸超聲波探傷工藝局部內容存在的技術問題，從而在新《輪規》中優化和調整了小角度縱波探頭折射角，將舊《輪規》中的不確定的工藝探頭角度進行了統一定值，并在試驗和實踐使用過程中表明新的確定值更加適合探傷，其小角度縱波探頭探測軸頸的卸荷槽部位，明顯減少了雜波，顯著提高探傷效果。

2.2優化和規范了輪座鑲入部內側用橫波探頭角度為定值，所有軸型均以45°探頭作業，舊工藝中的不同軸型不同的輪軸探頭角度在作業時容易被拿錯，通過統一探頭角度，能夠避免被拿錯。新《輪規》中規定的要優先選用小K值探頭，對這一原則的遵循使得輪座鑲入部內側裂紋的檢出率極大地被提高。

2.3新工藝中唯一確定了探頭移動部位的角度，統一用45°橫波斜探頭進行軸頸上掃查，使得輪座鑲入部外側缺陷的檢出率提高。

3.微控超聲波自動探傷探頭工藝參數的優化分析

新工藝中對探頭角度進行了優化，使得微控超聲波自動探傷工藝具備了更好的探傷效果，下表為新、舊工藝中探頭角度的選擇對。

輪軸微控超聲波自動探傷工藝探頭角度選擇對比表

舊工藝中的軸身組合探頭為54.4°、45°和0°，當探測不同軸型時，唯一性的探頭角度不能將輪座全長進行主聲束的全部覆蓋，且無法兼顧RF2型輪軸。而新工藝中則優化了探頭角度，其三晶片組合探頭為44°～54.4°、0°，可以根據使用單位的探軸型確定探頭角度，靈活的探頭角度范圍值能夠讓主聲束全部覆蓋輪座全長，也能夠兼顧RF2型輪軸。而通過優化軸端面組合探頭角度，使得探傷實踐暴露的雜波減少，便于裂紋的判別檢出，最終確定了RD2、RE2A、RF2的組合探頭，使得小角度縱波探頭的探傷效果得以提高。

4. 微控超聲波自動探傷工藝新技術的應用

在新工藝條件下，要求探傷設備具備更好設備能力，微控自動探傷新工藝設備需B型和C型單獨或組合的顯示方式，對探傷部位能夠形成連續成像，其顯示方式還要具備A型顯示回放的能力，這就比就工藝中的A型顯示方式具備了更加綜合的判定探傷的能力，其可靠性更高。

對比試樣輪軸（即“輪對”）具備靈敏度校驗缺陷與掃查范圍校驗缺陷兩種功能，并且在40%以內的波高，使得探頭主聲束能夠全區域覆蓋，達到裂紋不漏檢的效果，其中靈敏度校驗缺陷的深度從舊工藝中的1mm變為0.5mm，這個技術升級使得發現裂紋的能力得到提高，并前移了車軸冷切軸風險關口。

5. 調整了超聲波探頭檢測項目及周期

對于新購探頭與在役探頭的檢測項目，舊工藝對二者的規定相同，都需要測定探頭入射點、K值（或β角）、中心回波頻率及其誤差、主聲束聲軸偏斜角等。在新工藝中對二者的檢測項目則不同，其中對在役探頭的測定只需測定橫波斜探頭的折射角與前沿、小角度縱波探頭折射角。新工藝中調整了探頭檢測周期，從兩周使用時間或探測輪對數為1000條的測定周期變為根據作業量與磨損情況，每月至少檢測一次，探頭檢測頻次的確定和探頭檢測項目的修訂，抓住了折射角這一關鍵參數的檢測重點，使得探傷結果更加準確、合理、科學。

6. 手工超聲波探傷靈敏度標定方法的修訂

新工藝中包括RF2型輪軸在內的各型輪軸都確定了其探傷靈敏度，對標準試塊上的測距標定與靈敏度確定進行了統一，半軸實物試塊驗證的波高達到了80%，對RD2引入了TS-3試塊法，而取消了TS-1試塊法，統一了我國的車軸穿透靈敏度的確定方法、質量判定標準與行業標準。規定了RD2使用K1.4橫波斜探頭的確定方法，對TZS-R試塊校驗K1.4橫波斜探頭靈敏度的問題進行了解決。

結語

綜述，新版《輪規》的修訂對當下我國的車輛運行安全的關鍵部件給予了輪軸技術與管理規范性的有效指導。對于新版《輪規》中的輪軸超聲波探傷工藝，征集了主機工廠、鐵路局、貨車車輛段的相關用戶單位長期的執行意見和建議，再聯系當前世界上最新探傷標準與技術的發展情況，進行了全路探傷技術管理員和編寫組成員的多次探傷試驗、計算，在科學的試驗和嚴謹規范的計算下，最終得出論證修訂出新的超聲波探傷工藝。

參考文獻

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