內燃機車柴油機氣缸超聲波探傷探析

趙玉

摘 要：內燃機車在行駛的過程中，可能會因為高溫的原因導致柴油機氣缸出現裂紋。針對這樣的情況，可以合理使用超聲波探傷法來進行解決，超聲波探傷法主要有一次波探傷和二次波探傷兩種，在試驗的過程中主要是以波形分析為主。本文主要闡述了氣缸破裂實例以及相關檢測方法介紹，進一步描述了超聲波探傷的具體方法和試驗結果，以期為內燃機車的穩定運行作出一定的貢獻。

關鍵詞：內燃機車;柴油機氣缸;超聲波探傷;探析

0 前言

在內燃機車中，柴油機的氣缸是非常重要的一部分，氣缸起著導向活塞的作用，活塞在氣溫較高的氣缸中通過運動產生了熱量，這些熱量就通過氣缸傳導了出來。這樣氣缸就會承受高溫的沖擊，會直接影響到柴油機的正常運行。此外，還需要注意的一點是，氣缸內壁的溫度非常高，高達1 500℃以上，但是進氣的溫度比較低，在100℃以下，可以看出溫度變化是十分劇烈的，氣缸就會出現裂紋。

1 氣缸裂損實例及檢測方法介紹

在某機務段曾經出現了這樣的事例，由于氣缸過渡圓角位置裂損導致出現了3次裂紋，這對機車的穩定運行造成了不利影響。在發現了裂紋之后，主要試驗了兩種探傷方法。一種是磁粉探傷，一種是著色法探傷，以下主要對這兩種方法進行闡述[1]。

（1）磁粉探傷，這一方法具有很多的優勢，比如說檢測速度較快、操作十分簡便、成本較低以及觀察直觀等特點。但是，需要注意的是，由于氣缸出現了裂紋這就導致慣性區域出現了變化，氣缸和探傷器不能進行有效接觸，磁粉就不能聚積在一起，這樣就分析不出裂紋的位置，導致這一方式的探傷準確性不高[2]。

（2）著色法探傷，這一方式往往需要很多的成本，并且在操作的過程中會受到各種因素的影響，比如環境、時間以及溫度等，并且在檢測的過程中只能檢查出氣缸表面的裂紋，對于氣缸內部的裂紋卻無法檢出，并且這一方式會嚴重的污染到周圍環境，工作人員在操作過程中也會受到危害。因此上文提到的這兩種方法準確性和可操作性不高，所以選擇使用超聲波探傷來進行檢測[2]。

2 超聲波探傷

在超聲波探傷中，主要有以下幾種方法：表面波探傷法、縱波垂直探傷法以及橫波斜入射法等。根據觀察斷裂的位置可以發現，裂紋主要是在氣缸過渡圓處，并向著缸體徑向斜向發展。由于氣缸壁的厚度并不大，厚度僅為19 mm，并且內部組織是不夠均勻的，超聲波探傷過程中的聲波衰減沒有什么太大變化。再加上氣缸裂紋出現在沿圓周的區域，所以在探傷的過程中需要保證超聲波的聲速和裂紋的方向一致，這樣才能接收到裂紋傳遞而來的反射量[3]。結合氣缸的尺寸和結構，以及裂紋出現的區域，選擇橫波探傷是非常有效的方式。超聲橫波探傷的原理指的是斜入射氣缸的內部出現了波形變化，這種變化會生成橫波，其中，又被細分為一次波探傷和二次波探傷。一次波探傷指的是直接傾斜入射到氣缸內部進行掃射工作，二次波探傷指的是一次波傾斜入射到氣缸內部，在氣缸內部產生的反射波對裂紋進行檢查。

2.1 一次波探傷

氣缸往往是薄壁鑄件，探頭和裂紋的距離只有19 mm。在薄壁鑄件的氣缸中斜入射橫波，但是，需要注意的是，橫波的波長要比縱波短，在探傷過程中的靈敏度是比較高的。結合這些特點，所以在超聲波盲區進行一次波探傷的試驗時，往往會存在一些誤差[4]。

2.2 二次波探傷

氣缸的厚度比較小，在探傷時，由于一次波探傷存在著一些誤差，這就需要結合實際情況增加二次波探傷，這樣才能保證不遺漏任何位置。二次波探傷的原理是，將探傷的探頭放置在氣缸外圓區域，超聲波束在進入到氣缸內壁之后會進行反射，這樣就能對氣缸的圓弧處進行檢測。需要注意的是，在探傷的過程中需要保持主聲束和氣缸內部的裂紋面方向一致[5]。

3 試驗方法

3.1 專用橫波斜探頭設計

在試驗的過程中一般使用的是橫波探傷，這是因為橫波有著很多的優勢，比如說波長較短、能及時發現裂紋、擴散角較小、分辨力好等。但是，需要注意的是，由于掃查的空間有限，只能發現聲束軸線區域的裂紋，與此同時，由于裂紋具備一定的反射指向性，高頻探頭并不能接收到足夠多的反射能量。超聲波的衰減需要格外重視，要結合實際情況選擇頻率適中的探傷探頭，并且選擇較為合適的探頭角度，K1的橫波探頭是滿足這些條件的。氣缸內部的幾何尺寸是比較復雜的，在探測過程中所探測的面積比較有限，探頭能夠保持和氣缸內部得到有效解除，但是，探頭晶片的尺寸需要進行合理設計，將尺寸控制在8 mm×8 mm。

3.2 耦合劑選擇

在耦合劑選擇上需要結合實際條件選擇粘度較強的抱軸箱油。

3.3 實物對比試塊制作

在進行超聲波探傷的過程中，可以預先在氣缸內部制造出人工裂紋，通過和已經存在的裂紋進行比較，來判斷檢測部件處的裂紋情況。為了將氣缸中的裂紋都探測出來，工作人員需要在氣缸外圓處制造長15 mm、寬0.5 mm、深1 mm的人工裂紋[6]。

3.4 探傷靈敏度校對

氣缸壁的厚度并不大，所以將探傷掃描的范圍控制在100 mm。在實際操作過程中，一次波探傷探頭需要放置在氣缸內部的內壁上，二次波探傷的探頭需要放置在氣缸的外部薄壁上，聲波聲束放置在預先制造的人工裂紋處，并將探頭進行移動，將氣缸外圓弧處的反射波設置在垂直滿刻度的80%左右，將其作為探傷的靈敏度。為了保證裂紋都被檢測出來，需要結合實際情況增添0 dB～6 dB的靈敏度。一旦觀察出來異常波形，就需要將靈敏度進行重新定位[7]。

4 探傷結果分析

在對氣缸進行探傷的過程中，需要將探頭結合實際情況做前后移動，這樣氣缸的外圓弧會形成反射波，使得反射波的波高能保持一致性。一旦某一個位置的波高超出原來的標準，就可以結合波形來判斷裂紋的位置。裂紋一般是在氣缸內部的圓弧區域，如果是檢測到裂紋，波形是筆直的，高度較高;如果是一些氣孔樣的缺陷，那么波高相對來說比較低，波形會很快消失。

5 結束語

綜上所述，在內燃機車柴油機氣缸裂紋檢測過程中使用超聲波探傷的方式是十分有意義的，超聲波探傷具備很多優勢，比如說成本較低、檢測速度較快以及檢測結果準確等，使用超聲波探傷可以滿足檢修的實際需求。通過對裂紋進行檢測，可以及時對氣缸進行維修，從而保證內燃機車的穩定運行。

參考文獻：

[1]吳天萍，劉憲，吳占庭.內燃機車柴油機氣缸超聲波探傷[J].鐵道技術監督，2015（3）：15-17.

[2]趙海信，莫易敏，陳仔俊.內燃機車柴油機汽缸冷卻水內漏檢測儀的相關技術研究[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2006，28（1）：40-42.

[3]朱崗，石海英.80柴油機橫臂導桿超聲波探傷方法研究[J].中國科技成果，2013（10）：66-67.

[4]楊衛.東風4B內燃機車柴油機運轉故障的分析與處理[J].長春大學學報，2019，29（6）：12-15+20.

[5]朱國華，盧建，楊誠.內燃機車柴油機鍛鋼曲軸氮化變形超差校直工藝方法[J].世界制造技術與裝備市場，2020（2）：85-86+88.

[6]尹慶玲，詹凌峰.高職《內燃機車柴油機》課程混合式教學方法實踐--以機車燃油系統為例[J].內燃機與配件，2020（7）：280-282.

[7]劉永強.內燃機車柴油機常見故障及處理方法分析[J].內燃機與配件，2020（11）：178-179.