動車組列車車輪超聲波檢測異常反射回波分析研究

張 勇 周廣浩 程志義 杜雨欣 孟慶順 劉 創(chuàng)

(中車長春軌道客車股份有限公司質量保證部, 130062, 長春∥第一作者, 正高級工程師)

動車組列車車輪作為列車走行的重要部件，是影響列車運行安全性、舒適性的關鍵因素之一[1-2]。如果列車車輪存在缺陷，列車運行的安全性將會受到直接威脅，嚴重時可能會引發(fā)列車的脫軌與顛覆等嚴重事故。因此，對動車組列車車輪進行檢測是非常必要的[3]。

目前的研究表明，超聲波自動化檢測技術對車輪缺陷具有較高的檢出率[4]。時速350 km動車組列車車輪采用的是輪裝制動盤結構，制動盤主要通過定位銷和螺栓進行連接和緊固。對車輪進行超聲波檢測作業(yè)時，在車輪輻板定位銷孔處會產(chǎn)生異常反射回波，該異常反射回波時常影響探傷作業(yè)人員對缺陷的判定。為此，本文針對動車組列車車輪輻板定位銷孔處的異常反射回波進行系統(tǒng)的分析和試驗驗證，為探傷作業(yè)人員提供缺陷判定依據(jù)。

1 動車組列車車輪異常反射回波成因分析

在不拆卸制動盤的情況下，使用LA固定式輪輞輪輻探傷系統(tǒng)對檢修車輪進行檢測，發(fā)現(xiàn)異?；夭ù嬖?，如圖1所示。從圖1中可以看出，在螺栓孔和定位銷孔之間存在若干次反射回波。通過對比分析該異常反射回波A(見圖2)、B的掃描波形，發(fā)現(xiàn)該回波出現(xiàn)在定位銷孔固有回波之后，且其聲程差固定為25 mm(定位銷直徑)。經(jīng)查閱輻板定位銷孔、定位銷圖紙，認為該異?；夭ㄊ怯捎诙ㄎ讳N與定位銷孔之間存在較大的接觸應力，導致聲波穿透界面，經(jīng)在定位銷內傳播至另一側界面后反射形成。定位銷孔反射回波示意如圖3所示。

圖1 定位銷孔異常反射回波B掃描波形截圖Fig.1 Abnormal reflection echo screenshot of B-scanning waveform at the positioning pin hole

圖2 定位銷孔異常反射回波A掃描波形截圖Fig.2 Abnormal reflection echo screenshot of A-scanning waveform at the positioning pin hole

a) 定位銷孔位置

2 試驗驗證

為驗證上述異常反射回波的產(chǎn)生原因，對車輪存在的2處定位銷孔(編號分別為1#、2#)異常反射回波進行試驗驗證。

2.1 定位銷孔兩側異常反射

為驗證定位銷孔兩側是否均存在透聲現(xiàn)象，分別利用LA固定式輪輞輪輻探傷系統(tǒng)和相控陣超聲波檢測儀對1#、2#定位銷孔兩側進行自動掃查和手工掃查。試驗結果表明，定位銷孔存在單側透聲現(xiàn)象，且僅單側存在較大應力。

2.2 定位銷孔應力的來源

為分析定位銷孔產(chǎn)生應力的可能原因，進行如下驗證試驗：松動1#定位銷兩側螺栓后檢測，松動全部螺栓后檢測，拆卸制動盤后檢測，拆卸定位銷后檢測，重新安裝定位銷后檢測，定位銷施加載荷后再次檢測，新造輪對檢測。

試驗結果如下：

1) 松動1#定位銷兩側各1個螺栓后檢測，1#、2#定位銷孔處異常反射回波仍然存在。

2) 松動全部螺栓后檢測，1#定位銷孔處異常反射回波仍然存在，2#定位銷孔處異常反射回波消失。

3) 拆卸制動盤后檢測，1#定位銷孔處異常反射回波仍然存在，2#定位銷孔處異常反射回波消失。

4) 拆卸1#、2#定位銷后檢測，異常反射回波均消失，但1#定位銷拆卸較困難。采用磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

5) 對定位銷分別涂抹二硫化鉬、黃油及機油后重新組裝，并進行檢測，均未發(fā)現(xiàn)異常反射回波。

6) 制作了梯形試板，對相鄰兩個定位銷施加載荷。對定位銷進行自動化和手工檢測，發(fā)現(xiàn)定位銷單側(受壓應力側)均存在異常反射回波，且回波幅度較強，如圖4所示。

7) 對新造車輪進行自動化檢測，均未發(fā)現(xiàn)定位銷孔存在異常反射。

a) 1#定位銷孔處

3 結論

1) 該類型異常反射回波由輻板定位銷孔處應力引起，且該現(xiàn)象均為單側發(fā)生。根據(jù)聲程判斷，超聲波穿透定位銷孔界面進入定位銷后，其異常反射回波在定位銷另一側界面反射產(chǎn)生。

2) 該類型異常反射回波與定位銷孔反射回波具有固定的聲程差，且可將固定聲程差作為判別依據(jù)。

3) 該類型異常反射回波為非缺陷波，定位銷孔處應力在動車組車輪運行過程中產(chǎn)生的可能性較大。