大角度超声横波探伤机车车轮的可靠性分析

　　1　问题的提出

　　运装机检(2000)335号《轮箍不动车超声波探伤技术条件》于2000年开始下发试行,但据笔者所知,有的铁路局和机务段到目前为止仍然未采用该技术条件中涉及的横波探伤方法对机车车轮进行探伤。其原因是认为这种方法灵敏度高,出现的杂波多,有的缺陷不能被发现,尤其是对整体轮的内部缺陷、表面剥离更不能被有效发现。据了解,自1998年4月起,昆明机务段SS7型机车在1年内发生崩箍故障10余次。最少的仅走行19 324 km,最多的也不过20万km左右。曾使用纵波法检查,投入巨大,但收效甚微。因为纵波探伤法有一定的局限性,主要是对径向缺陷的检测灵敏度低,径向缺陷又恰恰是可能导致轮箍崩裂的致命缺陷,而采用大角度横波法后检查出多例缺陷轮。目前机车采用整体轮的数量越来赿多,而整体轮内部也出乎意料地出现了径向裂纹,只能依靠大角度横波探伤出来。笔者通过多年的应用及总结发现,大角度横波探伤法是不动车探伤车轮的最可靠方法。它不但能检测出轮箍的内部缺陷,而且能检测出整体轮内部有危害性的周向缺陷、径向缺陷,尤其是对径向缺陷具有较高的检测灵敏度,能提高工作效率,改善工作条件。

　　基于以上情况,现就多年来应用该方法的情况分析其可靠性。

　　2　探伤原理

　　(1)灵敏度高。利用大角度横波探伤,相当于声波绕车轮的圆心旋转,探测到的是踏面下一连续的壳层。此时声波只入射至车轮的外圆凹面,内圆凸面对声波不起作用,故没有发散损失,传播距离大大增加,四次以上声程仍有足够高的灵敏度。在1个跨度内扫查,就可实现对轮箍的全部探测,如图1所示。

　　(2)超声场覆盖范围大。由于我们使用的大角度探头为组合角度的探头,能同时发出3组主声束,而且各主声束又伴有副瓣声束发出,所以车轮踏面下几乎所有位置都充满声束,也就是声场覆盖范围很大,如图2所示。

　　(3)聚焦效果明显。探头发出的3组主声束有明显的聚焦效果,扫查过程中,声波在圆周面上反射后多次聚焦,会产生汇聚点(如图2所示中的各点)。

　　(4)缺陷能被探测两次。由图3可见,当探头从A移动到B时,车轮内部的点状缺陷在1次扫查过程中能被探测到两次,也就是有两个位置可探测到缺陷。

　　3　常见缺陷的试验曲线分析

　　为分析径向平面缺陷的反射规律,我们对下述缺陷进行了试验。测试时仪器处于补偿状态,探头为62°~74°的组合探头。

　　3.1　平面人工缺陷

　　在轮箍的字头“甲”的竖笔处,铲下深约8 mm、面积接近100 mm²的平面状缺陷。采集数据后作出如图4所示的平面人工缺陷反射规律曲线。