劉憲

(中車焊接無損檢測之家)

1　引言

電力機(jī)車一直是全路客貨運(yùn)的主型機(jī)車。貨運(yùn)機(jī)車一般采用箱式輪心，隨著走行公里的增長，機(jī)車走行部的關(guān)鍵部件車輪輪心不時(shí)發(fā)生裂損。檢查機(jī)車輪心的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂損輪心并處理，是消除機(jī)車走行部安全隱患的重要措施，而輪心的可靠性檢測是困擾運(yùn)輸安全的難題，是全路機(jī)務(wù)系統(tǒng)共同關(guān)注的項(xiàng)目。

2　裂損情況及原因

2.1裂損數(shù)量

鑄鋼分體車輪，由箱式鑄鋼輪心和輪箍組成，輪心輻板上沿圓周方向均勻分布12個(gè)輻板孔；整體輾鋼車輪，由輪轂和輻板組成。整體輾鋼車輪裂損很少，箱式鑄鋼輪心由于使用時(shí)間長，很多已超過18年，到達(dá)疲勞裂紋發(fā)生期，近年來裂損較多。某機(jī)務(wù)段2003—2013年機(jī)車裂損車輪輪心259件。

2.2裂損原因分析

在輪心檢修中，通過磁粉探傷，分析磁痕可知，裂紋包括輪心出廠時(shí)遺留鑄造缺陷或輪心經(jīng)補(bǔ)焊出現(xiàn)的焊接裂紋，以及在輻板孔周圍的徑向裂紋，初步分析后者為鑄造裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。箱式鑄鋼輪心裂損如圖1所示。

裂紋一般發(fā)生在鑄鋼輪心輻板上和過渡圓處，裂損原因一般為：產(chǎn)生鑄造缺陷后違規(guī)焊修，在重載和高速運(yùn)行下金相發(fā)生變化，金屬產(chǎn)生不連續(xù)性裂紋，Z后發(fā)生疲勞斷裂。整體輾鋼車輪裂損相對較少，裂損的位置在踏面下，分析其為車輪軋制過程中形成的缺陷，在使用中擴(kuò)展成為周向片狀缺陷。

3　裂損檢測方法

由于輪心是鑄鋼件，內(nèi)部氣孔、夾雜、砂眼等缺陷較多。在機(jī)車中修時(shí)，傳統(tǒng)的輪心探傷方式是人工除油泥、除漆、除膩?zhàn)樱偈褂么欧厶絺＿@種探傷方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，除漆劑有毒性，且有時(shí)還難以除干凈，更嚴(yán)重的是貼近齒輪側(cè)的輪心受空間限制，探傷器無法檢測，降低了機(jī)車輪心、工藝孔、輻板探傷的可靠性。機(jī)車小輔修時(shí)的輪心探傷條件更差。如不能保證對輪心全部部位進(jìn)行探傷檢測，容易存在事故隱患。

3.1　目視檢查

目視和錘擊檢查。目視整個(gè)輪心狀態(tài)，重點(diǎn)檢查輪心工藝孔和輪轂過渡圓，發(fā)現(xiàn)油漆裂開仔細(xì)觀察。錘擊時(shí)聽聲音，清脆或沉悶聲可判斷為良好；聲音長或帶有顫音應(yīng)重點(diǎn)檢查，以確認(rèn)車輪整體狀態(tài)是否良好，是否有明顯裂紋、缺陷。

3.2　探傷檢測

3.2.1　磁粉探傷

采用除漆磁粉探傷，一般在中修或落輪修時(shí)進(jìn)行。輪對經(jīng)過清洗，確認(rèn)無油污，可使用整體輪對磁粉探傷機(jī)對輪對進(jìn)行整體磁粉探傷，磁化方式為連續(xù)法或旋轉(zhuǎn)磁場磁化法，磁介質(zhì)為熒光磁粉，在白光照度不大于20lx、紫外光輻照強(qiáng)度大于1 000 µW/cm²的條件下觀察；使用便攜式磁粉探傷器進(jìn)行干法探傷，采用分段磁化、分段探傷方式，在大于500lx的白光照度下觀察。

3.2.2整體輾鋼車輪超聲波探傷

整體輾鋼車輪輻板無油漆和膩?zhàn)樱蛇M(jìn)行超聲波探傷。選用K1雙向斜探頭，將其置于輪心實(shí)物對比試塊上，保持主聲束對準(zhǔn)輻板上4 mm深、30 mm長的人工缺陷，耦合良好，壓力均勻。移動(dòng)探頭使人工缺陷反射波達(dá)到Z高，調(diào)節(jié)到儀器熒光屏滿幅度的80%，在此基礎(chǔ)上校準(zhǔn)探頭、調(diào)節(jié)探傷靈敏度。在輪心輻板外側(cè)均勻涂上耦合劑，使用調(diào)節(jié)后的靈敏度進(jìn)行探傷檢測。以圓周方向作鋸齒形移動(dòng)，并左右擺動(dòng)一定角度。用一次波檢查輪心內(nèi)側(cè)表面，用二次波檢查輪心外側(cè)表面，使超聲波聲束相互覆蓋10%，探頭速度不得大于50 mm/s。探傷操作原則是使熒光屏波形穩(wěn)定，如發(fā)現(xiàn)異常波形，進(jìn)行定位、定量。輪心輻板掃查完畢后，將探頭放置在輪心工藝孔邊緣，沿周向移動(dòng)，對工藝孔四周進(jìn)行探傷檢測。

3.2.3　脈沖渦流探傷

脈沖渦流是近年興起的新型探傷方法，其基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律。脈沖渦流的激勵(lì)電流為一個(gè)重復(fù)的寬帶脈沖，通常為具有一定占空比的方波。激勵(lì)線圈中的脈沖電流感生出一個(gè)快速衰減的脈沖磁場，變化的磁場在導(dǎo)體試件中感應(yīng)出瞬時(shí)渦流，即脈沖渦流。此脈沖渦流向?qū)w試件內(nèi)部傳播，又會(huì)感應(yīng)出一個(gè)快速衰減的渦流磁場。隨著渦流磁場的衰減，檢測線圈上就會(huì)感應(yīng)出隨時(shí)間變化的電壓。脈沖渦流能檢測表面下有一定深度的缺陷，排除鑄鋼輪心表面凸凹不平的干擾，直接讀取代表裂紋深度的電壓峰值、峰值時(shí)間和過零時(shí)間，來確定輪心裂紋的位置、長度和深度，用標(biāo)準(zhǔn)試塊4 mm當(dāng)量，作為探傷靈?度。因?yàn)闄C(jī)車齒輪箱易漏油?導(dǎo)致輪心油泥較厚，需除掉油泥才能對輪心探傷，大大增加了小輔修作業(yè)時(shí)間和作業(yè)量。齒端內(nèi)側(cè)的油泥也很厚，小輔修不除油泥則無法對齒端內(nèi)側(cè)輪心探傷。齒端內(nèi)側(cè)輪心是危險(xiǎn)缺陷的起源，是重點(diǎn)探傷的部位。同時(shí)若移動(dòng)機(jī)車，對輪心探傷不安全，而漏在外面的輪心部位太少，尤其是齒端內(nèi)側(cè)縫隙太小，探頭較難伸進(jìn)，為此采用加長桿渦流傳感器檢測輪心內(nèi)側(cè)和外側(cè)，以保障大裂紋不漏檢。用鏟刀清理干凈輪心過渡圓部位和工藝孔周圍的油泥，以免油泥影響渦流探頭，重點(diǎn)檢測疲勞裂紋發(fā)生區(qū)域。如果儀器連續(xù)報(bào)警超過50 mm，要查看是否有確認(rèn)波形存在，若確認(rèn)波形明顯，就要?jiǎng)榆嚕儆闷渌椒ㄟM(jìn)行綜合檢查確認(rèn)。探傷時(shí)探頭面應(yīng)平行于被測輪心表面，以小于150 mm/s的速度均勻掃查。當(dāng)儀器發(fā)現(xiàn)有較長的區(qū)域連續(xù)報(bào)警提示，應(yīng)及時(shí)分析波形，微移探頭，以找到Z大確認(rèn)波。探頭在連續(xù)報(bào)警區(qū)域分別進(jìn)行橫向、縱向交叉檢測，如果波形均符合裂紋的波形特征，即可判斷為裂紋。確定缺陷性質(zhì)、范圍、走向，并判斷是疲勞裂紋還是材質(zhì)缺陷，經(jīng)除漆磁粉探傷或其他方法核查缺陷的性質(zhì)。

4　裂損檢查時(shí)機(jī)和過程

（1）對于運(yùn)用機(jī)車，由乘務(wù)員在接車和站停時(shí)重點(diǎn)檢查輪心。采取目視檢查和錘擊檢查，對機(jī)車提示的重點(diǎn)輪心必須逐個(gè)檢查，確認(rèn)輪心輻板、工藝孔周圍、輪轂到輻板過渡圓無裂紋。

（2）機(jī)車入庫后，由整備檢查員對輪心進(jìn)行目視檢查和錘擊檢查，檢查輪心輻板內(nèi)外側(cè)、工藝孔周圍、輪轂到輻板過渡圓是否有裂紋，確認(rèn)輪心狀態(tài)良好。

（3）對于修程機(jī)車，由檢修人員和探傷人員檢查，復(fù)檢和交車時(shí)由接車人員、驗(yàn)交人員檢查輪心。

5　裂損發(fā)現(xiàn)及預(yù)警機(jī)制

（1）建立輪對臺賬，對輪心使用年限定期統(tǒng)計(jì)分類。對超過18年的輪對輪心，由專業(yè)工程師親自檢查，納入重點(diǎn)跟蹤范圍。在機(jī)車上張貼提示卡，提示卡上明示位置，以便重點(diǎn)檢查，對使用超過18年的輪心，在輪對入廠大修時(shí)予以更換。

（2）機(jī)車小修及中修時(shí)，對輪心進(jìn)行探傷檢測。中修機(jī)車輪心必須采用磁粉探傷和渦流檢測，使用整體輪對磁粉探傷機(jī)或馬蹄型磁粉探傷器檢查長轂輪心外側(cè)面、短轂輪心內(nèi)外側(cè)面；小修機(jī)車執(zhí)行渦流檢測，并做好探傷記錄。

（3）檢修車間要做好輪心檢查臺賬，按范圍和工藝檢查重點(diǎn)跟蹤的輪心，設(shè)專薄登記檢查檢修情況。

（4）機(jī)車運(yùn)行期間，乘務(wù)員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)聽走行部聲音，有異音、異狀時(shí)，要求停車檢查，若確認(rèn)有問題應(yīng)及時(shí)反饋，對出庫機(jī)車，利用機(jī)車停車時(shí)機(jī)，對輪心進(jìn)行重點(diǎn)錘擊和外觀目測檢查。檢查輪心輻板、工藝孔周圍、吊裝孔周圍、輪轂到輻板過渡圓處、車軸壓裝孔處、注油孔處是否有裂紋。

（5）整備車間重點(diǎn)檢查運(yùn)用機(jī)車輪對輪心，建立專門的記名檢查臺賬，檢查入庫機(jī)車車輪。