无损检测在铝合金车体制造的应用

无损检测在铝合金车体制造的应用

蔚青松 , 翟烜 , 穆云平

中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063035

摘要：对铝合金车体焊缝的无损检测方法进行了介绍，相关国际标准的应用时关键点进行分析，选取了车钩连接板、枕梁、牵缓等典型零部件分别应用渗透、射线和超声检测的方法进行了介绍，对一些新技术的应用提出了建议。

关键词：无损检测；铝合金车体；焊缝检测；缺陷

0引言

无损检测在动车组和城轨交通制造业得到广泛的应用，尤其是铝合金焊缝检测中成为不可替代的质量监控作用，铝合金焊缝多为自带带垫板型材样式，有的型材焊缝结构较复杂，检测时有一定难度，本文应用ISO标准体系，分别运用对渗透、射线和超声波检测方法选取典型工件介绍。

1 铝合金车体制造中的无损检测方法

无损检测在铝合金车体制造过程中主要对焊缝，主要方法有渗透检测（PT）、射线检测（RT）、超声波检测（UT）等，是由于铝合金为非铁磁性材料，无法应用磁粉检测（MT），涡流检测（ET）主要应用于其它方法难于实施的在役工件检测，轨道制造业一般经EN15085焊接认证体系认证，所以多采用ISO标准体系。

1.1 渗透检测的应用

渗透检测在铝合金车体应用较为广泛，对表面开口缺陷检测效果好，对焊缝、铸铝件表面缺陷检测效果好，有时也运用在寻找射线和超声返修过程中的缺陷确认，一般采用着色探伤，去除剂为水或溶剂。

1.2 射线检测的应用

射线检测具有直观、便于存档、容易定性等优点。铝合金密度低，射线容易穿透，目前已知检测最厚的80mm复兴号铝合金座板焊缝只需要管电压130Kv，一般射线机最高管电压上限较容易满足。但该方法对人体有害，胶片、显影定影药液等成本较高。近年来随着数字化的引进，CR等DR数字成像方法开始在铝合金车体焊缝检测中应用，随着ISO17636-2数字探测器标准发布，该方法将发挥更大作用。

1.3 超声检测的应用

超声检测成本低、安全、检测速度快，但不易保存完整数据，尤其是铝合金焊缝多为带垫板结构，超声波结构信号较多，对人员要求较高，同时常规超声标准的检测厚度下限为8mm。但一些结构比较复杂的工件，由于设计原因，不适用射线检测，为对焊缝内部焊接质量进行控制，通常要求做超声检测。随着超声相控阵技术逐渐应用，铝合金焊缝可检测性会有提高。

2 铝合金车体焊缝检测无损检测标准

在ISO标准中，依据ISO17635《焊缝无损检测 金属材料总则》^［1］确定某种产品采用无损检测方法检测和评定等级。当设计部门焊缝表面或内部不连续给出相应的质量等级检测要求时，无损检测技术人员选择适用的方法，确定检测和评定等级，如设计部门给出了ISO10042-B的质量要求，依据标准可选择UT或RT，选择RT胶片法时，根据表1检测标准为ISO17636-B级，验收标准为ISO10672-2的1级（ISO5817和ISO10675-1适用于钢、镍、钛及其合金等材料）。

表1 射线照相检测（胶片法）

3 典型工件的无损检测

3.1 车钩连接板的渗透检测

该工件为连接车钩的受力件，承受拉伸载荷比较大，设计部门给出的焊缝质量等级为ISO10042-B级，该焊缝为铝合金双v型坡口型式，先从一侧焊接，背部清根PT后再焊接另一面，焊接完成后做射线和表面渗透检测。渗透检测系统可以有不同的选择，一般可依据ISO3452-1标准的ⅡEd，为保证去除干燥效果，中间去除环节可采用溶剂。

一般定期对试剂系统灵敏度进行校验。可采用ISO3452-3给出的参考试块2进行，如图1所示，应确保图中下面4个不同粗糙度去除效果达到工艺要求时，人工缺陷至少有3颗清晰的显示。

图1 ISO3452-3试块2渗透剂系统灵敏度校验

检测时注意时间、温度和照度的控制，尤其是显像时间从显像剂干燥开始计算。验收标准采用ISO23277，该标准对缺陷按照长宽比分为线性显示和非线性显示。当工艺对线性要求严格时，可在2级或3级验收等级后缀“X”表示线性显示按照1级验收，如图2所示为清根渗透的多处线性显示，为防止出现未焊透，应继续清根和渗透检测至无显示为止。有的操作者发现显示后打磨-显像剂-打磨-再显像的直至没有显示重复操作，这样是不规范的，因为每喷一次显像剂，缺陷里的渗透剂机会被吸附一次，最后可能缺陷未清除干净，但里面已经没有渗透剂，合理的方法是最后应按完整流程重做一次。

图2 车钩连接板清根PT渗透检测

3.2 牵缓的射线检测

牵缓作为车钩和车体底架的重要部件，承载较大的拉伸应力，要对其4条焊缝做射线检测，检测按照ISO17636-1标准的B级，射线检测透照时应选择管电压、管电流、曝光时间和焦距等参数，而这些参数和射线的穿透厚度有关，根据单壁透照优于双壁透照原则，如图3所示，外侧2条焊缝单壁透照很容易，而内侧2条焊缝能否单壁透照取决于射线机管头直径和L值关系，当L值相对较小时，按照B级透照厚度比不大于1.1的要求，一次检测长度十分有限，因此需要分段多次透照，生产效率会非常低，因此可参考标准图15双壁单影纵缝透照布置。内外侧焊缝的透照厚度不同，选择的管电压和像质计灵敏度也不同。布置时控制偏移距离H值适度，H值过大焊缝缺陷变形大，一个可能允许存在的圆形气孔可能会成像为条虫状气孔而拒收，偏移过小则内外侧焊缝重叠，难于判断缺陷位于哪一侧焊缝上。

图3 牵缓射线透照示意图

射线检测需要先确定具体的缺陷性质，然后按照尺寸评判。按照ISO10675-2的1级评片时，不允许存在链状气孔、裂纹、未熔合和未焊透等缺陷。双壁单影透照的焊缝评价像质计灵敏度时按照双壁计算厚度，评片要按照单层不包含垫板厚度评定。

铝合金带垫板焊缝在射线底片上会有2条黑色直线，为垫板槽间隙显示，如图4所示，在手工焊时垫板熔池有一定差异，造成垫板槽间隙宽窄不一，首先应在底片上按照细线的外侧测量尺寸X值，然后和图纸尺寸相比较，除垫板槽显示之外的为焊接缺陷。

图4 带垫板焊缝底片成像

3.3 枕梁的超声检测

枕梁为连接转向架和车体受力件，由于为封闭的腔体结构，中间还有筋板，射线无法单臂透照，而上下2层板材距离较近，焊缝宽度约40mm，采用双壁单影透照布置偏移量过大变形严重，只能采用超声检测。

采用的检测和验收标准分别为ISO17640和ISO11666，铝合金晶粒组织呈各向异性特点，在测量入射点和测距调节时会出现一定偏差，推荐的做法是采用钢制CSK-ⅠA试块测量入射点，在测距调节时按照钢和铝合金的横波声速进行换算成比例系数，设二者横波声速分别为3230m/s和3150m/s，则50mm和100mm圆弧半径分别为48.75mm和97.5mm，折射角可在铝合金横孔试块上测量。

如果是不带垫板，铝合金超声检测和钢差别不大，自带垫板结构难度比较大，如图5所示，当横波探头在某些位置时，会扫查到垫板槽位置，该位置形成铝合金/空气界面，有较强的声压反射率，容易和缺陷混淆，解决方法是确定探头的折射角和入射点后，垫板信号的最高回波总是在固定L位置出现。

图5 带垫板焊缝超声扫查

4 结论

1) 无损检测在铝合金车体制造过程中发挥的作用是无可替代的，对焊缝的表面和内部不连续的检测都可以实施。

2) 设计方案应提前与无损检测工程人员加强沟通，使工件可检测性提高，内部不连续的检测方法应首选射线。

3) 应加速无损检测新技术的推广运用，适用更多诸如随着搅拌摩擦焊等工件焊缝的检测需求。

5参考文献

[1]ISO17635焊缝无损检测 金属材料总则[S].

[2]郑晖、林树青．超声检测[M]．北京：劳动和社会保障出版社赤峰学院学报，2008．

作者简介：蔚青松（1976-），男，从事铝合金车体焊缝无损检测