转向架无损检测的直观化分析

转向架无损检测的直观化分析

李言春,吕健玮,高忠良,张 ,伟,周振永

中车长春轨道客车股份有限公司（吉林 长春 130061）

摘要：在车辆用转向架分解成转向架构架、车轴和轮子时，应仔细检查，并进行非破坏性检测。本文以转向架无损检测为中心，介绍了非损伤检测的可视化和显示检验人员容貌清晰的检验结果。　

关键词：转向架；无损检查；超声波探伤；磁粉探伤；超声波仿真；直观化

引言

铁轨的大体上分为“转向架”和“车体”。前面的是乘客或乘客的车厢；后面是转向装置，用来支撑车身。在定期对汽车进行检验中，车身也要检查，转向架要拆分为转向架和车轮（车桥和车轮），并进行精确地检查，这时就要采用无损检查技术。本文将不能用肉眼观察到的裂纹、伤痕等，通过不损伤检查的直接观化，显示出检查人员的容貌和检查结果。这里面，就是其中的转向架。　　

1、主要要求的无损检验

有多种方法可以进行无害化检测，但对转向架的定期检测主要有三种方法：①超声波检测；②磁性探伤和探伤。

超声波探伤法，是通过对被查零部件中进入人体无法听见的超声波进行检测，通过反射波形来确定裂缝的位置和尺寸，利用这种方法可以检测出工件的内壁或内侧的裂缝。②项目中的磁粉检测方法是：当检查的零件用磁铁等磁性材料进行磁化时，将磁性粉末（细小的铁屑）吸入，如果零件表面出现了裂缝，那么由于磁性粉末的聚集，通过观察，可以判断出裂缝。③项渗透检测是通过向零件表面上喷射一种特殊的流体，使其渗透到裂纹的内部，然后利用成像（成像）技术，将渗透到裂纹表面的液体吸入其中，进行研究。

2、超声波检测的可视检验

超声波探伤器通入探针，向探针输送超声波，对探针进行回传，以提高探针接收到的超音波，并能实现图像的显示。顾名思义，超音波就是“波”，所以不用费什么力气，就能在探伤仪的显示屏上显示出相应的电压波形。这里称之为 A显示器（示波器）。检查人员移动探测器，对零部件无遗漏地发射超声波，识别裂纹反射波（龟裂反射）和杂音波（干扰回波）。这个时候，超声波探伤法的探测过程称为“扫描”。

使用 A型超声波探伤法，要求检查者的注意力集中的能量和判断能力等，因此精神负荷较大。另外，因为检验的速率也有限制，所以从自动化角度来说，是不能吻合。这样， B型显示器或 c型显示器的超音波检测方法就必须广泛应用。B型显示器，就是用来表示超音波检测零件折线的图像。它的检测方法是：一边用探针扫描，一边在不同的位置上，通过输入波形（A）储存在该装置中。然后，依据回波的高低，将各个部位的波形以不同颜色进行划分，然后将波形按照顺序排列，也就是完成 B波的显示。如果用自动扫描代替手动扫描，那么检验者只要看 B显示器中的图像，就可以确定裂纹的位置和深度，根据所显示的颜色，判断裂纹的大小， C显示器是通过对进入的超声波表面，把部件内部的影像显示出来。用探针扫描，将所获得的数据存储起来，并按照每个位置的波峰值进行颜色识别和显示。C型显像仪上，显示了裂纹的位置和回声高度，但是设定“门脉冲”后，仅输入数值得到了一个更深层的、具有注意力的波形，即可得到代表深层的 C数值。图5是一种由碳纤维强化塑材料制成的柔性板，用于牵引电动机和小齿轮之间的接头。既能了解表面，又能了解内部裂纹扩展的情况。最近，由于储存装置的容量较大，运算速度较快， C显示器上所处位置的波（A表示）可一次储存至与探测器相连的人类计算器中，检查该节点后，将任意位置的波形和剖视图呈现于 B型显示器中。因此，根据探伤结果，可以从整体上（多角度）掌握部件内部的状态。

3、超声波检测结果的可视性分析

为了减轻新干线电瓶车的车轴，在车轴上做了一个直径+60 mm的小孔，随后对该中空车轴进行了超声波检测。向后倾斜方向（+，一个方向）内部的两个激励式超音波探头，从轴部的一端插入钻孔，并将无负载（即不发射超音波）送入轴的另外一端，然后以固定的速度旋转（发射超声波波），对整个车轴进行检查。造成车内产生裂缝的主要原因有：道渣（铁轨上的碎石）、雪块等物体的撞击痕迹（或裂缝），以及车轮、齿轮等啮合部位产生的裂缝，大多出现在车轴表面。所以，在对车轴进行定校时，要对车轴表面进行点探。超声波正好到达车轮基部（与轮子的啮合表面）的瞬间，探针与裂缝位置的关系。因为车桥有台阶的不同，台阶上也反射了超音波，所以当裂缝靠近台阶部分时，裂缝波通过台阶的影响会产生扰动。在自动化的车轴检测中，由于探伤探针的移动，波的形状会发生变化，如果不把瞬间（短期）显示的裂痕回波直视（可见），就不能在裂缝基础上分辨出来。因此，应该使用 C表示程序。如果要从钻孔的内部表面去看汽车的表面，就可以把整个汽车的表面看成一个圆柱体。若要描绘圆柱体上切割剖面的回声高度，则相当于得到了轴面的 C表示。测量后的高度，是将门脉冲设置在车轴的表面上，只输入表面的数字。

4、将相控阵列探针的探测成果可视化

前面描述了通过 i个探针扫描获得的数字，从而使探测的结果具有可视化的效果。但是，为了得到更直观、更容易理解的影像，技术人员还在深入研究中。利用技术中的一种称为“相控阵列”。这个技能是由多个小型探针组成，控制探针发射和接收超音波的时间间隔（定时）。该装置可以移动超音波的位点（线性扫描法），而无须进行探测（线性扫描仪），或者在一侧对着任意（聚焦）的一侧进行偏转（对齐）。

通过与 B显示器或 C显示器结合的方式进行检测，也就是无须探测器进行扫描，只需将其与表面接触，即可立刻显示断面上的裂纹图像。随着电子设备的发展，探针的复合控制和数字处理成为可能。最近几年，这项技术发展迅速，甚至在转向架的检测中，利用相控阵探测器进行汽车轴的探伤安装，也得到了部分应用。

5、应用超声模拟技术进行直观分析

近几年，铁路列车的运动学和振动分析，轮轴的强度评估，以及低风阻的车身外形的发展，都应用了模拟技术。在 NDT技术的应用中也是如此。本文将对利用超声模拟技术进行汽车轮轴检测的直观效果进行阐述。由于超声的振动速度很快，但是人类的耳朵是无法分辨的。想要用肉眼去看，那是不现实的。然而，实际上，超声的回波可以像 A型示波器那样被接收。为此，采用计算机模拟技术，研制了一种用于模拟超声运动的方法。

在进行超声模拟时，需要用方程来表示所出现的情况。这里将详细省略，但是我们知道，可以用一个“波方程”来表达超声运动的动力学。可以把汽车的车桥和轮毂等部件看成是由无数微小的颗粒（元素）组成的，通过一种名为 FEM的方法来实现的，通过一种叫做 FEM的方法来模拟，可以实现超声检测时的动力学。

我们假定一个由大约十亿条绳结组成的轮轴来进行计算。通过探测的一-边接近裂缝，可以看出它的一部分是反射，并以裂缝回波形式传到探测器上。若能将此模拟技术应用于复杂的工件时，确定由何处或何处进行检测，以达到高准确率检测出裂缝，则可对检验方法进行有效地检验。

6、一种新的直接观测技术在磁性粉末检测中的应用

在机车轮毂和转向架体的表面裂缝检测中，普遍使用了磁性粉末检测技术。在转向器上，磁性粉末检测有可能会自行进行磁性粉末的扩散和磁性检测，但应通过检验人员来确定是否存在裂缝。此外，还可以根据所拍到的磁性粉末的分布来判断是否存在裂缝。但是，现在还需要依靠试验者的技术。此外，虽然与视觉不能很好地结合，但发展了一种以紫外取代黄绿的发光的磁性粉末，使用发光二极管发光的发光二极管，以及使用红光萤石等。未来，将会有更直观的磁性检测技术。

结语

通过对工件外形和状态的分析，可以将检验的效果进行可视化，从而更直接、方便地反映出检验的效果，这是未来的一个重要问题。此外，要达到检验的目的，即使不了解真实的情况和无损检验的原则，也可以进行检验工作，因此，对潜在的现象进行直观定性是十分必要的。笔者相信，对于一个被观察到的对象，其内在的本质和体验同样具有很大的意义。

参考文献

[1] 牧野一成， 彭惠民(译). 转向架无损检测的直观化[J]. 国外机车车辆工艺, 2012(3):4.

[2] 毕彬杰. 转向架构架扫描式柔性阵列涡流无损探伤方法研究[D]. 华东交通大学, 2017.