分析铁路车轴超声波探伤多通道信号处理微机装置的研制

分析铁路车轴超声波探伤多通道信号处理微机装置的研制

傅晔,刘彬,刘震

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111

摘要：对于新制铁路来说，车轴是十分重要的部件。如果车轴出现故障，将严重的影响动车的速度和安全性。超声波探伤工艺是比较先进和有效的探伤方法，本文通过介绍超声波探伤的各种方法，来对超声波的工艺参数进行选择。

关键字：车轴类型；新工艺；工艺参数的选择

随着我国铁路运输向高速、重载以及轨道结构重型化方向发展，大型养路机械已经成为铁路线路维修的重要施工设备，在改善线路质量、提速扩能和保证行车安全等方面发挥着日益重要的作用。车轴作为大型养路机械走行部的重要配件，使用工况恶劣，长期在复杂的交变应力条件下使用，其质量好坏与铁路运输安全密切相关。因此要在大型养路机械车轴疲劳区域进行超声波检测，以便发现车轴是否产生疲劳裂纹及其发展情况，及时掌握车轴状态并采取措施，确保铁路行车安全。大型养路机械车车轴具有车型多、轴型杂的特点，目前主要以常规六通道超声波探伤仪段为主要检测手段，对大型养路机械车轴探伤，但既有检测手段存在以下问题，不同车轴须频繁更换探头，轴型适应性低；检测结果不直观，探伤工难以识别缺陷；检测结果依赖人工经验，智能化程度低；无法满足库外检测需求。

1、存在问题分析

1.1微机控制超声波探伤机未对探头定位进行即时监控

探头定位关系到车轴被探测部位是否被超声波主声束完全覆盖，探头固定在油缸传动杆端部，轮座镶入部采用0°、45°、54.4°三晶片组合探头在轴身上探测，探伤工对探头人工定位后，探头油缸被固定在曲轴连杆上，曲轴转动带动探头移动。当探伤机工作中由于连接处松动，探头定位发生偏移，而探伤机不能自检此故障。轴颈卸荷槽部位采用0°、23.3°、27.3°端面组合探头在车轴端面探测，探头油缸通过重锤和感应接近开关进行定位，当探头未对准车轴纵向中心线时，探伤机不能自检。探头定位发生偏移，造成车轴被探测部位漏探。

1.2 轮对压装油膜对镶入部探测声波的影响

为防止轮座拉伤及起压装润滑作用，有关文件规定“轮对组装前，轮座表面及轮毅孔内径面须洁净，均匀涂抹纯植物油。”对于刚压装好的轮对，压装面上都有一层油膜，在较短的时间内对轮座镶人部探伤检查时会产生一个很强的界面（油膜）反射波，而且分布不均匀，但该反射波随着轮对的运用会逐渐减弱，就是说检修轮对探伤不存在这样的问题，但新压装的轮对油膜反射波却很强，这就很容易导致探伤工误判成轮座压装拉伤，进而退轮检查，造成轮对造修成本的增加和浪费。

1.3微机控制超声波探伤机工作中不能对轮对转速监控和调整

轮对转动部分采用微型摆线减速机和一对1∶1的传动链轮，带动转轮器转动，旋转线速度为1850mm/min，固定不可调。轮对车轮滚动圆直径为840mm时，轴身探测面的旋转线速度为405mm/min；车轮滚动圆直径为760mm时，轴身探测面的旋转线速度为447mm/min，当车轮滚动圆直径过小时，轴身探测面转动线速度过快，轮座镶入部不能被主声束完全扫查，易造成车轴轮座部位局部漏探。

1.4探伤仪灵敏度校验达不到检测实际缺陷的要求

根据超声波探伤原理，轮轴超声波探伤是用当量对比法来确定缺陷大小的，即以lmm人工裂纹反射波高达满幅80%的当量值为基准，并进行人工裂纹补偿10db～12db，以此作为横波斜探头的探伤灵敏度，探伤中的缺陷波与该值进行比较，小于该值时判定为轮对正常，大于该值时判定为轮对裂纹。经实践证明在相同缺陷深度的情况下，无论是轮座镶人部表面的纵向拉伤还是横向拉伤，其反射波幅都会比人工裂纹小，都需要比1mm人工裂纹更高的检测灵敏度才能发现。标准试块、半轴实物试块或样板轮对的人工裂纹与轮座镶人部部位的实际裂纹或拉伤的沟槽相比较，在裂纹部位、裂纹走向或拉伤部位的状态等方面都存在较大的差异，而且这些因素都会影响缺陷的回波高度，因此用现行试块校验出来的探伤灵敏度在回波上几乎难以辨认出缺陷来。

2、超声波探伤方法

2.1　垂直探伤

垂直探伤实质上是将纵向的超声波从车轴的表面垂直的射入车轴当中，再根据超声波的反射性原理，通过检查传播以后超声波的波形和幅值来判断车轴是否有损伤。虽然垂直探伤能够检测出部分的缺陷，但是也存在着很大的问题。有时候因为车轴比较厚，而超声波传播的距离有限，还没有到达最后面波形就已经差不多没有了，就会造成表面看起来波形没有什么异常，实际上却隐藏了处于较深处的裂纹。有时候也会由于焊接而无法探测出裂纹。通过进行焊接，会使车轴的厚度增加，同时也会严重的阻碍超声波的传播，进而无法明确的探测出波形的变化。车轴形状的改变同样会使垂直探测的结果不准确。鉴于此，进行探伤的时候最好缩短所要探测车轴的厚度。

2.2　斜角探伤

所谓的斜角探测就是将横向的超声波以一定的角度射入车轴当中，通过检测超声波传播时波形和幅值的变化来判断车轴存在的裂纹或是很有可能会出现裂纹的地方。斜角探伤大大的提高了超声波探伤的准确性。因为采用斜角，所以相对垂直来说所要检测的车轴的距离就会显得不是很厚了，这样就有可能在波的能量衰减完之前到达顶端，就会对车轴有一个正确的检测。但是由于车轴形状的限制，有时候一些复杂的地方很难采用斜角探测，这样就会出现误差。而且为了减小厚度，应对车轴需要探测的部件进行打磨。

2.3　局部探伤

局部探伤是和斜角探伤差不多的方法，只不过局部探伤是以更小的角度并且是纵形的超声波，但是局部探伤同样存在缺陷。只所以是局部探伤，是因为每次只能够探测车轴的某一个零部件，要想探测完所有的零部件，工程将会非常的复杂和繁重。而且对于一些结构比较复杂的部件，很难找到一个切入点进行探伤，这样就会使探伤不是很全面，出现漏洞。不仅如此，现在几乎所有的超声波探伤都是人工作业，由技术人员来对波形和幅值的变化做出判断。这就需要技术人员有着非常专业的技术水平，在波形和幅值出现异常的时候，能够充分的考虑各种可能造成这种波的出现的原因。但是往往不能保证技术员不出现失误。

2.4　新的超声波探伤方法

多波道、旋转式局部探伤方法是一种比较先进的超声波探伤方法。利用该方法可以有效地解决局部探伤和斜角探伤中所出现的问题。因为车轴是在旋转的情况下进行探伤的，因此可以使探测的精度大幅度的提高，并且大大的缩短探测所需要的时间，提高了工作的效率。

3、超声波探伤的工艺参数的选择

3.1　车轴超声波探伤探头的选择

车轴超声波探头安装在超声波探伤仪器上，对车轴进行直接的接触。既然是与车轴直接接触的，因此超声波探头的好坏直接影响了探测的准确性。比如车轴的很多部件都是偏向弧形的，而超声波探头却设计成垂直面的，这样超声波的探头和车轴的接触面积就会大大的减少，与此同时，测量的准确性也会相应的降低。只有将超声波探头的形状尽量的与所要探测的车轴的形状相接近，才会与车轴有一个比较好的接触，测量才能够准确。当形状相近时，也就是接触面比较大时，超声波所能够传播的距离就会更远一些，就能将整个车轴的厚度全部贯穿，测量的准确性就会大大提高。

由于超声波探伤是依据波的反射原理，因此波的频率、幅值和波速都会对传播的距离产生影响。当波的波长增加的时候，波的频率就会相应的减少。而想要超声波能够传播的远一些，就要使频率高一些，频率高了波长自然就短了。波长短了，波的散射就会减小，波就能够传播的远一些。

3.2　耦合剂的选择

耦合剂是为了防止超声波在传播的过程当中能量的消耗。由于超声波是一种波，因此在传播的过程当中如果遇到不同的介质，会消耗大量的能量。而耦合剂的使用就是为了能够尽量的减少能量的损失，使超声波能够尽量的传播的远一些。在车轴上涂抹耦合剂的时候，如果耦合剂有腐蚀性，那么虽然起到了减少能量损失的作用，但是对车轴造成了损失，是得不偿失的。如果将耦合剂涂抹到车轴上面以后，很难将其弄下来，也会严重的影响车轴的使用。有些耦合剂会散发出一些有害的气体，对操作人员的身体带来损坏。选择好的耦合剂是十分必要的。

3.3　超声波试块的选择

超声波试块一般分为两种，一种用于检测超声波仪器的性能，一种用于检测探伤的灵敏度。

4、总结

车轴对于动车来说是非常重要的零部件，因此在保养和维护方面要非常的注意。在新制铁路车轴的探伤方面，超声波探伤具有准确率高、科学性等优点。要通过不断的改进，使超声波探伤工艺日趋成熟。

参考文献：

[1]金锋，李艳琴，鲁关兴，等.探头角度对轮对镶入部探伤灵敏度的影响分析[J].中国铁路，2015（6）

[2]刘洋.铁路货车轮对探伤的问题分析与建议[J].工程技术：文摘版，2016（5）

[3]袁玉.浅谈铁路货车轮对自动检测系统的现状与研制[J].中国高新技术企业，2014（33）