无损检测技术在货车新造及检修中的运用

无损检测技术在货车新造及检修中的运用综述?述评铁道车辆第48卷第1O期2010年1O月文章编号:1002—7602(2010)10—0014—06无损检测技术在货车新造及检修中的运用贾敏,高金生.,程平,兰明生,黎连修.(1.太原轨道交通装备有限责任公司,山西太原030009;2.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161002;3.中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京100081)摘要:结合中国铁路提速,重载货车的发展和特点以及中国铁路运输形势及现状,概述了在货车新造,检修中应用无损检测技术的重要意义和无损检测技术在保证货车关键零部件的产品质量,确保铁路运输安全方面的重要作用.从技术标准引进,标准和规范的制定,铁路货车关键零部件的无损检测工艺,检测装备等方面介绍了无损检测技术在货车新造及检修中的应用范围和效果,并对中国铁路货车无损检测的发展提出了设想和展望.关键词:无损检测;货车;应用中图分类号:U270.7文献标识码:B无损检测技术是指在不破坏试件的前提下,以物理或化学方法为手段,借助现代技术和设备器材,对试件内部及表面的结构,性质,状态进行检查和测试的方法].自20世纪40年代将磁粉检测技术引入铁道行业进行车轴表面缺陷检测以来,无损检测技术一直伴随着货车的发展而不断进步.货车载重由30t级向50t级,50t级向60t级,60t级向70t级,以及运行速度由70km/h80km/h提高到120km/h的每次升级换代及技术革命均是建立在无损检测技术提供的安全保证基础上的.无损检测技术在铁路货车的发展过程中具有举足轻重的地位,尤其是在铁路运输连续6次大提速以来,铁路货车运用条件发生了很大的变化,货车载重,运行速度,使用频率不断提高,列车牵引重量,编组辆数不断增加,特别是随着货车辅修修程的取消及货车厂修,段修周期和关键件的质量保证期的延长以及列检布局的调整,对货车及其零部件的技术性能和使用安全可靠性提出了新的要求,车辆的安全性能成了保证铁路运输安全的决定因素].因此,与货车制造及检修相关的无损检测技术受到空前的重视和快速发展,并在货车新造,检修过程中得到广泛的应用.一些检测技术如工业CT检测技术,工业DR,CR检测技术,荧光磁粉探伤技术等达到了世界先进水平,检测标准基本等效采用了ISO,AAR,EN等国际先进标准.检测技术不仅与国际接轨,而且根据中国铁路运输特点和车辆实际运用工况进行了创新与发展,成功地走出了一条引进消化吸收与自主创新相结合的发收稿日期:2010—01—15;修订日期:2010-05—10作者简介:贾敏(1969一),女,高级工程师.?j4?展道路,为全面提升铁路货车技术水平提供了保证.1无损检测技术的应用与发展在货车制造及检修过程中,全面应用了磁粉探伤(MT),超声波探伤(UT),渗透探伤(PT)和射线探伤(RT)等无损检测技术,检测方法日益丰富和完善,检测标准也基本与国际标准接轨.1.1射线检测技术的应用与发展射线检测技术是铁道行业无损检测技术领域发展最快的技术之一.由于其具有不受被检试件材料种类,形状结构,表面状况等限制,成像直观,目标特性易于识别并且灵敏度高等优点,已广泛应用于货车关键部件焊接件,铸钢件等的质量控制,且应用范围不断扩大,检测目的也从单纯的内部缺陷检测向工艺评价,优化工艺参数方向发展.为提高货车关键部件制造质量和工艺制造水平,射线检测技术已从最初的胶片照相检验发展到以数字成像技术为特征的多种射线检测新技术,数字射线成像技术(DR),计算机层析成像技术(工业CT),计算机照相技术(CR)在货车制造领域均得到较快的推广应用.1.2磁粉检测技术的应用与发展货车车轴,轮对,轴承,摇枕,侧架,车钩,缓冲器,交叉杆,制动梁等关键部件在新制及检修过程中均采用磁粉探伤方法对其表面及近表面缺陷进行检测,磁粉检测技术,检测装备得到不断开发.在磁化技术方面,亥姆霍兹线圈磁化技术和交叉线圈磁化技术具有国际领先水平,为车轴,轮对,车钩等关键部件的复合磁化奠定了基础.亥姆霍兹线圈由一对相同半径的同无损检测技术在货车新造及检修中的运用贾敏,高金生,程平,兰明生,黎连修轴载流线圈组成,当它们之间的距离等于它们的半径时,两线圈间轴线中点附近的磁场强度是近似均匀的.采用亥姆霍兹线圈磁化技术设计的车轴,轮对磁粉探伤机可以在工件表面建立均匀的磁化,磁场稳定,灵敏度高.针对车钩等异形工件研发的交叉线圈磁化技术采用的是交叉线圈法,即在一定的空间内交叉线圈可形成强度足够而方向随时间不断变化的旋转磁场,一次磁化就可检测出工件表面各个方向的缺陷.该技术采用2组或3组相互交叉的磁化线圈,分别通以相位不同的交流电,在线圈包容的空间内,各组线圈分别形成的幅值相同且相互呈一定角度并具有一定相位差的交流磁场相互迭加,从而形成了强弱,方向随时间不断改变的周期性旋转磁场.如交叉线圈采用2组磁化线圈,该合成磁场在平面上形成的轨迹呈圆形或椭圆形旋转磁场,如果沿z轴方向再设置第3组磁化线圈,其磁场方向与z轴,Y轴所在的平面垂直,且磁场强度接近,则3组磁化场相互叠加后,可在工件表面形成三维空间交替磁化场,使工件表面任何方向的缺陷(裂纹)均能清晰显示出来,从而保证形状复杂的零件能够实现非接触式探伤[3].在磁粉检测方法方面,关键部件全部采用湿法探伤代替传统的干法探伤,并逐步推广荧光磁粉探伤技术.荧光磁粉探伤技术的应用,大大提高了工作效率,降低了生产成本,提高了关键部件磁粉探伤的可靠性,具有明显的经济效益和社会效益.1.3超声波检测技术的应用与发展超声波检测技术主要用于货车车轴,车轮等锻件和钢结构焊缝的内部缺陷检测.2007年,铁道部为加强对铸钢摇枕,侧架的现场工序控制,组织对铸钢件内部缺陷超声波探伤检测技术进行了攻关,制定了铸钢摇枕,侧架内部缺陷检测的工艺方法和验收标准.超声波检测技术主要以脉冲反射法为主,例如在轮对检修时采用斜角探伤的原理,从车轴轴颈和轴身表面对镶入部进行探伤,对于不退卸轴承或轴承内圈的轮轴,从轴端采用小角度纵波对轴颈根部或卸荷槽部位进行检测,对新制车轴采用直探头进行全轴穿透探伤和径向探伤等.脉冲反射法技术比较成熟,探头技术和设备比较完备.近几年来,随着电子技术和计算机技术的发展,B扫描,C扫描,相控阵超声检测技术在货车关键部件探伤中得到了推广应用.一些车轮制造企业采用美国GE公司的相控阵超声检测系统对货车车轮进行自动化检测,由计算机系统控制各个虚拟探头中每个探头单元的延迟激发时间,阵列组合的所有晶片发射的超声波形成一个整体的波阵面,以实现动态聚焦,获得了较好的检测效果.另外,我国铁道行业正与加拿大和以色列的一些相控阵超声波探伤设备厂家合作,研究将相控阵技术应用于轮轴轮座部位,轴颈根部的疲劳裂纹检测.在新制车轴内部缺陷检测方面,一些车轴制造厂采用B扫描和C扫描技术对车轴内部缺陷进行检测,获得了直观准确的车轴内部缺陷信息.1.4渗透探伤和涡流检测技术的应用由于货车关键部件大多采用铁磁性材料,对其表面和近表面缺陷的检测通常采用磁粉探伤,渗透探伤和涡流检测在货车关键部件的检测中一般只作为磁粉探伤方法的补充,应用较少.近年来,随着不锈钢和铝合金等非铁磁性材料在货车上的大量应用,渗透探伤和涡流检测技术不断得到推广应用.铁道行业为加强对原材料的质量控制,采用自动涡流技术对一些货车重要部件用管材和型材的表面和近表面缺陷进行检测.1.5检测技术标准的发展[4]"九五"期间,国家和铁道部对采标工作提出了明确的要求,即采标工作的指导思想是全面等同或等效采用国际标准或国外先进标准.1996年以后起草制定的一系列标准基本上全面等同或等效采用了国际,国外先进标准,使整个铁道行业的标准水平有了明显的提高,无损检测工艺标准也随之迅速达到了国际先进水平.多年来我国共制定了2O多项无损检测标准,有力地促进了铁路产品质量和探伤工艺技术水平的提高.与铁道系统密切相关的国外工艺标准主要有ISO,EN,AAR,UIC,ASTM,NF,DIN,JIS,SAE等,以IS0,EN和AAR为最多.ISO和EN标准中适合采标的重点对象主要是车轴,车轮和滑动轴承等,AAR,ASTM,SAE标准中适合采标的重点对象主要是车钩及有关的零部件,摇枕,侧架,铸钢件,锻件等.美国是世界上首先实行重载列车牵引的国家,其重载列车的总重已达2万t,机车车辆上一些重要零部件很多是采用铸钢来制造的,如摇枕,侧架,车钩,钩尾框,缓冲器等.我国从20世纪80年代采标以来,这些重要零部件也逐步向AAR标准靠拢,这极大地促进了铁道系统无损检测技术的进步.2关键零部件的无损检测2.1新制车轴和在役检修轮对的探伤新制车轴和在役检修轮对的探伤均采用超声波探伤和磁粉探伤(与国外基本一致),探伤技术也相当成熟.?工5?铁道车辆第48卷第1O期2010年10月新制车轴和在役检修轮对磁粉探伤采用的是交流电磁化湿法连续法荧光磁粉探伤工艺,探伤灵敏度高,可靠性好.车轴和轮对早期采用便携式交流磁轭和环形线圈进行探伤,容易造成漏检,而且磁轭还容易拉伤车轴表面.车轴和轮对磁粉探伤机的使用结束了车轴和轮对没有专用探伤设备的历史,其原理是采用轴向通电和线圈法对车轴进行复合磁化.2003年磁粉探伤机全部改造为荧光磁粉探伤机,增加了暗室.由于荧光磁粉检验具有对比度高,判读磁痕容易,检测效率高等特点,因此在货车零部件的探伤中逐步被广泛采用.新制车轴超声波探伤采用轴向检测和径向检测2种方式,包括全轴透声检验,轴向和径向内部缺陷检验.新制车轴穿透超声波探伤主要用于评价车轴内部缺陷和材质的综合透声性能,探伤标准等效AARM101{碳素钢热处理车轴技术规范》.径向探伤主要是为了评价材质的内部缺陷,等效采用ISO5948～1994《铁路车辆材料超声波验收检验》,探伤灵敏度为3mm平底孔当量,探伤设备采用的是自动检测设备,并配合B扫描,C扫描.在役车轴非暴露部位的探伤主要采用超声波探伤.在轮对检修时采用斜角探伤的原理,从车轴轴颈和轴身表面对镶人部进行探伤,对于不退卸轴承或轴承内圈的轮轴,从轴端采用小角度纵波对轴颈根部或卸荷槽部位进行检测.2.2车轮的探伤,新制车轮的检测主要采用磁粉检测和超声波检测.车轮磁粉探伤是将旋转的车轮放在静止通电的线圈中以对车轮进行磁化,这相当于车轮不动,给车轮施加了一个旋转磁场进行磁粉探伤,以发现车轮表面及近表面各个方向的缺陷.超声波检测除传统的方式外,还采用了相控阵技术和轮式探头的A型脉冲反射技术.相控阵技术为目前世界上较为先进的检测技术,其检测车轮的灵敏度高,可靠性好.2.3摇枕,侧架的探伤摇枕,侧架的探伤主要采用磁粉探伤,超声波探伤和射线探伤.摇枕,侧架磁粉探伤是从1999年开始的,同年铁道部组织研制成功了摇枕,侧架专用磁粉探伤机.专业化设备的使用,改变了铸件探伤的常规认识,在提高摇枕,侧架喷丸质量的前提下,对摇枕,侧架实施复合磁化湿法磁粉探伤,大大降低了劳动强度,提高了工作效率,保证了探伤质量.由于摇枕,侧架是毛面探伤,采用湿法探伤对比度较差,因此在实施探伤前?76?必须喷涂反差增强剂.而采用荧光磁粉探伤,不仅能降低生产成本,而且荧光磁粉具有非荧光磁粉所不具备的许多优越性,现场探伤时也没有产生影响判读磁痕的杂乱显示,探伤效果较好.为优化铸钢摇枕,侧架制造工艺,加强工艺过程控制,提高摇枕,侧架内部质量,铁道部组织相关厂所进行了铸钢摇枕,侧架内部缺陷检测技术攻关,经过大量的试验研究,确立了以胶片照相方式检测铸钢摇枕,侧架的检测T艺技术和超声波探伤方法,制定并颁布了铸钢摇枕,侧架超声波探伤技术条件,射线探伤技术条件和缺陷评判图谱.2007年已经开始采用胶片照相检测技术和超声波探伤技术对铸钢摇枕,侧架生产过程内部缺陷状况进行定期抽查,对工艺改进进行验证和评价,取得了非常理想的效果.胶片照相检测技术是一项传统技术,尽管其检测灵敏度和可靠性较高,但其检测效率较低,不适用于对铸钢摇枕,侧架进行全面检测和大比例抽查,且其仅能获取缺陷平面投影信息,无法描述缺陷在工件断面的真实特性,技术上存在一定的局限性.为进一步提高对铸钢摇枕,侧架内部缺陷的控制能力,适应重载货车铸钢摇枕,侧架,车钩等关键部件的可靠性要求,实现铁道部提出的铸钢摇枕,侧架生产达到国际领先水平的目标,铁道行业铸钢摇枕,侧架的主要生产厂开始陆续装备工业x射线DR成像检测系统和工业CT检测系统,用于铸钢摇枕,侧架,车钩等关键铸钢件生产过程中的快速检测.工业x射线DR成像检测系统和工业CT检测系统已经在天瑞铸造集团有限公司的铸钢摇枕,侧架生产质量控制过程中获得成功应用.摇枕DR检测图像如图1所示,侧架DR检测图像如图2所示,摇枕,侧架断层内部缺陷CT扫描图像如图3所示.图1摇枕DR检测图像图2侧架DR检测图像铁道车辆第48卷第1O期2010年10月前移后移图6罐体焊缝实时成像检测DR和工业CT检测系统主要用于铸钢件内部缺陷的检测.该系统由射线源(9MeV直线加速器),辐射探测器,样品扫描系统,计算机系统及安全连锁与警示系统组成(图7).DR成像检测的原理是通过辐射探测器直接获取穿透工件的X射线能量,并将透过能量转换为数字信号,再经过计算机系统对信号进行处理,显示工件内部缺陷图像.与传统的X射线成像技术比较,DR射线检测技术具有灵敏度高,空间分辨率和密度分辨率高,图像层次丰富,细微结构表现出色,检测条件宽,容度大等特点,可以较好地满足摇枕,侧架,车钩等铸钢件内部缺陷检测和控制的需要.DR成像所需要的曝光剂量小,曝光时间短,通过合理配置机械传动装置,可一次性将大型关键部件检测完毕并生成检测图像,检测效率高,可以实现对关键部件的快速批量检测.另外,DR射线检测结果可以通过电子媒介进行存储,便于检测结果的使用和管理.DR成像检测系统检测摇枕,侧架的方案如图8所示.工业CT检测系统是在DR检测系统的基础上加装高精度的工件扫描系统,并应用计算机对工件特定剖面多个方向的投影数据进行图像重建,从而显示被检测对象的断层图像,再现物体内部结构,断面缺陷形貌和缺陷位置等信息,对工件内部缺陷的评价具有十分重要的意义.?8?图7DR和工业CT系统图8DR成像系统检测摇枕,侧架的方案3.3超声波检测设备随着检测技术的发展,超声波探伤仪已从模拟式发展到数字式,其采样频率已经达到100MHz以上,智能化水平进一步提高,且大量工艺与管理要求被预置于系统内,提高了探伤管理水平.另外,为进一步提高探伤可靠性和检测效率,一些自动化检测设备被研制成功并得到推广应用,其中比较有代表性的有用于检修轮对的微机控制超声波探伤机和用于新制车轴内部缺陷检测的自动径向超声波探伤机.新制车轴径向超声波探伤系统可根据车轴不同的表面状态(粗加工或精加工)选择采用水膜法或水浸法探伤,并通过建立合理的数学模型解决多品种车轴不同形状,不同尺寸部位的扫查.图像显示采用C图像显示界面,既可以进行实时探伤监视,也可以进行波形回放,回放时兼有A波波形.车轴轮廓B型显示为后处理图像显示.为满足同时检测内部缺陷和底波衰减的探伤要求,采用单探头设定双灵敏度探伤方式,只进行一次扫描,即可同时完成对内部缺陷探伤和对底面回波衰减量的判定问题.为满足不同技术标准的规定,探伤机软件建立了多种形式的判伤曲线,每根车轴完成检测后,对探伤结果可按相应的探伤标准进行自动处理,自动判别.此外,探伤仪还采用了多路并行工车辆产品与零部件铁道车辆第48卷第1O期2010年10月文章编号:1002—7602(2010)10—0019—04DK36A型落下孔车的研制宋永兴,闫海军.(1.西安铁路职业技术学院,陕西西安710600;2.齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司技术中心,黑龙江齐齐哈尔161002)摘要:介绍了DK..A型落下孔车的技术参数及结构,并简要说明了该车的试验及运用情况.关键词:落下孔车;性能参数;试验中图分类号:U272.65文献标识码:B随着我国电力工业的快速发展,既有的1辆D.型载重350t落下孔车已不能满足大型变压器,轧机机架运输的需要.按照中铁特货运输有限责任公司签订的合同要求,齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司在D.型载重350t落下孔车的基础上,通过采用三轴转向架和双作用常接触旁承等措施,完成了载重350t改进型落下孔车的方案设计.2007年7月24日,运输局装备部在北京组织专家对该车的设计方案进行了审查,并以运装货车E2oo71473号文《关于印发(载重350t改进型落下孔车设计方案审查意见)的通知》批复了审查意见和设计技术条件,同意进行工作图设计及样车试制.2008收稿日期:2010—07—16作者简介:宋永兴(1970一),男,讲师.年7月,完成了1辆样车的试制.图1为研制的DK型落下孔车运输沈阳特种变压器厂变压器的外观图.1主要用途该车在标准轨距铁路线路上使用,主要用于装运电力,冶金等行业的超限,超重阔大货物,如变压器和轧机机架等.作方式,即同时有2路以上探头在工作,减少了探头工作时间,提高了探伤速度.4展望质量是企业的命脉,安全是铁路运输的根本保障.在我国货车制造检修过程中,无损检测技术曾为产品质量和使用安全做出过重要贡献.今后随着中国铁路事业的发展,列车速度和载重量的不断提高,相应地对货车质量和可靠性要求也会越来越高,无损检测技术将获得更大的发展,各种货车零部件的无损检测范围会逐步扩大,要求会不断提高,因而要普遍开展各主要受力部件的无损检测工作,以确保产品质量.对于车轮,车轴和轴承等关键部件,应采用多种方法,多种技术进行检测,除在制造和厂段修时进行无损检测外,还应开展列车行进过程中的动态检测,以进一步提高无损检测工作的准确性和可靠性,确保运输安全.此外,还应制定和完善各货车主要部件,配件的质量标准和图1DK型落下孔车外观修理规范,使之具有先进,科学,合理,实用的特点,逐步与国际先进标准看齐.要跟踪货车造修无损检测技术的发展,不断研发与采用新技术,新工艺,为无损检测工作提供技术先进,性能优良的设备和器材,逐步实现探伤设备的系统化,自动化,智能化和网络化,提高无损检测工作的先进性和可靠性.参考文献:口]中国机械工程学会无损检测学会.无损检测概论[M].北京:机械工业出版社,1993.E2]王春山.关于我国铁路货车装备现代化问题的研究EJ].铁道车辆,2007,45(8):1418.E3]贾敏.车钩磁粉探伤方法研究[J].机械工程与自动化,2008,(1):1O3—104.[4]黄永巍.中国铁道系统无损检测技术与国外的交流和合作[J].无损检测,2007,29(11):621—626.(编辑:李萍)?j9?。