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1、1机车铸钢轮心探伤研究1 概述：为了加速我国现代化建设步伐，落实科学发展观、突出以人为本理念，铁道运输不断重载提速，给国家积累了财富，给人民创造了幸福；同时也暴露出一些新问题，在铁道部各级领导和专家的组织和关怀下，推进了相关基础工业的发展和科学技术的进步，解决了机车走行部很多安全问题。俗话说：要想跑得快，全靠车头带；在铁路运输中机车质量起着决定性的因素，机车走行部质量直接影响机车的运用安全，由于机车速度不断提高，牵引吨数不断增加，以及机车段修公里不断延长，对机车走行部质量提出更高的要求，从现场实际运用情况看，现在影响机车运用安全的就是铸钢轮心的裂损问题。几年来各级领导都非常重视轮心探伤，同舟共
2、济的想出了很多办法，全路发现大的险性大裂损有几十起（最好有具体数量），小的裂损就不计其数，才得以保证运输安全。2 机务段探伤铸钢轮心方法2.1 微磁检测现在多数机务段在中修是采用微磁检测对轮心辐板两侧进行检测，然后进行脱漆对辐板外侧进行磁粉探伤。机车小修时对轮心进行微磁检测，个别机务段采用黑白渗透法；微磁检测的优点是：不需要专门的磁化设备就能对轮心进行检测，不需要对轮心的表面进行清理和其他预处理，降低工作者的劳动强度，是检测者不易疲劳，保持了金属原貌进行检测，传感器提离轮心表面距离对检测效2应影响很小，不需要和部件严格的耦合，检测成本小，设备轻便、操作简单、快速便捷。但在实际运用中，暴露出微磁
3、检测的弱点，主要是影响检测结果因素多，检测的可靠性有待进一步研究，同时探伤人员对微磁检测原理有误解，铸钢轮心表面应力集中严重，报警频繁，轮心真正产生疲劳裂纹后反而由于应力释放不报警，且波形快速下降，同时探伤人员对微磁检测轮心疲劳裂纹认识不足，操作时传感器不能保证和轮心表面垂直，也不能保证传感器走向横跨疲劳裂纹，以及机车直流电机的剩磁污染了轮心的天然剩磁。所以现在微磁检测轮心的效果并不理想，但微磁检查仍然是机车修程中执行的工艺，机车轮心裂损仍是不安全的隐患。2.2 磁粉探伤磁粉探伤是无损检测领域最简单、最直观、最可靠的探伤方法；多年来是我们机务系统使用最多的探伤方法，磁粉探伤实在无法解决工件，才
4、能选用其他物理方法；中修煮洗脱漆后的轮心磁粉探伤是最好的办法；但是齿端内侧空间太窄，磁粉探把伸不进去，只能用脉冲涡流探伤方法实现；小辅修有齿轮箱占去位置，探伤可见的缝隙更小，磁粉探伤就无法实现；内燃机车铸钢轮心齿端内侧，实践验证是最危险疲劳裂纹的起始点。再就是一少部分机务段采用固定式磁粉探伤机，在中修落下轮对煮洗除油漆后，用磁粉或荧光磁粉进行探伤，由于探伤方法决定了缺陷显示，加上铸钢轮心缺陷较多，有一点毛细裂纹就聚粉，探伤工根据 128 号文件规定轮心辐板不允许有裂纹，在机务段也没有焊修能力，这就造成轮心供应不足的问题出现；由于我国工业3水平的限制，制造出来的铸钢轮心就有大量缺陷存在，换一个轮
5、心费用高达要万元以上，是一笔惊人的费用，到了认真研究解决的时候了。图 1: DF4C 型 5315 号机车左 1 车轮轮辐裂损2 现有的轮心探伤方法体会随着科学技术的进步，不断推出新技术和新方法，下面根据沈阳铁路局采取的办法，提出了轮心探伤的研究课题。表一：2005 年2006 年2007 年2008 年2009 年目测发现数量微磁发现数量磁粉发现数量涡流发现数量总计（件）2.1 轮心裂损的趋势：从五年来轮4心裂损状况看（表一），裂损轮心呈逐年上升趋势，是实现跨越式发展前进中必须解决的问题；2.2 裂损区段的差别：正线少于支线；整体轮少于铸钢轮；客运机车车少于货运机车；中修段发现的多，小辅修段
6、发现的少；小辅修中发现危险性大，中修发现的危险性小；箱式轮心裂纹的危险性小，内燃铸钢轮心的裂纹危险性大。2.3 几年来轮心探伤方法的探索：轮心是走行部的主要部件，各级领导和专业人员都很重视；多年来想出很多办法，做了各种方法的探索试验，都有效的保证轮心质量和运输安全；A、试验过超声波对轮心探伤；由于铸钢轮心表面粗糙很难耦合；表面油漆和打腻子，使用超声波的频率就要低，内部铸造缺陷又多，很难分辨连续的裂纹缺陷；小辅修更无法实现铸钢轮心超声波探伤。B、黑白渗透在中修使用的方法；就是将轮心油漆和腻子处理干净，喷洒柴油后撒上化石粉，待柴油渗出显现裂纹；该方法比较原始只能对大裂损有效，在小辅修探伤就很难实现
7、，特别齿端内侧探伤，可靠性较差。C、多年来全路采用微磁探伤方法检测轮心，中修和小辅修都要用微磁检测；从几年用下来结果看：微磁检查本身是金属磁记忆方法来检测部件应力集中的，检测结果影响因素多，加上铸件应力集中全部集中在外表面，所以报警频繁，待用磁粉探伤核查时发现没有裂纹，真正裂开的轮心应力释放微磁就不报警，所以大家认为微磁检测效果不良，几年来探伤过程中眼睛也看出过多个大裂纹。5D、中修用磁粉轮心探伤是最直观的方法，就是将轮对煮洗干净，再作化学除油漆处理，用磁粉人工或用磁粉机床检测轮心；齿端内侧就无法实现探伤，因为空间太窄探伤器插不进去；该方法除腻子比较困难，小辅修实现就更加困难；中修因磁粉探伤灵
8、敏度较高，很小的毛细裂纹都能显现出来，新制铸钢轮心也有毛细裂纹，都作判废处理就造成极大的浪费；不能判废只能在小辅修跟踪处理，但是微磁对已经开口裂纹是无法跟踪是，所以这项工作开展意义不大。E、有些段采用普通涡流探测铸钢轮心，普通涡流是非接触探伤，不用耦合剂的方法；普通涡流使用单一较高的频率作激励，由于集肤效应只能限于表面探伤；铸钢轮心的凸凹不平带来很大干扰，经过我们实际验证，如果油漆腻子超过 2mm 厚，普通涡流检测铸钢轮心就有困难。3 轮心探伤方法研究：3.1 新方法脉冲涡流轮心探伤。脉冲涡流是近几年兴起的新型探伤方法，基本原理就是法拉第电磁感应定律；脉冲涡流的激励电流为一个重复的宽带脉冲，通
9、常为具有一定占空比的方波，激励线圈中的脉冲电流感生出一个快速衰减的脉冲磁场，变化的磁场在导体试件中感应出瞬时涡流（脉冲涡流），此脉冲涡流向导体试件内部传播，又会感应出一个快速衰减的涡流磁场，随着涡流磁场的衰减，检测线圈上就会感应出随时间变化的电压。脉冲涡流能检测表面下有一定深度的缺陷；排除铸钢轮心表面凸凹不平的干扰，直接读取代6表裂纹深度的电压峰值、峰值时间和过零时间，来确定轮心裂纹的位置、长度和深度。3.2 我们沈阳铁路局研发的轮心专用探伤仪，在中小修使用中轮心不用去掉油漆和腻子，除去较厚的油泥就可以检测轮心；经过半年的现场试用，铸钢轮心探伤收到较好的效果，有效地保证运输安全。3.3 使用脉
10、冲涡流探伤仪发现的轮心大裂纹示例一： 锦州机务段在认真汲取了 2008 年 9 月份 DF45315 机车轮心险性事故以后，分析了事故产生的原因和今后的防止措施，特别加强了对中修机车齿端轮心内侧的探伤，多手段探伤和多人次监控，对承修的内燃机车铸钢轮心重点防范，2009 年 1 月 9 日、1 月 13日采用 3000 型磁粉探伤机分别发现通辽机务段的 DF44024 机车、DF44368 机车轮心内侧辐板裂损。特别值得一提的是 3 月 10 日，DF4C 4011 机车中修时，采用数字式脉冲涡流探伤仪检查编号为 DL86-4-439 的轮心，突然发现涡流探伤仪报警，屏幕波形显示异常，细心再检查
11、一看，一条长度400mm 大裂纹沿周向显示出来，如图 2 所示，和 DF45315 机车裂损的轮心裂纹一样，如果不及时检查出来，后果不堪设想，防止了一起由于轮心裂损可能造成的行车事故。7图 2 DF4C4011（DL86-4-439）齿端内侧注：根据注：根据现场现场工人反映，如果油泥工人反映，如果油泥处处理不干理不干净净， ，荧荧光探光探伤伤机也不好机也不好发现发现此位置缺陷，体此位置缺陷，体现现出脉冲出脉冲涡涡流流探探伤伤方法的方法的优优点。点。示例二：2009 年 3 月 6 日通辽机务段赤峰检修车间对 DF4C 4360 机车小修 4 次，探伤工按春鉴项目用脉冲涡流探伤设备对该机车进行轮
12、心探伤，在探伤过程中，探伤工发现该机车第 5 轮轮心报警，(轮心号：DL9310072)，目测报警处所没有明显裂纹，经过现场确定修程决定，落下该轮对，进一步进行磁粉探伤确认，发现轮辋圆弧过渡 R 角处裂纹，裂纹长度大于 100mm，深度大于 4mm。发现轮心的涡流曲线和轮心裂纹如图 3，图 4，防止了一起因轮心裂损造成的行车事故。图 3、是脉冲涡流探伤典型的裂纹 图 4、 东风 4C 型 4360 轮心裂纹8示例三：2009 年 3 月 16 日，通辽机务段探伤人员在探伤备品轮心时，发现编号为 DJ920308 齿端内侧脉冲涡流仪报警，经擦拭、脱漆处理后，发现轮毂与辐板过渡圆处有明显裂纹，长达
13、半周之多，如图 5，该轮心是 2 月 27 日从 DF4B7173 机车因轮缘超限落下，准备换轮箍前进行的探伤检查。图 5、轮心特大裂纹的的照片4 内燃机车铸钢轮心探伤方法确认4.1 方法铸钢轮心探伤是必须要解决好的课题，是当前重载提速运输的最大安全隐患；经过在沈阳局机务段 12 个检修车间反复试验、研究和持续改进，确认了脉冲涡流探伤方法与磁粉探伤方法配合，在中修和小辅修过程中实现对铸钢轮心探伤，收到了比较可靠轮心探伤效果；在整体轮心探伤试验就更加可靠，提出如下的铸钢轮心探伤过程和方法。9为了统一探伤过程中缺陷位置的术语，下面轮心示意图分别表示：轮辋下 R 角处；轮心辐板；轮心工艺孔；轮心 R
14、 角处；并指出轮心 R 角处的缺陷是危险性最大部位，是危险性缺陷的起源，是铸钢轮心的应力集中区域。4.2 中修煮洗除漆后用磁粉探伤方法：先用脉冲涡流探伤仪对轮心辐板进行探伤，特别是重点检查齿端轮心内侧面，2mm 标准试块的当量，点状报警可以忽略不计，连续报警用其他方法做进一步确认；如果磁粉探伤发现有毛细裂纹，可以用脉冲涡流探伤仪定量，能够连续报警的就有深度，不连续报警的就可以画标识跟踪处理；打印出轮心探伤裂损跟踪记录卡，或输入计算机做到可追溯。4.3 小辅修铸钢轮心探伤：用脉冲涡流探伤方法，用标准试块 4mm10当量，作为探伤灵敏度，因为机车齿轮箱不漏油的机车很少，造成轮心油泥较厚，不除掉油泥
15、无法对轮心探伤，小辅修除掉轮心油泥大大增加了作业时间和作业量，同时动车探伤轮心不安全，由于遮挡的部位太多，漏在明面的轮心部位太少，尤其是齿端内侧缝隙太小，探头伸进去都较难，所以采用加长杆涡流传感器对轮心内测和外侧进行检测，以确保大裂纹不漏检。4.4 齿端内侧的油泥很厚，小辅修不除油泥无法对齿端内侧轮心探伤；这个部位是危险缺陷的起源，是重点探伤的部位；我们跟厂家提出要求，制作有指示灯拉杆铲刀；在轮心的 R 角部位和工艺孔周围，用铲刀清理干净油泥，不能让油泥影响涡流探头，重点看住危险最大的部位；如果仪器连续报警超过 50mm，就要查看是否有确认波形存在；如果确认波形明显，就要动车再用其他方法（渗透、磁粉）确认或者落轮细致检查。4.5 对于中修带出来的毛细裂纹，小辅修时要作探伤的重点部位；根据记录和标识，清除缺陷周围的油泥等杂物，用脉冲涡流探头，最少要在两个方向探伤确认，并做好标识记录波形；如果没有连续报警的部位，画清楚标识继续跟踪监视；如果轮心的 R 角部位，有大于 50mm 的连续报警区域，要认真对待重复叙述过的操作，确认明白才能放行；该部位是铸钢轮心的应力集中区域，是探伤扫查的关键工序。沈阳铁路局机务处： 张国华 沈阳铁路局机务处无损检测器材鉴定中心： 张宝林2009 年 3 月 17 日
