内燃机车铸钢轮心探伤方法研究.doc

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，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。
D、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。
图2 DF4C—4011（DL86-4-439）齿端内侧
注：根据现场工人反映，如果油泥处理不干净，荧光探伤机也不好发现此位置缺陷，体现出脉冲涡流探伤方法的优点。
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：DL93—1—0072)，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
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DJ92—0308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。
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4mm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
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