无损检测技术在地铁检修中的应用

唐鲁楠,冯文慧

(南京地铁运营有限责任公司, 南京 210012)



无损检测技术在地铁检修中的应用

唐鲁楠,冯文慧

(南京地铁运营有限责任公司, 南京 210012)

介绍了各类无损检测技术在铁路及地铁行业的应用情况，分析了在各应用领域的特点和适用范围，重点分析了地铁车辆轮轴、转向架、车钩等关键部件无损检测的方法和要求。

无损检测;地铁车辆;应用

无损检测技术被广泛应用于铁路车辆的各个生产和应用环节，已成为铁路车辆检修的重要检测手段之一。随着无损检测技术的进步以及城市轨道行业的不断发展，无损检测技术已经应用于城市轨道车辆的高级别检修中，对于轨道车辆走形部件、车钩、悬挂件等重要系统部件内部缺陷的检测以及提高列车运行安全发挥着重要作用。 笔者重点分析了地铁车辆轮轴、转向架、车钩等关键部件无损检测的方法和要求。

1　无损检测技术在铁路上的应用

目前，铁路系统常用的无损检测技术有磁粉检测(MT)、超声检测(UT)、渗透检测(PT)、射线检测(RT)、涡流检测(ET)5大类。各类无损检测技术在城市轨道车辆的检修中均有应用，但以磁粉检测及超声波检测手段为主。

1.1磁粉检测技术的应用

磁粉检测技术具有操作简单、灵敏度高、成本低的优点，因此是地铁车辆检修中应用最广泛的一种无损检测技术，所使用的设备有固定式、在线通过式、移动式、便携式等多种。但由于磁粉检测是利用铁磁性材料在工件表面及近表面缺陷处产生漏磁的原理，所以又具有一定的局限性，如只适用于铁磁性材料，需要去除表面油漆，对缺陷方向性有要求等。

1.2超声波检测技术的应用

超声波检测技术是铁路轮轴、焊接件等关键零部件的重要检测手段之一，而目前地铁车辆检修中主要将超声波检测应用于轮轴镶入部位的检测。由于技术条件制约，目前地铁的超声波检测技术多为A型脉冲反射法手动扫查，所使用的设备也以便携式为主，相控阵和TOFD(超声波衍射技术)等新技术在地铁车辆检修领域并未得到推广。

1.3渗透检测技术的应用

渗透检测技术不受工件几何形状影响，对缺陷方向和操作者要求也不高，但只局限于表面开放性缺陷的检测，而且操作过程较为繁琐，目前在地铁车辆检修中，主要应用于中小型零部件的表面缺陷检测。

1.4射线检测技术的应用

射线检测技术在铁路系统应用较多，如摇枕、侧架射线检测，焊缝检测，压力容器检测等，但由于存在放射性污染，在地铁车辆检修中应用较少，可以使用射线检测技术对风缸焊缝进行检测。

1.5涡流检测技术的应用

法国国营铁路曾将涡流检测技术用于导管和滚动轴承部件的检测[1]，国内也仅局限于轴承滚珠、整体轮辐板检测等[2]，同样在地铁车辆检修中也少有应用。

1.6交变磁场测量(ACFM)技术的应用

交变磁场测量(ACFM)技术是一种新型的涡流检测技术，最早被应用于近海石油装备无损检测中[3]，ACFM技术由交变电压降(ACPD)法发展而来，结合了ACPD法能测量裂纹尺寸和无需接触工件的优点[4]。在国内,上海地铁率先将ACFM技术应用于构架焊缝检测中[5]。

2　地铁车辆无损检测标准

与铁道车辆相比，地铁车辆有其鲜明的特点，由于地铁车辆关键零部件的制造工艺多由国外引入，因此在进行无损检测时多采用ISO、EN、NF等相关国际标准，同时结合相关铁路TB标准，如EN1291：2002 《焊缝磁粉探伤验收等级》、NF F00-090 《铁路制件磁粉探伤》、《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》等标准进行。

3　地铁车辆关键部件无损检测

3.1轮轴无损检测

目前，国内地铁行业所使用的车辆一般为A型和B型两种，最高运行速度不超过100 km·h-1，作为车辆走行部的重要部件，轮轴的无损检测方式主要是磁粉检测及超声波检测。

图1　轮对荧光磁粉探伤机外观

磁粉检测主要用于检测车轴轴身表面及浅表面缺陷，采用湿法连续法复合磁化工艺，所使用的设备一般为在线通过式的轮对荧光磁粉探伤机(见图1)，如果磁粉检测在车轮与车轴分解之后进行，则需要固定式的车轴磁粉检测专用设备。出于对轴承的保护，轮对磁粉检测后必须进行退磁处理，在距探伤机4 m以外，用磁强计在车轴两端的中心孔附近测量，剩磁应符合要求:车轴部位不大于0.5 mT(5 Gs);轮对部位不大于0.7 mT(7 Gs);轮轴部位不大于1.0 mT(10 Gs)。

超声波检测主要用于车轴全轴穿透检查及车轮、制动盘等压装部位的检查，目前地铁轮对超声波检测一般采用手动扫查，按照《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》要求，穿透检查一般采用2.5P20Z直探头,按照图2所示的方式进行扫查，轮轴压装部位一般采用斜探头按照图3所示方式采用一次波扫查。

图2　车轴穿透部位检查示意

图3　车轴压装部位检查示意

图4　轮轴检测部位示意

由于地铁轮轴不同于铁路轮轴形式，斜探头型号无法按照《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》标准进行选用，而需要按图4所示,根据轮座尺寸结合探头一次波所能覆盖的范围进行选择，但需要注意的是，由于目前地铁动车轮轴齿轮箱压装部位较长，无法通过斜探头进行扫查，只能在拆除齿轮箱后进行，同样对于在齿轮箱一侧的车轮压装部位也只得从车轴外端进行检测。

3.2转向架系统部件无损检测

地铁转向架系统需要在大修中进行无损检测的部件主要有构架、一系钢弹簧、抗侧滚扭杆装置、齿轮箱吊杆等杆件，所采用的无损检测方法以磁粉检测为主，但由于部件形式不统一，采用的检测设备也不同。

3.2.1构架

地铁转向架构架一般为箱型焊接的无摇枕结构，属于较大的异型工件，构架焊缝无损检测一般使用便携式磁粉探伤仪。目前南京地铁已对正在大修的几条线路的构架焊缝进行了磁粉检测，结果显示构架裂纹以线性缺陷或气孔、缩孔缺陷为主。图5所示为构架焊缝端部缺陷，对于这类缺陷处理方法一般为打磨后焊补。

图5　构架焊缝缺陷

3.2.2一系钢弹簧

对于一系螺旋压缩弹簧，其内部缺陷以与棒料轴线平行的纵向缺陷为主，需要对钢簧进行纵向直接通电磁化，对于与棒料轴线垂直的横向缺陷，需要穿棒法磁化，剩磁一般要求不高于0.37 mT。

3.2.3杆件

抗侧滚扭杆、吊杆等均属于杆件，这类部件磁粉检测可采用人工方式，也可采用专用杆件磁粉探伤机，人工方式检测时则应注意必须对杆件进行纵向和周向两个方向的复合磁环检测，避免出现漏检问题。

3.3车钩无损检测

磁粉、超声波和射线是车钩检修中常用的无损检测方法，采用射线检测可以直观显示车钩内部缺陷形貌，且灵敏度较高，而采用超声波检测则可以得到缺陷的深度信息[6]。对于地铁车辆车钩无损检测，一般以磁粉检测为主;对车钩缓冲器各零部件的表面及近表面缺陷进行检测时，为降低漏检率，多采用湿法连续法旋转磁场检测。

3.4风缸无损检测

车下风缸属于压力容器，一般为非铁磁性的铝合金材料，因此对这类容器可使用射线或超声检测其内部缺陷，南京地铁曾在一号线大修时对前两列车风缸进行了验证性的射线检测，执行EN12517-2:2008标准。

4　结语

无损检测技术已在地铁车辆的高级别检修中得到广泛应用，车辆零部件内部缺陷检出对提高车辆维修质量及安全性有着十分重要的意义。虽然目前地铁行业应用的无损检测技术主要为磁粉、超声波等常规的检测方法,但随着无损检测技术的不断进步，将会有更多的新技术在地铁车辆检修中发挥作用。

[1]孙国平.国外机车车辆走行部件无损检测的现状和发展[J].国外机车车辆工艺,1998(6):2-5.

[2]万升云.无损检测在机车车辆工艺上的应用(五)涡流检测[J].铁道机车车辆工人,2007(10):29-31.

[3]亓和平.交流电磁场检测技术装备及应用[J].石油机械,2005,33(6):79-81.

[4]冷建成.ACFM技术及其在钻修机械平台无损检测中的应用[J].无损检测,2013,35(5):48-49.

[5]沈豪.转向架构架探伤的交流电场探测法[J]. 电力机车与城轨车辆,2004,27(1):40-41.

[6]祁三军.车钩两种无损检测方法的对比分析[J].轨道交通装备与技术,2014 (4):51-53.

NDT Technology Application on Metro Train Overhaul

TANG Lu-nan, FENG Wen-hui

(Nanjing Metro Operation Co., LTD., Nanjing 210012, China)

This paper introduces the application of all kinds of NDT technology in railway and subway industries, and analyzes their characteristics and application scope. Focuses are laid on the NDT testing method of metro train axle, bogie, coupler and other key components.

NDT; Metro; Application

2015-07-09

唐鲁楠(1989-),男,本科,主要从事城轨车辆转向架系统高级别维修技术管理工作。

10.11973/wsjc201603020

TG115.28

A

1000-6656(2016)03-0082-03