浅析动车组车轮探伤

韩健

摘 要：本文旨在介绍动车组探伤技术的发展，动车组车轮损伤的形式与分类，以及超声波技术在动车组运用修中的应用。通过介绍动车组超声波车轮探伤机，分析动车组车轮探伤技术的特点。

关键词：动车组；车轮；探伤；超声波探伤

随着高速铁路的飞速发展，动车组的配属数量不断增加，对于动车组的检修工作变得尤为重要。动车组的日常检修称为运用修，包含一级检修与二级检修。其中二级修的关键项目是对车轮、车轴的检查，同时也是技术要求相对较高的检修项目。为了确保动车组安全有效的担任客运任务，动车运用部门必须要对车轮和车轴等关键走行部件进行周期性检测。车轴是走行部的关键部件，是列车安全运行的基石，对行车安全有着直接影响。

我国研发的适用于时速350Km的自主化轮轴搭载在先期考核的前两列“复兴号”中国标准动车组上，四方股份和长客股份各一列，每列车一半装用自主化轮轴，一半装用进口轮轴。先后在大西、郑徐、哈大客专进行了总里程约60万公里的运用考核，考核后自主化轮轴正式投入运营，最长服役里程已达到120万公里。对于高速度级车轮的探伤技术和设备要求更高，处置流程也更加复杂。

1 车轮伤损

车轮损伤的原因主要有以下几种：由于制造缺陷造成的伤损；由于轮轨接触疲劳或轮轨接触应力过大造成的伤损；由于外界异物压入或其它机械作用造成的车轮伤损。车轮损伤失效的形式主要表现为：裂纹、剥离、擦伤、碾边、异常磨耗、掉块、划伤等等。其中尤以裂纹、剥离、擦伤等较为常见。探伤的主要目的是为了找到探测对象的故障类型与故障位置。

辋列是车轮故障中较为典型的损伤，是指车轮内部疲劳裂纹，裂纹起源于轮辋内部，当裂纹拓展到轮辋外侧时可在车轮表面上观察到，若发现不及时，当裂纹拓展出来发展成局部大块脱落，很可能引起列车切轴、脱轨等恶性行车事故，危机列车安全。车轮疲劳裂纹的三种趋向：

1）周向裂纹：有时也称为水平裂纹，基本上沿着圆周或水平方向发展，到一定程度会拐向踏面。

2）径向裂纹：沿车轮半径方向发展，可直接导致车轮崩裂。

3）斜裂纹：与车轮半径方向呈一定角度的疲劳缺陷。

2 轮对超声波探伤

根据中国铁路总公司对高速铁路动车组轮辋轮辐探伤的要求，CRH动车组超声波探伤分为定期在线探伤和定期落轮探伤，主要探测轮对在运用过程中轮辋和轮辐部位产生的各类疲劳缺陷。

2.1 探伤检测原理

组合利用相控阵探伤（PA）技术和常规超声探伤（UT）技术，其超声波载体单元部分由相控阵探头、大角度探头、TR直探头按照一定的布局组合，实现轮辋、轮辐部位周向、径向、斜向缺陷的全覆盖。

2.2 探伤检测工艺

对照中国高铁和德国的车轮检测标准，充分考虑了缺陷的类型、位置及形状对检出精度的影响，可以检测出轮缘区、轮辋区、轮辐区和过渡区域的缺陷。

1）探伤当量技术指标。轮辋外侧上方倒角裂纹：10mm×5mm（倒角处梯形上下边长）； 轮辋外侧下方倒角裂纹：12mm×4mm；轮缘内侧：10mm长×2mm深；轮缘根部：10mm长×2mm深；内部缺陷：≥Φ2mm。

2）轮辐各部位缺陷标准。轮辐周向缺陷：15mm长×3mm深；轮辐径向缺陷：15mm长×3mm深；内部缺陷：≥Φ3mm。

3 动车组车轮探伤技术

动车组车轮探伤作业主要靠探傷机完成，探伤机由检测车、顶转轮机构、系统检测单元、系统控制及处理单元、对比试样轮、便携式相控阵探伤仪器等6个模块组成。6大模块的具体功能如下：

1）检测小车负责将检测系统运送到被检车轮位置，包括沿地沟运行的承重小车，小车驱动单元，检测设备升降和旋转单元。

2）顶转轮机构包括轮对顶升单元，轮对转动单元；轮对探伤前需要将轮对顶起，轮对底部踏面需离开轨面10mm左右，探伤时四个探头架将探头贴合于左右两个车轮的踏面和轮辋内侧面上。

3）系统检测单元负责超声波信号的发射与接收。

4）系统控制及处理单元主要功能是将超声波子系统传来对数字信号进行融合，生成可供探伤人员识别的图像，并进行检测记录的存储、查询、输出等操作。

5）对比式样轮作为实物对比试块，对系统性能测试、技术验收和状态标定以及实车轮缺陷当量大小的对比参考。

6）便携式相控阵探伤仪器在自动设备发现缺陷之后，进行复探，以确定缺陷的具体情况，包括当量大小，埋深等信息。

动车组探伤机技术特点：1）不拆卸撒砂管和排障器等任何车辆配件即可完成探伤，有效避免频繁拆卸导致的部件脱落，探头组件可根据转向架底部的轮对空间情况，智能选择进入探测区的方向；2）探伤小车一次顺向通过即可完成所有车轮探伤，作业时不必间隔车轮探伤和反向掉头，极大简化了探伤流程，减少了探伤辅助人员工作量；3）采用双向双头机械和探头组件装置，实现同一轮对双侧车轮同时检测，提高探伤效率；4）自主研发的操作软件，订制化和自动化水平更高，拥有完善的动车组数据采集、分析、报告、记录等管理功能。

4 小结

动车组的探伤作业是动车组二级检修的重点项目之一，也是保证动车组安全担任客运任务的前提。超声波探伤技术的推广和发展已趋于成熟，但对于探伤数据的分析和管理工作目前还不够完善，未来的研究方向应落在此处，通过与动车组数据管理系统对接，储存足够的数据基础，从而实现探伤作业的大数据管理。