基于铁路货车轮轴超声波探伤工艺的研究

曹青晨

（神华铁路装备有限责任公司陕西分公司，陕西榆林 719300）

0 引言

在铁路货车运行中注重轮轴质量控制工作，分析轮轴质量影响因素，从轮轴结构设计、材料选择、承受重量、使用环境和使用条件等方面，采取措施提高轮轴质量。其中，超声波探伤工艺属于一种无损检测技术，在轮轴损伤检测中有重要的应用价值，借助计算机技术信息技术完善超声波自动化探伤系统，为铁路货运车辆运行安全性提升奠定良好基础。

1 铁路货车轮轴损伤分析

铁路货车轮轴组成结构主要包括车轴、车轮两部分。车轮与钢轨直接接触，出现的损伤概率要大于车轴损伤概率。铁路货车车轮常见损伤包括车轮磨损与车轮裂纹。

1.1 车轮磨损

货车运行过程中，车轮与钢轨直接接触，在运行过程中产生较强的摩擦力，极易出现车轮磨损情况。车轮磨损类别包括踏面磨损与轮缘磨损。

（1）踏面磨损。货车在运行中的紧急制动，使踏面出现了凹槽，无法确保轮轴四周能正常运行。制造材料质量不佳因素影响，会使货车运行过程中踏面出现“剥离”情况。材料不同所造成的“剥离”裂纹程度也不同，均会加大车轮与钢轨的摩擦力，并有强大的冲击性[1]。

（2）轮缘磨损。因多种力影响，轮缘内侧、外侧均受到不同程度的撞击，使货车在运输中无法直线行驶。再加上车辆运行速度较快、行驶地势与地形较复杂，会使其边缘受到较强烈的冲击，所产生的磨损程度较严重。同时，还增加货车运行过程中的阻力，严重时会使货车失衡而发生脱轨事故。

1.2 轮轴和车轮裂纹

铁路货车轮轴车轮裂纹发生的部位较多，需根据裂纹产生情况详细探究裂纹类别，主要包括车轴裂纹、车轮踏面裂纹、防尘板座裂纹、轮缘根部裂纹等。产生各种车轮裂纹的主要原因包括：车轴与制动拉杆组合不合理、受较强烈性的撞击，在外力影响下对其造成破坏。货车运输承载量也会对车轮造成压迫，使车轮长期疲劳运行，既无法确保车辆运行安全，又降低货车车轮使用寿命。

2 超声波探伤工艺变化

2.1 微控超声波自动探伤工艺

基于新工艺条件，相关部门对轮轴超声波探伤设备进行了创新，与旧工艺设备综合能力相比较，显著提升设备使用性能。以单独、组合等显示方式转换，使其能够快速成像，在应用过程中有较强的可靠性、较高的效率，有效解决人为因素对探伤误差的影响。新工艺、新设备、新技术的应用，提升了整体的敏感性，强化轮轴缺陷检测功能与应用性能，使旧工艺与新工艺整体效果有明显的区别。探头监测应用范围全面覆盖，缺陷检测精度从1.00 mm 提高到0.1 mm，极大提升了轮轴超声波新工艺的应用效果。

2.2 工艺参数规范

应用轮轴超声波新工艺需规范其工艺参数，相关部门制定出台了《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》，其中详细说明了超声波探伤工艺探头的优势，促进超声单探头技术飞速发展，整体效果突出[2]。经大量探伤实验得出结论，新超声波工艺可解决旧探伤工艺存在的技术问题，在实践过程中确定探伤准确值，对其整体检测效果带来积极影响。例如，旧超声波探伤工艺中对轴端面组合RD2、RE2的标准设定是23.3°、27.3°，而在新的《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》中却更改为22.5°、26°，目的是区分不同探头角度，避免在实际应用中出现混乱情况。

3 铁路货车轮轴超声波探伤工艺

3.1 原理

超声波探伤属于无损检测技术，在铁路货车轮轴损伤检测工作中被经常性应用。其应用原理是利用超声波检测工件中传播、折射、反射、波形转换等物理特性，掌握铁路货车轮轴内部结构状态。分析超声波仪器波形大小，依据检测过程中所产生的信息数据全面分析，以波形大小对铁路货车轮轴准确判断。应对材料质量、位置异常等检测对象，均需有相应的检测及检修方案，为铁路货车轮轴检测工作带来积极影响。在超声波探损仪器方面加大开发及研究力度，注重其数字化智能化发展，不断丰富检测材料、产品种类等，深度探究超声波探伤工艺特点，提高采样效率、缺陷定位能力等，突出超声波探伤检测技术在铁路货车轮轴损伤检测方面的应用价值。

3.2 检测

依据超声波探伤工艺原理，在铁路货车轮轴损伤中合理化应用，先把超声波探头直接放入到轮轴中，检测车轮磨损、裂纹等，同时监测材料质量的影响。例如，应用横波探头检测轮轴、轮座镶入部裂纹及缺陷位置，应用小角度纵波探头检测轴颈、卸荷槽部位。所有检测项目，都需依照轮轴探伤相关要求规范操作，才能真正掌握轮轴实际情况，结合具体情况探究与解决问题，确保铁路货车轮轴整体安全性[3]。

3.3 技术

超声波探伤技术正引起铁路检修单位的重视，已应用在铁路货车轮轴损伤检测工作环节中。传统人工手动超声波探伤技术对工作人员的技术水平、工作经验等提出较高要求，往往因为“人为因素”的影响，无法确保检测工作质量。同时，人工操作检测工作难度较大，无法真实、全面地掌握铁路货车轮轴的实际情况，影响铁路货车轮轴无损检测效率的同时，还会增加检测工作成本。微机控制超声波自动探伤技术应用计算机代替人工操作，对超声波探伤机进行全面开发与合理化应用[4]。随着铁路货车轮轴轴型的创新与应用，微机控制超声波自动探伤技术在实际应用过程中出现了不足，如检测结果精准度不够、机械稳定性差、运作误差较大等，需与人工手动超声波探伤技术配合应用，创新出新的超声波自动探伤技术应用形式，满足铁路货车轮轴无损检测工作要求。

4 超声波探伤自动化发展

结合铁路货车轮轴超声波探伤工艺探究，能够了解到此项技术还需进一步地完善与创新。应用新技术、新设备，构建轮轴超声波自动探伤系统，在该系统中开展各项探伤工作，详细记录各项工作环节产生的信息数据，为制定探伤方案提供重要参数，提高货车轮轴检测效率与技术水平。采用稳定的通过门式结构横跨在钢轨上，控制系统控制超声波探头移动执行机构，整个设备的外观比较简洁，内部结构不混乱，依据检测工作要求可对其合理化操作，均可实现预期检测目的。

探伤机内部结构包括探测头、控制卡和由伺服器带动的曲柄连杆机构。借助小角度探头对轮座底部探测，调整适合的运动速度，能对轮轴缺陷从粗查到精细排查。在整个排查过程中产生大量的信息数据，系统会在各项工作开展时，把所产生的信息数据存入数据库，利用超声卡采集到的超声波信息数据，准确掌握轮轴探伤情况与具体位置，明确轮轴缺陷位置，并有报警、打印报表等功能[5]。在铁路货车轮轴超声波探伤自动化发展过程中，要求探伤机具有较强的自检功能，才可确保轮轴超声波探伤效率与质量。

随着我国铁路企业快速发展，对超声波探伤新工艺提出更高要求，使探伤向自动化、系统化、数字化等方向发展：①应用现代化科技手段，解决旧工艺的技术问题，如车轮缺陷大小、形状等，依据检测中所获取的信息数据，利用成像技术突出展示其缺陷，为新工艺创新发展提供有利条件；②对比超声波新工艺与旧工艺，应用自动化技术能解决人力、物力、财力等分配不均问题，注重各项资源的合理应用，使超声波探测仪器向智能化发展；③在超声波旧工艺与新工艺转化过程中，考虑到超声波新工艺质量与效率，能在实际应用过程中借助现代化科学技术，提高整体自动化技术水平，明确超声波新工艺检测内容及标准，以《铁路货车轮轴组装、检修及管理规则》政策内容为主要依据，使铁路货车轮轴损伤检测工作顺利开展，依据检测结果制定相应的解决措施与方案，为铁路企业稳定发展带来积极影响[6]；④注重超声波与断裂力学结合应用，分析铁路货车轮轴部件重要作用，通过开展铁路货车轮轴损伤检测工作，准确掌握铁路货车轮轴使用情况，注重新工艺的质量控制，可对铁路货车轮轴使用寿命延长带来积极影响，为铁路货车轮轴运行安全提供良好的基础保障，提高货车运行安全性，为铁路企业创造良好的经济效益。

5 结语

从铁路企业长久发展角度研究，开展铁路货车轮轴损伤工作极其重要，也是核心工作内容之一。依据分析结果掌握车轮磨损、车轮裂纹等影响因素与危害性，应用旧工艺与新工艺转换，了解到微控超声波自动探伤工艺引进、工艺参数规范等具体内容，为实际应用提供参数依据。掌握铁路货车轮轴超声波探伤工艺原理，在开展检测工作中对无损检测技术应用，引进与应用新技术、新设备，促进铁路货车轮轴超声波探伤自动化、系统化、数字化发展。