现场经验 文章编号：１００７—６０４２（２０１２）０ｌ一００２２—０３ 铁道机车车辆工人 第１期２０１２年１月 新制整体车轮和轮箍的缺陷与探伤分析 周 纲 （南车洛阳机车有限公司襄樊机车分公司质量检查部 湖北襄阳４４１１０５） 摘 要：论述了整体车轮和轮箍的缺陷类型、分布状况，介绍了新制整体车轮和轮箍 的探伤方法，并对漏检问题提出了改进措施和建议。 关键词：整体车轮；轮箍；缺陷；裂损；超声波探伤 中图分类号：ＴＧ１１５．２８ ４ 文献标识码：Ｂ 随着铁路客运列车的全面提速，对机车各部分 性能的要求也相应提高。整体车轮和轮箍是机车走 行部的主要运动部件，由于新品在制造过程中有可 能因冶金缺陷形成先天性裂纹源，并在以后的运用 ２新制整体车轮和轮箍的常见裂损情况和 探伤方法 ２．１ 内部缺陷及探伤方法 过程中直接与钢轨接触，承受着各种交变载荷，会逐 渐萌生和扩展为疲劳缺陷，因此为了保证行车安全， 提高新制整体车轮和轮箍的探伤质量十分重要。 新制整体车轮或轮箍的内部缺陷主要有气孔、 疏松、砂眼、夹杂物、白点、偏析等。超声波径向探测 时常见到距踏面约１５～３５ ｍｍ范围内有点状缺陷 出现，有时是同一个新制整体车轮或轮箍圆周处存 １缺陷类型及分布状况 整体车轮和轮箍中的缺陷有冶金缺陷和疲劳缺 陷两大类。冶金缺陷是指车轮或轮箍在冶金、生产 加工过程中产生的缺陷，主要有气孑Ｌ、疏松、砂眼、夹 在深度相同或相近的缺陷，此部位正是在役车轮或 轮箍的受力最大区域，特别是踏面下３０ ｍｍ存在的 缺陷在运行过程中将会快速扩展，因此应采用超声 波重点检测该区域内的缺陷。 ２．１．１超声波探伤方法的应用 杂物、白点、偏析、裂纹等。在使用过程中出现的疲 劳缺陷主要为车轮辋裂、轮箍崩箍、轮箍标记字头裂 纹、踏面以及轮缘剥离和掉块，基本属于接触疲劳损 整体车轮和轮箍的制造厂家由于是批量生产， 且毛坯件存在着氧化皮层以致表面粗糙，所以一般 采用液浸法检测新品内部是否存在冶金缺陷；而各 机车大修厂家则是将半成品或成品采用直接接触法 伤、踏面制动型和滑动型热损伤。由于冶金缺陷的 存在，车轮和轮箍在运用过程中出现应力集中，在应 力集中区域，金属容易延展出裂纹。在以往的研究 分析中发现，车轮和轮箍疲劳源区中常存在脆性氧 化物夹杂Ａ１ ０ 或６Ａ１：０ ・ＣａＯ，这类夹杂物实际 上近似或等同于微小的裂纹 ，在应力的作用下形 成内部疲劳裂纹，并逐渐向表面扩展。疲劳裂纹是 一进行检澳０，依据运装技验［１９９８］６４号文件“铁道机 车进口轮箍、整体辗钢车轮轮辋超声波探伤技术条 件（试行）”，使用双晶纵波探头垂直入射法和直探 头垂直入射法进行探测。探伤方法是将双晶纵波探 头放置在轮箍内径面或整体车轮的踏面对轮辋径向 进行扫查；将直探头放置在轮箍或整体车轮内侧面 对轮辋进行轴向扫查和透声性能检测。 （１）车轮或轮箍的轴向探伤 将直探头置于ＬＧ一１试块上，调整 ２ ｍｍ平底 种十分危险的缺陷，而冶金缺陷是疲劳缺陷的主 冶金缺陷具有典型的周向方向性，一般沿碾压 要诱因。 方向延伸；而疲劳缺陷多数产生于车轮轮箍踏面下 １０～３０ ｍｍ范围内，裂纹源常位于踏面下１５ ｍｍ左 右，一般先沿圆周方向发展，然后再折向径向（也有 直接沿径向发展的） ，沿与踏面成３０。～４０。的方 向向踏面扩展。 孔反射波幅为５０％后再补偿４～８ ｄＢ作为探伤灵敏 度，在此基础上再增益４～８ ｄＢ作为探伤扫查灵敏 度。在车轮或轮箍内侧面上探伤时按照调校灵敏度 时的压力匀速移动探头，移动轨迹为锯齿形，且扫查 间距至少应使晶片有１０％的重叠。 ２２ 周 纲 新制整体车轮和轮箍的缺陷与探伤分析 铁道机车车辆工人 第１期２０１２年１月 （２）车轮或轮箍的轴向透声性能检查 式理论计算出缺陷当量大小，只能依据绘制出的 一般只对新制整体车轮或轮箍进行轴向透声性 ＤＡＣ曲线来判定缺陷大小是否超标。 能检查。将直探头放置于ＬＧ一２试块上，将１２０。锥 ２．２表面缺陷及探伤方法 底孔最佳反射波调整为满刻度的５０％后再增益８ 检出新制整体车轮和轮箍表面缺陷的探伤方法 ｄＢ作为透声性能检查探伤灵敏度，在车轮或轮箍的 主要是磁粉检测，根据南车洛阳机车有限公司襄樊 内侧面上进行轴向透声性能检查。 机车分公司（以下简称襄樊分公司）采用磁粉探伤 （３）车轮或轮箍的径向探伤 发现表面缺陷的探伤实践，新制整体车轮和轮箍的 将双晶纵波探头置于ＬＧ一３试块凸面或ＬＧ一 表面缺陷主要是车轮或轮箍轮辋内外侧面、辐板靠 ４试块凹面上，调整 ２ ｍｍ平底孔最佳反射波幅为 近轮辋的过渡圆弧处以及轮缘下表面圆弧部位容易 ５０％后再补偿６～８ ｄＢ作为探伤灵敏度，在此基础 产生沿圆周方向的表面裂纹。 上再增益６～８ ｄＢ作为探伤扫查灵敏度。在车轮或 （１）实例１ 轮箍内侧面上探伤时按照调校灵敏度时的压力匀速 ２０１０年２月７日，襄樊分公司加工２０件ｓＳ 型 移动探头，移动轨迹为锯齿形，且扫查问距至少应使 机车车轮（整体）半成品时磁粉探伤发现其中有１６ 晶片有１０％的重叠。 件炉号为８４５的车轮轮辋内侧面上存在长度为６００ ２．１．２超声波检测车轮或轮箍时的注意事项 ～１３００ ｍｍ的周向裂纹。选取其中２件车轮并对轮 （１）由于对比试块与车轮或轮箍材质、表面粗 辋内侧面进行机械加工，轮辋宽度加工至１４１ ｍｍ 糙度都存在着一定的差异，因此应以现场实验的方 时裂纹仍未消除。 式测定表面耦合补偿值，一般而言，使用ＬＧ系列试 （２）实例２ 块调节灵敏度时只需再增益３ ｄＢ或４ ｄＢ即可作为 ２０１０年４月１６日，在轮辋内侧面轴向探测编 探伤灵敏度。 号为“０９０４ ＢＶ３ ＤＦ ７２３—１６”的ＤＦ 型整体车轮 （２）当遇有内部缺陷需要定量分析时，由于轴 时，发现轮缘下表面部位出现缺陷反射波，将此车轮 向和径向探测时探伤区域绝大部分都在３Ｎ范围 水平翻转并使用砂轮机打磨去除该圆弧处的氧化皮 内，无法满足Ｘ＞３Ｎ的前提条件，所以不能通过公 后磁粉探伤发现约６０ ｍｍ长的裂纹，如图１所示。 图１ 某车轮轮缘下表面处的裂纹及波形 （３）实例３ ２００９年５月１７日，磁粉检测出２件同一炉号 ３漏检原因分析及改进措施 的ｓｓ 型机车车轮（整体）在辐板与轮辋之间过渡 ３．１ 返厂后探伤复查情况 圆弧处存在沿圆周方向的表面裂纹。 为了查清上述实例４的漏检原因，机务段在该 （４）实例４ 轮箍轮辋外侧面某部位做了红色油漆标记，由于外 某新造ｓｓ 型机车分体轮于２０１０年５月１８日 侧面存在着铁锈和氧化皮层，因此作除锈处理后在 返厂回到襄樊分公司，原因是机务段在此轮对刚送 此区域多次进行了干法磁粉探伤，均未发现裂纹，后 回段后进行复探时认为其中一个编号为０５４３５— 来采用渗透检测法，此时显现出一条长约５０ ｍｍ、距 １４２的新轮箍轮辋外侧面存在周向裂纹，经襄樊分 轮箍内径面边缘２０ ｍｍ的浅红色周向缺陷痕迹，于 公司探伤人员反复检测后也发现确实存在裂纹。 是清洗干净并再次除锈后又对此处进行了磁粉探 伤，磁化时反复多次均匀飘洒黑磁粉，仅有少量磁粉 ２３ 周 纲 新制整体车轮和轮箍的缺陷与探伤分析 铁道机车车辆工人 第１期２０１２年１月 吸附在缺陷表面，磁痕观察并分析后判定外侧面存 在约３３０ ｍｍ长的断续周向裂纹，如图２所示。 Ｉ冬Ｉ ２ 新轮箍轮 外侧向上的裂纹 ３．２漏检原因分析 （１）襄樊分公司是机车大修厂家之一，依据运 装技验［１９９８］６４号文件对新制整体车轮和轮箍进 行超声波探伤，主要是检测新制整体车轮和轮箍的 内部制造缺陷，无法检测出轮辋外侧面上的周向裂 纹。而各铁路局机务段主要是检测运行过程中出现 的疲劳缺陷，并执行运装机检［２０００］３３５号文件，由 此可以认定该机务段并非通过磁粉探伤检测出表面 裂纹，而是在大修轮对回段后采用广角组合探头对 车轮和轮箍进行超声波检测的（大多数机务段同样 采用此法），因此才准确地发现了轮箍外侧面的周 向裂纹。 （２）该轮箍轮辋外侧面存在氧化皮层和铁锈， 套箍前襄樊分公司探伤人员在未清理氧化皮层和铁 锈的情况下进行了磁粉探伤，直接影响了探伤灵敏 度和检测结果。 （３）套箍后轮箍处于直立状态，再次磁粉检测 时在外侧面上几乎无法刷涂上滑石粉，因此无法形 成良好的对比背景反差，且在探测直立工件上的较 浅裂纹时磁粉也难以吸附在探测面上。 （４）根据以往磁粉检测新制车轮和轮箍的实践 经验，磁粉探伤时只针对性地进行了周向探测。便 携式电磁轭的磁间距一般控制在７５～１５０ ｍｍ之 间，最短不得小于７５ ｍｍ。因为磁极附近２５ ｍｍ范 围内，磁通密度过大会产生过度背景，有可能掩盖相 关显示 。采用如图３所示方法进行探测时，由于 该处裂纹距轮箍内径面边缘仅约２０ ｍｍ，正位于磁 极下方，因此裂纹磁痕无法显示，且套箍后周向探测 时也未左右移动磁轭，导致无法正常检测出裂纹。 ３．３改进措施和建议 （１）磁粉探伤前，工件的探伤部位不得有油污、 尘垢、锈蚀、氧化皮、油漆等杂物。 ２４ 图３轮箍轮辋外侧面裂纹探测不恿图 （２）磁粉探伤前如果在工件上无法刷涂上滑石 粉，可采用白色反差增强剂，从而形成较好的对比背 景反差。探测时尽可能地将工件水平放置，这样磁 化时有利于聚集磁粉，力求形成较好的磁痕显示。 （３）为保证轮箍外侧面上轴向和径向缺陷均能 被正常检出，在任意探伤部位应至少进行两个方向 的磁化，相对于上述实例４而言，可采用４５。变化的 磁化方向检测，如图４所示。 陶４轮箍轮辋外侧面的磁化方向不恿 （４）为保证检测结果的准确性，必要时可采用 多种无损探伤方法复查，建议购置少量广角组合探 头和相关试块，以达到对车轮或轮箍进行全面扫查 的目的。 ４ 结束语 探伤人员在工作中需要加强彼此之间的经验交 流和技术探讨，不断积累实践经验，及时分析和总结 失败的原因，不断创新完善探伤方法，力求做到不漏 检、不误判，为运输安全提供保证。 参考文献： ［１］孔晓眉，陈刚．车轮轮箍剥离和掉块原因的初步探讨［Ｊ］．安徽冶 金，２００４（０１）：４５—４７． ［２］黎连修．轮箍超声横波探伤研究［Ｊ］．无损检测，２０００（０４）：１６２ —１６４． ［３］中国机械ｌＴ程学会无损检测分会编．磁粉检测（第２版）［Ｍ］．北 京：机械工业出版社，２００４．口 收稿日期：２０１ ｌ一０８—２５ （编辑：林素珍）
