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      解決方案

      /THE SOLUTION

      無損檢測技術在高鐵車輛缺陷檢測

      所屬分類:無損探傷 發布時間:1970-01-01

      高速鐵路列車,是指能以高速度持續運行的鐵路列車,最高行駛速度一般要達到200km/h及以上。其具有快捷舒適、平穩安全、節能環保等優點,可滿足日益增長的出行需求,深受當代人們的歡迎。

      我國所產的高鐵類型可分為和諧號CRH系列和復興號CR400AF等,這類車輛大體可以認為由車輛車體和車輛轉向架兩部分組成。其中車體包括車頂、側墻、邊梁、橫梁和骨架等均采用大面積鋁合金擠壓型材經加工后制成,起著保護車身強度,防腐蝕和防火的作用。轉向架分為動車轉向架和拖車轉向架,它們的主要結構基本一致,均采用H型構架、無搖枕、空心軸輪對、鑄鋼軸箱體、鋁合金前蓋和鑄鋁整體齒輪箱結構。轉向架一方面支撐著車體的重量,另一方面也連接著車輪和電機,負責整個車輛的牽引和制動,且在運行過程中承載著巨大的震動和應力。同時,轉向架由輪對和轉向架骨架構成,一旦這些關鍵部位的零件在運行中出現破損,會立刻引起較大的交通事故,造成巨大的人身和財產損失。因此,為了保障高鐵車輛能夠安全運行,需要定期開展高鐵車輛缺陷的檢測和預警。這也是高鐵車輛隱患整治的基礎和必需的工作,并且對于軌道車輛安全隱患整治以及防止車輛運行事故等都具有重要的指導意義。

      在我國高鐵制造檢修過程中,無損檢測技術為產品質量和使用安全做出了重要貢獻。隨著中國鐵路事業的發展,列車速度和載重量的不斷提高,相應地對貨車質量和可靠性要求也越來越高,各種車型關鍵零部件的無損檢測范圍也逐步擴大。但是目前現行的無損檢測方法眾多,當前對于車體、轉向架、輪對等高鐵車輛關鍵部位對應的無損檢測方法也缺少具體的分析和綜述,因此本文全面對比和分析了不同無損檢測方法在高鐵車輛缺陷檢測領域的應用,對車輛關鍵部位缺陷的無損檢測方法給出了具體建議。

      一、常用無損檢測方法的原理介紹

      無損檢測方法是缺陷檢測技術的一個重要組成部分,是在不破壞受檢對象的前提下,測定和評價物體內部或表層物理和機械性能及各類缺陷的綜合性應用檢測科學。無損檢測技術是在不損傷被測物體的結構性能和使用性能的基礎上,利用聲、光、電、熱、磁和射線等物理現象與檢測物質相互作用的特點,對重要的機器零部件進行檢測。檢測內容包括對零件等進行的表面缺陷檢測和內部缺陷檢測, 并以此判斷缺陷的位置、大小、形狀和種類,對材料性能進行評價,從而保證零件的質量, 提高產品的使用性能。無損檢測的應用范圍隨科學和生產的發展日趨廣泛, 幾乎涉及到國民經濟各部門。

      無損檢測主要分為六大類: 超聲波檢測、射線檢測、電磁渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測和無損檢測新技術。除此之外,還包括最簡單的目視檢測。下面具體介紹一下各無損檢測方法的原理及優缺點。

      1、目視檢測

      目視檢測就是通過肉眼直接觀察零件的表面,判斷零件是否存在缺陷。這種檢測方法雖然簡單,快速,經濟,但是存在明顯的缺點,即需要檢測人員視力好且只能檢測零件表面。目視檢測常常用于目視檢查大型零件的焊縫,在民航快速評估中應用較多。

      2、超聲波檢測

      超聲波檢測利用超聲波遇到缺陷形成反射或者衍射的原理來判斷是否存在缺陷。它的優點就是方向性好,穿透力強,對操作人員無害,缺點是不適用于面積大,形狀復雜和表面粗糙的零部件。超聲波檢測適合于應用在鋁合金表面的缺陷探傷檢測。

      3、射線檢測

      射線檢測是利用各種射線對材料的滲透性能及不同材料對射線的吸收、衰減程度的不同,是底片感光成黑度不同的圖像來進行檢測的。它作為一種行之有效的材料內部缺陷檢測手段在工業中有廣泛的應用。它的優點包括適用性廣,對零件的形狀及其表面的粗糙程度無嚴格要求,且能直觀地顯示缺陷的影像,便于對缺陷進行定位。其缺點是具有放射性,危害大,成本高,對平面缺陷的檢測靈敏度較低,因此射線檢測更適用于對零件氣孔、夾渣等體積型缺陷進行檢測,目前其主要應用于對鑄件和焊件的檢測。

      4、電磁渦流檢測

      電磁渦流檢測是利用電磁感應原理,通過測定被檢工件內感生渦流的變化來無損地判斷導電材料及其零件的性能,或發現材料缺陷的無損檢測方法,其優點包括靈敏度高,應用范圍廣,更容易實現自動化,特別是對管、棒等型材有著較好的檢測效率,缺點就是在檢測形狀較復雜的零件時,渦流檢測的效率相對較低。因此,電磁渦流檢測在導電的管、棒型材及非磁性導電材的缺陷檢測領域有較好的應用。

      5、磁粉檢測

      磁粉檢測是利用磁粉的聚集顯示鐵磁性材料及其工件表面與近表面缺陷的無損檢測方法,其優點是可以直觀地顯示出缺陷的形狀、位置與大小,靈敏度高,應用范圍廣,檢測速度快且工藝簡單,缺點是該方法即適合于板材、型材、管材等原材料及半成品表面及近表面缺陷的檢測,也可用于機械設備及壓力容器的定期缺陷檢查。

      6、滲透檢測

      滲透檢測是一種利用毛細作用將帶有顏色的滲透液噴涂在材料焊縫表面,讓滲透液滲入材料內,清洗后施加顯像劑顯示缺陷顏色的無損檢測方法。它具有操作簡單,缺陷顯示直觀,靈敏度高,檢測費用低等優點,但它也具有不適合多孔材料缺陷檢測的缺點。因此該方法適合于表面細膩,加工精巧的零部件。

      7、無損檢測新技術

      無損檢測新技術包括磁記憶檢測技術,激光全息技術,微波檢測技術和紅外檢測技術等。這些新技術在高鐵車輛的缺陷檢測領域的應用效果有待進一步分析和研究。

       二、常用無損檢測方法在高鐵車輛缺陷檢測領域的應用與比較

      1、車體缺陷檢測

      對于高鐵車輛的車體,以鋁合金鋼板的應用最為廣泛。車體采用薄壁筒形的整體承載式輕量化結構,主要構成部分如車頂、側墻、邊梁、橫梁和骨架等均采用大面積鋁合金擠壓型材經加工后制成,型材與型材間通過縱向焊縫形成相應的機械結構。由此可見,鋁合金鋼板車體在制造過程中存在大量焊縫,且在車輛運行過程中受自身張力和如雨水、冰雹、沙塵等外界環境的影響,極易對車身結構產生損傷。

      對于車體缺陷的檢測,常使用的無損檢測方法為目視檢測法和超聲波檢測法。目視檢測法即通過目視或者借助強光手電筒進行整個車體目視檢查,觀察焊縫氣孔等缺陷。目視檢測操作簡便,無需借助復雜的輔助器具,適用于較明顯、可用肉眼直接觀察到的車體焊接缺陷。但是車體鋁合金焊縫連接處缺陷經過底漆、中涂、膩子、面漆等工序后容易被掩蓋,大部分內部分層缺陷極難通過目視檢測直接發現,這時需要使用超聲波檢測法對內部分層缺陷進行檢測。超聲波檢測法需要使用超聲波探傷儀,選擇合適的探頭,并將車體表面進行清潔,同時還需要注意的是,車體鋁合金材質的晶粒較大,儀器不宜選擇過高的發射頻率。超聲波檢測法非常適合鋁合金板材內部一出現的分層缺陷的檢測和診斷,具有效率高,速度快,檢測準確的特點。

      2、轉向架缺陷檢測

      車輛轉向架一方面支撐著車體的重量,另一方面也連接著車輪和電機,負責整個車輛的牽引和制動,且在運行過程中承載著巨大的震動和應力,一旦這些關鍵部位的鐵磁性構件在運行中出現破損,會立刻引起較大的交通事故,造成巨大的人身和財產損失。以中車青島四方股份有限公司生產的時速250公里速度級動車組和諧號高速列車CRH2A車型CRH2A車型為例,車輛轉向架包括動車轉向架和拖車轉向架,其主要結構基本一致,主要由H型構架、無搖枕、空心軸輪對、鑄鋼軸箱體、鋁合金前蓋和鑄鋁整體齒輪箱結構構成,其中構架作為轉向架的主體組成部分,其主要構成為鋼板、鑄鋼和無縫鋼管等材料的焊接結構,因此在轉向架構架中存在鐵磁性構件,如鋼板,鑄鋼等。

      對于車輛轉向架構架的缺陷檢測,可以采用超聲波檢測方法和磁粉檢測方法,其中超聲波檢測方法與車體檢測相似,而磁粉檢測方法是使用便攜式磁粉探傷儀對轉向架剛性結構的表面缺陷進行有效定位和檢測。值得注意的是,若轉向架構架表面存在油漆層,需將油漆層剝離以避免干擾。同時新興的磁記憶檢測技術可以在不損害構件的前提下檢測轉向架構架的早期應力集中,從而起到缺陷定位和預警的效果,也不失為一種好的方法。

      3、輪軸缺陷檢測

      高鐵車輛的輪軸由車輪和車軸兩部分組成,其中車輪作為車輛走行部的重要部件,極易產生各種類型的缺陷,包括車輪斷裂、踏面擦傷、硌傷、滾動解除疲勞和剝離等。對于相對明顯的車輪斷裂等缺陷,直接進行目視檢測。而對于其他類型的車輪缺陷,主要采用磁粉檢測和超聲波檢測,其中磁粉檢測可以有效檢測車輪表面細小的缺陷,而超聲波檢測可以對車輪和制動盤等壓裝部位的內部進行缺陷檢測。高鐵車輛的車軸一般會噴涂防銹劑,雖然仍然可以使用磁粉檢測但并不方便,因此車軸的無損檢測方法通常是目視檢測和超聲波檢測。車軸目視檢測需要先觀察車軸外表面涂裝沒有破損(斑點,切口)。若為小的破損,沒有外露金屬,則可以利用超聲波檢測對內部進行缺陷檢測。若車軸表面出現較寬范圍的涂裝破損或明顯的腐蝕,必須馬上更換輪對,且須進行必要的維修措施。

      4、車鉤缺陷檢測

      車鉤是連掛機車和車輛或車輛和車輛之間的關鍵零部件,其主要作用是傳遞牽引力及沖擊力,并使車輛之間保持一定距離。磁粉檢測、超聲波檢測和射線檢測是車鉤檢修中常用的無損檢測方法。其中磁粉檢測可以對車鉤緩沖器各零部件的表面及近表面缺陷進行診斷,無法對內部缺陷進行檢測,有一定的局限性;采用射線檢測可以直觀顯示車鉤內部缺陷形貌,且靈敏度較高,且研究表明射線檢測能檢測出的最小缺陷尺寸要小于超聲波檢測,因此射線檢測適合較小尺寸缺陷的檢測;采用超聲波檢測則可以得到缺陷的深度信息,它適合于車鉤材質較厚位置的檢測。


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