余小清+王建紅

摘要： 針對(duì)GQ80型鐵路罐車的產(chǎn)品特點(diǎn)和介質(zhì)特性，論述了GQ80罐體對(duì)接接頭無(wú)損檢測(cè)的必要性。闡明選擇射線檢測(cè)方法、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級(jí)、檢測(cè)比例不少于10%的理由，為鐵路罐車制造企業(yè)對(duì)罐體實(shí)施射線檢測(cè)提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 罐體；對(duì)接接頭；無(wú)損檢測(cè)

中圖分類號(hào)： TG422

Abstract： Based on the characteristics and dielectric properties GQ80 type rail tankers， the necessity of GQ80 tank butt joints NDT was discussed. The reasons why the selection ray detection methods， quality standards Ⅲ grade JB / T 4730.2-2005 prescribed on the grounds，the detection rate not less than 10% for railway tank car manufacturers were clarified.

Key words： tanker； butt joint； NDT

0 前言

GQ80為西安軌道交通裝備公司研發(fā)的80噸級(jí)鐵路罐車，罐車為無(wú)底架結(jié)構(gòu)。罐體主要由封頭、圓錐筒體（錐筒）、圓柱筒體（直筒）三部分組成。筒體中部為直筒，兩端為封頭，錐筒連接直筒和封頭。直筒壁厚上部8 mm下部10 mm，材質(zhì)為Q450NQR1。圓錐筒體壁厚10 mm，材質(zhì)為Q450NQR1。封頭壁厚10 mm，材質(zhì)為Q345R。罐車裝載的輕油介質(zhì)易燃，屬于鐵路危險(xiǎn)貨物。為了保證GQ80罐車質(zhì)量，筆者建議對(duì)罐體對(duì)接接頭進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

1 GQ80罐體對(duì)接接頭無(wú)損檢測(cè)的必要性

鐵路罐車作為鐵路危險(xiǎn)貨物的主要運(yùn)輸工具，在國(guó)家安全和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日益提高的情況下，罐體對(duì)接接頭需要無(wú)損檢測(cè)。

1.1 保證產(chǎn)品質(zhì)量，保障行車安全

GQ80型罐車為無(wú)底架結(jié)構(gòu)，罐體在運(yùn)行過(guò)程中受到列車牽引力、路軌通過(guò)轉(zhuǎn)向架傳遞給罐體的垂直、橫向動(dòng)作用力和沖擊震動(dòng)等復(fù)雜動(dòng)力作用。罐體焊接缺陷在列車運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)擴(kuò)展，在提速重載條件下可能性更大，從而出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量事故。目前，對(duì)西安軌道裝備公司以外的其他鐵路罐車制造企業(yè)，罐體焊縫質(zhì)量檢測(cè)主要手段為目視檢查和水壓試驗(yàn)。而目視檢查和水壓試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)罐體焊縫內(nèi)部裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等危害性缺陷，不能滿足提速重載對(duì)罐車質(zhì)量的要求。罐體對(duì)接接頭經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)后，危害性缺陷得以消除，從而達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1.2 保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保證運(yùn)輸安全

鐵路罐車裝載的是油品、酸、堿、醇、苯類等化工介質(zhì)，大部分屬于危險(xiǎn)貨物，一旦發(fā)生泄漏，不僅影響了行車安全和用戶對(duì)罐車的使用，油品介質(zhì)還容易引起火災(zāi)[1]。此外，罐體介質(zhì)泄漏后，運(yùn)行中的罐車還會(huì)對(duì)鐵路沿線產(chǎn)生大范圍污染。60噸及70噸級(jí)鐵路罐車在運(yùn)行過(guò)程中，多次出現(xiàn)過(guò)罐體焊縫滲漏現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)分析，罐體滲漏基本都是由于罐車制造時(shí)的焊接缺陷引起的。如2005年4月4～28日，全路就發(fā)生4起鐵路罐車泄漏事故，其中2起原因?yàn)楣摅w虛焊[2]。

隨著國(guó)家對(duì)安全及環(huán)保要求的提高，一些路外用戶難以承擔(dān)罐體泄漏產(chǎn)生的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，開始要求對(duì)本企業(yè)購(gòu)置的鐵路罐車罐體對(duì)接接頭作射線檢測(cè)。通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，能大幅度降低罐車泄漏概率。

1.3 改進(jìn)制造工藝，防止批量質(zhì)量問(wèn)題

鐵路罐車如果沒(méi)有無(wú)損檢測(cè)，罐車制造企業(yè)就難以發(fā)現(xiàn)罐車罐體焊縫內(nèi)部存在的缺陷隱患，就難以對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行糾正，罐車可能存在批量危害性焊接缺陷。無(wú)損檢測(cè)把缺陷檢測(cè)出來(lái)后，工藝人員可以根據(jù)無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷的位置、性質(zhì)、大小等資料，針對(duì)性地改進(jìn)焊接工藝。通過(guò)定期監(jiān)測(cè)焊接質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)處理，可以防止危害性焊接缺陷批量發(fā)生[3]。

2 罐體對(duì)接接頭無(wú)損檢測(cè)方法

罐體對(duì)接接頭的主要缺陷為未焊透、氣孔、夾渣，絕大部分位于焊縫內(nèi)部，檢測(cè)范圍為焊縫及兩側(cè)各5 mm熱影響區(qū)，可以選擇的無(wú)損檢測(cè)方法有超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)。

2.1 射線檢測(cè)優(yōu)缺點(diǎn)

罐體對(duì)接接頭射線檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是：缺陷定性、定量準(zhǔn)確；體積型缺陷（未焊透、氣孔、夾渣類缺陷）檢出率高；適合檢測(cè)厚度較薄的工件；檢測(cè)結(jié)果直觀、全面、可靠性高。射線檢測(cè)的缺點(diǎn)是：不適合檢測(cè)厚工件；薄板接頭面積型缺陷（裂紋、未熔合）檢出率與超聲檢測(cè)相當(dāng)；檢測(cè)成本高、速度慢，需要采取適當(dāng)?shù)纳渚€防護(hù)措施。

2.2 超聲檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)

罐體對(duì)接接頭采用超聲檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)是：檢測(cè)成本低；檢測(cè)速度快；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)比較方便。采用超聲檢測(cè)的缺點(diǎn)有：不適合檢測(cè)較薄的焊接接頭；體積型缺陷（氣孔、夾渣、未焊透）檢出率較低；缺陷定性困難，定量精度不高；檢測(cè)結(jié)果無(wú)直接見證記錄；檢測(cè)可靠性受探傷人員個(gè)人影響較大。

焊縫超聲檢測(cè)主要有A型脈沖反射式超聲檢測(cè)、相控陣超聲檢測(cè)和衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)三種方法。美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)公布的ASTM E2700—09《焊縫接觸式超聲相控陣檢測(cè)方法》適用的厚度范圍為9≤T≤200 mm[4] ，JB/T 4730.10—2010《衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)》的適用厚度范圍為12 mm≤T≤400 mm[5]。GQ80罐體板厚T在8～10 mm之間，超出了相控陣和TOFD標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍，不宜采用相控陣或TOFD超聲檢測(cè)。A型脈沖反射式超聲檢測(cè)使用最為廣泛，但GQ80罐體的兩個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也不適合脈沖反射式超聲檢測(cè)。

2.2.1 封頭直邊段長(zhǎng)度

焊縫一次反射波法超聲檢測(cè)時(shí)，探頭的移動(dòng)長(zhǎng)度L應(yīng)滿足：

L≥2.5KT=2.5×3×10=75 mm

式中：K為探頭K值；T為母材板厚，焊縫兩側(cè)板厚不等時(shí)取薄板側(cè)厚度值。

根據(jù)產(chǎn)品圖紙，封頭直邊段長(zhǎng)度為40 mm，小于超聲檢測(cè)必須的75 mm。當(dāng)探頭在封頭側(cè)掃查封頭端環(huán)縫時(shí)，封頭直邊長(zhǎng)度滿足不了單面雙側(cè)掃查對(duì)探頭移動(dòng)距離要求。

2.2.2 焊縫寬度

根據(jù)GQ80圖紙，罐體對(duì)接焊縫寬度為16～23 mm，如圖1所示。

為保證檢測(cè)到對(duì)接接頭整個(gè)截面，超聲探頭的K值必須滿足下式：

K≥（a+b+l0）/T=3.5

式中：a為上焊縫寬度的一半；b為下焊縫寬度的一半；l0為探頭的前沿長(zhǎng)度；T為母材厚度。

但GB/T 11345，JB/T 4730.2，TB/T 1558.2等焊接接頭超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)均要求探頭折射角在35°至70°之間，允許的最大K值為3，導(dǎo)致T=8 mm這部分罐體焊縫，即使選取K=3的探頭，仍有部分焊接接頭聲束掃查不到，會(huì)導(dǎo)致缺陷漏檢。

2.3 鐵路罐車罐體對(duì)接接頭檢測(cè)方法的選擇

因?yàn)楣摅w板厚較薄、封頭直邊段長(zhǎng)度、焊縫寬度三個(gè)因素，8～10 mm鐵路罐車不宜采用超聲檢測(cè)。且各罐車制造企業(yè)普遍采用的A型脈沖反射式超聲檢測(cè)可靠性低，對(duì)缺陷定性困難，難以對(duì)焊接工藝改進(jìn)提供足夠的資料。

基于超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)，北美鐵路協(xié)會(huì)《罐車規(guī)范》AAR、國(guó)內(nèi)液體危險(xiǎn)貨物汽車罐車、液體危險(xiǎn)貨物罐式集裝箱、液化氣體鐵路罐車在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定對(duì)罐體對(duì)接接頭采用射線檢測(cè)，如表1所示。AAR M-1002《罐車規(guī)范》附錄T《無(wú)損檢測(cè)》規(guī)定的射線檢測(cè)方法包括膠片法射線照相、實(shí)時(shí)成像檢測(cè)及計(jì)算機(jī)射線照相檢測(cè)三種方法[7]。GQ80罐體壁厚8～10 mm，適宜采用射線檢測(cè)。

3 罐體對(duì)接接頭射線檢測(cè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.1 GQ80罐體對(duì)接接頭缺陷允許限度

罐體在列車運(yùn)行過(guò)程中為受力部件，罐體裝載為危險(xiǎn)貨物介質(zhì)，罐體對(duì)接接頭為全焊透結(jié)構(gòu)，對(duì)接接頭不允許裂紋、未熔合、未焊透類缺陷。焊接過(guò)程中會(huì)不可避免產(chǎn)生氣孔、夾渣類缺陷，對(duì)這類缺陷需要規(guī)定一個(gè)容許限度。GQ80罐車壁厚8～10 mm，主要風(fēng)險(xiǎn)為介質(zhì)泄漏，氣孔是引起泄漏的主要原因之一，因此不允許直徑大于4 mm氣孔。另外，條形夾渣在罐車使用過(guò)程中可能擴(kuò)展，長(zhǎng)度8 mm以上的條形缺陷擴(kuò)展可能性更大，也不允許存在。

3.2 國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）北美鐵路罐車射線檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。AAR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定罐體下列缺陷的焊縫視為不合格：任何形式的裂紋、未熔合或未焊透；單個(gè)氣孔直徑大于0.3T（T為罐體板厚）；單個(gè)條形夾渣的長(zhǎng)度大于1/4 in（6.35 mm）。

（2）液體危險(xiǎn)貨物罐式集裝箱及汽車罐車射線檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。GB 18564.1—2006及JB/T 4782—2007規(guī)定對(duì)罐體對(duì)接接頭射線檢測(cè)按照J(rèn)B/T 4730.2—2005執(zhí)行，合格級(jí)別不低于JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級(jí)。

（3）移動(dòng)式壓力容器（鐵路罐車、汽車罐車、罐式集裝箱）射線檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。TSG R005—2011《移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：罐體100%射線檢測(cè)的，合格級(jí)別不低于JB/T 4730.2規(guī)定的Ⅱ級(jí)；罐體局部（≥20%）射線檢測(cè)的，合格級(jí)別不低于JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級(jí)。

3.3 GQ80罐體對(duì)接接頭射線檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過(guò)比較，西安軌道裝備公司對(duì)GQ80罐體射線檢測(cè)的質(zhì)量要求與相同板厚的液體危險(xiǎn)貨物汽車罐車、罐式集裝箱罐體對(duì)接接頭射線檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4730.2—2005非常接近，均為：不允許裂紋、未熔合或未焊透；單個(gè)氣孔直徑不允許大于4 mm；單個(gè)條形夾渣的長(zhǎng)度不大于6～8 mm。

JB/T 4730.2—2005為GQ80鐵路罐車制造企業(yè)便于實(shí)施的射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。西安軌道裝備公司及齊車集團(tuán)大連分公司現(xiàn)有條件可以按照J(rèn)B/T 4730.2—2005射線檢測(cè)，其他8個(gè)沒(méi)有鐵路罐車射線檢測(cè)資源的GQ80制造企業(yè)一般委托無(wú)損檢測(cè)公司、特檢院或容器制造企業(yè)檢測(cè)，這些檢測(cè)單位熟悉JB/T 4730.2—2005標(biāo)準(zhǔn)，像質(zhì)計(jì)等探傷器材也按照J(rèn)B/T 4730.2—2005配備。從節(jié)約射線檢測(cè)成本考慮，對(duì)接接頭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可采用JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級(jí)。

4 罐體對(duì)接接頭射線檢測(cè)比例

4.1 罐體對(duì)接接頭質(zhì)量等級(jí)

罐體對(duì)接接頭設(shè)計(jì)的質(zhì)量等級(jí)為EN15085—5：2007《鐵道車輛及其部件的焊接》規(guī)定的CPC1，相應(yīng)的焊縫檢驗(yàn)等級(jí)為CT2，即射線檢測(cè)最低比例為：每個(gè)罐體焊縫10%長(zhǎng)度，或者100%射線檢測(cè)每10個(gè)罐體中的1個(gè)罐體。

4.2 鐵路罐車制造企業(yè)射線檢測(cè)能力

目前，除了西安軌道裝備公司建有2個(gè)鐵路罐車專用射線探傷室外，齊車集團(tuán)大連分公司具備罐式集裝箱射線檢測(cè)資源，也可以對(duì)鐵路罐車實(shí)施射線檢測(cè)。其他鐵路罐車制造企業(yè)均沒(méi)有罐車用探傷室，也沒(méi)有罐體射線檢測(cè)設(shè)備、人員。其他鐵路罐車制造企業(yè)要對(duì)罐體對(duì)接接頭進(jìn)行射線檢測(cè)，只能委托第三方（無(wú)損檢測(cè)專業(yè)公司、各地特檢院、容器制造企業(yè)等）進(jìn)行射線檢測(cè)。如2014年5月包頭北方創(chuàng)業(yè)公司為江西銅業(yè)公司生產(chǎn)的GS70型硫酸罐車，就是委托當(dāng)?shù)靥貦z院進(jìn)行射線檢測(cè)；2013年濟(jì)南軌道裝備公司為法國(guó)生產(chǎn)的鐵路罐車，委托無(wú)損檢測(cè)公司進(jìn)行射線檢測(cè)。采用數(shù)字射線檢測(cè)1班只能射線檢測(cè)1個(gè)罐體，沒(méi)有罐車射線探傷室的企業(yè)一個(gè)臺(tái)位1天最多射線照相檢測(cè)1個(gè)罐體，而各鐵路罐車企業(yè)制造能力為2～12輛/天。

4.3 其他同類產(chǎn)品射線檢測(cè)的比例

（1）AAR鐵路罐車檢測(cè)比例。壓力罐車應(yīng)對(duì)罐體進(jìn)行100%的射線探傷；非壓力罐車在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的前提下，僅對(duì)罐體丁字接頭射線檢測(cè)。

（2）液體危險(xiǎn)貨物公路罐車、罐式集裝箱檢測(cè)比例。GB18564.1—2006及JB/T 4782—2007規(guī)定射線檢測(cè)比例不少于每條對(duì)接接頭的10%。射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷時(shí)，應(yīng)在該缺陷兩端的延伸部位增加檢測(cè)長(zhǎng)度，增加的長(zhǎng)度不應(yīng)小于該條對(duì)接接頭長(zhǎng)度額10%。若仍有超標(biāo)缺陷，則對(duì)該對(duì)接接頭做100%射線檢測(cè)。

4.4 GQ80射線檢測(cè)比例

綜合罐車罐體對(duì)接接頭質(zhì)量等級(jí)、鐵路罐車制造企業(yè)射線檢測(cè)能力及其他液體危險(xiǎn)貨物罐式運(yùn)輸工具射線檢測(cè)比例，批量制造的GQ80罐車射線檢測(cè)比例定為不少于罐車數(shù)量的10%。射線檢測(cè)抽查發(fā)現(xiàn)缺陷后，對(duì)焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)，可以避免批量危害性缺陷的罐車存在，通過(guò)工藝措施保證鐵路罐車對(duì)接接頭質(zhì)量。

5 結(jié)論

GQ80型鐵路罐車罐體對(duì)接接頭需要進(jìn)行射線檢測(cè)，檢測(cè)比例不少于10%，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不低于JB/T 4730.2—2005規(guī)定的Ⅲ級(jí)。在各鐵路罐車制造企業(yè)具備射線檢測(cè)能力后，逐步對(duì)其他80噸級(jí)、70噸級(jí)新造危險(xiǎn)貨物鐵路罐車進(jìn)行射線檢測(cè)。目前，可對(duì)GQ80罐體對(duì)接接頭無(wú)損檢測(cè)作如下規(guī)定：

（1）每批生產(chǎn)的第一輛罐車須進(jìn)行射線檢測(cè)。對(duì)于批量生產(chǎn)的罐車，在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的條件下，每10輛至少抽查1輛進(jìn)行射線檢測(cè)。

（2）凡要求檢測(cè)的罐體，應(yīng)對(duì)罐體所有對(duì)接接頭進(jìn)行射線檢測(cè)。

（3）射線檢測(cè)按照J(rèn)B/T 4730.2—2005的規(guī)定執(zhí)行，射線檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，合格級(jí)別不低于Ⅲ級(jí)。

通過(guò)目視檢查、水壓試驗(yàn)、射線檢測(cè)、工藝改進(jìn)等多種途徑來(lái)保證GQ80罐體對(duì)接接頭質(zhì)量，可有效減少罐體泄漏事故，大幅度降低罐車安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，保障鐵路運(yùn)輸安全。

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