薛清濤

（智奇鐵路設(shè)備有限公司，山西 太原 030032）

1 情況簡(jiǎn)介

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國鐵路貨運(yùn)正向大型化和專用化的方向發(fā)展，鐵路機(jī)車和車輛是承擔(dān)鐵路運(yùn)輸任務(wù)的重要工具,車輪是機(jī)車車輛唯一與鋼軌直接接觸的部件，也是易于產(chǎn)生疲勞缺陷的部件，定期對(duì)車輪進(jìn)行無損檢測(cè)，是及早發(fā)現(xiàn)危害性缺陷、確保列車運(yùn)行安全的重要技術(shù)措施。目前車輪檢修超聲波探傷采用LA固定式輪輞輪輻超聲波探傷機(jī)進(jìn)行自動(dòng)掃查。

鐵路動(dòng)車組每運(yùn)行20萬km在線進(jìn)行一次車輪探傷，在線車輪探傷檢測(cè)車輪輪輞、輪輻、輪緣部位，其中輪輞部位不允許存在達(dá)到Φ3 mm橫孔當(dāng)量大小的缺陷，輻板部位不允許存在達(dá)到15 mm×3 mm（長×深）刻槽當(dāng)量大小的缺陷；輪緣部位不允許存在達(dá)到10 mm×3 mm刻槽當(dāng)量大小的缺陷；確認(rèn)為疲勞缺陷應(yīng)立即停止使用，無法消除的應(yīng)報(bào)廢。綜上所述車輪的缺陷主要有材質(zhì)缺陷和疲勞缺陷兩類，其中疲勞缺陷按其取向可分為周向缺陷、徑向缺陷和斜向缺陷，但從車輪冶煉工藝來看，平行于踏面且距踏面10～25 mm深度的缺陷應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

2 制造與檢修區(qū)別

超聲無損檢測(cè)技術(shù)在車輪缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用，能滿足現(xiàn)代化高速鐵路的發(fā)展需要和鐵路的安全運(yùn)輸要求。車輪中制造相關(guān)的主要缺陷為非金屬夾雜物（最常見的內(nèi)部體積型缺陷），確保車輪的運(yùn)行安全，制造車輪超聲波探傷采用意大利GILARDONI技術(shù)分別從車輪輪輞、踏面進(jìn)行材質(zhì)探傷，其中徑向檢測(cè)是從車輪踏面采用雙晶聚焦探頭進(jìn)行檢測(cè)，近場(chǎng)使用4 MHz 12*6*2 FG10的雙晶聚焦探頭，遠(yuǎn)場(chǎng)使用4 MHz 12*6*2 FG30的探頭，用于發(fā)現(xiàn)因滾動(dòng)接觸疲勞而產(chǎn)生的平行于踏面的缺陷，軸向檢測(cè)是從車輪輪輞內(nèi)外側(cè)分別采用5P18Z的直探頭進(jìn)行檢測(cè)（見圖1），用于發(fā)現(xiàn)輪輞內(nèi)部的缺陷，根據(jù)EN13262標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，新制車輪內(nèi)部缺陷應(yīng)不超過Φ1 mm平底孔當(dāng)量的缺陷。

根據(jù)智奇鐵路設(shè)備有限公司這幾年售后的經(jīng)驗(yàn)和翻閱資料得出，運(yùn)用中車輪產(chǎn)生的缺陷位置95%發(fā)生在踏面部位；結(jié)合材料疲勞試驗(yàn)可以得出，材料在高周和超高周疲勞階段可萌生裂紋，裂紋萌生于內(nèi)部或亞表面夾雜處，夾雜形狀主要是球形和橢球形，因此檢修中車輪超聲波探傷采用LA固定式輪輞輪輻超聲波探傷機(jī)（見圖2），其中檢測(cè)的部位有輪緣、輪輞、輪輻、輪輻與輪輞的過渡區(qū)域。

輪輞缺陷檢測(cè)原理是通過踏面布置PA探頭，超聲TR探頭、超聲斜探頭、在輪輞內(nèi)側(cè)面布置PA探頭、超聲TR探頭、超聲斜探頭實(shí)現(xiàn)輪輞各類缺陷的自動(dòng)檢測(cè)，其中踏面布置的PA探頭（PE模式）用于檢測(cè)輪輞徑向（含斜向）缺陷，踏面布置的直探頭用于檢測(cè)輪輞周向缺陷，輪輞內(nèi)部布置的直探頭也用于檢測(cè)輪輞內(nèi)部周向和徑向缺陷。

輪輻缺陷檢測(cè)原理是通過在踏面組合布置PA探頭（PE/PC模式），超聲TR探頭來檢測(cè)輪輻區(qū)域缺陷，其中踏面布置的PA探頭用于檢測(cè)輪輻徑向和斜向缺陷（PE模式）和周向缺陷（PC模式）尤其是輻板孔阻擋部位的周向缺陷；踏面布置的直探頭檢測(cè)輪輻深層和淺層周向缺陷。

車輪踏面探頭模塊，LA-T主要掃查輪輞和輪輻部位的各類典型缺陷，輪輞內(nèi)側(cè)探頭模塊LA-I重點(diǎn)掃查車輪輪輞、輪緣等區(qū)域的徑向和周向典型缺陷。

3 發(fā)現(xiàn)案例以及解決措施

案例1：2017年1月15日，武漢局2576列01車車下有異音（30~40 km），入庫檢查發(fā)現(xiàn)01車1軸2位車輪LU探傷檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)B掃有疑似淺層剝離圖像出現(xiàn)，深度3 mm圖像（見圖3）據(jù)分析踏面淺表面存在滾動(dòng)接觸疲勞，（結(jié)合其他案例，80%類似缺陷輪對(duì)均出現(xiàn)在動(dòng)車組的頭車位置，附表1匯總了5個(gè)記錄案例，特別給出了每個(gè)案例的缺陷部件在動(dòng)車組的位置以及記錄缺陷的類型）。而頭車位置是最容易遭到外來物體沖擊的，從而造成表面損壞，這樣有可能在表面產(chǎn)生沖擊坑,進(jìn)而造成在滾動(dòng)圓的車輪圓度超差需要說明，此類缺陷出現(xiàn)在車輪滾動(dòng)圓上）。

表1 記錄案列

案例1的原因分析：

1）此類缺陷產(chǎn)生于車輪踏面與軌道接觸的滾動(dòng)圓內(nèi)外50~80 mm的區(qū)域，根據(jù)赫茲接觸理論，在車輪和鋼軌的接觸面，踏面深度小于10 mm是最大載荷的受力位置，容易產(chǎn)生剝離；

2）該缺陷不是由內(nèi)部材質(zhì)缺陷造成的，而是車輪踏面表面在軌道運(yùn)行過程中受外力產(chǎn)生裂紋后產(chǎn)生擴(kuò)散引起。根據(jù)缺陷受力后的擴(kuò)展得出，如果該缺陷是從內(nèi)部材質(zhì)產(chǎn)生并且延伸的話，那么在到達(dá)踏面表面時(shí)，缺陷表現(xiàn)應(yīng)該是更大的，但是通過幾張鏇修的圖可以看出，該缺陷趨勢(shì)正好相反，也就是說在距離踏面越近其缺陷越小，從缺陷的擴(kuò)展來說，是不可能從內(nèi)部產(chǎn)生的。

案例1的解決措施為：此類缺陷主要是因輪軌長期在此區(qū)域接觸導(dǎo)致該區(qū)域接觸應(yīng)力過大所致。鑒于車輪踏面的剝離是一個(gè)比較復(fù)雜的失效種類,導(dǎo)致其剝離的因素很多，因此通過改善輪軌匹配關(guān)系使輪軌共形接觸。完善車輪分級(jí)使用規(guī)定并嚴(yán)格執(zhí)行，合理進(jìn)行預(yù)防性和校正性打磨,均可以有效預(yù)防和減輕車輪剝離缺陷的產(chǎn)生。它可以通過超聲波探傷盡早發(fā)現(xiàn)，類似缺陷可通過鏇修消除，缺陷消除后可正常上線運(yùn)行。

案例2：2012年8月16日近期輪輞輪輻超聲波探傷設(shè)備發(fā)現(xiàn)幾例輪輻區(qū)域有疑似缺陷（見圖4）。

原因分析：車輪的輻板孔與定位銷屬于間隙配合，定位銷生銹、橡皮圈等都會(huì)造成異常反射；試驗(yàn)方案：將其一條車輪進(jìn)行拆解制動(dòng)盤（未拆解定位銷），檢測(cè)效果：異常反射波依然存在，拆下定位銷之后，檢測(cè)效果：異常反射波消失，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)定位銷、車輪輻板進(jìn)行磁粉檢測(cè)后，定位銷、輻板孔周圍未發(fā)現(xiàn)缺陷磁痕，因此把異常位置右側(cè)的定位銷拆下，將異常位置的定位銷裝到該銷孔上，檢測(cè)效果，未出現(xiàn)異常反射；將定位銷還原之后，再次檢測(cè)效果，未發(fā)現(xiàn)異常反射（見圖5）。

案例2的解決措施為：

1）在制動(dòng)盤拆下后，異常反射仍然存在。

2）將異常位置的定位銷拆下之后，異常反射消失。

3）將另一個(gè)定位銷拆下，將異常位置拆下的定位銷裝到該銷孔上，沒有異常反射。

4）將兩個(gè)銷孔的定位銷還原之后，沒有發(fā)現(xiàn)異常反射。

5）現(xiàn)場(chǎng)分析可能造成異常反射原因：輪對(duì)運(yùn)行后，定位銷生銹，造成異常反射，特別是中間橡皮圈的位置；定位銷裝配時(shí)與孔的貼合程度，造成不同反射；輪對(duì)運(yùn)行中定位銷受力，使其與銷孔的接觸面產(chǎn)生差異，造成不同反射。