劉群清

摘 要：近些年來，超聲波探傷應(yīng)用廣泛，超聲波聲能全面覆蓋檢查面，聲束和缺陷垂直，能獲得最大的聲壓發(fā)射量，進而形成較高的探傷靈敏度。本文通過車輪踏面超聲波徑向探傷的具體實例進行分析，探究異常波出現(xiàn)的情況以及應(yīng)對的對策。

關(guān)鍵詞：車輪踏面探傷；超聲波；問題；對策

中圖分類號： U270 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-133-2

1 當前超聲波探傷方法和步驟

1.1 探傷檢測的基本方法

超聲波探傷方法有其可靠性，也存在一定的局限性。其局限性是受位置缺陷的大小、材料、形狀以及探頭種類等決定的。因此在針對車輪踏面探傷時，通常會采用雙晶體探頭或者橫波斜探頭，采用縱波垂直入射和橫波斜入射法。具體的操作是將探頭放置在車箍內(nèi)徑面或者整個車輪的踏面及其內(nèi)側(cè)面上，用以對整個輪箍周邊方向進行掃查，同時采用直探頭對輪箍及整體車輪的內(nèi)側(cè)面進行透聲性能檢測和軸向檢測，以保證檢測的全面和準確。

1.2 探傷檢測方法的選擇

探傷檢測方法在選擇上，需要根據(jù)車輪裂損的情況來決定的。針對機車車輪，其疲勞的裂紋一般會發(fā)生在踏面以下約30mm范圍的位置。對于這樣的區(qū)域，目前，電磁測超聲技術(shù)無法探測這樣的區(qū)域，可采用壓電超聲波探傷技術(shù)，其檢測深度大，能夠充分的探測出這片區(qū)域的缺陷位置，也能夠探測深度較大的車輪輻板位置。如果要對機車車輪同時進行小修和中修的工藝時，就需要將車輪內(nèi)部的缺陷和相關(guān)的疲勞裂紋全部的探測出來，且還要同時選用小角度的探頭在合適的角度上對車輪的踏面的應(yīng)力集中區(qū)域進行探傷，才能將工藝做好，做細。

2 針對車輪踏面徑向探傷情況提出問題

根據(jù)2005年至2006年，我國在對德國BVV公司進口的大批貨車輾鋼整體車輪，進行組裝過程中發(fā)現(xiàn)，車輪輻板、輪輞、輪轂的表面和內(nèi)部出現(xiàn)明顯的缺陷，為了保障運輸?shù)陌踩?，相關(guān)部門對該批車輪組裝的輪對進行了全面的探傷檢測，并對已裝車使用且不合格的車輪進行排查，以此來消除安全隱患，保障運輸?shù)耐〞?。本文就以此為例，對車輪踏面超聲波徑向探傷出現(xiàn)的異常波進行分析。

2.1 具體的探傷實例

對該批車輪輪轂、輪輞進行超聲波探傷，主要采用25MHZ.直徑為20mm的直探頭進行軸向探傷，另有25P14FG30Z雙晶縱波探頭對其踏面進行車輪徑向超聲波探傷檢查，通過這樣的方式，從而發(fā)現(xiàn)了車輪踏面在平行方向上，在其內(nèi)部存在明顯的缺陷。具體超聲波探傷情況為，以正常探傷靈敏度為前提，探頭所發(fā)射的超聲波其反射波在底面即輪輞與輻板的過渡部位的回波之前，有明顯的反射波出現(xiàn)如圖1所示：

2.2 徑向探傷所發(fā)現(xiàn)的異常波形

采用25P14FG30Z雙晶縱波探頭對車輪的踏面進行徑向超聲波探傷檢查時，其在底面的回波出現(xiàn)較強的反射波，如圖2所示。

圖2為25P14FG30Z雙晶縱波探頭對車輪的踏面進行徑向超聲波探傷檢查，圖中的單位為mm。從圖中可以明顯的看出，回波在車輪底面的回聲聲程在5mm的位置上，出現(xiàn)了強的反射波。因此該車輪可以被認定為其踏面是經(jīng)過旋修處理過的。但對比另一對經(jīng)過同種方式處理過的車輪時，超聲波探傷波形并未出現(xiàn)異常的反射回波，這就說明探傷波形顯示為正常。再將對照車輪旋修5mm后，探傷其內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)異常波形仍舊出現(xiàn)在5mm的位置上。這就能夠說明，該波形的異常情況并不是缺陷回波所引起的，應(yīng)是一種波形發(fā)生特定轉(zhuǎn)換形成了特殊的反射回波。

2.3 問題解析

2.3.1 雙晶縱波探頭的結(jié)構(gòu)具有特殊性

針對25P14FG30Z這種雙晶探頭，屬于2個縱波單探頭的組合，兩個探頭的分工明確。一種用于發(fā)射超聲波，另一種則用以接收回聲波。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢可以避免單探頭所引起的儀器放大器的阻塞而造成探傷距離的誤差，從而影響探測缺陷的準確位置。因此，雙晶體探頭相對于單晶體探頭來說，其探測的精確度更高。除此之外25P14FG30Z這種雙晶體探頭，其收發(fā)探頭各自都有一個延遲塊，而這2個延遲塊的聲束入射平面都具有一定且相同的傾斜角，這傾斜角度可以決定探測的深度。

2.3.2 縱波的波形轉(zhuǎn)換

波形轉(zhuǎn)換是超聲波傾斜的射入兩個不同物質(zhì)界面時，其投射波必然會發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而引起折射縱波和折射橫波的出現(xiàn)。這也是雙晶體探頭的探傷監(jiān)測原理，即是利用其折射縱波所發(fā)生的波形轉(zhuǎn)換來進行近距離的探傷實驗。舉個簡單的例子，已知縱波在有機玻璃中的傳播速度為2680m/s，在鋼表面的速度為2950m/s。當一束縱波（已知入射角度為65.3°）穿過玻璃表面，接觸鋼表面時就必然會發(fā)生折射現(xiàn)象，從而在鋼表面生產(chǎn)表面橫波。

2.3.3 縱波在粗糙表面的波形轉(zhuǎn)換分析

針對上述的實例，已知車輪經(jīng)過車削加工，那么在車輪的踏面上必然會形成一些深淺不一的刀痕。因此車輪子在不同的車削條件下，所產(chǎn)生的刀痕粗糙程度不同，這就必然導致了當雙晶體探頭射出一道縱對粗糙表面進行探傷時，不同的刀痕位置就會使得入射角度有所不同，而出現(xiàn)的波形情況也會有所差別。刀痕表面粗糙度的不同，縱波束入射的角度也可能會有所變化。而當粗糙度達到一定程度時，刀痕不同位置所出現(xiàn)的縱波束入射角可能達到65.3°而產(chǎn)生表面波。而當粗糙度低時，縱波的入射角度就有可能小于65.3°而不產(chǎn)生表面波。這這樣的情況，就可以解釋，前文所提到的對照探測檢測中，車輪踏面未出現(xiàn)異常波的原因。

當晶體探頭所發(fā)射出縱波聲束在第一種介質(zhì)傳播時，其入射角度未達到臨界角的位置時，也會產(chǎn)生折射縱波，對其正常探傷的底面回波不造成影響，從而其產(chǎn)生的表面波能夠直接經(jīng)過車輪踏面被接頭探頭所接收，因此，其聲程與其接收探頭間的距離有關(guān)。而聲束在不同刀痕位置所產(chǎn)生的表面波傳到接收探頭的聲程也不相同，這就導致了異常波的根部都相對較寬，而且范圍較大。

2.3.4 根據(jù)上述實例進行驗證

將探傷檢查出來的異常波形發(fā)生位置標記出來，通過使用砂輪對標記處進行局部打磨，從而消除車削加工時不同程度的刀痕，降低踏面的表面的粗糙層度。然后再用相同的方式探傷檢查，主要對照組不變。觀察探傷檢查的圖像，可以發(fā)現(xiàn)，原先出現(xiàn)的異常波紋消失不見了。

3 結(jié)束語

綜上所述，車輪踏面超聲波徑向探傷的基本步驟，首先是要就踏面的具體情況，選擇合適的探傷方法及檢查技術(shù)，其次再根據(jù)具體的要求進行探傷檢查。通過上述的實例，可以做一個簡單的分析，可以看出，工件表面的粗糙程度，對探傷的回波存在較大的影響，因此要解決這一問題，就需要在探傷檢查之間，對車輪踏面進行旋修，從而改善車輪踏面的粗糙度以消除其對車削加工所留下的刀痕對探傷檢查的影響。另外，車輪踏面如果出現(xiàn)了擦傷、剝離等缺陷嚴重的情況時，在探傷前也必須要進行旋修，且還要在踏面進行精加工，防止超聲波探傷過程出現(xiàn)異常波情況。通過對上述內(nèi)容的總結(jié)分析，筆者希望相關(guān)企業(yè)在對機車車輪加工或組裝時，不要能忽視超聲波探傷檢查的相關(guān)步驟，一方面是為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面是為了確保運輸?shù)陌踩６谑褂贸暡ㄌ絺麢z查時，也要對文中提到的有關(guān)步驟和準備有所注意，以免產(chǎn)生錯誤的影響，導致探傷檢查的異?；虿缓侠硇缘陌l(fā)生。這也是凸顯相關(guān)企業(yè)行業(yè)競爭力的重要方式之一。

參 考 文 獻

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