无损检测新技术在轨道车辆上的应用

无损检测新技术在轨道车辆上的应用

陈磊

 中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062

摘  要：无损检测技术已经进入轨道车辆产品的无损检测领域，它们普遍具有快速、准确、直观、成本低廉等优点，更加优于常规的探伤方法，本文概述了各项新兴的无损检测技术的基本原理与先进技术及发展前景，重点阐述了无损检测新技术在轨道车辆上的应用情况。

关键词：无损检测；新技术；轨道车辆

1 涡流检测技术在轨道车辆上的应用

1.1 轨道车辆关键焊缝高频涡流检测科技开发

轨道车辆关键焊缝如存在未熔合缺陷，在制动和振动载荷作用下产生裂纹并缓慢扩展。对其能否进行有效在役检测意义重大。常规X射线、超声波、磁粉探伤无法实现现场监控要求，渗透探伤需要脱油漆而空间狭窄难以实现,目视监控受到车辆运营及现场条件限制，起不到对关键焊缝的有效监控作用，选择高频探头探头(探测频率100KHZ-1MHZ)和M2型涡流探伤仪，制作了关键焊缝（电机吊座、齿轮箱吊座等）实物灵敏度试块（人工刻槽深度为3mm），正式运用到实际中。到目前为止，涡流探伤不脱油漆状态下能够正确发现在役关键焊缝裂纹，通过着色渗透探伤验证，结果均为表面已经开裂，证明涡流检测可以发现在役关键焊缝裂纹缺陷。

1.2 中心销、齿轮箱等铸锻件深层涡流检测科技开发

对转向架中心销、齿轮箱等铸锻件进行在役检测时只能进行目视监控或除漆进行表面探伤。科技开发出一套在役铸锻件深层涡流检测程序，可探测深度0-6mm；制作了实物灵敏度试块（人工刻槽深度为3mm和6mm）,并分别开始进行实物试块制作、仪器选型、实验室验证等工作，同时将实物试块发往铁科院进行可行性试验。经过前期准备及试验，验证铸锻件深层涡流检测技术可行。正式运用到实际中,通过前期现场监控情况及缺陷齿轮箱分解验证，证明在役福铸锻件深层涡流检测程序能够准确检测铸锻件疲劳裂纹，

2 DR成像检测技术在轨道车辆现场检测的应用

DR时成像检测技术在国外已广泛应用于各个领域，中车长客股份公司在铝合金牵枕缓焊缝探伤中引进DR成像无损检测技术。以色列“威尼斯可射线实时成像系统”是一个集图像采集、图像处理和图像归档的应用成像系统，系统采用MG165微处理器控制的高稳定恒压X射线系统，采用独立的控制器直接控制曝光参数，输出电压可由8kV连续调校到160kV，。其穿透厚度为100mm Al或 20mm Fe，满足焊缝宽为30mm的工件检测。采用TU/160-D02金属-陶瓷带铍窗X射线管，双焦点1.0mm/5.5mm 。

该系统数字成像信息管理系统特性主要由高性能图像处理计算机硬件和专用成像软件组成，提供了一个综合信息处理平台，是整个检测系统的核心，具有射线控制、运动控制(自动、手动二种工作模式任意选择)、数据存储与传输和检测报告打印等完善功能。检测系统在成像软件的控制下，单键操作，即可按设定的参数自动完成工件检测。图像处理有亮度/对比度调整、正/负片显示、图像缩放、伽马校正、浮雕、平滑、锐化、增强处理，灰度分析等方式。系统采用了SEZ T3-80线阵列数字探测器，与普通射线照相技术相比该系统的优点是既节省了购买射线胶片和药水的昂贵费用，又节省了胶片的裁剪、粘贴、冲洗等步骤，数据分析可以在计算机无损检测软件中实现，而且DR成像工作时间短，射线能量低，确保了现场射线探伤的了操作性和安全性。

3 超声相控阵检测技术在高速动车组构架焊缝上的应用

该技术应用于美国波士顿项目碰撞住、动车构架闸片托吊座检测，解决了常规超声波无法探伤的难题，能够确保焊缝焊接质量，间接经济和安全效益不可估量。该技术还应用于铝车体搅拌摩擦焊焊接，解决了搅拌摩擦焊焊接质量问题。

3.1超声相控阵检测技术

超声相控阵技术以其灵活的声束偏转及聚焦性能越来越引起人们的重视。由于压电复合材料、

纳秒级脉冲信号可控制、数据处理分析、软件技术和计算机模拟等高新技术在超声相控阵成像领域中的综合应用，使得超声相控阵检测技术得以快速发展，逐渐应用于铁路行业无损检测领域。

3.2 超声相控阵检测与其他无损检测方法对比具有的优势

采用电子方法控制声束聚焦和扫描，检测速度成倍提高。具有良好的声束可达性，能对复杂几何形状的工件进行探查。用一个相控阵探头，就能涵盖多种应用，不象普通超声探头应用单一有限.对某些检测用相控阵，只需用一小巧的阵列探头，就能完成多个单探头分次往复扫查才能完成的检测任务。通过优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，可使检测分辨力、信噪比和灵敏度等性能得到提高。通常不需要辅助扫查装置，探头不与工件直接接触，数据以电子文件格式存储，操作灵活简便。真实几何结构成像技术：解决复杂几何构件检测难题；现场实时生成几何形状图象；轻松指出缺陷真实特征位置；成像由各声束 A扫数据生成；实际检测结合工艺轨迹追踪；可用于所有形式的焊缝检测；同步显示A、B、S、C、D、P、3D扫描数据。

3.3 超声相控阵检测成像方式与其他超声成像方式相比较具有的优点

3.3.1与B型、C型等扫描成像方式相比，相控阵超声成像使用阵列换能器（探头），不需要移动探

头就可以实现对被检测试样一定声场范围内进行计算机控制的聚焦扫查。另外，在B型、C型等扫描成像方式中的声束时有单探头发出的，其焦距、焦深等参数都是固定的，在不移动探头位置的条件下，不能在整个视场内得到清晰一致的成像；而相控阵超声成像则能通过计算机的程序灵活控制焦点位置、大小、焦深等多种参数，从而可得到均匀一致、高分辨率的清晰成像。

3.3.2 相控阵超声成像的检测灵敏度和分辨率大大高于超声全息，而且通过对各个方向扫描声束的探测结果进行计算重建，可以得到被检物体的三维成像。如采用二维阵列探头，则可获得实时三维成像。

3.3.3超声显微镜的成像因为所用的换能器频率高，所以分辨率很高，但它只适用于探查物体表面和

近表面微观结构；相控阵超声一般不用很高的频率，成像的分辨率虽然相对较低，但可以对较厚的

大工件进行内部成像检测。

3.3.4合成孔径聚焦技术SAFT成像和ALOK成像都具有分辨率高、信噪比好的优点，是已被证明行之

有效的实用化超声检测方法。相控阵超声成像从原理上包含了这两种成像方式的优点：合成孔径聚焦成像和ALOK成像都是以单探头进行移动发射/接收来合成阵列探头的效应，从而获得性能的提高，相控阵超声成像中的阵列传感器则在物理上就是阵列结构，因此同样能获得高分辨率和高信噪比。由于在一定范围内可免去移动探头的定位扫查机构，相控阵超声成像的系统更加简化、可靠性增强。

4  结语

无损检测保证了中国轨道车辆的发展，无损检测新技术的应用在轨道车辆行业也呈现出全面开花的态势，先进的检测技术和检测方法不但对运行提供坚实的保障和基础，更对改进生产工艺和提高产品品质具有明显作用，同时这也证明了，先进的检测技术和检测方法，能够有效提高企业的质量标准，这也正是发展企业核心竞争力的重要手段之一。

参考文献

[1] 李家伟．无损检测手册[M]．北京：机械工业出版社，2002．

[2] 李以善，刘德镇.  新编焊接结构检测技术手册［M］.北京：化学工业出版社，2009.