铁道车辆铸钢件荧光磁粉探伤中背底异常问题解析

铁道车辆铸钢件荧光磁粉探伤中背底异常问题解析

徐祥庆 ,牛广超 ,李鹏

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111

摘要：荧光磁粉探伤是检验铁磁性材料表面或近表面缺陷的一种常用的无损检测方法，目前已被大量用于金属表面的缺陷检测。为了保证行车安全车轮对必须进行定期的荧光磁粉探伤，检验其表面是否存在裂纹，然而，是否存在裂纹最终结果仍是通过人工用眼镜来识别裂纹，其劳动强度高，检测效率低。因此，文中探析了荧光磁粉探伤中工件表面污染物的产生原因分析和对策，希望能够为相关工作者提供一些帮助。

关键词：铁道车辆；铸钢件；荧光磁粉探伤；背底异常；有效措施；

铁道车辆配件铸件在生产过程中需进行两次整体荧光磁粉探伤，以及多次电磁轭局部探伤。近期在我公司日常磁粉探伤工作中，发现铸件表面在磁粉探伤后迅速出现大范围的白色点状或碎片状显示。干燥后呈现细粉末状物质，很难清除。探伤后形成的表面污染物在紫外线灯下显示为白色的点状物质，白色点状物质经仔细鉴别，为粉质材料，极其细微，水洗或气流都很难清除。由于我们的工件需要两次或多次磁粉探伤检查，出现这种情况，对探伤缺陷的确认和后续探伤工序都带来了严重影响，为此就必须了解这种污染物的来源，并采取有效处理措施。

一、铁道车辆配件铸件的应用现状

铁道车辆中用铸钢件较多。如C62A型敞车中，铸钢件重量占17．32％，G60型轻油罐车中，铸钢件重量占19．13％，即平均占整车重近1／5。铸钢的摇枕、侧架、车钩、上心盘等都是主要承载件，且载荷是复杂的，因此，要求结构强度高、刚性好、抗冲击、耐疲劳。随着车辆向大型、重载化的发展，铸钢件的应用正不断扩大和多样化，所以，在进行铸件结构设计时，既要能获得精意的功能，又要有较佳的工艺性和制造经济性。车辆在运行中，作用在铸钢摇枕、侧架，车钩、上心盘等件上的载荷虽然是复杂的，但无非是拉、压、弯、扭4种力的纽台。经对不同剖面形状结构的同一铸件做试验，得到剖面形状与载荷的关系。也就是说，工字形剖面是一种非常有效的结构，而C形、U形和箱形剖面能承受较大的侧向力或扭转载荷。根据摇枕、侧架、车钩体、尾框等受力情况，在摇枕件上采用箱形、C形结构，由于摇枕中央部分受的弯矩较大，故该部箱形结构采用矩形剖面，并以其高度较大的方向作为受弯方向，因为矩形截面在其高度较大方向抗弯刚度较大[1]。在侧架件上采用工字形、C形和箱形结构，由于侧架中央部分弹簧承台处受的扭矩较大，故该部箱形结构采用矩形剖面，并以其高度较大的方向作为受扭方向，因该方向抗扭刚度较大。在车钩体、尾框等件中也采用了工字形箱形结构。上述结构功能性较好，但箱形结构制造成本比C和U形结构高，因为它需要制芯和除芯等较复杂的工序，且铸件内腔表面的缺陷也难于修补。铁道车辆铸钢件是主要承载件，其质量和安全可靠性直接决定了列车运行的安全可靠性。目前普遍采用砂型铸造和精密铸造方法生产，产品内部缺陷率高、质量稳定性差。因而安全可靠性低，严重威胁列车运行安全。采用树脂砂铸造可以解决水浴清砂带来的问题，并改善表面质量，但对铸件内部缺陷并没有明显的改善。以锻代铸虽然可以提高产品的质量档次和稳定性，但生产成本大幅度提高，而且仅限于形状简单的零件。如何从根本上提高铁道车辆铸钢件的质量水平，制造出可以用于高速列车的关键铸钢件是一个必须解决的关键问题。国外长期以来铁道车辆铸钢件也普遍采用普通铸造方法生产，但其工艺装备水平先进，质量控制系统完善，问题并不十分突出。尽管如此，面对日益激烈的市场竞争，目前德国、美国、日本等国家都已经开始探索采用新技术提升铁道车辆铸钢件的质量水平。而为了能够确保铁道车辆铸钢件自身作用能够充分发挥出来，需要对其进行全面的探伤操作，以此来保证整个铁道车辆铸钢件在火车实际运行中不会有危险情况产生，确保铁路车辆实际运行中的安全性、稳定性与可靠性。

二、铁道车辆铸钢件荧光磁粉探伤中出现背底异常问题的原因

（一）出现白斑的原因

鉴于以前在探伤工作中也偶尔出现过这种情况，我们断定是探伤材料和铸件上某些材料产生化学反应所致。为此，我们分别将我们现场使用的分散剂、防锈剂、消泡剂分别加水稀释后单独施加到铸件表面，稍做干燥，在紫外线灯下表面显示施加分散剂的工件表面白色斑点开始形成，而只施加防锈剂和消泡剂的工件表面没有异常显示。基于检验结果可以明确看出是水磁悬液中的分散剂与工件表面上的某些物质发生了化学反应，形成的反应产物在工件表面形成了难以清除的白色斑点[2]。

（二）生产工艺方面的影响

我公司探伤用材料均来自铁道行业定点生产企业，经查验，所用的分散剂、防锈剂、消泡剂均在有效期内，且属于配套产品，配制用水的ｐＨ值也没有问题，故首先排除了探伤材料上的原因。

经以前的探伤工作人员介绍，这种情况应该是水玻璃砂与分散剂屮的钠离子产生了化学反应，生成了硅酸钠所致。硅酸钠是一种水溶性硅酸盐，俗称泡花碱，干燥后呈白色粉末状物质。

当前所实际使用的生产工艺是Ｖ法造型，即采用散面砂真空造型，砂子里面应该不含有水玻璃成分。为了找到水玻璃的来源，我们对铸件的生产工艺过程进行了调研，初步归纳了几个原因：

1.原材料方面

虽然我公司铸件面砂是采用普通黄沙造型，但砂芯是采用的水玻璃砂造型。由于近期产量大，天气又比较炎热，使铸件内腔砂型清理工作难以清理干净，再加上新近投产的喷丸清理工序抽风能力不够强大，造成内腔残砂以粉尘形式覆盖在铸件表面，造成探伤时候形成背底污染。
    2.成本方面

在铁道车辆铸钢件的实际生产中，企业会积极引入和应用各项现代化技术手段，由于降低生产成本的考虑，面砂回用比例很高。而在面砂中混入水玻璃砂的可能性极高。面砂中的水玻璃残留在铸件表面，形成背底污染。同时也并不排除环境浮尘带来的外来污染。

三、对背底异常问题进行解决的有效措施

针对以上的原因，我们首先和探伤材料供应厂家联系，看能否更换不含钠离子的分散剂，目前看还没有合适的产品可以更换。对公司生产过程的控制，作为探伤部门，只能提出我们的要求，希望在各个环节尽量避免水玻璃的沾染，但收效甚微[3]。目前，在我们更换探伤材料之前，已经要求探伤人员，在工件上探伤机之前，增加一道工序，用压缩空气全面吹扫工件，虽然不能杜绝工件表面污染物的产生，但已经使探伤时的背底荧光污染有所改善，能够维持生产的正常进行。结束语：

总而言之，磁粉探伤工艺是一个系统性工作，任何一个环节出现变化，都可能影响探伤结果。磁粉探伤材料必须采用合格的产品，且必须注意成套性，不得混批使用，更不能把不同厂家产品混合使用。在磁粉探伤工作实践中，经常会遇到一些异常的情况发生。只要我们认真仔细去做调查研究，分析出异常产生的原因，采取一些针对性的措施，就能够顺利解决问题，使我们的工作正常开展。

参考文献：

[1]张璟.荧光磁粉探伤法在船舶检验中的应用[J].船舶物资与市场,2022,30(01):55-57.DOI:10.19727/j.Cnki.CbwzysC.2022.01.018.

[2]杨芸,李龙,蔡翔,康宜华.荧光磁粉探伤中磁悬液品质的影响及测控装置[J].哈尔滨工程大学学报,2021,42(04):574-580.

[3]吴少波,周传扬,张良叶,张洪军,季宏,张信军,孔伟洲.荧光磁粉探伤自动化中工件自动定位系统研究[J].工业计量,2020,30(04):47-49.DOI:10.13228/j.boyUan.issn1002-1183.2019.0307.