转向架构架内部焊缝超声波探伤方法的制定

转向架构架内部焊缝超声波探伤方法的制定

吕健玮,高忠良,张 ,伟,周振永,李言春

中车长春轨道客车股份有限公司（吉林 长春 130061）

摘要：为防止因车体结构焊接而造成的严重交通意外，本文对汽车转向架结构进行了超声检测。通过对具有标准瑕疵的实体进行实验，确定了判定故障的方法和判定实际车辆转向架槽焊缝的工艺过程。

关键词：转向架构架； 槽焊区； 裂纹； 超声波探伤； 回波高度

列车的转向器是列车的主要载体，其承载的是列车的车身和旅客，对列车的安全性具有很大的影响。尽管转向架骨架是用钢板焊制的，但曾经出现过因焊缝引起的严重安全隐患。另外，最近几年，由于在汽车行驶过程中产生了一些异响，在进行了汽车下的检验时，还发现了一些大的转向架框架上的裂缝。根据以往的实际情况及实际情况，需要对车体的焊接部位进行正确的检验，以确定其完整性。在车辆转向架体出现意外开裂的情况下，建立合理的裂缝探测手段，以防止出现严重的意外。

1、研究背景

东线日本铁路公司（下文简称本公司）拥有超过100种型号的转向架，常规检查通常是通过目视检查、敲问声检查和非破坏性检查（磁性检测）。红线代表了一个由两个横向和两个横向的横向构件组成的 H形的转向架框架，其他的部件也都是以焊制的。根据车体结构的检验说明书，我公司对主要的检测区域进行了详细的检测。因为曾出现“侧梁内侧补强钢板焊接区”、“轴弹簧座焊点”等隐蔽处焊接开裂等严重的问题，我们公司专门对外形相似的转向器进行了新的检测。

2、研究目的

以其他公司在侧梁底桥弹簧座槽焊区边缘处出现的扩大裂缝所导致的严重事故为参照，确定了我们公司的同类结构。该公司在转向架框架的构型中，使用了槽焊法装配了轴簧。该轴承的轴簧底座是沿着四个孔洞的周边，通过角焊缝将其焊在边梁下方。

侧梁必须承担由空气弹性材料所传输的车身负荷和垂直方向的振动所引起的巨大的弯矩和剪切力。因此，在槽焊区附近的气缸内存在较大的压力。因而，在非破坏性检测中，必须建立一种超声检测裂缝的检测手段，才能准确地掌握位于气垫一侧的轴簧座的凹槽状况。

3、超声波探伤

3.1 原理

如果没有缺陷，则由探测器发射的超声在底部形成一个反光，在探测器图像上可以看到 B/%的回波的高度和 b/mm。若有瑕疵，会在瑕疵部位出现反光，检测仪图像上会出现回波的高度 A/%及与瑕疵之间的距离 a/mm。损伤越大，回波高度也越大是超声波探伤最大的特点。

3.2基准缺陷的设定

超声检测是一种比较测试，首先要明确其判定准则，也就是基准瑕疵。因此，根据《JIS Z 2345-4超声波探伤检验用标准试块———第4部：斜角探伤检验用标准试块》中的规定，对4毫米宽4毫米的垂直孔洞（下文中称作Φ4缺陷）进行手工处理。利用形状－反射的效果，将这样的一个φ4型的缺陷转换为一个焊接区域中的实际裂缝，该裂缝长度为2毫米，深度为1毫米。使用这种φ4类型缺陷作为基准缺陷的优点是可以通过相同的检测标准来检测。根据其他公司发生的意外现象的仿真实验，发现裂缝由槽焊区向侧梁边延伸时，会加速裂缝地蔓延。就我公司的转向架结构而言，从槽焊区至横梁的侧边大约21毫米，如果在常规检验中证实该裂缝等于参考故障，那么裂缝将不会延伸至下一次进场检验。而且，因为这次设置的参考缺陷长度为2毫米，低于5毫米，因此可以掌握焊缝状态，直到裂缝扩大到转向架体的致命损害为止。

3.3 超声波探伤方法的制定

轮毂的结构和检测。1个轮毂有4处槽焊区，按以前的故障情况，在接近汽缸一侧出现裂缝的两个位置（每个车架8个）处进行超声检测。这2个位置是第1章中描述的隐藏位置，不能从侧面的横梁底部进行超声检测，因此参照其他公司的实例，采用70度倾斜地探针，光束能达到槽焊区，超声经过侧面梁底板的射入点和同侧的喷射点杆弹性支承构造和检测方法之间的间隔是1个间距（在下文中称作1 S）。根据《JISZ3060钢焊缝超声波探伤试验方法》中的缺陷判定，将Φ4型缺陷的超声回波绘出 H型曲线，其中 M型曲线的半数作为缺陷的检测准则。在实践中，将Φ4型裂纹写入超声检测器，将横向轴线设定成射束段（超声推进段），纵轴设成不合格回波，并绘出距－幅值特征曲线的回波高度分区，以 M线为检验基准，若超声回波超出 M线，则判定其结构存在问题。

4、超声波探伤试验

4.1 实物模型试验

通过对实际生产中的φ4型零件进行实验，检验其能否判断出“缺陷”。实体模式：用9毫米厚的板条和边框一样厚的板条剪成与设计图一致的轴片，再把搭接槽焊接在一块，在检测区的顶点、远处和附近3个点上都有一个Φ4的裂纹。采用70度倾斜探测器对3个直径为4的裂纹进行检测，发现3个裂纹均超出标准 M，判定为“存在缺陷”。

4.2 实车转向架试验

针对转向架检测方法可以检测到Φ4型裂纹，采集了真实的转向架槽焊区检测资料。在检测之前要将导向架上的涂层薄膜进行磨削，以消除对检测的影响。1个车架打磨8个地方的涂层直至完工

在采集到的336个（=8×42个转向器）的资料中，有7个以上的测试是在30分钟内进行的。通过对两个案例的分析，从超声波束距和图样大小可以看出，这是从槽焊区发出的。其他5个例子，很显然，这个回声是从超声波束距离较长的位置发出的。这表明，运用车架结构测试方法，不但可以探测到槽焊区1 S处的高强度超声回波，还可以探测到横向梁内壁加强片槽焊区（1.5 S）的高密度超声回波。

5、超声波回波形状的考查

当超声与大气接触时，会发生一次反射，因此，超声将会形成一种巨大的回波，称为“形状回波”。通过对废旧汽车转向架的超声检测，发现其存在的问题。在槽焊区，回声波较大，因此将其切割开来进行磁检测，但没有检测到任何问题。然后将带回声的焊接通道用磨盘打磨，使其变形后，回波的高度下降到 M线上。由此可以得出这样的结论：回声的水平高于 M的现象是由于焊缝的外形反射造成的。

结语

采用本发明的转向架体检测方法对轮毂座焊缝区进行回波判定。进场检验时对车体结构进行超声检测，若焊缝区的回波水平低于 M，则判定焊缝区正常，不需要进一步检测。但是如果回声波的水平超出 M，那么在下一次进场检验直至车辆完全损坏之前，必须对其进行检测，以掌握故障的发展情况。在回波比 M线上5次以上，也就是根据形状－反射率计算出的切口损坏长度约为5 mm时，对车体结构进行替换。在进行转向架体替换时，必须将报废的车架剪掉，并对车体的损坏情况进行细致的检查。

参考文献

[1] 星政雄, 刘丽静译. 转向架构架内部焊缝超声波探伤方法的制定[J]. 国外铁道机车与动车, 2022(2):5.

[2] 胡文浩， 王广英， 杨鑫华. 高速动车组转向架构架焊接残余应力研究（三）[J]. 焊接技术， 2018, 47(3):4.

[3] 王建萍. 转向架构架焊接部位的超声波垂直探伤[J]. 国外铁道车辆, 1992(06):56.