導讀

 

電力機車一直是全路客貨運的主型機車。貨運機車一般采用箱式輪心，隨著走行公里的增長，機車走行部的關鍵部件車輪輪心不時發生裂損。

 

檢查機車輪心的狀態，及時發現裂損輪心并處理，是消除機車走行部安全隱患的重要措施，而輪心的可靠性檢測是困擾運輸安全的難題，是全路機務系統共同關注的項目。

 

1.裂損情況及原因

 

1.1裂損數量

 

鑄鋼分體車輪，由箱式鑄鋼輪心和輪箍組成，輪心輻板上沿圓周方向均勻分布12個輻板孔；整體輾鋼車輪，由輪轂和輻板組成。

 

整體輾鋼車輪裂損很少，箱式鑄鋼輪心由于使用時間長，很多已超過18年，到達疲勞裂紋發生期，近年來裂損較多。

 

某機務段2003-2013年機車裂損車輪輪心259件。

 

1.2裂損原因分析

 

在輪心檢修中，通過磁粉探傷，分析磁痕可知，裂紋包括輪心出廠時遺留鑄造缺陷或輪心經補焊出現的焊接裂紋，以及在輻板孔周圍的徑向裂紋，初步分析后者為鑄造裂紋的進一步擴展。

 

箱式鑄鋼輪心裂損如圖1所示。

 

裂紋一般發生在鑄鋼輪心輻板上和過渡圓處，裂損原因一般為：

 

產生鑄造缺陷后違規焊修，在重載和高速運行下金相發生變化，金屬產生不連續性裂紋，最后發生疲勞斷裂。

 

整體輾鋼車輪裂損相對較少，裂損的位置在踏面下，分析其為車輪軋制過程中形成的缺陷，在使用中擴展成為周向片狀缺陷。

 

2.裂損檢測方法

 

由于輪心是鑄鋼件，內部氣孔、夾雜、砂眼等缺陷較多。

 

在機車中修時，傳統的輪心探傷方式是人工除油泥、除漆、除膩子，再使用磁粉探傷。這種探傷方法勞動強度大，除漆劑有毒性，且有時還難以除干凈，更嚴重的是貼近齒輪側的輪心受空間限制，探傷器無法檢測，降低了機車輪心、工藝孔、輻板探傷的可靠性。

 

機車小輔修時的輪心探傷條件更差。如不能保證對輪心全部部位進行探傷檢測，容易存在事故隱患。

 

2.1 目視檢查

 

目視和錘擊檢查。

 

目視整個輪心狀態，重點檢查輪心工藝孔和輪轂過渡圓，發現油漆裂開仔細觀察。

 

錘擊時聽聲音，清脆或沉悶聲可判斷為良好；

 

聲音長或帶有顫音應重點檢查，以確認車輪整體狀態是否良好，是否有明顯裂紋、缺陷。

 

2.2 探傷檢測

 

2.2.1 磁粉探傷

 

采用除漆磁粉探傷，一般在中修或落輪修時進行。輪對經過清洗，確認無油污，可使用整體輪對磁粉探傷機對輪對進行整體磁粉探傷，磁化方式為連續法或旋轉磁場磁化法，磁介質為熒光磁粉，在白光照度不大于20lx、紫外光輻照強度大于1000µW/cm²的條件下觀察；

 

使用便攜式磁粉探傷器進行干法探傷，采用分段磁化、分段探傷方式，在大于500lx的白光照度下觀察。

 

2.2.2 整體輾鋼車輪超聲波探傷

 

整體輾鋼車輪輻板無油漆和膩子，可進行超聲波探傷。

 

選用K1雙向斜探頭，將其置于輪心實物對比試塊上，保持主聲束對準輻板上4mm深、30mm長的人工缺陷，耦合良好，壓力均勻。

 

移動探頭使人工缺陷反射波達到最高，調節到儀器熒光屏滿幅度的80%，在此基礎上校準探頭、調節探傷靈敏度。

 

在輪心輻板外側均勻涂上耦合劑，使用調節后的靈敏度進行探傷檢測。

 

以圓周方向作鋸齒形移動，并左右擺動一定角度。

 

用一次波檢查輪心內側表面，用二次波檢查輪心外側表面，使超聲波聲束相互覆蓋10%，探頭速度不得大于50mm/s。

 

探傷操作原則是使熒光屏波形穩定，如發現異常波形，進行定位、定量。

 

輪心輻板掃查完畢后，將探頭放置在輪心工藝孔邊緣，沿周向移動，對工藝孔四周進行探傷檢測。

 

2.2.3 脈沖渦流探傷

 

脈沖渦流是近年興起的新型探傷方法，其基本原理是法拉第電磁感應定律。

 

脈沖渦流的激勵電流為一個重復的寬帶脈沖，通常為具有一定占空比的方波。

 

激勵線圈中的脈沖電流感生出一個快速衰減的脈沖磁場，變化的磁場在導體試件中感應出瞬時渦流，即脈沖渦流。此脈沖渦流向導體試件內部傳播，又會感應出一個快速衰減的渦流磁場。

 

隨著渦流磁場的衰減，檢測線圈上就會感應出隨時間變化的電壓。

 

脈沖渦流能檢測表面下有一定深度的缺陷，排除鑄鋼輪心表面凸凹不平的干擾，直接讀取代表裂紋深度的電壓峰值、峰值時間和過零時間，來確定輪心裂紋的位置、長度和深度，用標準試塊4 mm當量，作為探傷靈敏度。

 

因為機車齒輪箱易漏油，導致輪心油泥較厚，需除掉油泥才能對輪心探傷，大大增加了小輔修作業時間和作業量。齒端內側的油泥也很厚，小輔修不除油泥則無法對齒端內側輪心探傷。齒端內側輪心是危險缺陷的起源，是重點探傷的部位。

 

同時若移動機車，對輪心探傷不安全，而漏在外面的輪心部位太少，尤其是齒端內側縫隙太小，探頭較難伸進，為此采用加長桿渦流傳感器檢測輪心內側和外側，以保障大裂紋不漏檢。用鏟刀清理干凈輪心過渡圓部位和工藝孔周圍的油泥，以免油泥影響渦流探頭，重點檢測疲勞裂紋發生區域。

 

如果儀器連續報警超過50mm，要查看是否有確認波形存在，若確認波形明顯，就要動車，再用其他方法進行綜合檢查確認。

 

探傷時探頭面應平行于被測輪心表面，以小于150mm/s的速度均勻掃查。

 

當儀器發現有較長的區域連續報警提示，應及時分析波形，微移探頭，以找到最大確認波。

 

探頭在連續報警區域分別進行橫向、縱向交叉檢測，如果波形均符合裂紋的波形特征，即可判斷為裂紋。

 

確定缺陷性質、范圍、走向，并判斷是疲勞裂紋還是材質缺陷，經除漆磁粉探傷或其他方法核查缺陷的性質。

 

3.裂損檢查時機和過程

 

1）對于運用機車，由乘務員在接車和站停時重點檢查輪心。采取目視檢查和錘擊檢查，對機車提示的重點輪心必須逐個檢查，確認輪心輻板、工藝孔周圍、輪轂到輻板過渡圓無裂紋。

 

2）機車入庫后，由整備檢查員對輪心進行目視檢查和錘擊檢查，檢查輪心輻板內外側、工藝孔周圍、輪轂到輻板過渡圓是否有裂紋，確認輪心狀態良好。

 

3）對于修程機車，由檢修人員和探傷人員檢查，復檢和交車時由接車人員、驗交人員檢查輪心。

 

4.裂損發現及預警機制

 

1）建立輪對臺賬，對輪心使用年限定期統計分類。

 

對超過18年的輪對輪心，由專業工程師親自檢查，納入重點跟蹤范圍。

 

在機車上張貼提示卡，提示卡上明示位置，以便重點檢查，對使用超過18年的輪心，在輪對入廠大修時予以更換。

 

2）機車小修及中修時，對輪心進行探傷檢測。

 

中修機車輪心必須采用磁粉探傷和渦流檢測，使用整體輪對磁粉探傷機或馬蹄型磁粉探傷器檢查長轂輪心外側面、短轂輪心內外側面；

 

小修機車執行渦流檢測，并做好探傷記錄。

 

3）檢修車間要做好輪心檢查臺賬，按范圍和工藝檢查重點跟蹤的輪心，設專薄登記檢查檢修情況。

 

4）機車運行期間，乘務員應嚴密監聽走行部聲音，有異音、異狀時，要求停車檢查，若確認有問題應及時反饋，對出庫機車，利用機車停車時機，對輪心進行重點錘擊和外觀目測檢查。

 

檢查輪心輻板、工藝孔周圍、吊裝孔周圍、輪轂到輻板過渡圓處、車軸壓裝孔處、注油孔處是否有裂紋。

 

5）整備車間重點檢查運用機車輪對輪心，建立專門的記名檢查臺賬，檢查入庫機車車輪。