无损检测技术在地铁车辆检修中的应用

作者简介：冯文慧，女，大学本科/学士学位，车辆轮值工程师，助理工程师，主要从事地铁车辆检修技术管理工作，[e-mail]无损检测技术在地铁车辆检修中的应用冯文慧唐鲁楠（南京地铁运营有限责任公司江苏南京210012）摘要：无损检测技术在地铁车辆高级别检修中发挥着重要作用，其中常用的检测技术有磁粉、超声波、渗透、射线、涡流五大类，文章介绍了各类无损检测技术在铁路及地铁行业的应用情况，分析了各自的特点和适用范围；目前，国内地铁无损检测标准尚未统一，基本以参考相关国际标准和铁标为准，重点介绍了地铁车辆轮轴、转向架、车钩等关键部件无损检测的方法和要求以及地铁车辆无损检测技术的现状，地铁车辆无损检测技术仍需在提高便捷性、降低漏检率以及标准化方面不断提高。关键词无损检测地铁车辆检修应用NDTTechnologyApplicationonMetroTrainOverhaulFengWen-huiTangLu-nan(NanjingMetroOperationCo.,LTD，NanjingJiangsu，210012)Abstract:TheNDTTechnologyplaysanimportantroleinmetrotrainOverhaul.TherearefivekindsofNDTTechnologyfrequently-used:MT,UT,PT,RTandET.ThispaperintroducestheapplicationofallkindsofNDTtechnologyinrailwayandsubwayindustry,andanalyzestheircharacteristicsandapplicationscope.NowthestandardofNDTforthemetrovehicleisnotuniform,theinternationalstandardsandtheTBstandardsarecommonlyused.ThispaperfocusesontheNDTtestingmethodofmetrotrainaxle,bogie,couplerandotherkeycomponentsandanalysisofthestatusofthemetrovehicleofNDT.MetrovehicleNDTtechnologystillneedtoimproveconvenience,reducingthelossrateandimprovestandardization.Keywords:NDT;metrotrain;overhaul;application自20世纪40年代磁粉检测技术被应用至铁道行业车轴表面缺陷检测以来[1]，无损检测技术在轨道交通发展中已具有举足轻重的位置，随着铁路系统的飞速发展，正被广泛应用于铁路产品的各个生产和应用环节，成为铁路车辆检修的重要检测手段之一。随着无损检测理念的进步以及城市轨道行业的不断发展，无损检测技术在城市轨道车辆的高级别检修当中也正在发挥着越来越重要的作用，对于轨道车辆走形部件、车钩、悬挂件等重要系统部件内部缺陷检测以及提高列车运行安全可靠性发挥着重要作用。1无损检测技术分类及应用目前，铁路系统常用的无损检测技术有磁粉检测（MT）、超声波检测（UT）、渗透检测（PT）、射线检测（RT）、涡流检测（ET）五大类。作为地铁等城市轨道列车检修的风向标，铁路系统使用的各类无损检测技术在城市轨道车辆的检修当中均有应用，但以磁粉检测及超声波检测手段为主。1.1磁粉检测技术磁粉检测技术具有操作简单、灵敏度高、成本低的优点，因此是地铁车辆检修中应用最为广泛的一种无损检测技术，所使用的设备也有固定式、在线通过式、移动式、便携式等多种。但由于磁粉检测是利用铁磁性材料在工件表面及近表面缺陷处产生漏磁的原理，其又具有一定的局限性，如只适用于铁磁性材料，表面油漆需要去除，对缺陷有方向性要求等。1.2超声波检测技术超声波检测技术是铁路轮轴、焊接件等关键零部件探伤的重要检测手段之一，而目前地铁车辆检修中主要将超声波探伤应用于轮轴镶入部位检测。作者简介：冯文慧，女，大学本科/学士学位，车辆轮值工程师，助理工程师，主要从事地铁车辆检修技术管理工作，[e-mail]限于技术条件制约，目前地铁行业超声波检测技术多为A型脉冲反射法手动扫查，所使用的设备也以便携式为主，虽然在铁路车辆检修中已有自动检测设备、相控阵和TOFD（超声波衍射技术）等新技术的应用，但在地铁车辆检修领域并未得到推广。1.3渗透检测技术渗透检测技术利用了毛细现象的原理，因此基本不受工件几何形状影响，对缺陷方向和操作者技能要求也不高[2]，但只局限于表面开放性缺陷的检测，而且操作过程较为繁琐，目前在地铁车辆检修中，主要应用于中小型零部件的表面缺陷检测。1.4射线检测技术射线检测技术在铁路系统有较多应用，如摇枕、侧架射线检测，焊缝检测，压力容器检测等[3]，但由于存在放射性污染，在地铁车辆检修中应用较少，目前在南京地铁有使用射线检测技术对风缸焊缝进行检测。1.5涡流检测技术涡流检测技术在铁路领域应用较少，法国国营铁路曾将其用于导管和滚动轴承部件的检测[4]，国内也仅局限于轴承滚珠、整体轮辐板检测等[5]，同样在地铁车辆检修中也鲜有应用。1.5.1交变磁场测量（ACFM）技术交变磁场测量（ACFM）技术是一种新型的涡流检测技术，最早被应用于近海石油装备无损检测[6]，ACFM技术由交变电压降（ACPD）法发展而来，综合了ACPD法能测定裂纹尺寸和涡流法无需同工件接触的优点[7]。目前在国内，已有上海地铁率先将ACFM技术应用于构架焊缝检测的尝试[8]。2地铁车辆无损检测标准自1996年起，铁道部制定了一系列的无损检测标准，通过等同或等效采用国外先进标准使得铁道行业标准水平明显提高[9]。与铁道车辆相比，地铁车辆有其鲜明的特点：行业起步晚，车辆制造技术不统一，国外技术多等，基于这些原因国内地铁车辆检修标准尚未统一，各家地铁单位在检修中有各自的参考依据，基本以各部件制造出厂验收时所采用的ISO、EN、NF等相关国际标准为准，如EN1291：2002《焊缝磁粉探伤验收等级》、NFF00-090《铁路制件磁粉探伤》等，同时铁路TB标准也是重要参考，如铁总运《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》中就对铁路轮对、轴承探伤有详细要求，也已成为地铁车辆转向架轮轴检修的主要参考。3地铁车辆关键部件无损检测3.1轮轴无损检测目前，国内地铁行业所使用的车辆一般为A型和B型两种，最高运行速度不超过100km/h，作为车辆走形部的重要部件，轮轴的无损检测方式主要是磁粉检测及超声波检测。磁粉探伤主要用于检测车轴轴身表面及浅表面缺陷，采用湿法连续法复合磁化工艺，所使用的设备一般为在线通过式的轮对荧光磁粉探伤机（图1），如果磁粉检测在车轮与车轴分解之后进行，则需要固定式的车轴磁粉探伤专用设备。需要注意的是出于对轴承的保护，轮对磁粉探伤后必须进行退磁处理，在距探伤机4m以外，用磁强计在车轴两端的中心孔附近测量，剩磁应符合表1要求。部位剩磁车轴≤0.5mT（5Gs）轮对≤0.7mT（7Gs）轮轴≤1.0mT（10Gs）表1轮对磁粉检测剩磁要求作者简介：冯文慧，女，大学本科/学士学位，车辆轮值工程师，助理工程师，主要从事地铁车辆检修技术管理工作，[e-mail]图1轮对荧光磁粉探伤机超声波检测主要用于车轴全轴穿透检查及车轮、制动盘等压装部位的检查，前面已经提到目前地铁轮对超声波检测一般采用手动扫查，按照《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》要求，穿透检查一般采用2.5P20Z直探头按照图2的方式进行扫查，轮轴压装部位一般采用斜探头按照图3方式采用一次波扫查。图2车轴穿透检查图3车轴压装部位检查由于地铁轮轴不同于铁路轮轴形式，斜探头型号无法按照《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》提供的标准进行选用，而需要按照图4所示根据轮座尺寸结合探头一次波所能覆盖的范围进行选择，但需要注意的是，目前地铁动车轮轴由于齿轮箱压装部位较长，无法通过斜探头进行扫查，只能在拆除齿轮箱后进行，同样对于在齿轮箱一侧的车轮压装部位检测也只得从车轴外端进行，如图4所示。图4轮轴超声波探头选择（左为拖车轴，右为动车轴）作者简介：冯文慧，女，大学本科/学士学位，车辆轮值工程师，助理工程师，主要从事地铁车辆检修技术管理工作，[e-mail]3.2转向架系统部件无损检测地铁转向架系统需要在大修中进行无损检测的部件主要有构架，一系钢弹簧，抗侧滚扭杆装置、齿轮箱吊杆等杆件，所采用的无损检测方法以磁粉检测为主，但由于部件形式不一，所采用的检测设备也不同。3.2.1构架地铁转向架构架一般为箱型焊接的无摇枕结构，属于较大的异型工件，构架焊缝无损检测一般使用便携式磁粉探伤仪，目前南京地铁已对正在架大修的几条线路的构架焊缝进行了磁粉检测，结果显示构架裂纹一般以线性缺陷或铸造缺陷为主，图5为构架焊缝端部缺陷，对于这类缺陷处理方法一般为打磨后焊补。图5构架焊缝缺陷3.2.2一系钢弹簧对于一系螺旋压缩弹簧，其内部缺陷以与棒料轴线平行的纵向缺陷为主，需要对钢簧进行纵向直接通电磁化，对于与棒料轴线垂直的横向缺陷，需要穿棒法磁化，剩磁一般要求不高于0.3KA/m（约为0.37mT）。3.2.3杆件抗侧滚扭杆、吊杆等均属于杆件，这类部件磁粉检测可采用人工方式，也可以采用专用杆件磁粉探伤机，采用人工方式则应注意必须对杆件进行纵向和周向两个方向的复合磁环检测，存在漏检问题。3.3车钩无损检测磁粉、超声波和射线是车钩检修中常用的无损检测方法，采用射线检测可以直观显示车钩内部缺陷形貌，且灵敏度较高，而采用超声波检测则可以得到缺陷的深度信息[10]。对于地铁车辆车钩无损检测，一般以磁粉检测为主，对车钩缓冲器各零部件的表面及近表面缺陷进行检测，为降低漏检率，多采用湿法连续法旋转磁场检测。3.4风缸无损检测车下风缸属于压力容器，一般为非铁磁性的铝合金材质，因此对于这类容器可使用射线或超声检测其内部缺陷，南京地铁曾在一号线大修时对前两列车风缸进行了验证性的射线检测，执行EN12517-2:2008标准。4地铁车辆无损检测技术现状可以看出，目前地铁车辆检修所使用的无损检测仍以最常规的技术手段为主，虽然针对不同零部件出现了一大批各种形式的专用检测设备，但在核心技术及检测灵敏度提高方面的进展并不大，一些重要部位的检测，尚只能采用简单设备和人工方法，在提高操作便捷性、降低漏检率方面仍需提高。作者简介：冯文慧，女，大学本科/学士学位，车辆轮值工程师，助理工程师，主要从事地铁车辆检修技术管理工作，[e-mail]此外，前面提到了国内地铁车辆检修并没有统一的无损检测标准，同样的部件，有的地铁单位采用ISO标准，有的地铁单位采用NF标准，有的则采用TB标准，造成了各自为营的局面；而且标准的不统一也造成了另一个问题：检测范围的不统一，如有的单位要求对构架焊缝检测，而有的单位对此则不作要求，检测标准的不统一一定程度上限制了无损检测技术在地铁车辆检修领域的交流与发展。5结语无损检测技术已经在地铁车辆的高级别检修中有了广泛的应用，对于车辆零部件内部缺陷检出，提高车辆维修质量及安全性有着十分重要的意义，虽然目前地铁行业所涉及的无损检测技术还主要集中于磁粉、超声波等常用常规的检测手段，但已不乏对无损检测新技术的积极尝试，相信随着无损检测技术及理念的不断进步，会有更多的新技术在地铁车辆检修中得到应用。参考文献[1]贾敏等.无损检测技术在货车新造及检修中的应用[J].铁道车辆,2004,48(10):14.[2]万升云.无损检测在机车车辆工艺上的应用-二-渗透检测[J].铁道机车车辆工人,2007(7):27.[3]万升云.无损检测在机车车辆工艺上的应用-三-射线检测[J].铁道机车车辆工人,2007(8)