地铁构架的无损检测方法

摘要：

本文通过对超声探伤技术基本原理的介绍和对地铁构架焊缝的梳理及研究，探索了超声探伤技术在地铁焊接构架无损检测中的实际应用，为超声探伤技术在更广、更深的领域应用做了有益的尝试。

引言

近年来，随着铁路机车行业的发展，焊接结构的工件越来越多，对焊接质量的要求越来越高，亦将构架的安全性能提到了新的高度。为了保证地铁的安全运营，对焊缝的无损检测就显得尤其重要了。

无损检测（Nondestructive test，NDT）是指不破坏和损伤受检物体，对其性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术。新材料、新技术的广泛应用及信息技术的不断发展，两者带来的融合，必将实现无损检测的数字化、图像化、实时化、智能化。

1.超声探伤原理

超声探伤是无损检测的主要方法之一。它能非破坏性地探测材料性质及内部和表面缺陷（如裂纹、气泡、夹渣等）的大小、形成和分布情况，具有灵敏度高、穿透力强、检测快和设备简单等诸多特点。

1.1基本原理

超声探伤具有反射和透射两种方法。其中反射法精度较高。脉冲发射器通过探头将超声波短脉冲送入试件，当回波从试件的缺陷或边界返回时，通过信号处理系统，在示波器上可显示其幅度和传播时间。

1.2探伤分类

超声探伤方法很多，按不同的方式，可以分成如下几种常用的方法：

1.2.1按原理分类

按探伤原理分类，有脉冲反射法、穿透法和共振法。

1.2.2按耦合方式分类

按耦合方式分类，可分为接触法、液浸法、非接触法，其中接触法又可细分出反射法及穿透法，液浸法亦同理；非接触法，则主要有电磁和激光超声。

1.2.3按探伤显示方法分类

按探伤显示方法分类有A型显示、B型显示与c型显示。其中A型显示只显示缺陷深度：B型显示，可显示工件内部缺陷横断面形状；c型显示，则显示工件内部缺陷的平面图形。

1.2.4按智能方式分类

上述探伤如由人工操作，则为人工探伤。如使试样或探头移动，在移动中利用超声波自动地检测缺陷并予以显示或指示（喷色）的方式，称为超声自动探伤。根据探头设置方式的不同亦可分为：直接接触方式，此方式只适用于轨道、无缝钢管和轴等的探伤；局部水浸方式是超声探伤中最适用的方式；全水浸方式用于工件的某部分（如粘结层）或管类的精密探伤。

2.焊缝常见缺陷分析

构架是转向架的骨架，是连接转向架各部组成和传递各方向力的重要结构体系，构架焊接质量的优劣直接影响地铁列车的行车安全。因此有必要对地铁构架焊缝的常见缺陷进行分析和研究。围绕以下几种常见的构架焊接缺陷，如气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹等，笔者进行了分析：

2.1缺陷形成原因分析

2.1.1气孔

气孔是指焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝中所形成的空穴。其可能是从熔池外吸入，也可能是焊接冶金过程中反应生成。气孔的存在减少了焊缝的有效截面，使焊缝疏松并降低了接头的强度和塑性，引起泄漏及冷裂纹。

2.1.2夹渣

在金属焊缝中，局部空间充满着非金属物质，即夹渣。一般焊缝中的夹渣分为点状夹渣、线状夹渣和体积型夹渣。

2.1.3未熔合和未焊透

焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷，称为未熔合，在焊缝边缘近热影响区部位易发生。未焊透一般出现在焊缝根部和多层焊缝中间，而以根部边缘未焊透危害最大。

未熔合是一种面积型缺陷，其危害仅次于裂纹；未焊透减少了焊缝的有效截面，使接头强度下降，同时引起应力集中，并严重降低焊缝的疲劳强度，成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。

2.1.4裂纹

裂纹是焊接中危险性最大的缺陷，可能造成焊缝应力集中，并在使用中不断扩大，从而导致焊缝全部破裂。若焊接过程中起弧或熄弧不当，应力则会在弧坑集中，从而产生弧坑裂纹。

3.地铁构架探伤方法介绍

地铁构架焊缝探伤主要有超声和磁粉探伤两种。焊缝的缺陷一般分为两类：一类为焊缝表面裂纹、气孔等缺陷；一类为板材分层、焊缝内部夹渣、未焊透及未熔合等缺陷。第一类缺陷宜用表面磁粉探伤检查，第二类则宜采用超声波探伤检查。

3.1磁粉探伤

对整个地铁构架来说，由于焊接过程中的热输入，容易产生热裂纹，故灵敏度较高的磁粉探伤对近表面及表面的裂纹检验就显得尤其必要。

3.1.1地铁构架磁粉探伤采用CJE-II型磁扼式探伤仪，当两磁扼间距在100mm距离时，提升力应大于34.3N。探伤仪配置了照明装置，使探伤工件表面照明度大于500Lx。

3.1.2试块采用直径为70mm的钢制圆柱型试块，重量3.5kg。试块中部存在一个中10mm的人工圆弧指示；A1 15/50型试块中心十字痕迹显示清晰亦可。

3.1.3探伤前需清除表面油污及飞溅等杂物，且必须对焊缝探伤部位喷涂反差增强剂。探伤表面粗糙度不大于Ra12.5um。

3.1.4MT扫查区域为焊缝及焊缝周围两侧各50mm范围内以及对接焊缝两端引弧板。

3.1.5焊缝缺陷的磁痕显示磁痕浓密清晰、细直、轮廓清晰，呈直线状、弯曲线状，且重复性好；而缺陷如气孔、夹渣、未焊透等，其磁痕显示宽而模糊，轮廓不清晰。

3.2超声探伤

超声探伤在地铁构架焊缝检查中占据着很重要的地位，它可以发现焊缝中大多数危险性缺陷的存在。超声探伤的检测区域宽度应是焊缝本身，再加上焊缝两侧各相当于母材厚度30%的区域，这个区域最小宽度为10mm。

3.2.1地铁构架的对接焊缝探伤采用横波4MHz的探头（折射角分别为600，700），而角焊缝的探伤采用4Mnz，600折射角的斜探头。探伤灵敏度采用标准对比试块（特种RB/1，法国标准试块）上φ1.5mm孔反射波高达80%。

3.2.2探头移动方式一般采用锯齿型扫查，每次前进锯齿不得超过探头晶片直径。在保持探头与焊缝中心线垂直前后移动的同时，作大致10-150的摆动。

4.结语

综上，在地铁构架的无损检测中，磁粉探伤是检测表面或近表面缺陷，具有快捷、费用低、灵敏度较高等优势。超声探伤则是探测焊接构架内部缺陷（气孔、夹渣、未熔合）的有效检测手段。利用磁粉探伤和超声探伤相结合的方法，可发现焊缝中绝大多数的缺陷类型，这为地铁构架的焊接质量提供了有力的保证。