铁路机车车辆车轮是保证列车安全运行的极其重要的部件,起着承重和导向的作用。车轮一旦发生问题,将导致崩轮、切轴,进一步发生列车巅覆的重大交通事故。因此,如何对车轮进行检测,保证车轮运行安全至关重要。
一、铁路机车车辆车轮主要危害性缺陷类型
1、辋裂
列车运行时,在车轮接触面下一定深度范围(10 mm~20 mm)是轮轨接触剪应力的最大分布区,若该区域存在有非金属夹杂等冶金缺陷,则夹杂物在剪应力作用下会成为疲劳裂纹源,随后疲劳裂纹不断扩展。轮轨接触剪应力是列车运行时轮对所固有的,当裂纹源成核并在剪应力作用下促使裂纹萌生时,列车运行速度越快,裂纹扩展也将越快,当裂纹发展到较大尺寸的快速扩展阶段时,裂纹会发展到轮辋外侧面、内侧面或踏面,如不及时发现会造成车轮“掉块”。这类缺陷称为辋裂。典型的辋裂缺陷如图1、图2、图3所示。
图1 轮辋疲劳裂纹
图2 辋裂掉块基体
图3 辋裂掉块偶合面
从打开的辋裂缺陷可以清晰看到辋裂缺陷有疲劳源和疲劳扩展过程(贝壳状裂纹)。从辋裂的发展过程来看,它是沿车轮的圆周方向扩展的,因此称为周向缺陷。
2、车轮裂损
由于非正常强烈制动、车轮内部冶金缺陷或制造工艺缺陷,导致车轮径向崩裂,在列车运行中有可能造成列车颠覆事故。如图4、图5所示。
图4 冶金缺陷导致车轮崩裂
图5 由于强烈制动产生的制动热裂纹导致车轮径向崩裂
车轮裂损沿车轮直径方向,称为径向缺陷。
二、车轮缺陷超声探伤工艺
1、周向裂纹的检测
根据超声波探伤的原理,当超声波与裂纹面垂直时,超声反射能量最大。超声波沿车轮径向入射时正好与周向缺陷相垂直。因此,采用超声径向入射检测车轮周向缺陷,如图6所示。
图6 周向裂纹检测
2、径向缺陷的检测
采用常规超声横波进行检测,如图7所示。
图7 径向裂纹检测
节选自《2014中国无损检测年度报道》
本文作者:黄永巍,中国铁道科学研究院金属及化学研究所研究员,主任。