[word doc]CRH动车组空心车轴超声波探伤技术的国产化运用.doc

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1、CRH动车组空心车轴超声波探伤技术的国产化运用铁专区I探伤技术CRH动车组空心车轴超声波探伤技术的国产化运用从2006年开始随着中国主机厂陆续与国外签订高速铁路动车组引进技术合同,北京新联铁科技发展有限公司就将经营重点瞄准了国外高速铁路检修技术与装备的引进与国产化市场.2007年10,EJ.由北京新联铁科技发展有限公司和德国弗朗霍夫研究院等单位共同研发的第一批6套高速铁路动车组空心车轴超声波探伤装置,在中国不同的动车运用所交验使用;近三年来,通过我们与德国及日本等国的合作伙伴不断努力,空心车轴超声波探伤装置及技术在中国得到了全面的普及,提高和发展,形成了具有中国特色,达到世界领先水平的CRH动

2、车组空心车轴超声波探伤体系.窒心事轴超JII波I案伤技术介绍动车组空心车轴是CRH系列动车组的最重要受力部件之一.它把动车组的车辆载荷通过车轮传递给钢轨,并通过轮对在钢轨上转动和制动来完成动车组的运行.因此.动车组空心车轴的质量状况,直接影响JCRH系列高速铁路动车组的行车安全.动车组空心车轴损伤形式主要有横向疲劳裂纹,纵向疲劳裂纹.(局部)材质晶粒粗大和(非金属)夹杂物产生的制造缺陷等等.欧洲和日本高速铁路及其运营商在无损探伤中主要运用的无损探伤方法有:视觉探伤(VT),渗透探伤(p-),磁粉探伤(MT),涡流探伤(ET),超声波探伤(uT)和射透探伤(RT)等其中最常用的无损探伤方法是超声

3、波探伤.针对我国动车组开行密度大,运行里程长,运行环境复杂和动车组空心车轴型式多样,运行速度等级不一以及动车组空心车轴运用质量及检测要求高的特点.系统地研究国外高速动车组空心车轴无损检测技术,充分借鉴国外高速动车组空心车轴检测方式方法,系统地参考国外高速动车组空心车轴无损检测装备的配置模式,是形成中国CRH系列动车组空心车轴无损检测技术体系的有效途径.依据铁道部运输局(CRH系列动车组空心轴探伤工艺规程(试行)(运装客车2008694号文件)的相关要求,中国CRH系列高速铁路动车组空心车轴超声波探伤体系按定期在线检测和定期落轮检测两个层次进行.同时,CRId系列动车组空心车轴各层次的检修周期需

4、要根据各型动车组的实际情况来制36世再轨递交通201009谭鹰洪定生定,引进的各层次探伤设备需要根据CRH系列动车组和各动车段动车所实际情况进行优化调整和二次开发.在综合研究欧洲,日本的高速动车组空心车轴无损检测体系的基础上本着先进,成熟,经济,适用,可靠的方针北京新联铁科技发展有限公司先后从德国和日本引进了空心车轴超声波探伤设备和技术通过与德国和日本合作伙伴的紧密合作,在消化吸收国外先进技术的同时结合中国高速铁路的实际情况研发了XHAT-M03系列(移动式)和XHATM05系列(固定式j高速铁路动车组空心车轴超声波探伤装置经过铁道部组织的专家组评审并在全路动车基地及动车所广泛运用.填补了国内

5、高速铁路空心车轴超声波探伤技术空白.xHATM系列空心车轴超声波探伤装置能够检测孔径从3Omm110mm(根据不同车型配置)的高速铁路动车组空心车轴,它以高速铁路动车组空心车轴的内孔为探伤接触面,采用超声波纵波和横波组合的探伤方法.运用机电一体化的技术,对空心车轴的回波信号进行收集,处理.分析和存储,检测cRH系列动车组空心轴的疲劳裂纹和内部缺陷.(见图1)图1空心车轴超声波检测缺陷类型系统的检测对象:不落轮的空心车轴:落轮的空心车轴:带制动盘或齿轮箱的空心车轴i不带制动盘或齿轮箱的空心车轴CRH系列各型动车组空心车轴和地铁,轻轨空心车轴.探伤原理高速铁路动车组空心车轴探伤一般采用超声检测技术

6、(uT)通常使用的检测频率是2MHzI4MHz.为了检测空心车轴的轴向和周向的缺陷,使用不同组合的超声探头分别在轴向和周向发射声波,为了达到较高的检测覆盖率和不同的扫查角度.声波的角度按轴向坐标和周向坐标的正负方向排列.这些超声探头集成在一根特制的探头系统组件里面,通过一个计算机控制处理系统控制.带有uT探头的探头系统组件在高速旋转的同时沿轴向运动.其复合运动轨迹沿着一条螺旋扫查线在轴孑L中进行检测.在扫查运动中,系统以相同的时间间隔发射和接收超声波.例如,采样间距在1.至2.时,各个通道在每转一周将导致360至180次采样循环(发射和接收).探头探伤动作见图文图2探头探伤动作启动自动探伤检测

7、程序后.探头系统组件对准空心车轴轴孔的中心并以设定速度在高速旋转的同时沿轴向推进系统以程序设定的时间间隔对空心车轴进行扫描.检测数据和探头系统组件的轴向及周向位置等信息都被计算机实时储存在一起.根据记录的超声波数据,同一根空心车轴的检测结果可以同时通过多种显示方式显示出来.例如:按照轴长定义的区域和按照垂直深度定义的区域(B扫描)显示;按照轴长定义的区域和按照周向定义的区域(C扫描)显示及A扫描显示,TD扫描显示等.从扫描显示图像中,操作者可以清晰地辨识可能存在的缺陷情况.操作者需要评估显示某个具体位置的缺陷时.探头系统组件能够回到显示缺陷的位置检测人员通过自己的需要重复扫描确定是空心车轴缺陷

8、还是由于外部影响造成的缺陷显示.为了校正探伤灵敏度.本系统可根据用户的检测需要提供不同类型的对比试样轴:CRH5对比试样轴见图3.对比试样轴用于空心车轴探伤机的灵敏度校验和空心车轴探伤全过程设备性能稳定性的判别与实际检测的空心车轴的声学性能和车轴外形尺寸及形位公差一致.并经过铁道部组织的专家组技术评审,满足铁道部(CRH系列动车组空心车轴超声波探伤工艺规程(试行)(运装客车2008694号)的要求.图3CRH5对比试样轴系统设计北京新联铁科技发展有限公司研制的高速铁路动车组空心车轴超声波探伤装置.目前主要有XHAT-M03系列(移动式)I:IXHATM05系列(固定式).XHAT-M03系列空

9、心车轴检测系统是由北京新联铁科技发展有限公司从德国引进吸收先进技术后.结合中国高速铁路CRH系列不同车型车轴现实情况.自主研发的高速铁路动车组空心车轴检测设备.设备主要由探头系统组件,进给机构,超声检测子系统以及控制单元四部分组成.移动式空心车轴检测系统被集中放入到电动走行驱动的小车和推进机构中(见图4).一个操作者就可以将它移动到不同的工作位置并进行检测操作.装置图4XHATM03空心车轴超声波探伤检测过程探伤时,系统的推进机构通过与车轴相对应的轴端适配器与空心车轴连接(如图5).推进机构的接挂法兰与轴孔连接之后.探头系统组件自动导入到轴孑L内.同时,推进机构内的耦合油供给系统启动.图5设备

10、与轴的联接探头旋转速度在075rpm之间可调同时探头系统组件给定的螺矩(15mm)向前推进.经过应用论证.采用5mm螺矩即可保证探头声束覆盖车轴表面又可节省探伤时间.根据需要可设备到3mm螺矩以达到较高的扫描密度.进一步保证探伤要求.设备在作业前,作业后必须使用对比试样轴进行校准,且必须一次性通过此两次日常性能校验.否则当天作业数据作废.日常校验通过之后.就可以开始探伤作业过程.当探头系统组件在轴孔内匀速运动结束的同时系统完成全部检测数据的采集,检测数据和探头在轴向,周向的准确位置数据被储存起来.探头的耦合情况是通过分析背景的噪音均匀度得到的.在扫描过程结束之后数据分析界面将探伤数据显示出来,

11、探伤人员即可对车轴检测结果进行分析.B,c3描的图像是计算机将全部A扫描进行分析处理而来的(见图6).如果分析结果显示有缺陷,探头系统组件可以返回到显示有缺陷回波的位置,操作者可以通过A扫描判断该处是否有真实的缺陷还是其它外界的干扰.为了帮助探伤人员对存在疑问的位置进行最终确认,可将htip:flwwwworldrailwaycn37博TRUNKRAL1WAY探伤工作模式自动调到手动.将探杆伸到指定位置进行分析判断.图6B,C扫描的图像是计算机将全部A扫描进行分析处理而来窒心车轴擦伤设备发现缺陷实例CRH3型空心车轴探伤时发现的表面横向缺陷2008年11月3日上午.使用HAT-M02型空心轴探

12、伤设备对CRH3型空心车轴探伤时,发现其中一根空心车轴在距B端轴端面217mm位置周向分布有两处缺陷两处表面缺陷,裂纹深度超过2mm38世界轨道交通201009陷干铁I探伤技术2008年11月2O日,相关部门组织德国,意大利,中国相关质量和无损检测专家对该轴进行退卸验证,发现该空心车轴防尘板座部位存在两处明显的周向表面开IZ缺陷,专家一致认为:该CRH3型车轴存在着两处严重的周向表面缺陷,如果上线运行,可能造成严重的交通安全隐患.CRH5型空心车轴探伤发现的内部体积缺陷2008年2月8日,使用HATM02型空心轴探伤设备对CRH5型空心车轴探伤时,发现该轴在距B端轴端面474mm处及1190m

13、m处备有一体积缺陷(见图7)图7两处空心车轴内部体积型缺陷在0.SE探头B,C图像中的清晰显示.一处缺陷反射当量大于由2mm平底孔.另一处缺陷反射当量约为2mm平底孔.2008年2月18日.相关部门组织专家对该轴存在的内部缺陷进行了确认,大家一致认为该轴两处缺陷均为空心车轴内部材质缺陷距车轴外表面附近出现,车轴外表面没有发现明显的缺陷存在,可以确定为车轴内部近表面的弥散性轴向夹杂物缺陷.其中距B端轴端面474mm处缺陷反射当量高出对比试样轴2mm平底孔的反射当量4dB.达到了对比试样轴规定的报伤标准;距B端轴端面1190mm处缺陷反射当量接近于对比试样轴2mm平底孑L的反射当量.依据铁道部空心

14、车轴超声波探伤系统灵敏度校验标准和ALSTOM(阿尔斯通)30NiCrMov12钢材质的高速车轴制造与控制技术说明书第5.7条的规定:车轴最大容许缺陷不得大于1mmEFBH(1mm相等的平底孑L)】的报废标准,建议该空心车轴报废,禁止上线运行.CRH3型空心车轴探伤发现的外表面缺陷2009年6月18日上午探伤人员在对CRH3型车进行探伤时,发现该车有一空心车轴在距A端轴端面3135mm处存在周向疲劳缺陷(见图8).缺陷长度断续一周,经退卸认证缺陷存在.该车轴报废.图8CRH3型空心车轴存在的周向疲劳缺陷综上所论经过近三年的实际运用.我们所采用的动车组空心车轴超声波探伤设备能够有效地检测空心车轴表面危害性横向缺陷和空心车轴内部制造缺陷.该设备能够兼容CRH系列不同车轴的超声波探伤检查;能够满足不同修程,不同型号车轴的超声波探伤方法和要求:能够满足(CRH系列动车组空心车轴超声波探伤工艺规程(试行)所规定的各项要求.(作者:新联铁科技发展有限公司).IIL-l.囊”,H”_=像.一,.=!:.图,.,忡田_I_l霎,i差