火车车轮主要危害性缺陷类型及其超声检测方法

火车车轮主要危害性缺陷类型及其超声检测方法

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。