地铁焊接构架检测中无损检测方法的应用

谢绍旭

摘要：伴随当前我国城市发展速度进一步加快，很多城市都开始大规模进行地铁的建设，焊接结构的构件也逐步增多，构架焊接的质量会对行车的安全和乘车舒适性产生直接影响，只有通过无损检测才能确保焊接的质量，本文重点分析研究地铁焊接构架检测中无损检测的方法，以供参考。

关键词：地铁；焊接构架；无损检测；方法；应用

1地铁焊接构架检测中无损检测概述

这些年以来，由于铁路机车发展速度进一步加快、焊接结构的构件逐步增多、第六次铁路提速，对焊接构件的安全性提出了更高的要求，在转向架中构架是骨架，是对转向架各部分进行连接并且对各方向力进行传递的重要部分，构架焊接的好坏对地铁列车的运行安全和旅客的舒适性有着直接影响。

在检测地铁焊接构架的过程中，无损检测的方法应用非常普遍，无损检测主要指的是在不对产品进行损坏的条件下通过声、光、电、磁等方式来对产品构件的某些物理量进行检测，进而分析判断被测物件是否出现缺陷或者破损等情况。无损检测可以用于对产品构件进行预测，判断零件是否能够达到工程的具体要求或是在生产运行的时候进行监视，利用联锁报警的方式防止设备事故出现，确保产品的质量符合设计的要求。

2地铁焊接构架焊缝常见缺陷

2.1裂纹

相比一些只形成应力集中的缺陷，裂纹往往会受到尖端效应的影响，如果在交变载荷的条件下，具有较强的拓展性，由于裂纹的大小形状不同，其拓展的速率也不同，工程领域无法对实际的裂纹的扩展速度和扩展状态进行评估，另外裂纹会直接危害热影响区，焊接组织因为母材焊接的时候热输出较大，会容易出现热裂纹，在地铁建设的过程中，其构架材质主要是低碳钢，在焊接的过程中具有较好的性能。和中、高碳钢相比，其自身塑性储备较高，出现裂纹的可能性比后者要低，若是在焊接的时候，起弧或熄弧不当，容易出现弧坑裂纹。

2.2气孔

气孔指的主要是在焊接的过程中，熔池当中的气体没有在金属凝固前溢出，在焊缝中常存而出现的空缺，这些气体可能会是熔池从外界吸入的，也有些是焊接冶金的时候反应出现的，气孔让裂缝的有效承载截面积减少，让接口的强度降低，贯穿型气孔还会造成泄漏，出现气孔也是导致应力集中的重要因素，氢气孔还有可能让冷裂纹加大，具有很大的危险。

2.3未熔合

焊缝当中的填充材料、母材金属和一些在多层焊缝填充金属层当中没有融化的金属熔合在一起，出现的缺陷被叫做未熔合，未熔合通常条件下，在一定的范围内让焊缝截面的接头强度和有效承载面积减少，另外还会造成应力集中等情况，具有一定的危害性。

2.4未焊透

未焊透指的主要是在一些根部区域由于没有焊透的影响，两侧母材的根部区域没有很好的熔合，出现了一定的缝隙，这种缝隙与裂缝相似，会在外侧直接暴露其尖端，扩展的速度很快，其危害性较大。

2.5夹渣

夹渣主要是金属或非金属两种，非金属是焊材或母材本身材质的问题，而金属往往是在焊接的时候出现的，依照形状来进行分类，若是保护气体不纯，里面有很多的杂质，就非常容易出现夹渣。点状夹渣和气孔的危害相似，带有尖角的夹渣很容易出现应力集中等情况而变成裂纹源，具有较大的危害。

3地铁焊接构架探伤方法概述

3.1探伤方法

从地铁构架焊缝的角度进行分析，焊缝表面的密集气孔、裂纹以及表面近表面的缺陷是非常常见的，通常条件下，对表面或者近表面检测的过程中使用的主要是灵敏度较高的交流湿法磁粉探伤，因为钢板焊缝通常条件下会有一定的余高，地铁构架的焊缝无法打磨平整，所以无法通过交流湿法磁粉探伤，一定要将余高打磨平整，在地铁构架焊缝当中，这是无法做到的。焊缝当中的一些危险缺陷，比如说未焊透、裂纹等，通常条件下和焊缝表面呈现角度并非平衡的，所以通过直探头无法对焊缝的缺陷进行探测，所以焊缝探伤的过程中主要是斜探头横波探伤为主。

因为缺陷通常条件下出现在熔合区，焊缝组织以及一些热影响区等区域由于磁粉探伤的区域主要是在焊缝两侧50毫米的位置，超声波探伤的过程中，探伤区域主要是在焊缝两侧十毫米的位置，探伤的过程中一定要将飞溅的杂物和表面的油污去除，从超声波探伤的角度进行分析，其扫查面粗糙度需要控制在12.5微米以内。

3.2磁粉探伤

3.2.1探伤设备及试块

在探伤的过程中，使用的设备主要是CJE—II型磁轭式探伤仪，依照国标当中的相关规定设置平板型试块。

3.2.2探伤灵敏度校验

首先需要控制提升力，当两磁轭间距达到100毫米的时候，需要稳定的提起平板型试块，需要保持三秒钟，说明其提升力超过44.1N，其次为白光照度，需要通过白光照度计对照度进行检测，确保工件表面的白光照度能够超过500Lx，第三是试片显示，A1—15／50型标准试片外圆及十字在不同角度进行磁化的过程中，能够清晰的将轮廓显示出来。

3.2.3缺陷判定

在进行磁痕显示的过程中，往往和埋藏深度以及缺陷性质有关，焊缝缺陷的磁痕可以将表面的缺陷显示出来，比如说裂纹等，具有一定的深宽比，磁痕显示清晰。呈弯曲或直线状，如果焊缝的近表面出现缺陷，比如说为未焊透、夹渣等，那磁痕轮廓不清晰，显示的宽而模糊。

3.3超声波探伤

3.3.1探头参数

控制探头的频率为4M赫兹，对于一些对接焊缝需要控制横波探头折射角为45度、60度以及70度，对于角焊缝需要设置横波探头的折射角为45度。

3.3.2仪器的性能校验

在进行操作之前，需要通过CSK—IA型标准试块，对探伤仪的技术状态进行检测，需要对探头的声轴偏离角、折射角以及前沿距离进行探测。

3.3.3常见焊缝缺陷的判定

（1）裂纹。因为裂缝通常条件下有一定的深度，反射的回波会随着探头的移动而在某个范围之内连续显示，由于其方向无法固定探头的位置以及移动的方式，对裂纹的指示长度具有一定的影响，裂纹当中通常条件下会含有气体，气体和金属的阻抗差异较大，所以具有较高的回波。

（2）侧壁未熔合。侧壁未熔合通常条件下出现在焊缝熔合线的周围具有一定的指示长度，需要定位缺陷信号，如果出现在熔合线的周围沿焊缝纵向移动，一定范围内都能获得近似高度的反射波信号，那么可以认为是出现了侧壁未熔合等情况。

（3）层间未熔合。层间未熔合是因为位置不固定，可能会与裂缝混淆，裂缝取向不一定是水平、平直的，未熔合往往会分布在该层内焊缝周围，是水平平直的，所以通过横波探头多角度进行辅助定位，如果出现缺陷，回波信号在一定范围之内比较强烈，而且分析其深度基本不变，可以认为是层间未熔合。

（4）未焊透。未焊透通常条件下出现在焊缝的根部位置，呈线性分布，需要定位缺陷信号，如果出现在焊缝的根部，并且顺着焊缝纵向进行移动，可以获得持续的反射信号，则可以认为是未焊透。

（5）夹渣。夹渣的反射波幅通常条件下会受到材质以及加状态的影响，夹渣与金属之间如果出现气体或者分层的情况，声阻抗阻抗较大，那么反射波幅也较大，如果焊缝金属和夹渣的结合非常紧密，另外夹渣是非金属，那么焊缝金属间的阻抗差就较大，会出现较高的反射波幅，如果是金属，那么金属间的阻抗差相对较小，那么反射波幅较低。

结束语

总而言之，在金属构架无损探伤的过程中，磁粉探伤具有较高的灵敏性，而且费用较低，操作比较快捷，超声波探伤在对内部缺陷进行探测的过程中，具有较好的效果，可以对超声波探伤和磁粉探伤进行结合，发现裂缝当中的缺陷，提高地铁构架的焊接质量。

参考文献

[1]高明晶.应用于地铁车辆车身制造的焊接机器人控制系统改进[D].中国海洋大学,2014.

[2]张勇.SYSWELD仿真的B型地铁侧梁焊接工艺优化[J].农业装备与车辆工程,2014,01.

[3]EN15085.5：2007铁道车辆及其部件的焊接第5部分：检测、试验和资料[s].