高速鐵路列車，是指能以高速度持續(xù)運(yùn)行的鐵路列車，最高行駛速度一般要達(dá)到200km/h及以上。其具有快捷舒適、平穩(wěn)安全、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可滿足日益增長(zhǎng)的出行需求，深受當(dāng)代人們的歡迎。
我國(guó)所產(chǎn)的高鐵類型可分為和諧號(hào)CRH系列和復(fù)興號(hào)CR400AF等，這類車輛大體可以認(rèn)為由車輛車體和車輛轉(zhuǎn)向架兩部分組成。其中車體包括車頂、側(cè)墻、邊梁、橫梁和骨架等均采用大面積鋁合金擠壓型材經(jīng)加工后制成，起著保護(hù)車身強(qiáng)度，防腐蝕和防火的作用。轉(zhuǎn)向架分為動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架，它們的主要結(jié)構(gòu)基本一致，均采用H型構(gòu)架、無(wú)搖枕、空心軸輪對(duì)、鑄鋼軸箱體、鋁合金前蓋和鑄鋁整體齒輪箱結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向架一方面支撐著車體的重量，另一方面也連接著車輪和電機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)車輛的牽引和制動(dòng)，且在運(yùn)行過(guò)程中承載著巨大的震動(dòng)和應(yīng)力。同時(shí)，轉(zhuǎn)向架由輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架骨架構(gòu)成，一旦這些關(guān)鍵部位的零件在運(yùn)行中出現(xiàn)破損，會(huì)立刻引起較大的交通事故，造成巨大的人身和財(cái)產(chǎn)損失。因此，為了保障高鐵車輛能夠安全運(yùn)行，需要定期開展高鐵車輛缺陷的檢測(cè)和預(yù)警。這也是高鐵車輛隱患整治的基礎(chǔ)和必需的工作，并且對(duì)于軌道車輛安全隱患整治以及防止車輛運(yùn)行事故等都具有重要的指導(dǎo)意義。
在我國(guó)高鐵制造檢修過(guò)程中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)為產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全做出了重要貢獻(xiàn)。隨著中國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展，列車速度和載重量的不斷提高，相應(yīng)地對(duì)貨車質(zhì)量和可靠性要求也越來(lái)越高，各種車型關(guān)鍵零部件的無(wú)損檢測(cè)范圍也逐步擴(kuò)大。但是目前現(xiàn)行的無(wú)損檢測(cè)方法眾多，當(dāng)前對(duì)于車體、轉(zhuǎn)向架、輪對(duì)等高鐵車輛關(guān)鍵部位對(duì)應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法也缺少具體的分析和綜述，因此本文全面對(duì)比和分析了不同無(wú)損檢測(cè)方法在高鐵車輛缺陷檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)車輛關(guān)鍵部位缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法給出了具體建議。
一、常用無(wú)損檢測(cè)方法的原理介紹
無(wú)損檢測(cè)方法是缺陷檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，是在不破壞受檢對(duì)象的前提下,測(cè)定和評(píng)價(jià)物體內(nèi)部或表層物理和機(jī)械性能及各類缺陷的綜合性應(yīng)用檢測(cè)科學(xué)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是在不損傷被測(cè)物體的結(jié)構(gòu)性能和使用性能的基礎(chǔ)上，利用聲、光、電、熱、磁和射線等物理現(xiàn)象與檢測(cè)物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)，對(duì)重要的機(jī)器零部件進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括對(duì)零件等進(jìn)行的表面缺陷檢測(cè)和內(nèi)部缺陷檢測(cè), 并以此判斷缺陷的位置、大小、形狀和種類，對(duì)材料性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而保證零件的質(zhì)量, 提高產(chǎn)品的使用性能。無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用范圍隨科學(xué)和生產(chǎn)的發(fā)展日趨廣泛, 幾乎涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。
無(wú)損檢測(cè)主要分為六大類: 超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、電磁渦流檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)。除此之外，還包括最簡(jiǎn)單的目視檢測(cè)。下面具體介紹一下各無(wú)損檢測(cè)方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)。
1、目視檢測(cè)
目視檢測(cè)就是通過(guò)肉眼直接觀察零件的表面，判斷零件是否存在缺陷。這種檢測(cè)方法雖然簡(jiǎn)單，快速，經(jīng)濟(jì)，但是存在明顯的缺點(diǎn)，即需要檢測(cè)人員視力好且只能檢測(cè)零件表面。目視檢測(cè)常常用于目視檢查大型零件的焊縫，在民航快速評(píng)估中應(yīng)用較多。
2、超聲波檢測(cè)
超聲波檢測(cè)利用超聲波遇到缺陷形成反射或者衍射的原理來(lái)判斷是否存在缺陷。它的優(yōu)點(diǎn)就是方向性好，穿透力強(qiáng)，對(duì)操作人員無(wú)害，缺點(diǎn)是不適用于面積大，形狀復(fù)雜和表面粗糙的零部件。超聲波檢測(cè)適合于應(yīng)用在鋁合金表面的缺陷探傷檢測(cè)。
3、射線檢測(cè)
射線檢測(cè)是利用各種射線對(duì)材料的滲透性能及不同材料對(duì)射線的吸收、衰減程度的不同，是底片感光成黑度不同的圖像來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。它作為一種行之有效的材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)手段在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)包括適用性廣，對(duì)零件的形狀及其表面的粗糙程度無(wú)嚴(yán)格要求，且能直觀地顯示缺陷的影像，便于對(duì)缺陷進(jìn)行定位。其缺點(diǎn)是具有放射性，危害大，成本高，對(duì)平面缺陷的檢測(cè)靈敏度較低，因此射線檢測(cè)更適用于對(duì)零件氣孔、夾渣等體積型缺陷進(jìn)行檢測(cè)，目前其主要應(yīng)用于對(duì)鑄件和焊件的檢測(cè)。
4、電磁渦流檢測(cè)
電磁渦流檢測(cè)是利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來(lái)無(wú)損地判斷導(dǎo)電材料及其零件的性能，或發(fā)現(xiàn)材料缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)包括靈敏度高，應(yīng)用范圍廣，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，特別是對(duì)管、棒等型材有著較好的檢測(cè)效率，缺點(diǎn)就是在檢測(cè)形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，渦流檢測(cè)的效率相對(duì)較低。因此，電磁渦流檢測(cè)在導(dǎo)電的管、棒型材及非磁性導(dǎo)電材的缺陷檢測(cè)領(lǐng)域有較好的應(yīng)用。
5、磁粉檢測(cè)
磁粉檢測(cè)是利用磁粉的聚集顯示鐵磁性材料及其工件表面與近表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以直觀地顯示出缺陷的形狀、位置與大小，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣，檢測(cè)速度快且工藝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是該方法即適合于板材、型材、管材等原材料及半成品表面及近表面缺陷的檢測(cè)，也可用于機(jī)械設(shè)備及壓力容器的定期缺陷檢查。
6、滲透檢測(cè)
滲透檢測(cè)是一種利用毛細(xì)作用將帶有顏色的滲透液噴涂在材料焊縫表面，讓滲透液滲入材料內(nèi)，清洗后施加顯像劑顯示缺陷顏色的無(wú)損檢測(cè)方法。它具有操作簡(jiǎn)單，缺陷顯示直觀，靈敏度高，檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但它也具有不適合多孔材料缺陷檢測(cè)的缺點(diǎn)。因此該方法適合于表面細(xì)膩，加工精巧的零部件。
7、無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)
無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)包括磁記憶檢測(cè)技術(shù)，激光全息技術(shù)，微波檢測(cè)技術(shù)和紅外檢測(cè)技術(shù)等。這些新技術(shù)在高鐵車輛的缺陷檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果有待進(jìn)一步分析和研究。
二、常用無(wú)損檢測(cè)方法在高鐵車輛缺陷檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用與比較
1、車體缺陷檢測(cè)
對(duì)于高鐵車輛的車體，以鋁合金鋼板的應(yīng)用最為廣泛。車體采用薄壁筒形的整體承載式輕量化結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)成部分如車頂、側(cè)墻、邊梁、橫梁和骨架等均采用大面積鋁合金擠壓型材經(jīng)加工后制成，型材與型材間通過(guò)縱向焊縫形成相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由此可見，鋁合金鋼板車體在制造過(guò)程中存在大量焊縫，且在車輛運(yùn)行過(guò)程中受自身張力和如雨水、冰雹、沙塵等外界環(huán)境的影響，極易對(duì)車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。
對(duì)于車體缺陷的檢測(cè)，常使用的無(wú)損檢測(cè)方法為目視檢測(cè)法和超聲波檢測(cè)法。目視檢測(cè)法即通過(guò)目視或者借助強(qiáng)光手電筒進(jìn)行整個(gè)車體目視檢查，觀察焊縫氣孔等缺陷。目視檢測(cè)操作簡(jiǎn)便，無(wú)需借助復(fù)雜的輔助器具，適用于較明顯、可用肉眼直接觀察到的車體焊接缺陷。但是車體鋁合金焊縫連接處缺陷經(jīng)過(guò)底漆、中涂、膩?zhàn)印⒚嫫岬裙ば蚝笕菀妆谎谏w，大部分內(nèi)部分層缺陷極難通過(guò)目視檢測(cè)直接發(fā)現(xiàn)，這時(shí)需要使用超聲波檢測(cè)法對(duì)內(nèi)部分層缺陷進(jìn)行檢測(cè)。超聲波檢測(cè)法需要使用超聲波探傷儀，選擇合適的探頭，并將車體表面進(jìn)行清潔，同時(shí)還需要注意的是，車體鋁合金材質(zhì)的晶粒較大，儀器不宜選擇過(guò)高的發(fā)射頻率。超聲波檢測(cè)法非常適合鋁合金板材內(nèi)部一出現(xiàn)的分層缺陷的檢測(cè)和診斷，具有效率高，速度快，檢測(cè)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
2、轉(zhuǎn)向架缺陷檢測(cè)
車輛轉(zhuǎn)向架一方面支撐著車體的重量，另一方面也連接著車輪和電機(jī)，負(fù)責(zé)整個(gè)車輛的牽引和制動(dòng)，且在運(yùn)行過(guò)程中承載著巨大的震動(dòng)和應(yīng)力，一旦這些關(guān)鍵部位的鐵磁性構(gòu)件在運(yùn)行中出現(xiàn)破損，會(huì)立刻引起較大的交通事故，造成巨大的人身和財(cái)產(chǎn)損失。以中車青島四方股份有限公司生產(chǎn)的時(shí)速250公里速度級(jí)動(dòng)車組和諧號(hào)高速列車CRH2A車型CRH2A車型為例，車輛轉(zhuǎn)向架包括動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和拖車轉(zhuǎn)向架，其主要結(jié)構(gòu)基本一致，主要由H型構(gòu)架、無(wú)搖枕、空心軸輪對(duì)、鑄鋼軸箱體、鋁合金前蓋和鑄鋁整體齒輪箱結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架的主體組成部分，其主要構(gòu)成為鋼板、鑄鋼和無(wú)縫鋼管等材料的焊接結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架中存在鐵磁性構(gòu)件，如鋼板，鑄鋼等。
對(duì)于車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的缺陷檢測(cè)，可以采用超聲波檢測(cè)方法和磁粉檢測(cè)方法，其中超聲波檢測(cè)方法與車體檢測(cè)相似，而磁粉檢測(cè)方法是使用便攜式磁粉探傷儀對(duì)轉(zhuǎn)向架剛性結(jié)構(gòu)的表面缺陷進(jìn)行有效定位和檢測(cè)。值得注意的是，若轉(zhuǎn)向架構(gòu)架表面存在油漆層，需將油漆層剝離以避免干擾。同時(shí)新興的磁記憶檢測(cè)技術(shù)可以在不損害構(gòu)件的前提下檢測(cè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的早期應(yīng)力集中，從而起到缺陷定位和預(yù)警的效果，也不失為一種好的方法。
3、輪軸缺陷檢測(cè)
高鐵車輛的輪軸由車輪和車軸兩部分組成，其中車輪作為車輛走行部的重要部件，極易產(chǎn)生各種類型的缺陷，包括車輪斷裂、踏面擦傷、硌傷、滾動(dòng)解除疲勞和剝離等。對(duì)于相對(duì)明顯的車輪斷裂等缺陷，直接進(jìn)行目視檢測(cè)。而對(duì)于其他類型的車輪缺陷，主要采用磁粉檢測(cè)和超聲波檢測(cè)，其中磁粉檢測(cè)可以有效檢測(cè)車輪表面細(xì)小的缺陷，而超聲波檢測(cè)可以對(duì)車輪和制動(dòng)盤等壓裝部位的內(nèi)部進(jìn)行缺陷檢測(cè)。高鐵車輛的車軸一般會(huì)噴涂防銹劑，雖然仍然可以使用磁粉檢測(cè)但并不方便，因此車軸的無(wú)損檢測(cè)方法通常是目視檢測(cè)和超聲波檢測(cè)。車軸目視檢測(cè)需要先觀察車軸外表面涂裝沒有破損(斑點(diǎn)，切口)。若為小的破損，沒有外露金屬，則可以利用超聲波檢測(cè)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行缺陷檢測(cè)。若車軸表面出現(xiàn)較寬范圍的涂裝破損或明顯的腐蝕，必須馬上更換輪對(duì)，且須進(jìn)行必要的維修措施。
4、車鉤缺陷檢測(cè)
車鉤是連掛機(jī)車和車輛或車輛和車輛之間的關(guān)鍵零部件，其主要作用是傳遞牽引力及沖擊力，并使車輛之間保持一定距離。磁粉檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè)是車鉤檢修中常用的無(wú)損檢測(cè)方法。其中磁粉檢測(cè)可以對(duì)車鉤緩沖器各零部件的表面及近表面缺陷進(jìn)行診斷，無(wú)法對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，有一定的局限性；采用射線檢測(cè)可以直觀顯示車鉤內(nèi)部缺陷形貌，且靈敏度較高，且研究表明射線檢測(cè)能檢測(cè)出的最小缺陷尺寸要小于超聲波檢測(cè)，因此射線檢測(cè)適合較小尺寸缺陷的檢測(cè)；采用超聲波檢測(cè)則可以得到缺陷的深度信息，它適合于車鉤材質(zhì)較厚位置的檢測(cè)。