高速鐵路列車，是指能以高速度持續(xù)運行的鐵路列車，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，可滿足日益增長的出行需求，深受當(dāng)代人們的歡迎。
我國所產(chǎn)的高鐵類型可分為和諧號CRH系列和復(fù)興號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、無搖枕、空心軸輪對、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)整個車輛的牽引和制動，且在運行過程中承載著巨大的震動和應(yīng)力。同時，轉(zhuǎn)向架由輪對和轉(zhuǎn)向架骨架構(gòu)成，一旦這些關(guān)鍵部位的零件在運行中出現(xiàn)破損，會立刻引起較大的交通事故，造成巨大的人身和財產(chǎn)損失。因此，為了保障高鐵車輛能夠安全運行，需要定期開展高鐵車輛缺陷的檢測和預(yù)警。這也是高鐵車輛隱患整治的基礎(chǔ)和必需的工作，并且對于軌道車輛安全隱患整治以及防止車輛運行事故等都具有重要的指導(dǎo)意義。
在我國高鐵制造檢修過程中，無損檢測技術(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)地對貨車質(zhì)量和可靠性要求也越來越高，各種車型關(guān)鍵零部件的無損檢測范圍也逐步擴(kuò)大。但是目前現(xiàn)行的無損檢測方法眾多，當(dāng)前對于車體、轉(zhuǎn)向架、輪對等高鐵車輛關(guān)鍵部位對應(yīng)的無損檢測方法也缺少具體的分析和綜述，因此本文全面對比和分析了不同無損檢測方法在高鐵車輛缺陷檢測領(lǐng)域的應(yīng)用，對車輛關(guān)鍵部位缺陷的無損檢測方法給出了具體建議。
一、常用無損檢測方法的原理介紹
無損檢測方法是缺陷檢測技術(shù)的一個重要組成部分，是在不破壞受檢對象的前提下,測定和評價物體內(nèi)部或表層物理和機(jī)械性能及各類缺陷的綜合性應(yīng)用檢測科學(xué)。無損檢測技術(shù)是在不損傷被測物體的結(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)象與檢測物質(zhì)相互作用的特點，對重要的機(jī)器零部件進(jìn)行檢測。檢測內(nèi)容包括對零件等進(jìn)行的表面缺陷檢測和內(nèi)部缺陷檢測, 并以此判斷缺陷的位置、大小、形狀和種類，對材料性能進(jìn)行評價，從而保證零件的質(zhì)量, 提高產(chǎn)品的使用性能。無損檢測的應(yīng)用范圍隨科學(xué)和生產(chǎn)的發(fā)展日趨廣泛, 幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)各部門。
無損檢測主要分為六大類: 超聲波檢測、射線檢測、電磁渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測和無損檢測新技術(shù)。除此之外，還包括最簡單的目視檢測。下面具體介紹一下各無損檢測方法的原理及優(yōu)缺點。
1、目視檢測
目視檢測就是通過肉眼直接觀察零件的表面，判斷零件是否存在缺陷。這種檢測方法雖然簡單，快速，經(jīng)濟(jì)，但是存在明顯的缺點，即需要檢測人員視力好且只能檢測零件表面。目視檢測常常用于目視檢查大型零件的焊縫，在民航快速評估中應(yīng)用較多。
2、超聲波檢測
超聲波檢測利用超聲波遇到缺陷形成反射或者衍射的原理來判斷是否存在缺陷。它的優(yōu)點就是方向性好，穿透力強(qiáng)，對操作人員無害，缺點是不適用于面積大，形狀復(fù)雜和表面粗糙的零部件。超聲波檢測適合于應(yīng)用在鋁合金表面的缺陷探傷檢測。
3、射線檢測
射線檢測是利用各種射線對材料的滲透性能及不同材料對射線的吸收、衰減程度的不同，是底片感光成黑度不同的圖像來進(jìn)行檢測的。它作為一種行之有效的材料內(nèi)部缺陷檢測手段在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)點包括適用性廣，對零件的形狀及其表面的粗糙程度無嚴(yán)格要求，且能直觀地顯示缺陷的影像，便于對缺陷進(jìn)行定位。其缺點是具有放射性，危害大，成本高，對平面缺陷的檢測靈敏度較低，因此射線檢測更適用于對零件氣孔、夾渣等體積型缺陷進(jìn)行檢測，目前其主要應(yīng)用于對鑄件和焊件的檢測。
4、電磁渦流檢測
電磁渦流檢測是利用電磁感應(yīng)原理，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損地判斷導(dǎo)電材料及其零件的性能，或發(fā)現(xiàn)材料缺陷的無損檢測方法，其優(yōu)點包括靈敏度高，應(yīng)用范圍廣，更容易實現(xiàn)自動化，特別是對管、棒等型材有著較好的檢測效率，缺點就是在檢測形狀較復(fù)雜的零件時，渦流檢測的效率相對較低。因此，電磁渦流檢測在導(dǎo)電的管、棒型材及非磁性導(dǎo)電材的缺陷檢測領(lǐng)域有較好的應(yīng)用。
5、磁粉檢測
磁粉檢測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損檢測方法，其優(yōu)點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，檢測速度快且工藝簡單，缺點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，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
滲透檢測是一種利用毛細(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損檢測方法。它具有操作簡單，缺陷顯示直觀，靈敏度高，檢測費用低等優(yōu)點，但它也具有不適合多孔材料缺陷檢測的缺點。因此該方法適合于表面細(xì)膩，加工精巧的零部件。
7、無損檢測新技術(shù)
無損檢測新技術(shù)包括磁記憶檢測技術(shù)，激光全息技術(shù)，微波檢測技術(shù)和紅外檢測技術(shù)等。這些新技術(shù)在高鐵車輛的缺陷檢測領(lǐng)域的應(yīng)用效果有待進(jìn)一步分析和研究。
二、常用無損檢測方法在高鐵車輛缺陷檢測領(lǐng)域的應(yīng)用與比較
1、車體缺陷檢測
對于高鐵車輛的車體，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程中存在大量焊縫，且在車輛運行過程中受自身張力和如雨水、冰雹、沙塵等外界環(huán)境的影響，極易對車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。
對于車體缺陷的檢測，常使用的無損檢測方法為目視檢測法和超聲波檢測法。目視檢測法即通過目視或者借助強(qiáng)光手電筒進(jìn)行整個車體目視檢查，觀察焊縫氣孔等缺陷。目視檢測操作簡便，無需借助復(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)過底漆、中涂、膩子、面漆等工序后容易被掩蓋，大部分內(nèi)部分層缺陷極難通過目視檢測直接發(fā)現(xiàn)，這時需要使用超聲波檢測法對內(nèi)部分層缺陷進(jìn)行檢測。超聲波檢測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，儀器不宜選擇過高的發(fā)射頻率。超聲波檢測法非常適合鋁合金板材內(nèi)部一出現(xiàn)的分層缺陷的檢測和診斷，具有效率高，速度快，檢測準(zhǔn)確的特點。
2、轉(zhuǎn)向架缺陷檢測
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)整個車輛的牽引和制動，且在運行過程中承載著巨大的震動和應(yīng)力，一旦這些關(guān)鍵部位的鐵磁性構(gòu)件在運行中出現(xiàn)破損，會立刻引起較大的交通事故，造成巨大的人身和財產(chǎn)損失。以中車青島四方股份有限公司生產(chǎn)的時速250公里速度級動車組和諧號高速列車CRH2A車型CRH2A車型為例，車輛轉(zhuǎn)向架包括動車轉(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、無搖枕、空心軸輪對、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。
對于車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的缺陷檢測，可以采用超聲波檢測方法和磁粉檢測方法，其中超聲波檢測方法與車體檢測相似，而磁粉檢測方法是使用便攜式磁粉探傷儀對轉(zhuǎn)向架剛性結(jié)構(gòu)的表面缺陷進(jìn)行有效定位和檢測。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。同時新興的磁記憶檢測技術(shù)可以在不損害構(gòu)件的前提下檢測轉(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
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、滾動解除疲勞和剝離等。對于相對明顯的車輪斷裂等缺陷，直接進(jìn)行目視檢測。而對于其他類型的車輪缺陷，主要采用磁粉檢測和超聲波檢測，其中磁粉檢測可以有效檢測車輪表面細(xì)小的缺陷，而超聲波檢測可以對車輪和制動盤等壓裝部位的內(nèi)部進(jìn)行缺陷檢測。高鐵車輛的車軸一般會噴涂防銹劑，雖然仍然可以使用磁粉檢測但并不方便，因此車軸的無損檢測方法通常是目視檢測和超聲波檢測。車軸目視檢測需要先觀察車軸外表面涂裝沒有破損(斑點，切口)。若為小的破損，沒有外露金屬，則可以利用超聲波檢測對內(nèi)部進(jìn)行缺陷檢測。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，且須進(jìn)行必要的維修措施。
4、車鉤缺陷檢測
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、超聲波檢測和射線檢測是車鉤檢修中常用的無損檢測方法。其中磁粉檢測可以對車鉤緩沖器各零部件的表面及近表面缺陷進(jìn)行診斷，無法對內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，有一定的局限性；采用射線檢測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能檢測出的最小缺陷尺寸要小于超聲波檢測，因此射線檢測適合較小尺寸缺陷的檢測；采用超聲波檢測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。