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(中車永濟電機有限公司,永濟 044502)

動車變流器安裝座焊縫渦流檢測的靈敏度驗證

孫明學，劉海寧，夏寧寧

(中車永濟電機有限公司,永濟 044502)

通過介紹動車變流器安裝座焊縫渦流檢測的靈敏度驗證方法和驗證過程，證明了在不脫漆狀態(tài)下采用渦流方法檢測焊縫疲勞缺陷的可行性，闡明了焊縫疲勞缺陷渦流檢測的工藝要點。

焊縫;疲勞缺陷;渦流檢測;靈敏度驗證

牽引輔助變流器是鐵路動車的核心關鍵部件，其通過數個焊接結構的安裝座懸掛在動車底部(見圖1)。為保證動車行車安全，需要定期對安裝座焊縫進行疲勞缺陷檢測。按照相關鐵路產品檢修規(guī)程的要求，焊縫疲勞缺陷應該采用磁粉檢測的方法進行檢測，但由于安裝座結構的限制，對部分焊縫實施磁粉檢測比較困難，而且需要先期進行脫漆處理，檢測完成后需要對整個變流器柜體表面重新涂裝。為保證按規(guī)定的檢測靈敏度對疲勞缺陷進行檢測，縮短檢修周期，筆者經過對各種無損檢測方法的分析，選擇了在不脫漆的狀態(tài)下采用渦流方法對焊縫疲勞缺陷進行檢測；由于渦流檢測表面疲勞缺陷時的靈敏度理論上低于磁粉檢測方法，故通過系列探傷工藝試驗，驗證了渦流方法在對檢修規(guī)程要求的檢測靈敏度的滿足程度，達到了預期的效果。

圖1 變流器安裝座實物

1 試驗目的與方案

1.1 試驗目的

試驗的主要目的是驗證渦流焊縫檢測技術，在不脫漆狀態(tài)下檢測變流器產品焊縫疲勞缺陷的能力及檢測工藝，具體包括：

(1) 驗證渦流焊縫檢測技術，在表面覆蓋油漆層狀態(tài)下對變流器試樣各部位焊縫指定深度人工刻傷的檢測靈敏度和不同深度、不同寬度人工刻傷的檢測靈敏度的變化規(guī)律(缺陷定量規(guī)律)。

(2) 驗證渦流焊縫檢測技術，在不脫漆狀態(tài)下對產品焊縫自然缺陷的檢出能力以及表面覆蓋層厚度和不平整度的影響(真實缺陷的檢出能力)。

(3) 驗證渦流焊縫檢測設備對產品焊縫及其熱影響區(qū)和鋼板折彎部位進行檢測的操作可達性及技術要求(渦流檢測儀參數、探頭的尺寸等)。

(4) 確定產品焊縫渦流檢測的工藝參數和操作要點(編制工藝)。

(5) 確定對產品焊縫渦流檢測結果的判定和驗證方法。

1.2 試驗方案

試驗參考GB/T 26954-2011《焊縫無損檢測基于復平面分析的焊縫渦流檢測》標準，針對產品實物試樣及專用試板上的不同深度、寬度、漆膜厚度的人工刻傷和人造裂紋，分別采用渦流、磁粉和滲透檢測的方法進行對比性檢測，通過檢測結果的分析對產品焊縫渦流檢測的可行性進行驗證，試驗內容如下：

(1) 由于人工刻傷容易定量控制尺寸大小，首先在實物試樣焊縫上的不同部位按檢測靈敏度要求制作了不同深度和長度的人工刻傷，分別對涂裝前后磁粉、滲透和渦流檢測的檢測靈敏度差異進行對比，初步確定檢測工藝參數，同時驗證渦流焊縫專用探頭對產品焊縫各部位的可達性和可操作性。

(2) 在實物試樣上人工制造大量的裂紋缺陷，經滲透和磁粉檢測后按工藝規(guī)定方法進行涂裝，在上述靈敏度條件下進行渦流檢測，對比渦流檢測和磁粉、滲透檢測結果，驗證規(guī)定靈敏度下渦流檢測方法對焊縫自然缺陷在不脫漆工況下的檢測能力(漏報率)。

(3) 制作一個在磁粉、滲透檢測時基本沒有缺陷顯示的實物試樣，對其進行渦流檢測，驗證渦流檢測方法的誤報率，同時在對有缺陷試樣檢測時借以和其相同部位進行對比分析，為編制渦流檢測工藝提供參考，為渦流檢測結果的判定提供依據，減少誤判。

(4) 分別制作不同漆膜厚度、不同缺陷寬度和深度的驗證試板，分析不同漆膜厚度下相同人工刻傷的檢出能力的差異，分析缺陷寬度、深度不同以及表面覆蓋層較厚時(刮膩子)渦流檢測信號幅度和相位的變化規(guī)律，修正渦流檢測的掃查靈敏度，驗證渦流焊縫檢測技術對不規(guī)則焊縫表面不同漆層厚度下缺陷檢測的可靠性。

2 試樣制作

(1) 試樣1(人造裂紋試樣)

為驗證渦流檢測技術對缺陷的檢出能力，制作了一個以人造裂紋為主的變流器吊座試樣，如圖2 所示，試樣含有大量裂紋缺陷，主要用于渦流與磁粉、滲透檢測檢出能力的對比試驗，統計焊縫渦流檢測的漏報率。

圖2 人造裂紋試樣外觀

由于人造裂紋尺寸不好控制，焊接后對經滲透和磁粉檢測發(fā)現的缺陷進行了分區(qū)編號(見表2)。

圖3 人工刻傷試樣外觀

(2) 試樣2 (人工刻傷試樣)

制作的人工刻傷試樣如圖3所示，主要用于驗證焊縫渦流檢測技術對規(guī)定深度人工刻傷的檢測靈敏度和產品焊縫渦流檢測的操作可達性。

根據EN ISO 23278《焊縫無損檢測 焊縫磁粉檢測 驗收標準》焊縫磁粉檢測質量等級2X級的要求，線性缺陷顯示尺寸(長度)最大允許為1.5 mm，非線性缺陷顯示尺寸(長度)最大允許為3.0 mm，由于渦流檢測靈敏度主要取決于對不同深度缺陷的檢出能力，而與缺陷長度的檢出能力和探頭大小有關，所以渦流檢測試驗靈敏度主要考慮缺陷深度。按照鋼焊縫疲勞裂紋長寬比的經驗比例，同時考慮到檢修產品疲勞缺陷的特征，結合對變流器產品受力情況和安全等級的理解，確定了對比試樣人工刻傷的尺寸，見表1。

(3) 試樣3(無缺陷試樣)

無缺陷的試樣如圖4所示，其用于驗證焊縫渦流檢測的誤報率，以及在試驗檢測時與有缺陷的試樣的相同位置的報警信號進行對比分析。無缺陷的試樣有2塊，其中1塊沒有進行涂裝，用于分析與有涂層試樣檢測時的差異。

表1 人工刻傷缺陷列表

圖4 無缺陷試樣外觀

(4) 試樣4 (鋼板角焊縫試樣)

圖5為帶自然小缺陷的T型角焊縫試樣，其用于驗證所用渦流檢測儀和探頭對較小實際缺陷的檢出能力，其中較小的3個缺陷長度分別為10,4,3 mm。

圖5 T型角焊縫試樣外觀

(5) 試樣5(不同漆膜厚度試板)

制作了5塊尺寸(長×寬×厚)為88 mm×44 mm×4 mm的試板(見圖6)，每塊試板中間采用線切割的方法一次性割出1個1.0 mm×1.0 mm(深×寬)的方槽，經表面封膠后涂裝不同厚度的漆膜，實測漆膜厚度分別為128,150,158,210,260 μm(工藝要求為130～260 μm)。該試樣用于驗證漆膜厚度對渦流信號的影響。

圖6 不同漆膜厚度試板外觀

(6) 試樣6(不同寬度人工刻傷試板)

制作了1塊尺寸(長×寬×厚)為350 mm×50 mm×4 mm的試板(見圖7)，采用線切割的方法割出6個深度為0.5 mm，寬度分別為0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7 mm的方槽，經表面封膠后涂裝，實測漆膜厚度為165～190 μm。該試樣用于驗證不同寬度人工刻傷對渦流檢測信號的影響。

圖7 不同寬度人工刻傷試板外觀

圖8 1#不同深度人工刻傷試板外觀

(7) 試樣7(1#不同深度人工刻傷試板)

制作了1塊尺寸(長×寬×厚)為350 mm×50 mm×4 mm的試板(見圖8)，采用線切割的方法割出6個寬度0.2 mm，深度分別為0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,2.0 mm的方槽，經表面封膠后進行涂裝，實測漆膜厚度為180～200 μm。該試樣用于驗證不同深度人工刻傷對渦流信號的影響。

(8) 試樣8(2#不同深度人工刻傷試板)

制作了1塊尺寸(長×寬×厚)為350 mm×50 mm×4 mm的試板(見圖9)，采用線切割的方法割出6個寬度0.2 mm，深度分別為0.3,0.5,0.7,0.9,1.1,2.0 mm的方槽，經表面封膠后刮膩子，膩子層厚度約1.0 mm，再進行涂裝，實測覆蓋層厚度為1 100～1 200 μm。該試樣用于驗證不同深度人工刻傷在表面覆蓋層較厚情況下對渦流信號的影響。

(9) 試樣9(鋼板折彎部位人工刻傷試板)

制作了1塊210 mm長，30 mm(鋼板折彎后一邊的寬度)×30 mm(鋼板折彎后另一邊的寬度)×6 mm(鋼板厚度)的試樣(見圖10)，在其外側面采用線切割的方法割出兩個橫向人工刻傷，刻傷深度為1.5 mm，長度為10 mm，經表面封膠后進行涂裝，實測漆膜厚度為180～210 μm。其用于驗證鋼板折彎部位人工刻傷對渦流信號的影響。

圖9 2#不同深度人工刻傷試板外觀

圖10 鋼板折彎部位人工刻傷試板外觀

(10) 試樣10(現場變流器實物缺陷)

圖11為現場磁粉檢測發(fā)現的產品焊縫表面邊緣未熔合缺陷的顯示，現場檢測主要驗證渦流檢測的實際可操作性。

圖11 現場缺陷磁痕顯示

3 試驗設備、試驗過程與結果

3.1 試驗設備

(1) 渦流檢測儀

試驗采用德國羅曼Elotest-M3便攜式渦流檢測儀。該儀器輸出的驅動電流為300～500 mA,可獲得較高的信噪比和檢測穩(wěn)定性，其特有的y軸擴展功能降低了表面粗糙導致的對提離信號的影響，有利于粗糙焊縫表面的缺陷檢測。

(2) 檢測探頭

采用焊縫檢測專用的電磁場屏蔽式渦流探頭，其頻率范圍為3 kHz～500 kHz，探頭繞組采用銦合金材料，可以承受更高電流而不過載，配合Elotest-M3儀器的驅動可以獲得更高的信噪比和檢測穩(wěn)定性，屏蔽電磁場可以降低邊緣效應適合角焊縫的檢測。

(3) 設備調整和校對試塊

采用TP-168.02.1專用焊縫渦流檢測標準試塊，TP11.02.1專用涂層厚度標定試塊。

3.2 人工刻傷缺陷的檢測過程

(1) 無涂層工況下試樣外部刻傷的渦流檢測

其渦流試驗結果表明：渦流方法可以檢測出所有人工刻傷缺陷，信噪比都高于3∶1，達到15 dB以上，檢測可靠性足夠。

(2) 無涂層工況下試樣外部刻傷的滲透與磁粉檢測

涂裝前對試樣外部刻傷的滲透檢測采用英國產熒光自顯像滲透劑，磁粉檢測采用美國磁通便攜式磁軛檢測儀及灌裝熒光磁懸液，對檢測結果進行了測量和記錄。

(3) 涂裝后試樣外部刻傷的渦流檢測

按工藝要求，所涂漆膜最小厚度130 μm，最大厚度260 μm，采用高壓無氣噴涂6次，每次在30～40 μm之間。涂裝完成72 h，待漆膜達到硬干狀態(tài)后進行檢測，渦流檢測工藝參數設置和涂漆前一致。

檢測結果顯示渦流信號的幅值差異在2 dB內，這說明漆膜對檢測靈敏度無明顯影響。實際上，試樣涂裝后的漆膜表面更加光滑平整，檢測更加順利。

(4) 磁粉檢測時發(fā)現的某自然缺陷的渦流檢測

在規(guī)定的靈敏度下，對試樣上磁粉檢測時發(fā)現的3 mm左右的自然裂紋進行渦流檢測，結果非常清晰。

(5) 試樣內部彎角位置人工刻傷的渦流檢測

涂裝前后，在相同靈敏度下內部彎角位置焊縫人工刻傷的缺陷信號都能準確地被檢測并識別出來，和外部人工刻傷檢測效果一致，操作上比外部人工刻傷的難度要大些。

3.3 人造裂紋的檢測過程

(1) 人造裂紋試樣的滲透和磁粉檢測

由于人造裂紋的制作過程不易控制，制作出的缺陷大多為簇狀，而且尺寸較大(僅有3處較小的線性裂紋缺陷)，滲透檢測采用新美達的著色滲透劑，磁粉檢測采用西安永安公司的移動式磁粉檢測儀，灌裝磁懸液，檢測結果經目視識別確認后進行測量和記錄。經清洗后按產品涂裝工藝進行噴涂，漆膜厚度大于130 μm，涂裝后采用渦流檢測進行比較。

(2) 人造裂紋渦流檢測結果

人造裂紋渦流檢測結果見表2，從渦流實物自然缺陷的檢測過程來看，檢測結果的可重復性很好。

對比幾種檢測方法的結果可看出：渦流與磁粉、滲透的檢出率是相同的，沒有漏報缺陷；渦流對較小缺陷，同樣具備足夠的靈敏度。

表2 試樣人造裂紋的渦流檢測結果 mm

表2(續(xù))

3.4 無缺陷試樣渦流檢測

從操作過程來看，無缺陷實物試樣的檢測，除邊緣和棱角位置外，其他位置沒有產生誤報。操作者不熟練時，會對有些位置處的信號的判定不準確，比如焊縫接頭和形狀不規(guī)則位置。

在對試樣上缺陷渦流信號進行判定時，通過將其和無缺陷試樣相同位置的信號進行比較，可以有效提高判定的準確率。

3.5 不同漆膜厚度人工刻傷的檢測

從檢測結果可以看出，108 μm與260 μm的涂層厚度，對渦流信號幅值的影響基本可以忽略。

3.6 不同寬度人工刻傷試樣的檢測

試樣的渦流檢測結果見表3。試樣漆膜厚度為60～105 μm，低于涂裝標準要求。

表3 不同寬度人工刻傷試樣的檢測結果 mm

由檢測結果可看出：使用0.5 mm人工刻傷的靈敏度設置檢測參數，由于試樣的漆膜厚度比較薄(60～100 μm)，產生的信號波形幅值略有增大。

3.7 不同深度人工刻傷1#試樣的檢測

試樣的檢測結果見表4。漆膜厚度為180～200 μm，符合工藝要求，與對比試驗中樣件的漆膜厚度接近。

表4 不同深度人工刻傷1#試樣的檢測結果 mm

由檢測結果可看出：第一個刻傷深度為0.3 mm,檢測結果低于檢測靈敏度基準,其他刻傷的檢測結果和試樣上的檢測結果完全吻合。隨著缺陷深度的依次增加，產生的渦流信號幅值也依次增加，試驗結果非常好。

3.8 不同深度人工刻傷2#試樣的檢測

試樣的檢測結果見表5。試樣上涂有厚度為850～980 μm的膩子層，涂裝后實測覆蓋層厚度為1 100～1 200 μm。涂裝厚度范圍符合涂裝工藝規(guī)定，滿足試驗要求。

表5 不同深度人工刻傷2#試樣的檢測結果 mm

檢測結果分析：試樣人工刻傷與1#試樣人工刻傷相同，但是該試樣涂層較厚(大于1 mm)，檢測的靈敏度有所降低，0.5 mm深刻傷的渦流信號和1#試樣上相同深度刻傷的渦流信號相比低了2 dB，這是因為膩子層厚度增大了探頭的提離距離。

3.9 鋼板折彎部位人工刻傷試樣的檢測

試樣為彎折鋼板，共有2處人工刻傷，缺陷深度1.5 mm，油漆層厚度為180～210 μm，符合工藝要求，檢測結果見表6。

表6 鋼板折彎部位人工刻傷試樣的檢測結果 mm

由檢測結果可看出，兩個人工刻傷檢測結果一致，靈敏度滿足要求。

3.10 變流器實物現場檢測

現場檢測的目的是驗證產品實物焊縫渦流檢測的實際可操作性。筆者在變流器上進行渦流檢測，所有需要檢測的位置均可以達到。通過大量產品的實際檢測，對發(fā)現的缺陷除漆后進行滲透或磁粉檢測驗證試驗，結果證明渦流檢測能夠滿足檢測靈敏度的要求。

從檢測結果可看出，渦流檢測檢出的信號幅值，隨著探頭移動到缺陷中部位置而增大，信號增幅明顯。

4 結語

動車變流器安裝座焊縫及其熱影響區(qū)等部位在不脫漆狀態(tài)下采用渦流檢測，可以發(fā)現檢修規(guī)程要求的磁粉檢測應該發(fā)現的表面疲勞裂紋等缺陷，在變流器產品定期檢修焊縫疲勞缺陷時可以用渦流檢測代替磁粉檢測。

不脫漆的渦流檢測和脫漆后的磁粉檢測的靈敏度確實存在差異，但針對產品安裝座焊縫的疲勞缺陷檢測需求，試驗充分證明渦流檢測的靈敏度和可靠性可以滿足要求，其工作效率、安全環(huán)保、便攜性等方面比磁粉檢測的優(yōu)勢明顯，實際檢測時每個安裝座的檢測時間從過去磁粉檢測的2 h(包括脫漆時間)，縮短到0.2 h以內。

采用渦流檢測方法對動車變流器產品焊縫進行檢測時，應按工藝規(guī)定定期進行靈敏度校驗，對發(fā)現的缺陷信號進行必要的驗證和對比分析，為判定缺陷，需要和無缺陷試樣上的相同部位進行比較，初期對渦流檢測發(fā)現的顯示信號需要脫漆后采用磁粉或滲透檢測進行確認。在后續(xù)檢測過程中還需要繼續(xù)積累檢測數據、總結規(guī)律，提高變流器焊縫不脫漆電磁渦流檢測方法的檢測可靠性。

[1] 徐可北,周俊華.渦流檢測[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2004.

SensitivityVerificationforEddyCurrentTestingofWeldsofEMUConverterMountingSeat

SUN Mingxue, LIU Haining, XIA Ningning

(CRRC Yongji Electric Co., Ltd., Yongji 044502, China)

In this paper, by introducing the sensitivity verification method and verification process of eddy current testing of the welds of EMU converter mounting seat, the feasibility of eddy current testing of weld fatigue defects without removing paint layer is proved, and the process essentials of eddy current testing of weld fatigue defects are pointed out.

weld; fatigue defect; eddy current testing; sensitivity verification

TG115.28

A

1000-6656(2017)12-0060-06

2017-05-10

孫明學(1960-),男，高級工程師，主要從事鐵路電機產品制造無損檢測工藝技術研究和管理工作

孫明學，ydndt@163.com

10.11973/wsjc201712015