起重機(jī)車輪鍛件無損檢測常見方法與標(biāo)準(zhǔn)淺析

一、 起重機(jī)車輪的工況、缺陷特點(diǎn)與檢測挑戰(zhàn)

苛刻的工況：

高承載：承受起重機(jī)自重和起吊重物的全部重量。

高接觸疲勞：與軌道反復(fù)接觸滾動，承受巨大的赫茲接觸應(yīng)力，易產(chǎn)生接觸疲勞損傷。

高沖擊與磨損：啟動、制動和經(jīng)過軌道接頭時(shí)產(chǎn)生沖擊，與軌道摩擦造成磨損。

可能的啃軌：車輪與軌道不對中時(shí)，會產(chǎn)生側(cè)向力，導(dǎo)致輪緣嚴(yán)重磨損和裂紋。常見缺陷類型：

內(nèi)部缺陷：

夾雜物：特別是B類（氧化鋁）和D類（球狀氧化物）夾雜，是疲勞裂紋的起源。

孔隙與縮松：鍛造過程未能完全焊合。

白點(diǎn)：氫致裂紋，危害性極大。

表面與近表面缺陷（最關(guān)鍵）：

接觸疲勞裂紋：通常起源于踏面下最大剪切應(yīng)力處，平行于表面擴(kuò)展，后期導(dǎo)致剝落。

磨損裂紋：在踏面表面因磨損和應(yīng)力共同作用產(chǎn)生。

淬火裂紋：熱處理過程中在輪緣、踏面或輻板過渡區(qū)產(chǎn)生的裂紋。

折疊：鍛造過程中形成的表面缺陷。

檢測挑戰(zhàn)：

缺陷取向：接觸疲勞裂紋多為平行于踏面的皮下裂紋，檢測難度大。

幾何形狀：車輪的輪緣、踏面、輪轂等結(jié)構(gòu)導(dǎo)致超聲聲束復(fù)雜，易產(chǎn)生干擾回波。

高噪聲環(huán)境：粗晶鍛件可能導(dǎo)致超聲波“草狀回波”，降低信噪比。

二、 常見無損檢測方法淺析

針對起重機(jī)車輪的缺陷特點(diǎn)和服役要求，以下方法是制造過程和在線檢驗(yàn)中最常用的組合。

1. 超聲波檢測 (Ultrasonic Testing, UT)

地位：內(nèi)部缺陷檢測的首選和強(qiáng)制性方法。

應(yīng)用：檢測內(nèi)部夾雜、縮孔、白點(diǎn)、裂紋等。

常用技術(shù)：

縱波直探頭檢測：

方式：從車輪的兩個(gè)端面（輪轂端面）進(jìn)行掃查。

目的：主要用于發(fā)現(xiàn)與端面平行的缺陷，如徑向分布的夾雜和白點(diǎn)。這是檢測危害性大的內(nèi)部缺陷的主要手段。

橫波斜探頭檢測：

方式：從踏面和輪緣外側(cè)進(jìn)行周向掃查。

目的：主要用于發(fā)現(xiàn)軸向缺陷和平行于踏面的皮下接觸疲勞裂紋。這是檢測車輪最關(guān)鍵缺陷的有效方法。

雙晶直探頭檢測：

方式：從踏面進(jìn)行檢測。

目的：對近表面缺陷（如皮下2-3mm內(nèi)的接觸疲勞裂紋）具有很高的靈敏度，且盲區(qū)小，非常適合檢測早期接觸疲勞損傷。

2. 磁粉檢測 (Magnetic Particle Testing, MT)

地位：鐵磁性材料車輪表面和近表面缺陷檢測的首選方法。

應(yīng)用：檢測踏面、輪緣、輪轂等所有外表面的裂紋、折疊等線性缺陷。靈敏度極高。

磁化方法：

周向磁化：采用通電法（通過輪轂孔），產(chǎn)生環(huán)繞車輪的磁場，用于發(fā)現(xiàn)軸向缺陷。

縱向磁化：采用線圈法或磁軛法，產(chǎn)生沿車輪軸向的磁場，用于發(fā)現(xiàn)周向缺陷。

要求：為確保全覆蓋，必須至少在兩個(gè)相互垂直的方向（周向和縱向）上進(jìn)行磁化檢測。輪緣根部、輻板與輪轂/踏面的過渡區(qū)是應(yīng)力集中區(qū)，必須重點(diǎn)檢測。

三、 常用標(biāo)準(zhǔn)淺析

起重機(jī)車輪鍛件的檢測必須遵循嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了方法、程序和驗(yàn)收等級。

國際通用標(biāo)準(zhǔn)

ASTM (美國材料與試驗(yàn)協(xié)會)：

超聲檢測：ASTM A388/A388M 《鋼鍛件超聲檢測方法》。這是基礎(chǔ)方法標(biāo)準(zhǔn)。

磁粉檢測：ASTM A275/A275M 《鋼鍛件磁粉檢測方法》。

FEM (歐洲機(jī)械裝卸聯(lián)合會)：其標(biāo)準(zhǔn)對起重機(jī)及其部件的設(shè)計(jì)和制造有重要影響，通常會引用或要求符合相應(yīng)的EN或ISO檢測標(biāo)準(zhǔn)。

ISO (國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)：

ISO 5948：《鐵路車輛材料 - 超聲驗(yàn)收檢驗(yàn)》。此標(biāo)準(zhǔn)雖針對鐵路，但其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)妮喤鳈z測方法常被借鑒用于起重機(jī)車輪。

國內(nèi)常用標(biāo)準(zhǔn) (中國)

國家標(biāo)準(zhǔn) (GB/T)：

超聲檢測：GB/T 6402-2008 《鋼鍛件超聲檢測方法》。這是國內(nèi)主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。

磁粉檢測：GB/T 15822.1~.3 《無損檢測 磁粉檢測》。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (JB/T) - 更具針對性和強(qiáng)制性：

JB/T 6397-2006 《起重機(jī)車輪型式、尺寸、踏面形狀與軌道的匹配》。這個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中會提出對材料和檢驗(yàn)的總體要求。

JB/T 5000.14-2007 《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第14部分：鑄鋼件無損探傷》。雖然名為鑄鋼件，但其驗(yàn)收理念常被重型機(jī)械行業(yè)參考。

JB/T 5000.15-2007 《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第15部分：鍛鋼件無損探傷》。這是目前國內(nèi)起重機(jī)車輪制造和驗(yàn)收最直接、最常用的標(biāo)準(zhǔn)之一。 它明確規(guī)定了鍛鋼件的超聲和磁粉檢測方法和質(zhì)量等級。

驗(yàn)收等級的意義

標(biāo)準(zhǔn)中的驗(yàn)收等級是判廢的核心依據(jù)。對于起重機(jī)車輪，通常要求較高等級。

在GB/T 6402和JB/T 5000.15中，質(zhì)量等級分為1級、2級、3級、4級等，數(shù)字越小，要求越嚴(yán)格。

重要起重機(jī)（如冶金、港口用）的車輪，通常要求2級或以上。

驗(yàn)收等級主要針對超聲波檢測，它規(guī)定了不同當(dāng)量平底孔缺陷的接受界限。磁粉檢測的驗(yàn)收通常是不允許有任何裂紋和白點(diǎn)，其他線性缺陷和圓形缺陷的尺寸和數(shù)量也有嚴(yán)格限制。

四、 檢測工藝路徑與在役檢驗(yàn)

1. 制造過程中的檢測流程：

鍛坯：可進(jìn)行超聲波初檢，篩查嚴(yán)重缺陷。

熱處理（淬火+回火）后：進(jìn)行100%超聲波檢測和100%磁粉檢測。這是最終檢驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

精加工（磨削踏面）后：必須再次進(jìn)行100%磁粉檢測，以檢查磨削裂紋。

2. 在役檢驗(yàn) (In-service Inspection)：

起重機(jī)車輪在運(yùn)行一段時(shí)間后，必須進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以防發(fā)生災(zāi)難性事故。

主要方法：磁粉檢測 (MT) 和 滲透檢測 (PT)。

檢測部位：

踏面：檢查接觸疲勞裂紋和磨損裂紋。

輪緣：檢查因啃軌產(chǎn)生的裂紋和磨損。

輻板與輪轂/踏面的連接處：檢查疲勞裂紋。

標(biāo)準(zhǔn)：在役檢驗(yàn)通常遵循使用單位的安全規(guī)程或參考如《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》等安全技術(shù)規(guī)范。

最終，對于起重機(jī)車輪鍛件，其標(biāo)準(zhǔn)的無損檢測組合是：

100% Ultrasonic Testing (UT) + 100% Magnetic Particle Testing (MT)

總結(jié)：

起重機(jī)車輪的無損檢測是一個(gè)以超聲波和磁粉檢測為核心、以JB/T和GB/T標(biāo)準(zhǔn)為主要依據(jù)的嚴(yán)密質(zhì)量保證體系。其核心目標(biāo)是防止因材料內(nèi)部缺陷和表面裂紋導(dǎo)致的疲勞斷裂和剝落，確保起重機(jī)的安全運(yùn)行。

對于在役車輪，定期的磁粉檢測是預(yù)測性維護(hù)和壽命評估的關(guān)鍵手段。