浅析机车转向架弹簧探伤方法及裂损原因

浅析机车转向架弹簧探伤方法及裂损原因

冯君臣  ,孙介夫

中车大连机车车辆有限公司       辽宁大连       116045

摘要：机车的转向架弹簧，是机车的重要部件，需要充分地对转向架弹簧进行探伤检查，及时地发现弹簧裂损，才能有效地防止弹簧断裂发生。当前主要采用的是渗透探伤和磁粉探伤两种方式，通过这两种探伤方法，能够快速地发现裂损位置，进而能够分析裂损情况严重程度以及产生原因，最后运用有效措施跟踪裂损弹簧，防止弹簧断裂造成机破的发生，并且避免在后续应用中发生此类情况。

关键词：机车；转向架；弹簧裂损；探伤

随着机车应用范围越来越广泛，机车运行速度的不断提升， 人们对于机车的安全性问题更加关注。转向架是机车的重要部件，其弹簧的具体设置，对机车运行有着重要影响。弹簧不仅承载着传递载荷的作用，还能起到减少车体振动，提高车体运行的稳定性，改善乘务人员以及乘客的实际工作和乘坐环境。正常状态下的弹簧如图1所示，如果在机车运行过程中，发生弹簧断裂故障，如图2所示，会给行车安全带来巨大的安全隐患，威胁到人民生命财产安全。因此，在日常检修过程中，应当重视对转向架弹簧进行探伤，发现问题及时解决才能有效地防止断裂故障出现。随着相关技术的不断发展，可以有效地提高探伤效率。

1探伤条件分析

1.1探伤的范围

转向架的弹簧主要有两种，连接轴箱和转向架之间的弹簧，叫做一系弹簧，将转向架和车体连接的弹簧，叫做二系弹簧。在实际使用过程中，部分车型仅仅使用一系弹簧结构，在每个轴箱的位置上，设置了２组弹簧，分为单圈弹簧、双圈弹簧还有三圈弹簧，比较常见的是单圈和双圈弹簧。由于弹簧是影响安全的重要部件，承受的载荷又比较大，所以在技术规程中，应当将全部车型都纳入到探伤范围内。

图1.正常状态弹簧                        图2.断裂弹簧

1.2探伤的方法分析

在实际工作中应当根据相关的技术标准和规定，对转向架弹簧进行探伤，主要有以下两种方式。第一，是渗透探伤方法。这种探伤方法是通过毛细现象进行检查的，在实际探伤过程中，受到零件本身的影响比较小，能够对整个表面进行探伤。但是也存在一定局限性，该方法只能对表面开口缺陷，还有裂纹情况进行检查，对于没有表面开口和裂纹的内部缺陷无法检查。在进行弹簧的制造过程中，探伤是在喷丸处理后进行的，然而一些表面的开口，还有裂纹经过了喷丸处理后，会呈现出闭合状态，从而影响了渗透探伤的效果。第二种探伤方法是磁粉探伤。通过利用检测材料表面，还有近表面的不连续性，磁化后形成部分磁通泄露部位，工件表面就会有漏磁场，吸引磁粉产生磁痕，加以观察和分析，实现探伤的目的，这种方法也是当前应用最多的方法。该方法能够直观地显示缺陷，而且灵敏度比较高，能够探测到内部缺陷，所以这种探伤方式在实际工作中应用较多。

2裂损情况分析

2.1注意裂纹出现的位置

对机车弹簧进行探伤时，应当考虑裂损数量情况，选取一些具有代表性的裂损，然后进行统计和分析，可以发现裂损的弹簧位置一般全部都在端圈上，少数特殊情况下裂损位置放生在在有效圈上，如果大批量的发生在有效圈就应该积极地查找裂纹出现的具体原因，这样才能更好地解决。

2.2针对磁痕进行分析

在实际检查中应当对弹簧上的裂纹形成原因，还有磁痕状况进行分析，并且要结合弹簧制造和运用情况，确定裂纹的性质。如果在端圈和端面出现裂纹磁痕，而且磁痕是在尾端尖部位，呈现直线型或者是弯曲状，磁痕又比较浓密清晰，长度在８０ｍｍ以上，这种情况下磁痕会沿着纵向延伸。运用渗透探伤法进行复探，能够复现和证明裂纹情况，产生这种裂纹的原因较多，有可能是原材料的原因，也可能是制造的原因，还可能是使用的原因，在进行分析时，裂纹出现的时间可以帮助确定产生裂纹的具体原因。如果只是原材料有裂纹，在这种情况下，产品的裂纹都比较随机，不会集中地出现。在实际工作中，可以使用工程仿真软件对弹簧裂损进行全面地分析，了解具体的应力分布。通过研究发现端圈应力较少，在这个部位产生疲劳裂纹，是不符合具体情况的，这时就可以确定此种情况问题的产生有着更复杂的原因。在弹簧生产的过程中，包括了许多道工序，应当进行严格地控制。在端圈生产中，应当将两端制扁，并做热处理，同时也要将端面磨平。将两端做制扁处理是为了把料坯的圆形截面，逐渐地过渡到矩形。常见的制扁方法，主要有锤锻制扁和轧辊机制扁两种，而且这两种方法，都是热加工方法，在加工时端部会发生形变。如果材料的表面有气孔、偏析、非金属夹杂、伤痕、细微裂纹等相关缺陷，在制扁时就会被拉长，缺陷的位置在淬火中，就会受到热应力影响，进而出现应力集中的情况，导致缺陷不断地扩大，形成了纵向的淬火裂纹，这种原因符合磁粉探伤出现的磁痕，详见图3。在生产过程中要对端面进行磨平处理，主要是对端面进行修整，这样弹簧就可以稳定地立于平台上了，使用这种方法加工，是不会出现裂纹的。

图3.端部裂损产生流程

有效圈也会出现裂纹和损伤，一般情况下内圈弹簧出现裂纹的概率较大。而且缺陷大多是在簧条上，分布的位置没有规律，大多是呈线性，长度比端圈裂纹要较短一些，不会超过３０ｍｍ，用渗透探伤方式复探不能准确发现裂纹情况。

虽然机车的车型较多，不同车型的转向架也各有区别，但是出现弹簧裂损的现象基本都一致，都是在端圈上沿着纵向进行分布的，主要是淬火裂纹。转向架的弹簧出现裂损的原因主要是在制造过程中，由于原材料缺陷在制扁中被拉长了，在淬火时就形成了裂纹。对于这种在弹簧端圈和端面上出现的裂纹，一般大部分在进行机车大修时就可以发现并解决。

2.4裂损及探伤分析对生产的指导意义

对机车转向架弹簧裂损情况的研究，是在相关规定的指导下，利用探伤分析手段，得到产生裂损原因的完整研究流程，其目的是避免裂损的产生威胁行车安全，在弹簧出厂前就可进行相关处理达到此目的。比如对弹簧进行热轧后，会使毛坯表面比较粗糙，此时要进行磨光处理，这样才能使簧条表面符合技术要求，不仅保证了材料质量，也消除了表面缺陷。如果没有进行磨光，会直接地影响后续制扁和热处理，使端圈出现裂纹。在实际的生产中，还存在着其它的原材料内部问题，如果在生产之前，没有对原材料进行适当的处理，会使原材料的热轧毛坯内部状况缺陷保留在产品之上，这样虽然效率比较高，但是会使得弹簧表面的粗糙度比较差，原材料的内部缺陷问题也会进一步被放大，给后续制扁和热处理，带来了巨大的影响，导致裂纹的出现。所以在实际工作中，应当严格地按照相关要求处理，良好地控制原材料质量，这样才能有效地避免因为原材料自身缺陷导致的裂损。

结束语：

在当今社会的发展背景之下，机车的车型越来越多，应用范围越来越广，转向架弹簧对整车的稳定运行以及行车安全有着绝对的影响。在对转向架弹簧裂损探伤时，应当进行细致地检查，并分析裂损原因，这样才能有效地降低裂痕的发生几率，并对发现的问题的弹簧及时处理，避免带来行车安全隐患。

参考文献：

[1]崔杨. 出口电力机车转向架设计与动力学分析[J]. 东北之窗, 2018 (20): 20-22.

[2]宋忠明. 改进机车车辆的弹簧悬挂装置[J]. 国外机车车辆工艺, 2017 (2): 25-26.

[3]杨田, 韩永生, 吕林川, 等. 机车转向架弹簧的磁粉探伤[J]. 无损检测, 2013, 35(4): 21.