高能X射线DR检测技术应用于铁路货车摇枕侧架内部缺陷检测的研究与试验

赵扬，于丽丽，宋全知，高金生

（中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002）

0 引言

铁路货车摇枕、侧架作为转向架的关键部件，在铁路货车不断重载、提速的大环境下，其内部质量的可靠性对保障铁路运输安全尤为重要[1-2]。铁路货车摇枕、侧架的质量检测主要有荧光磁粉[3-5]、超声波[6-7]、低能X射线胶片照相及密实度解剖等方法[8]，以上方法在很多场合受到一定限制[9]且均存在弊端。目前，我国某些企业和研究所已经开始利用高能X射线工业CT和DR[10]检测技术对铁路货车摇枕、侧架内部缺陷实施检测，但主要用于摇枕、侧架内部较大缺陷的筛检，对如何利用DR检测技术完成摇枕、侧架内部缺陷的检测没有指导性意见。

由于DR扫描是射线从单一方向穿透工件，而摇枕、侧架近似为箱形结构，工件内部缺陷会投影至同一平面，如果以此缺陷图像评定，结果不合理，而且多数摇枕、侧架均会不合格；虽然CT扫描可解决这一问题，但由于成本和效率原因，不能所有缺陷均通过CT扫描确定缺陷位置，所以应研究科学合理的检测方法，实现高能X射线DR检测技术对摇枕、侧架检测部位内部缺陷有效、快捷的检测。以我国铁路货车DZ1型摇枕、侧架为例，研究利用高能X射线DR检测技术检测其内部缺陷的方法。

1 检测部位的确定

根据TB/T 3012—2006《铁道货车铸钢摇枕、侧架技术条件》和TB/T 3105.1—2009《铁道货车铸钢摇枕、侧架无损检测 第1部分：射线照相检验》中提出的我国现有铁路货车摇枕、侧架X射线探伤的相关要求，对DZ1型摇枕、侧架A、B部位射线照相布片位置进行划分（见图1、图2）。

2 检测方法

图1 摇枕A、B部位射线照相布片位置示意图

图2 侧架A、B部位射线照相布片位置示意图

（1）首先对摇枕、侧架实施旋转角度的DR扫描，获取DR图像，整体调节，观察检测部位缺陷显示状况，初步确定摇枕、侧架检测方法。

（2）针对摇枕、侧架结构特点，局部调节，根据各检测部位缺陷显示状况确定最终旋转角度。

（3）以摇枕、侧架0°和90°DR扫描图像为基础，通过旋转角度的DR扫描图像确定缺陷所在位置，对不能确定的缺陷适当考虑进行CT扫描，最终结合各扫描图像中缺陷显示进行综合评定。

3 摇枕检测方法试验

3.1 整体图像

对摇枕实施0°和90°DR扫描，获取2幅摇枕DR扫描图像（见图3）。以5°为步进值，分别对摇枕实施旋转角度10°～60°的DR扫描，获取11幅摇枕DR扫描图像，对摇枕实施70°和80°DR扫描，获取摇枕扫描图像。

通过图像对比分析可知，摇枕90° DR扫描图像能够检测AL2、AR2、BL2、BL3、BL4、BR2、BR3、BR4、AM2、AM3、AM4、AM7、AM8、AM9部位缺陷，但存在与非检测部位缺陷重叠现象；结合0°和30°～50°的DR扫描图像可确定摇枕BL2、BR2、AM2、AM7部位缺陷；结合0°和-30°～-50°的DR扫描图像可确定摇枕BL4、BR4、AM4、AM9部位缺陷。旋转角度20°～60°的DR扫描图像能够检测摇枕AL1、AR1、BL1、BR1、AM1、AM6部位缺陷，但以旋转角度30°～50°的DR扫描图像缺陷显示最佳；旋转角度-30°～-50°的DR扫描图像显示摇枕AL3、AR3、BL5、BR5、AM5、AM10部位缺陷效果最佳。

3.2 局部图像

3.2.1 AL1部位

对摇枕AL1部位旋转40°、45°DR扫描图像进行调节，该部位缺陷显示见图4。

对该部位进行CT检测，获取CT图像（见图5），确定旋转角度30°～50° DR扫描图像可以检测AL1部位缺陷。由于摇枕为对称结构，该旋转角度图像可检测AR1部位缺陷，-30°～-50° DR图像可检测AL3和AR3部位缺陷。

3.2.2 BR1部位

对摇枕BR1部位旋转角度40°、45°DR扫描图像缺陷显示见图6。对该部位进行CT检测，获取CT图像（见图7），确定旋转角度30°～50°DR图像可以检测BR1部位缺陷。由于摇枕为对称结构，该旋转角度图像可检测BL1部位缺陷，-30°～-50°DR图像可检测BR5和BL5部位缺陷。

3.2.3 AM1和AM6部位

图3 摇枕DR扫描图像

图4 摇枕AL1部位扫描图像缺陷显示

图5 AL1部位CT图像

图6 摇枕BR1部位扫描图像缺陷显示

图7 BR1部位CT图像

对摇枕AM1和AM6部位旋转角度30°、35°、40°、45°实施DR扫描获取缺陷图像。对该部位进行CT检测，获取CT图像（见图8），确定旋转角度30°～50°DR图像可以检测AM1和AM6部位缺陷。由于摇枕为对称结构，旋转角度-30°～-50°DR图像可检测AM5和AM10部位缺陷。

4 侧架检测方法试验

4.1 整体图像

对侧架实施0°和90°DR扫描，获取2幅侧架DR扫描图像（见图9）。与摇枕试验方法一致，获取侧架各旋转角度DR图像。

图8 AM1和AM6部位CT图像

图9 侧架扫描图像

通过图像对比分析可知，侧架90° DR图像能够检测CAL2、CAR2、B2、B5、B8、B11部位缺陷，但存在与非检测部位缺陷重叠现象，结合旋转角度的DR扫描图像仅能确定某些部位缺陷；旋转角度0°和40°～60°的DR扫描图像可以有效检测CAL3和CAR3部位缺陷，旋转角度0°和-40°～-60°的DR扫描图像可以有效检测CAL1和CAR1部位缺陷；旋转角度10°～40°的DR扫描图像可以有效检测CAL2和CAR2部位缺陷；旋转角度10°～40°的DR扫描图像可以有效检测B1和B10部位缺陷，旋转角度-10°～-40°的DR扫描图像可以有效检测B3和B12部位缺陷；旋转角度30°～60°的DR扫描图像可以有效检测B2和B11部位缺陷；旋转角度40°～60°的DR扫描图像可以有效检测B6和B9部位缺陷，旋转角度-40°～-60°的DR扫描图像可以有效检测B4和B7部位缺陷。

4.2 局部图像

4.2.1 CAL3部位

对侧架CAL3部位旋转角度50°、55°DR扫描图像进行调节，该部位缺陷显示见图10。对该部位进行CT检测，获取CT图像（见图11），确定旋转角度40°～60°DR扫描图像与CT检测结果一致，该部位无缺陷显示。由于侧架为对称结构，该旋转角度图像可检测CAR3部位缺陷，-40°～-60°DR扫描图像可以检测CAL1和CAR1部位缺陷。

4.2.2 CAL2部位

图10 侧架CAL3部位扫描图像缺陷显示

图11 CAL3部位CT图像

对侧架CAL2部位旋转角度15°、20°、30°、40°DR扫描图像进行调节，该部位缺陷显示见图12。对该部位进行CT检测，获取CT图像（见图13），确定旋转角度10°～40°DR扫描图像与CT检测结果一致，该部位无缺陷显示。由于侧架为对称结构，该旋转角度图像可检测CAR2部位缺陷。

4.2.3 B1部位

对侧架B1部位旋转角度15°、20°、30°、40°实施DR扫描获取图像，对该部位进行CT检测，获取CT图像，确定旋转角度10°～40°DR图像可以检测B1部位缺陷。由于侧架为对称结构，该旋转角度图像可检测B10部位缺陷，旋转角度-10°～-40°的DR扫描图像可以有效检测侧架B3和B12部位缺陷。

图12 侧架CAL2部位扫描图像缺陷显示

图13 CAL3部位CT图像

4.2.4 B2部位

对侧架B2部位旋转角度15°、20°、30°、40°实施DR扫描获取图像，对该部位进行CT检测，获取CT图像，确定旋转角度30°～60°DR扫描图像可以检测B2部位缺陷。由于侧架为对称结构，该旋转角度图像可检测B11部位缺陷。

4.2.5 B6、B9部位

对侧架B6、B9部位旋转角度50°、55°DR扫描图像进行调节，该部位缺陷显示见图14。对该部位进行CT检测，获取CT图像（见图15），确定旋转角度40°～60° DR图像可以检测B6、B9部位缺陷。由于侧架为对称结构，旋转角度-40°～-60°DR图像可以检测B4、B7部位缺陷。

图14 侧架B6、B9部位扫描图像缺陷显示

图15 B6、B9部位CT图像

5 结束语

通过试验、分析、研究、验证可以确定，采用科学合理的检测方法，利用高能X射线DR检测技术能够实现对摇枕、侧架X射线检测部位缺陷有效、快捷的检测，但由于摇枕、侧架结构原因，某些检测部位缺陷需结合CT检测结果进行综合判定。