关于火车轴的超声波探伤

　　1　车轴探伤中应当检出的缺陷

　　车轴断裂引起的运营事故,是构成重大经济损失的重要原因。车轴沿长度方向可能产生缺陷的几个部位视其设计和使用方式而定,考虑到在典型的疲劳裂纹部位有可能产生各种虚假的回波,致使检测过程大为复杂。

　　车轴在超声波检测中所存在的问题与一些加工有台阶或过渡圆弧的轴类相似,而且还和用热压配合组装的齿轮、轴承、车轮的长轴相类似,图1所示即为典型的车轴示意图,在其对称的两边有热套装的滚珠轴承和车轮。标准的火车轴长约2m～2.4m,轴承座、车轮座或齿轮座的轴径,视车轴的负载而异。

　　车轴锻造后经调质处理,在轴长方向两边对称分别加工有轴承坐、车轮坐、齿轮坐等部位,以便压入相应的零部件。具有高速性能的空芯火车轴,其外表面经高频淬火,由于有压缩的残余应力存在,产生小裂纹时,也不允许产生扩展。但有人试验过:人工缺陷深度在3 mm以内,如进行疲劳试验也不会有缺陷的扩展,所以表1给出了日本新干线车轴的探伤基准。这种检查基准是列车在行走一段时间或一段距离时进行检查,有检查内容和检查方法的规定。同时由于运行中受往复弯曲应力的作用,在压合部位内侧和外侧环状带容易产生呈一定角度的疲劳裂纹,是超声波检测时必须检测的重点。

　　由于此时最容易产生疲劳裂纹的部位是车轴和车轮压装部位两端的两个环状带,据统计,在役车轴压装部位的疲劳裂纹90%以上都出现在离外沿10 mm～35 mm和离内沿5 mm～30 mm的两条环状带上,这些疲劳裂纹的平面多与轴侧面的法线呈10°～25°的夹角,有规律的由外侧向内和由内侧向外倾斜,这是由疲劳裂纹总是首先向体应力变化较大的方向发展这一规律所决定的,我国规定1.5 mm,但日本新干线上,允许车轴压合部位有小于3 mm缺陷,这是值得讨论的。

　　另一方面,作为车轴探伤时的干扰回波,包括由车轴的复杂形状所形成的固有波(包含由于模式变换所形成的迟到回波)、车轮等压装部位所产生的压入波、车轴的涂层部位所形成的涂层波、腐蚀波、轮心反射波等,都是需要注意区分的。

　　2　空芯车轴的超声波探伤装置

　　空芯车轴如前所述在轴的中心轴线上有一个呈一定直径的横通孔,在孔中可以插入超声波探头,一方面可以减轻轴的自重,一方面还可以由内向外方便地探测火车轴中的各种缺陷,同时检出轴表面上产生的各种裂纹。在对于高速铁路的车轴场合,超声波检查分为年检和月检两个部分,但是车轴的状态、车轴在车体上固定的是否牢固,探伤标准中由于探伤的允许时间各不相同,所以探伤装置的情况也不相同。年检是指火车运行了120万公里以后,或者在运行够三年(尽管三年内运行的时间较短)的时间内所必须进行的一种检查,检查时,车轴从转向架上分离,对轴承部件以外的车轴进行全部的仔细检查。月检是指列车运行了3万公里或者列车运行时间够一个月(尽管一个月内运行时间较短)所进行的一种检查。