端轴根部疲劳裂纹的超声波检测

　　制动梁是铁道车辆的重要部件之一,其端轴根部除了承受自身重量外,还承受制动时的制动冲击剪切力及车辆高速运行中线路的颠簸冲击,由于受力面积较小,这些载荷会使端轴根部产生疲劳裂纹。疲劳裂纹一旦扩展折断,就会造成制动梁脱落,导致列车颠覆的重大行车事故。及时准确发现裂纹端轴,保证制动梁端轴不带裂纹运行意义重大。为此,采用超声纵波直探头法对在用或停用车辆进行探伤检查。

　　1　裂纹发生部位及其规律

　　根据端轴结构和端轴所承受的应力,以及现场端轴折损的记载,疲劳裂纹通常产生在端轴的根部挡圈覆盖的隐蔽部,如图1所示。

　　端轴疲劳裂纹的产生有一定的规律,其走向与端轴径向的夹角在0°~5°,并在距端面75~80mm的位置上。

　　2　检测条件

　　2.1　仪器

　　选用垂直线性及水平线性满足标准要求的CTS223型探伤仪。

　　2.2　探头

　　2.5MHz、晶片直径为14或20mm直探头。

　　2.3　探测面及耦合剂选择

　　由于结构原因及疲劳裂纹走向,探测面选在端轴端面效果较佳(图2)。探伤时以端轴中心向外圆周作W形扫查,并且探伤前用锉刀或砂纸对探测面进行修整,避免探头与探测面接触不良。选择机油作耦合剂。

　　2.4　试块的制作

　　利用报废端轴在疲劳裂纹易产生的区域制作人工缺陷,深度为2 mm,人工缺陷应以端轴根部实际位置为依据制作。

　　2.5　起始灵敏度设置

　　将直探头置于端轴试块端面,调整仪器使2 mm人工缺陷最高反射波达到荧光屏满刻度的80%,此时仪器的灵敏度即为端轴根部裂纹探伤的起始灵敏度。

　　2.6　标距的调整

　　在探伤前核定起始灵敏度时把160 mm长的端轴底面反射波前沿调整在荧光屏上便于观测的位置,如水平刻度8处,水平线性按1∶2调节。由于缺陷通常是在距外侧端面75~80 mm位置上产生,故缺陷反射波应在水平刻度4之前出现。

　　探伤时,由于在缺陷反射波位置的前后会出现许多杂波,以及声波扩散引起的较为复杂变型波,因此调整合适的标距,在端轴超声波探伤中具有较大意义。

　　3　检测结果

　　3.1　裂纹的确定及波形特征

　　实际生产过程中,将端轴部分采用焊接的方法固定在闸瓦托上,因此,端轴根部(即隐蔽部位)除疲劳裂纹外,还会产生气孔、夹渣及咬边等缺陷。由于气孔、夹渣及咬边面积较小,验收标准允许存在。应检测出的缺陷仅是疲劳裂纹,因此检测的关键是从众多反射波中分辨出横向疲劳裂纹。

　　根据裂纹产生的规律及实际解剖验证,疲劳裂纹与端轴轴向垂线所成夹角较小,一般<5°。故用直探头从端轴端面探测时,声波传播方向与裂纹走向基本垂直,故反射信号强烈。波形前沿垂直于水平基线,裂纹反射前后沿没有杂波或杂波极少(当疲劳横裂纹较深时),而且随着探头的轻微移动,裂纹反射波的幅度慢慢降低。