轮箍装配试验时的声发射监测

　　铁路系统动力机车使用的车轮轮箍一旦发生破裂事故,往往造成灾难性后果,所以,对轮箍质量的要求相当严格。轮箍与轮芯为热套结合,为了对制造工艺和与轮芯装配的轮箍状况进行检查,对装配有轮芯的轮箍(带有一定尺寸缺陷)在胀箍试验冷却至室温时进行声发射监测120 h,主要监测放置过程中应力释放时轮箍缺陷是否萌生裂纹、裂纹的扩展及其萌生的信号特征,以便改进轮箍制造工艺,确保铁路车辆运行安全。

　　1　轮箍概况

　　轮箍钢牌号为LG61,外径为1 060 mm,轮箍与轮芯的过盈量3~5 mm,其化学成分为碳0.57%~0.65%;硅0.20%~0.42%;锰0.60%~0.90%;磷≤0. 035%;硫≤0. 040%;铬≤0. 20%;铜≤0.30%;钼≤0.08%;镍≤0.25%;钒≤0.10%。

　　其机械性能为抗拉强度σb≥950 ~1 130 N/mm²;延伸率δ≥10%;收缩率ψ≥14%;硬度269 ~ 341 HB;冲击值20℃时≥25 J/cm²;-60℃时≥6 J/cm²。

　　2　轮箍用材料的声发射特性试验

　　2.1　带缺口拉伸试样声发射监测试验

　　选取与试验用轮箍同批号的LG61钢试件,加工四根拉伸试样,尺寸为100 mm×25 mm×10 mm,试样中心用线切割机预制9 mm缺口。在WE-30液压式万能材料试验机上进行拉伸试验,两个声发射传感器分布在试样缺口两侧,记录拉伸过程中的声发射信号。1号试样拉伸至断裂(载荷122 kN),2和3号试样分别在60和80 kN停止加载,发蓝后打开断口检查,未发现缺口尖端有明显开裂现象,4号试样在94 kN断裂,其信号特征与1号试样类似。从拉伸试验过程可以观察到,在载荷达到40~60 kN时,缺口端部可以看到明显的变形。整个拉伸过程的监测结果为,LG61钢拉伸试验时缺口端部塑性变形的声发射信号幅度在60 ~70 dB,断裂时的声发射信号幅度在99 dB。

　　2.2　三点弯曲试样声发射监测试验

　　选取LG61钢三点弯曲试样(与试验用轮箍同批号),尺寸为100 mm×24 mm×12 mm,预制疲劳裂纹长度约2~3mm。在MTS材料试验机上进行三点弯曲加载试验,两个声发射传感器分布在试样裂纹两侧,记录加载过程中的声发射信号。共进行四根试样的声发射监测。1号试样为压断试验,试验过程中出现的声发射信号幅度在60 dB左右,断裂时在1 s中产生五个声发射事件,声发射信号幅度分别为76,66,77,92和97dB;2号试样为疲劳断裂试样,整个疲劳试验过程中声发射信号极为丰富,信号幅度在60~70 dB,疲劳断裂的声发射信号幅度达到99 dB。3和4号试样在出现一定数量的声发射信号并加载到一定载荷时停载,发蓝后打开断口检查。3号试样声发射信号幅度在60~63 dB,停止加载时的载荷为20 kN,断口检查发现3号试样未见明显开裂,但意外发现试样中有一约5 mm的原始缺陷出现扩展。4号试样加载到22.30 kN时声发射信号幅度为63 dB,而加载至22.39 kN时声发射信号幅度达99 dB,试样已断裂。监测结果为,LG61钢三点弯曲试验时,裂纹端部塑性变形的声发射信号幅度在60 dB左右,疲劳裂纹扩展的声发射信号幅度在60~70 dB范围,断裂时的声发射信号幅度在92~99 dB,原始缺陷开裂和扩展的声发射信号幅度达到99 dB。