超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法

摘要

本发明提供一种超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，包括如下步骤：①准备含疲劳裂纹的试验样品轴；②暴露疲劳裂纹：将疲劳裂纹暴露在试验样品轴的外表面；③超声波探伤：采用自动探伤和/或手动探伤的手段，对所述试验样品轴的疲劳裂纹进行探伤试验；若能够检测到疲劳裂纹，则进行第④步骤，若检测不到疲劳裂纹，则进行第⑤步骤；④车削：车削试验样品轴具有疲劳裂纹处一定深度，并回到第④步骤；⑤打开断面：将疲劳裂纹的断面打开，测量剩余的疲劳裂纹的深度。通过上述试验方法，可以准确得知利用超声波探伤对高速列车车轴的疲劳裂纹的极限检测深度值，为车轴定期检测提供数据支撑，提高其检测精确性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于铁路行业，研究超声波探伤对于高速列车车轴疲劳裂纹的检出能力的试验方法，具体地是分别同通过自动探伤和手动探伤两种手段检出车轴不同部位、不同深度、不同长度的裂纹，通过对比其所需的增益值与裂纹深度之间的关系，从而得出超声波探伤对于疲劳裂纹的检出能力。

背景技术

车轴是高速列车的重要安全部件，其质量的优劣直接关系到机车车辆的检修周期和运行安全。由于车轴材质不良和热处理工艺不当等因素，车轴会存在一些固有缺陷。同时在运行过程中会因飞石击打、划擦等偶然因素产生表面缺陷。加之在运行中长期经受疲劳载荷作用，易在应力集中区域萌生疲劳裂纹，危及行车安全。

因此，车轴在运行一定历程之后需要进行检测，其中包括无损探伤。目前对于高速列车车轴的无损探伤主要采用的方法有：超声波探伤、磁粉探伤、电涡流探伤，其中超声波探伤是测量车轴内部疲劳裂纹的主要手段。

车轴内部的疲劳裂纹具有深度，当裂纹的深度较小时，超声波探伤就无法检测到裂纹的存在，而超声波探伤仪所能测量到的裂纹深度临界值是多少一直是困扰检测工作者的难题，也是本发明所要努力解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，发明目的是凭借此方法来探寻超声波探伤仪所能测量到得到裂纹深度临界值，精确了解超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力，为车轴定期检测提供数据支撑，提高其检测精确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

①准备含疲劳裂纹的试验样品轴；

其中，是采用人工制造方法在试验样品轴上制造人工缺陷，然后施加应力使人工缺陷处产生疲劳裂纹并延伸的方法来得到所述含疲劳裂纹的试验样品轴

②暴露疲劳裂纹：

去除人工缺陷，将疲劳裂纹暴露在试验样品轴的外表面；

③超声波探伤：采用自动探伤和/或手动探伤的手段，对所述试验样品轴的疲劳裂纹进行探伤试验；

若能够检测到疲劳裂纹，则进行第④步骤，若检测不到疲劳裂纹，则进行第⑤步骤；

④车削：车削试验样品轴具有疲劳裂纹处一定深度，并回到第③步骤；

⑤打开断面：将疲劳裂纹的断面打开，测量剩余的疲劳裂纹的深度。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，步骤②中，是对试验样品轴的人工缺陷进行切削以去除人工缺陷，直至仅留存疲劳裂纹。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，步骤①中，所述人工缺陷布置在试验样品轴的平直段和/或圆弧部位。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，所述人工缺陷是沿环向间隔布置的2个、3个、4个或更多个切割缝。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，步骤①中，是采用全尺寸轮轴试验台对人工缺陷截面处加载名义应力的方式，使人工缺陷两侧产生疲劳裂纹并延伸。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，步骤③中，是利用自动化空心车轴超声探伤设备和空心轴探伤标准试块对所述试验样品轴的疲劳裂纹进行探伤试验。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，在步骤④中，还测量疲劳裂纹沿圆周方向的长度。

所述的超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，其中，所述试验样品轴为空心车轴。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：

通过上述试验方法，可以准确得知利用超声波探伤对高速列车车轴的疲劳裂纹的极限检测深度值，为车轴定期检测提供数据支撑，提高其检测精确性。

采用上述试验方法，利用少量的车轴，就能够了解超声波探伤在不同的车轴(不同轴型、不同轴径)的不同部位(圆弧部位、平直段)的不同裂纹(长度不同、深度不同)的检出能力，使得得到的数据具备较高的合理性与普遍性。

采用上述试验方法，还能够获得疲劳裂纹的长度与深度时间的关系。

上述试验方法还具有设计巧妙，容易实现的优点。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是本发明中在空心车轴的外表面加工人工缺陷的示意图。

附图标记说明：A、B、C-人工缺陷位置。

具体实施方式

本发明提供一种超声波探伤对高速列车车轴疲劳裂纹检出能力的试验方法，如图1所示，包括如下步骤：

①准备含疲劳裂纹的试验样品轴，例如平直段含疲劳裂纹的试验样品轴或者圆弧部位含疲劳裂纹的试验样品轴；

其中：可采用人工制造缺陷，然后施加应力使缺陷处产生裂纹并延伸的方法来得到所述含疲劳裂纹的试验样品轴；

②暴露疲劳裂纹：对试验样品轴具有疲劳裂纹的位置进行切削，直至仅留存疲劳裂纹；

③超声波探伤：采用自动探伤和/或手动探伤的手段，利用自动化空心车轴超声探伤设备和空心轴探伤标准试块对所述试验样品轴的疲劳裂纹进行探伤试验，其中，手动探伤和自动探伤的灵敏度根据相关规定进行选取；

若能够检测到疲劳裂纹，则进行第④步骤，若检测不到疲劳裂纹，则进行第⑤步骤；

④车削：测量疲劳裂纹沿圆周方向的长度之后，车削试验样品轴具有疲劳裂纹处一定深度，并回到第③步骤；

⑤打开断面：将疲劳裂纹的断面打开，记录断面形貌并测量剩余的疲劳裂纹的深度与长度。

以下配合附图，以一个较佳实施例来说明本发明的具体过程如下：

①准备含疲劳裂纹的试验样品轴

(1)如图2所示，选择外表面无缺陷EA4T空心车轴，在空心车轴的外表面加工人工缺陷，人工缺陷的加工位置、数量以及深度可以自由选择，例如：

在空心车轴的圆弧部位(即A处)布置有两组临近的人工缺陷，每一组人工缺陷包含相隔180度的两个切割缝(宽0.25mm，深2.0mm)；

在空心车轴的平直段的B、C处各布置有一组人工缺陷，B处对应的一组人工缺陷包含相隔180度的两个切割缝(宽0.25mm，深3.0mm)，C处对应的一组人工缺陷包含相隔90度的四个切割缝(宽0.25mm，深度分别为0.5mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm)；

(2)采用全尺寸轮轴试验台，对各人工缺陷截面处加载200MPa名义应力，使人工缺陷两侧延伸扩展产生疲劳裂纹，疲劳裂纹单侧沿圆周方向长度至少5mm；

(3)对疲劳裂纹处加载150MPa名义应力，使疲劳裂纹扩展，加载直至疲劳裂纹单侧沿圆周方向长度约10mm停止；

②暴露疲劳裂纹：

对空心车轴进行车削，去除人工缺陷，仅留存疲劳裂纹；

③超声波探伤：

探伤方法有采用自动探伤和手动探伤两种手段：

探伤设备及器材：

(1)自动化空心车轴超声探伤设备。

(2)标准试块：空心轴探伤标准试块。

手动探伤灵敏度：

(1)1mm基准当量灵敏度：手工调整1mm基准缺陷的反射波高至80％，记录各探头1mm基准当量灵敏度。

(2)裂纹的反射增益值：找出裂纹，手工调整增益，使得裂纹的反射波高至80％，记录该增益值。

自动探伤灵敏度：

(1)在1mm基准当量灵敏度下，自动扫查检测疲劳裂纹，记录该灵敏度及裂纹检出情况。

(2)在1mm基准当量灵敏度下，按照既有工艺，以检出铁总运【2013】100号文人工缺陷的灵敏度作为自动扫查检测灵敏度，扫查各裂纹，记录该灵敏度和检出情况。

(3)在1mm基准当量灵敏度下，调整增益值，找出自动扫查发现裂纹的最小检测灵敏度，记录各灵敏度。

④车削：

每次车削空心车轴的表面深度1mm，然后进行MT检测(磁粉检测)得到疲劳裂缝的长度，再回到步骤④，进行超声波手动探伤和/或超声波自动探伤；

注：当裂纹沿圆周方向长度≤5mm时，每次车削车轴表面深度0.5mm；

如此循环进行步骤③与步骤④，直至步骤③中无法探测到疲劳裂纹，则转到步骤⑤；

步骤⑤：打开断面：

将车轴的疲劳裂纹面打开或截取裂纹区段将裂纹面打开，观察断口，记录断口形貌并测量剩余疲劳裂纹的长度与深度。

通过上述试验方法，可以准确得知利用超声波探伤对高速列车车轴的疲劳裂纹的极限检测深度值(即为端面上剩余疲劳裂纹的深度)，为车轴定期检测提供数据支撑，提高其检测精确性。

采用上述试验方法，利用少量的车轴，就能够了解超声波探伤在不同的车轴(不同轴型、不同轴径)的不同部位(圆弧部位、平直段)的不同裂纹(长度不同、深度不同)的检出能力，使得得到的数据具备较高的合理性与普遍性。

采用上述试验方法，还能够获得疲劳裂纹的长度与深度时间的关系。

上述试验方法还具有设计巧妙，容易实现的优点。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。