1、铁道机车、车辆车轴、轮对的超声波检测,车轴材料和尺寸的有关标准,一、常用车轴材料和尺寸标准GB 5068-1999铁路机车、车辆车轴用钢GB/T 12814-2002铁路车辆用车轴型式与基本尺寸TB/T 451-1996车辆和煤水车用车轴技术条件TB/T 1027-1991机车车轴技术条件TB/T 1823-1987蒸汽机车煤水车车轴型式尺寸TB/T 2072-1989 50钢车轴技术条件TB/T 2624-1995轨道车辆车轴型式与基本尺寸TB/T 2945-1999铁道车辆用LZ50钢车轴及钢坯技术TB/T 3093-2004铁路机车用合金钢车轴轴坯订货技术条件,车轴材料有关要求,二、材料
2、的有关要求对车轴材料的要求很多，这里只介绍化学成分的要求，有关其它要求可查阅有关标准的规定。1.GB5068-1999铁路机车、车辆车轴用钢,车轴材料有关要求,2.TB/T 3093-2004铁路机车用合金钢车轴轴坯订货技术条件,3.TB 2072-1989 50车轴技术条件,车轴受力状态,三、车轴受力状态各种用途的轴承受多种载荷类型,除拉-拉(包括拉-压、脉动载荷等)、弯曲、扭转之外,还有复合载荷。轴向加载低应力加载的疲劳断口的裂纹源，一般只有一个，疲劳裂纹扩展区域大，寿命长，实际轴上由于工作间歇式载荷变化，其断口常有海滩状标记，最后瞬时块断区有明显的放射状花纹，若有较大的应力集中存在，在裂
3、纹沿长度方向（周向）扩展比沿深度方向块。当名义应力大是，裂纹扩展区相对减小，而瞬时断裂区增大，如果有严重的应力集中，裂纹数目也要增加。,车轴受力状态,扭转加载由于扭转疲劳加载的各种最大应力均在表面上，不难想像，裂纹源应当从表面开始。旋转弯曲疲劳加载a)裂纹源裂纹源的数目取决于名义应力高低和应力集中程度的大小，若外加应力等于或稍高于疲劳强度，则光滑轴表面只有一个裂纹源，随着应力增大或应力集中严重，就会出现多源现象，从各个源点扩展的裂纹逐渐汇合变成单一的裂纹前沿，由于各个源点不在同一平面上扩展，在汇合前形成许多棘轮标记或称为小台阶，台阶的高度随外加应力增大而增加。小台阶的数量随外加应力和应力集中加
4、大而增加。,车轴受力状态,b)疲劳扩展区服役轴的宏观疲劳扩展区的重要特征是海滩状标记，在裂纹稳定扩展期，这些标记代表裂纹连续进展的前沿。c)最后断裂区疲劳裂纹的扩展由慢到块，直到轴剩余面积承受不住外加载荷而断裂，最后断裂区的大小及位置与名义应力大小及应力集中有关，若外加应力比疲劳强度稍高一些，最后断裂区域较小，外加应力增大，最后断裂面积相应增加。最后断裂区域不外乎在三个位置上（周边上、中心、介于两者之间）。相对疲劳极限而言，真实应力愈大最后断裂区域愈靠近中心。,车轴断裂分析,四、车轴断裂分析1.裂纹轴表面与端面特征车轴轮座压装部位退轴后的表面形貌大致可分为三个区。磨光区：从锈蚀痕迹到轮座内端边
5、缘的整个区为磨光区，此区没有退轴时的划痕，说明这部分与轮心接触不良，在退轴前检查，这部分可塞进100200m的塞尺；月牙锈蚀区：此区轮座表面有黑色的锈蚀，呈月牙形，为此，被称为月牙锈蚀区；接触良好区：靠轮座的外端，此区有退轴造成的划痕，说明这部分与轮心接触良好。在锈蚀区内，肉眼可见腐蚀的麻坑，冷焊点，有平行排列的大小横向裂纹，最小的要通过磁粉探伤才能显示。,车轴断裂分析,2.裂纹产生原因分析几何形状对疲劳强度的影响从轴到轮毂的弯曲应力流线很密，在压装末端引起很广的应力集中。擦伤腐蚀及其对疲劳强度的影响压配合部件在受到弯曲或扭转应力作用时，不可避免地要产生擦伤腐蚀。轮轴在压装中，轮毂孔前端被扩大
6、形成钟口。在有弯曲应力作用而轴在转动时，也就是受到旋转弯曲应力作用，轴的表面纤维交替伸长和缩短，改变了原始的应力状态，使其轮座和轮毂耦合面而产生微小滑动，再加上空气的氧化作用，在轮座表面形成所谓的由于擦伤引起的腐蚀，即擦伤腐蚀。,车轴断裂分析,可按照相对滑动量大小把擦伤腐蚀分为四个部分，区为相对滑动量小于10m，在这个区只有腐蚀坑。区为相对滑动量在1020m，在这个区域内小裂纹能发展成大裂纹。区为相对滑动量在30m以上，表面以磨损为主，由于磨损使原来的腐蚀产物和小裂纹逐渐磨掉。只有当相对滑动量在某一范围内，才能在应力作用下产生裂纹。车轴的擦伤区从轮毂孔端面开始，越往里滑动量逐渐减少。,车轴的缺
7、陷部位和一般探伤方法,五、车轴的缺陷部位和一般探伤方法1.缺陷部位车轴压装部位边缘容易产生应力集中，这里也最容易产生裂纹，根据统计，压装部位的裂纹95%以上都出现在离外缘（1035）mm和离内缘（530）mm的两个带区内。并且多数是危险性较大的横向裂纹。根据断裂力学的分析，裂纹是沿着与应力垂直的方向发展。在压装部位，车轴除受弯曲应力外，还受扭转应力，其主应力方向不与车轴轴线严格平行，因此裂纹平面也不与轴侧面严格垂直。通过对裂纹的解剖和测量，发现裂纹平面与轴侧面法线成1025的夹角。有一定规律地外侧向内、内侧向外倾斜。,车轴的缺陷部位和一般探伤方法,2.一般探伤方法纵波直探头贯通探伤法检测车轴材
8、质的综合透声性能，发现内部危害性大缺陷（横向大裂纹）。横波斜探头探伤法发现轮座压装部位内、外侧疲劳裂纹，检测制动盘座疲劳裂纹。近端纵波小角度斜探头法检测轴径卸荷槽的横向批量裂纹，发现轮座压装部位内、外侧疲劳裂纹。纵波直探头径向探伤法发现车轴材料内部存在的轴向缺陷。,车轴的缺陷部位和一般探伤方法,六、直探头贯通检测危害性大裂纹1.探伤灵敏度的调整TS-1、TS-1W试块调整B10达到基准波高增加：形状补偿6dB，表面耦合补偿（46）dB，钢印（24）dB，中心孔2dB，螺栓孔2dB，大裂纹3dB。大裂纹试块调整以深7mm的人工裂纹为基准。2.固有波和裂纹波的区分车轴后肩迟到回波的规律a)车辆车轴
9、b)机车车轴裂纹波的位置,车轴的缺陷部位和一般探伤方法,七、横波斜探头检测1.探头K值的选择a)原有轴型参阅TB/T1989或铁辆1995114号文件的规定。b)新型车轴要根据车轴尺寸进行计算2.探伤灵敏度的调整a)TZS-R试块的调节方法b)半轴实物试块的调节方法3.缺陷波的判定a)缺陷回波的高度b)缺陷回波的形状c)轮心波的高度d)综合判定,车轴的缺陷部位和一般探伤方法,八、纵波小角度检测1.探头角度的选择常用纵波小角度探头的有关参数,探头角度的选择原则探测操作要点使探头均匀受力1.964.9N，以2050mm/s的速度在轴端面，探头指向中心孔作往复运动，并同时偏转35形成锯齿形移动轨迹。,车轴的缺陷部位和一般探伤方法,2.探伤灵敏度的调整TZS-R试块的调整半轴实物试块的调整3.缺陷波的判定根据缺陷位置进行判定根据缺陷波形判定根据缺陷波波高判定根据车轴运行情况进行综合判断,车轴的缺陷部位和一般探伤方法,九、直探头径向检测1.探伤灵敏度试块介绍TS-2试块的型式和尺寸2.探伤灵敏度的调节距离-波幅曲线的制作3.缺陷的判定根据缺陷位置、缺陷波高进行判定质量评定标准,车轴寿命的估算,十、车轴寿命的估算裂纹深度与缺陷回波高度的规律曲线裂纹发展规律的简介,
