1、26机车车轴超声波探伤工艺（横波）1 适用范围与主题内容1.1 适用范围本工艺适用内燃、电力机车轮对解体状态下车轴镶入部超声波探伤。1.2 主题内容机车车轴在长期的运用过程中，受交变载荷（扭矩、拉力、剪切等）的作用，车轴应力集中部位会产生疲劳裂损.常见的疲劳裂损一般在车轴压装部、过渡圆弧部等处。 （图 1 中阴影部分）对车轴进行横波探伤，是及时发现车轴上述部位内部缺陷和车轴疲劳裂纹的有效方法。图 1 车轴横波探伤区域示意图1.3 工艺流程（见图 2）图2 工艺流程图2 质量标准2.1 中修机车不允许存在深度大于或等于 1mm 人工缺陷当量值的裂纹。2.2 小修机车不允许存在深度大于或等于 2m
2、m 人工缺陷当量值的裂纹。2.3 小修机车小于 2mm 人工缺陷当量的车轴裂纹，允许监测使用，周期为每次小修至少一次。3 人员、设备、器材、环境3.1 人员：具有铁道无损检测超声级及以上资格。灵敏度校准 工件预处理 探伤检测 探后处理 记录与报告273.2 仪器：符合 兰州铁路局机车零部件无损探伤细则中技术标准规定的数字式或模拟式超声波探伤仪。3.3 探头（换能器）3.3.1 符合兰州铁路局机车零部件无损探伤细则中技术标准规定的探头。3.3.2 横波探伤的部位是车轴镶入部，可根据机车轴型及探测面选择横波探头。3.4 试块： 3.4.1 车轴实物对比试块。 （各型车轴工艺尺寸、实物对比试块尺寸、
3、横波探伤主声束示意图参考附录） 。3.4.2 综合对比试块。3.4.3 标准试块： CSK1A、TZS-R 试块3.5 耦合剂：机油。( 或满足需要的其他耦合剂 )3.6 工具：函数计算器、2m 钢卷尺、300mm 钢板尺、外卡、螺丝刀、机油桶、刷子、棉丝。3.7 环境：工作场地应避免外界磁场的干扰和机械震动及冲击的影响，避免过多的粉尘、有害气体及强光照射，场地不得有滴漏水现象。4 灵敏度校准4.1 探头选择在选择探头时，应考虑整个镶入部的声束覆盖及声程衰减，尽可能选择较短的检测声程，以获得较高的探伤灵敏度和定位精度。镶入部外侧检测时（以轴颈为探测面） ，选择标称值为 K1.5探头，镶入部内侧
4、检测时（以抱轴颈为探测面） ，选择标称值为 K1 探头，即可保证镶入部全部扫查。亦可选择 K1.2、K1.3 探头，内外侧兼顾。( 参见附录)4.2 灵敏度标准： 2mm 人工缺陷当量4.3 校准方法4.3.1 车轴实物对比试块4.3.1.1 数字探伤仪4.3.1.1.1 开机，仪器自检，选择探伤方式为横波探伤（斜探头） 。 （参考附录）4.3.1.1.2 根据轴型及探测部位选择相应探头，在 CSK1A 试块上校准声速、零点及 K 值。4.3.1.1.3 设置探测范围 500mm。4.3.1.1.4 将选定探头置于车轴实物试块探测面上（见图 3A 点） ，移动探头，使探头中心线始终保持与车轴中
5、心线平行，找出试块镶入部内侧人工缺陷（2mm ）最高反射回波，固定探头。4.3.1.1.5 调节仪器的增益量，使该反射回波为垂直刻度的 80%。4.3.1.1.6 设置报警闸门，并使人工缺陷（2mm）回波处于闸门内，闸门高度设置为 80%。284.3.1.1.7 设置文件名并存盘。4.3.1.1.8 确认存盘成功。图 3 横波探伤探测面选择及探头移动方向4.3.1.2 模拟探伤仪4.3.1.2.1 开机，设置仪器各旋钮位置：抑制 置“关“ ； 扫描粗调置 “250”挡。发射强度置中档（不可调） ；4.3.1.2.2 根据轴型及探测部位选择相应探头（参考附录） ，校准 K 值。4.3.1.2.3
6、 将选定探头置于车轴实物试块探测面上（见图 3A 点） ，移动探头，使探头中心线始终保持与车轴中心线平行，找出试块镶入部内侧人工缺陷（2mm ）最高反射回波，固定探头；4.3.1.2.4 调节衰减、 增益 ，使反射波高为垂直刻度的 80% ；4.3.1.2.5 调节扫描细调、 水平 ，使回波位置以 15 的比例出现显示屏上（满屏为 500mm） 。4.3.1.2.6 锁定校准的灵敏度。4.3.2 TZSR 标准试块4.3.2.1 数字探伤仪4.3.2.1.1 开机，仪器自检后，选择横波（斜探头）探伤方式。4.3.2.1.2 根据探测部位选择斜探头，校准声速、零点及 K 值。4.3.2.1.3
7、将最大探测距离设置为 500mm。4.3.2.1.4 将选定探头置于 TZSR 标准试块的 R 面上（见图 4） ，移动探头，找出试块 175mm处人工缺陷（1mm）最高反射回波，固定探头。4.3.2.1.5 调节仪器的增益量，使该反射回波为垂直刻度的 80%。4.3.2.1.6 设置报警闸门，闸门宽度 80mm，闸门起点 175mm，闸门高度设置为 80%。4.3.2.1.7 设置文件名并存盘。4.3.2.1.8 确认存盘成功。29图 4 TZSR 试块校准4.3.2.2 模拟探伤仪4.3.2.2.1 开机，设置仪器各旋钮位置： 抑制置“关“；扫描粗调置 “250”挡。发射强度置中档（不可调
8、） 。4.3.2.2.2 根据探测部位选择斜探头，校准 K 值。4.3.2.2.3 将选定探头置于 TZSR 标准试块的 R 面上（见图 4） ，移动探头，找出试块 R 面上175mm 处人工缺陷（1mm）最高反射回波，固定探头。4.3.2.2.4 调节扫描细调、 水平 ，使回波位置在以 15 比例出现显示屏上（满屏为 500mm） 。4.3.2.2.5 调节衰减、 增益 ，使反射波高为垂直刻度的 80%。4.3.2.2.6 锁定校准的灵敏度。4.3.3 综合对比试块校准4.3.3.1 数字探伤仪4.3.3.1.1 开机，仪器自检后，选择横波（斜探头）探伤方式。4.3.3.1.2 根据探测部位
9、选择斜探头，校准声速、零点及 K 值。4.3.3.1.3 将最大探测距离设置为 500mm。4.3.3.1.4 将选定探头置于综合对比试块轴颈面上（见图 5） ，移动探头，找出试块端面相应的人工缺陷（2mm）最高反射回波，固定探头。图 5 为 2.5PK1 探头探测端面 63mm 处人工缺陷（水平距离 223mm） 。4.3.3.1.5 调节仪器的增益量，使该反射回波为垂直刻度的 80%。4.3.3.1.6 设置报警闸门，并使人工缺陷（2mm）回波处于闸门内，闸门高度设置为 80%。4.3.3.1.7 设置文件名并存盘。4.3.3.1.8 确认存盘成功。图 5 综合对比试块校准4.3.3.2
10、模拟探伤仪4.3.3.2.1 开机，设置仪器各旋钮位置： 抑制置“关“；扫描粗调置 “250”挡。发射强度置中档（不可调） 。4.3.3.2.2 根据探测部位选择斜探头，校准 K 值。304.3.3.2.3 将选定探头置于综合对比试块轴颈面上（见图 5） ，移动探头，找出试块端面 63mm 处人工缺陷（2mm）最高反射回波，固定探头。4.3.3.2.4 调节扫描细调、 水平 ，使回波位置在以 15 比例出现显示屏上（满屏为 500mm） 。4.3.3.2.5 调节衰减、 增益 ，使反射波高为垂直刻度的 80%。4.3.3.2.6 锁定校准的灵敏度。5 工件预处理5.1 检查车轴的相关尺寸及探测
11、面。探测面上应无腐蚀、无影响声耦合的涂层。5.2 被探工件的探测面粗糙度应符合要求，粗糙度 Ra6.3m。5.3 耦合剂应涂抹均匀，保证耦合良好。6 探伤检测6.1 数字探伤仪6.1.1 根据选定的探头，调出相应的灵敏度工艺文件（灵敏度校准见 4.3.1.1、4.3.2.1、4.3.3.1 条） 。6.1.2 在试块上复核探伤灵敏度，确认正确后方可进行探伤作业。6.1.3 探头在探测面轴向前后移动扫查，扫查时探头中心线应平行于车轴中心线。探头移动速度不大于 50mm/s。6.1.4 声波入射至压装部内侧时，若耦合良好且无缺陷，应无反射回波，压痕线附近有腐蚀点时，有草丛状回波。斜探头探伤时正常波
12、形见图 6。无腐蚀时（K1 探头） 有腐蚀点时 （K1 探头）图 6 斜探头探伤正常波形（内侧）6.1.5 若耦合良好且无缺陷，声波入射注油槽时，有比较低的草丛状回波，回波位置在缺陷波位置之后（波形见图 7） 。31SS3 车轴 （K1.5 探头） DF4 车轴非齿端（ K1.5 探头）图 7 斜探头探伤内侧油槽反射（正常波形）6.1.6 横波探伤缺陷波形较好辨认，尤其是裂纹波，反射强烈，单独。图 9 为车轴内侧裂纹波形。DF4 车轴（ K1 探头） SS3 车轴（K1.5 探头）图 9 裂纹波形6.1.7 发现异常波形，应进行波形数据储存和记录。6.1.8 若镶入部位置无回波时，应排除仪器、
13、探头、探线临时故障及耦合不良因素。6.2 波形分析：6.2.1 裂纹波：波峰尖锐陡峭，根部较窄。探头前后移动时，反射波幅度呈现由高到低再由低到高连续有规律的单调递增和递减。6.2.2 油层反射波：波幅不高，根部较宽，且两旁出现较多小杂波。多出现在新轴或压装不久的轴上。6.2.3 压痕反射波：波峰较低，成草丛状。6.2.4 轮心反射波：波形尖锐、猛烈，波幅较高。探头周向移动时，反射波幅度变化较小，没有位置变化。6.3 模拟探伤仪6.3.1 按 4.3.1.2、4.3.2.2、4.3.3.2 条校准探伤灵敏度，确认正确后，即可进行检测；6.3.2 按 6.1.36.1.8 条方法及要求对车轴进行监
14、测；6.3.3 波形分析见 6.2 条。6.4 确认压装部疲劳裂纹长度用 6dB 测长法。6.5 车轴探伤缺陷定位车轴探伤缺陷定位以轴端面作为基准。即缺陷至轴端水平距离。缺陷距离 X= A+B+L-C （mm） 。 （仪器校准时，前沿距离已输入者，缺陷距离用 X= A+BC 32来计算） （见图 10）其中：A轴端至压装部内侧距离（电力机车 660 mm ；内燃齿端 720 mm；非齿端 540 mm） ；B探头前端至压装部内侧距离； L探头前沿距离； 图 10 横波水平定位C仪器水平距离读数。6.6 缺陷定量以人工缺陷深度当量（灵敏度）dB 来评价车轴缺陷。7 探后处理7.1 对于有缺陷车轴
15、，应准确记录缺陷位置、大小、长度，并做标记。确认、报废车轴还应对废品采取隔离措施。7.2 探伤完毕后，清理工作场地。7.3 检查仪器设备情况，进行日常保养。7.4 仪器不准在无人值守的情况下充电。8. 探伤记录与探伤报告8.1 探伤完毕后，应根据探伤过程及波形分析结果完整详细地填写探伤记录，缺陷部件应附有缺陷波形图及缺陷示意图。8.2 按兰州铁路局机车零部件无损探伤细则要求填写探伤记录，并签发探伤报告。33附录：各型机车车轴尺寸、车轴试块人工缺陷尺寸及横波探伤主声束示意图1. SS1、SS3 型： 图 1-1 SS1、 SS3 型车轴形状、尺寸图 1-2 SS1、SS3 型车轴镶入部主声束示意
16、图细线为 K1.5、粗线为 K1 探头 图 1-3 SS1、SS3 型车轴实物试块人工锯口位置：距轴端面 390、600, 深：2距轴端面 600, 深：5342. SS3B 型车轴： 图 2-1 SS3B 型车轴形状、尺寸图 2-2 SS3B 型车轴镶入部主声束示意图 K1.5 探头图 2-3 SS3B 型车轴实物试块人工锯口位置：距轴端面 380、510、640，深：2距轴端面 510，深：5353.DF4 型机车车轴：图 3-1 DF4 车轴形状、尺寸（轴端直径 160）图 3-2 DF4 车轴镶入部主声束示意图 粗线为 K1.5、细线为 K1 探头图 3-3 DF4 车轴实物试块人工锯口位置：距轴端面 390、520、640，深：2；距轴端面 640，深：5注：1、SS1、SS3 车轴与 SS4 型车轴实物试块可相互替代；364. DF7G 型机车（见图 9）图 4-1 DF7G 型机车车轴形状、尺寸图 4-2 DF7G 型机车车轴镶入部主声束覆盖图左端为 K1.5、右端为 K2 探头图 4-3 DF7G 型机车车轴实物试块人工锯口位置：距轴端面 450、485、620，深：2距轴端面 450，深：5
