无损检测解决方案 | 在役轮轴锻件的超声波检测

众所周知，轮轴，尤其是驱动轮轴，对于成套设备，机车车辆的安全运转是重要的。

轮轴的完整性对确保安全运转，保证生命财产安全是必不可少的一个环节。 但是在日常运转过程中，由于在役轮轴不仅要承受垂直、纵向和横向复合载荷，同时又受到弯曲及旋转应力的作用，再加上空气的氧化，因此在役轮轴类工件中产生的最常见的缺陷就是疲劳裂纹。

针对此类内部缺陷推荐采用超声波检测的方法，但是在实际的在役检查工作中，轮轴往往都是不能拆卸或者只能局部拆卸，或是不能完全露出检测面等的情况。同时钢锻件的超声波检测标准里常见使用的探头为直探头和35°-70°的横波斜探头对钢锻件内部缺陷进行检测，然后依照缺陷的当量大小、长度以及面积进行等级划分。由于这些特殊性，超声波检测的难度加大，甚至无法充分满足一些超声波标准的检测要求。

那该如何解决这个问题呢？如何在这样受限条件下进行无损检测呢？针对此种特殊情况，SGS无损检测团队专家团队根据多年对标准的钻研和实际案例的探索，将介绍如何在不完全拆卸轮轴的情况下，在轮轴两端检测面完成对在役轮轴进行超声波检测的工艺。

1. 检测人员

超声检测人员应依照标准要求取得超声检测Ⅱ级或以上资格，应在检测前熟悉轮轴的材料、几何尺寸、受力状态、轮轴使用年限、是否有补焊维修史等相应的基本知识。

2. 检测仪器

超声波检测仪器，探头及检测仪器和探头的组合性能应符合标准的相关规定，如NB/T47013.3, JB/T10061的要求。

3. 探头

纵波直探头的直径推荐14mm~30mm，探头标称频率在2MHz~5MHz；
纵波小角度探头晶片直径10~25mm，探头标称频率在2MHz~5MHz；

■ 如果轮轴的直径没有变化，纵波小角度探头的角度建议选择下面表1推荐的角度选择纵波小角度探头。

表1

■ 如果轮轴的直径是变化的，纵波小角度探头的角度选择建议采用下图1公式计算选择合适的探头角度。

图1

d - 轮轴断面直径；
D - 需要检测的裂纹处断面直径；
L1 - 轮轴断面至裂纹水平距离；
β1 - 探裂纹区最佳角度。

4. 对比试块

4.1 纵波直探头可采用如CS系列的平底孔试块。
4.2 纵波小角度探头可采用以下三种方法做对比试块。

1）依照轮轴的图纸1:1加工试块和加上人工缺陷，用相同级别或相近的材料通过加工制作对比试块，模拟裂纹的源头的位置用线切割或锯槽的方法模拟裂纹。
2）用现有同型号备件制作对比试块和加上人工缺陷，用完全一样的实物做试块的好处是统一材料，同一状态，模拟裂纹的源头的位置用线切割或锯槽的方法模拟裂纹。
3）用有真实裂纹的实物制作对比试块，这是最好的情况，因为人工缺陷无法100%模拟真实的裂纹情况。

如果没有任何对比试块可以使用时，那只能用被检轮轴上的本体结构来调校超声波仪器，例如轮轴的端头，已知的开槽孔、台阶等有回波的位置，用作对比和调校灵敏度。

下面图2是一种加工的纵波小角度探头对比试块可作为参照。

图2

注：H 表示对比试块的长度，一般选择和轮轴同样长度。
       r 表示对比试块的半径，一般选择和轮轴同样半径。
       L 表示人工切槽的长度（mm）  b表示人工切槽的深度(mm)

5. 检测灵敏度

5.1 纵波直探头检测时，使用平底孔试块，根据检测范围依照制作一组不同深度平底孔的距离波幅曲线，以此作为基准灵敏度。曲线至少包括3个点，且最后一个点的范围需覆盖轮轴的检测长度。

5.2 纵波小角度探头检测时，使用纵波小角度探头在试块的断面进行检测，依照找到不同深度的人工锯槽缺陷制造距离波幅缺陷，以此作为基准灵敏度。

5.3 扫查灵敏度需在基准灵敏度基础上提高6dB。

6. 检测程序

6.1 在轮轴的两个端面进行100%的纵波直探头和纵波小角度探头的扫查。在可接触的空间位置也可以在轮轴的圆周面上使用直探头和横波斜探头（如45°）进行检测。端面应无影响的氧化皮，污物，油漆及凹坑缺陷等。

6.2 探头的移动速度一定要尽量慢速，扫描速度不宜超过50mm/s。遇到有可疑回波时需慎重的重新调校仪器进行对比，可在同一轮轴断面的不同位置进行对比，也可与试块上同一位置进行对比，反复确认可疑回波。

7. 检测结果的质量评定

7.1 直探头的检测结果可对照使用的检测标准依照缺陷的当量大小、长度、面积进行分级评定。当检测人员判定缺陷的反射信号为白点，裂纹等危险性质时，应评定不合格。

7.2 纵波小角度探头的检测结果评定，如在轮轴的侧面发现缺陷信号高于对比试块切槽的回波的缺陷反射时，应判定不合格。如缺陷信号低于对比试块切槽的回波，但回波判定为白点，裂纹等危险性质时，应评定不合格。如有怀疑，需要时可拆卸或局部拆卸，对目视或其他无视检测方法再进行验证检测结果。

7.3 对于底波降低量超过50%以上的情况，需要注意分析。如果在始波到第一次回波之间没有明显缺陷回波，而底波降低＞6dB的话，可以考虑一下是否由于偏析、疏松或粗晶引起的声波散射衰减引起的。

8. 检测记录

8.1 除非特别说明, 否则对于所有不满足标准规定底波降低或缺陷回波显示,都必须记录,检测记录上必须指明缺陷位置(如:用照片显示缺陷位置)。

8.2 记录中要反映出缺陷的类型,形状,大小和位置等,对于不能准确反映缺陷的应进行详细文字的描述。

8.3 所有的记录缺陷要严格按照评定标准的等级要求进行评定，如果不合格，必须在工件上做出明显标识，并且把缺陷的相关参数标注在旁边（比如说缺陷的深度，缺陷的长度等），以便于客户能够准确对缺陷进行定位，方便后面的处理工序。



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