超声波检测样轴方法及装置

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超声波检测样轴方法及装置\n技术领域\n[0001] 本专利是针对电力机车车轴在检修过程中在不解体的情况下，利用超声波检测样轴方法及装置检查其疲劳区域的裂纹，以保证其正常使用。\n背景技术\n[0002] 在铁路向高速、重载的方向发展过程中，运输安全是首当其冲的，机车车辆车轴是关系到铁路运输安全的最重要的部件之一；对机车车辆车轴进行无损检测是车轴制造和检修过程中的重要环节，对机车的行车安全起着决定性的作用，因此无论是新制还是检修，都要对其进行100％的超声波探伤和磁粉探伤，从而保证机车的行车安全。其中超声波探伤是用来检测车轴的内部缺陷，而磁粉探伤则是检测车轴表面缺陷。\n[0003] 对于检修机车车轴的表面疲劳裂纹缺陷，常规的做法是将车轴上面镶装的车轮、齿轮及抱轴箱、轴箱等零部件退卸下来采用磁粉探伤来保证车轴的外表面质量，由于车轴在压装时采用的是冷压技术，检修时在退卸过程中经常会出现车轴被拉伤的情况，这样的情况高达40％-60％，被拉伤的车轴只能降级使用，严重的甚至报废，既浪费了成本，同时工作效率低下。\n[0004] 因此，如何能在车轴不解体的情况下实现快速、准确、高效地检测出车轴表面的疲劳裂纹，成为本领域急需解决的问题。\n发明内容\n[0005] 本专利的目的主要是为了提供一种超声波检测样轴方法及装置，在车轴不解体的情况下对车轴的疲劳区域进行超声波检测，而不需要退卸镶装在车轴上的各种零部件再进行检测，该方法不仅探伤结果可靠，而且工作效率高、成本低。\n[0006] 本专利的目的是这样实现的：超声波检测样轴方法及装置，所述检测样轴装置是由经过锻造和热处理后并通过超声波透声性检验合格的成品轴制成的；所述检测样轴热处理后的晶粒度≥8级；所述检测样轴两端的端面均垂直于其轴线方向，所述两端的端面粗糙度为Ra≤6.3μm；所述检测样轴的疲劳区域，即轮座部位、齿轮座部位、轴颈部位、轴身部位分别采用线切割加工不同深度的人工缺陷，所述人工缺陷是用来模拟自然裂纹的；所述人工缺陷的宽度≤0.2mm，深度公差为±0.1mm。\n[0007] 所述检测样轴可以实现每次实施检测前先在其上校对检测灵敏度，然后补偿与需检修的实物机车车辆车轴的分贝差值，即可对实物机车车辆车轴进行表面疲劳裂纹的超声波检测。\n[0008] 使用不同规格的超声波探头连接在超声波探伤仪上，通过耦合剂将超声波传播到所述检测样轴，检测出不同位置及深度的人工缺陷作为探测实物机车车辆车轴的检测灵敏度。\n[0009] 使用不同规格的超声波探头连接在超声波探伤仪上，通过耦合剂将超声波传播到实物机车车辆车轴，补偿实物车轴与检测样轴的分贝差值，即可探测出实物机车车辆车轴是否存在表面疲劳裂纹类缺陷以及缺陷的位置和大小。\n[0010] 一种超声波检测样轴方法，其检测步骤主要包括：\n[0011] 步骤一、在检测样轴的一个端面(这个端面是离人工缺陷最近的端面)涂抹超声波探伤专用耦合剂，保证超声波能够通过耦合剂顺利传播到车轴内部；\n[0012] 步骤二、将超声波探头和超声波探伤仪通过探头线连接好，将探头置于检测样轴的端面螺栓孔和中心孔的中间位置；\n[0013] 步骤三、探头的晶片需指向相应部位的人工缺陷，此时超声波探伤仪的荧光屏上会出现一个人工缺陷的反射回波，前后左右来回移动探头，找到人工缺陷的最高波；\n[0014] 步骤四、在上述人工缺陷最高波的基础上补偿检测样轴与需检修的实物车轴的分贝差，作为对实物机车车辆车轴进行检测的灵敏度；\n[0015] 步骤五、依照上述方法采用另外几种规格的超声波探头分别对轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位的人工缺陷进行超声波灵敏度校验；\n[0016] 步骤六、将超声波探头和超声波探伤仪通过探头线连接好，将探头置于需检修的实物机车车辆车轴的端面螺栓孔和中心孔的中间位置；按照检测样轴的灵敏度调整方法对上述各部位进行超声波检测，从而可以检测出上述部位是否存在表面疲劳裂纹等缺陷；\n[0017] 步骤七、为了发现车轴内部的大裂纹类缺陷，还需使用一种直探头在检测样轴的端面对轴身上模拟的人工大裂纹缺陷进行超声波灵敏度校验，用来检测车轴内部是否存在大裂纹类的缺陷；使用所述直探头对准检测样轴的轴身上7mm深的人工缺陷，找出其最高反射波，补偿检测样轴和实物车轴的分贝差值即可对需检修的实物车轴进行超声波检测；\n[0018] 步骤八、检测中如发现缺陷波超过灵敏度所设置的分贝值，则根据缺陷的位置及波高来确定缺陷的大小和幅度，判断是否超过标准的要求，从而判断出该检修机车车辆车轴是否可以继续使用。\n[0019] 本发明涉及的一种超声波检测样轴装置，该装置包括车轴与探头，所述车轴上有三种位置、深度不同的人工缺陷。\n[0020] 如上所述的超声波检测样轴装置，所述车轴上的三种位置、深度不同的人工缺陷，第一种在轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位加工2mm深度的人工缺陷，第二种在轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位加工4mm深度的人工缺陷，第三种在轴身部位加工7mm深度的人工缺陷；所述第一种人工缺陷需加工在同一条直线上，第二种人工缺陷需加工在另外一条直线上，这两种人工缺陷的位置在空间需相差120°，避免在调整灵敏度的过程中造成超声波的干扰，第三种人工缺陷需加工在轴身的中心部位，可以与第一种或第二种人工缺陷加工在同一条直线上，这样既不会造成超声波的干扰，同时也方便调整探伤灵敏度；所述三种人工缺陷的深度及位置是不同的。\n[0021] 如上所述的超声波检测样轴装置，所述探头根据车轴部位不同，采用了不同的规格，主要涉及探头的频率、晶片尺寸及晶片倾斜的角度等，分别对车轴轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位的疲劳区域进行扫查。\n附图说明\n[0022] 图1为本发明提出的一种超声波检测样轴装置的加工了人工缺陷的检测样轴示意图。\n[0023] 图2为本发明提出的一种超声波检测样轴装置的端面示意图。\n[0024] 图3为本发明提出的一种超声波检测样轴方法的流程图。\n具体实施方式\n[0025] 为了对本专利有更加清楚和全面的了解，现对其具体实施方式说明如下：\n[0026] 本专利的检测样轴是通过如下方法制造的：\n[0027] 首先，采用与检修机车车辆车轴相同的材料(如：牌号为A1N、35CrMoA、EA4T、JZ35等)制作一根成品车轴；这根轴需经过锻造、热处理、粗车及精车等工序精制而成，该检测轴的晶粒度≥8级；车轴端面及外圆面的粗糙度达到检测标准要求的Ra≤6.3μm，然后，对该检测轴进行超声波透声性检验(车轴内部不允许有缺陷)，检验合格后，就得到了现有技术的成品机车车辆车轴。\n[0028] 所述机车车辆检测样轴需根据不同的检修周期在成品机车车辆车轴上加工出三种位置、深度不同的人工缺陷，第一种在轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位加工2mm深度的人工缺陷，第二种在轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位加工4mm深度的人工缺陷，第三种在轴身部位加工7mm深度的人工缺陷；所述第一种人工缺陷需加工在同一条直线上，第二种人工缺陷需加工在另外一条直线上，这两种人工缺陷的位置在空间需相差120°，避免在调整灵敏度的过程中造成超声波的干扰，第三种人工缺陷需加工在轴身的中心部位，可以与第一种或第二种人工缺陷加工在同一条直线上，这样既不会造成超声波的干扰，同时也方便调整探伤灵敏度；所述三种人工缺陷的深度及位置是不同的。如此，就得到了如图2所示的超声波检测样轴装置，图3为检测样轴端面装置的示意图。\n[0029] 根据上述原理，本专利还需要制作特殊规格的超声波探头，分别探测不同位置和深度的人工缺陷，所述探头需放置在车轴端面对车轴的轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位的疲劳区域进行扫查，从而发现各部位的疲劳裂纹。所述探头根据车轴部位不同，采用了不同的规格，主要涉及探头的频率、晶片尺寸及晶片倾斜的角度等，分别对车轴轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位的疲劳区域进行扫查。\n[0030] 所述检测样轴及探头的使用方法及检测步骤包括(如图3所示)：\n[0031] S101、在检测样轴的一个端面(这个端面是离人工缺陷最近的端面)涂抹超声波探伤专用耦合剂，保证超声波能够通过耦合剂顺利传播到车轴内部；\n[0032] S102、将超声波探头和超声波探伤仪通过探头线连接好，将探头置于检测样轴的端面螺栓孔和中心孔的中间位置；\n[0033] S103、探头的晶片需指向相应部位的人工缺陷，此时超声波探伤仪的荧光屏上会出现一个人工缺陷的反射回波，前后左右来回移动探头，找到人工缺陷的最高波；\n[0034] S104、在上述人工缺陷最高波的基础上补偿检测样轴与需检修的实物车轴的分贝差，作为对实物机车车辆车轴进行检测的灵敏度；\n[0035] S105、依照上述方法采用另外几种规格的超声波探头分别对轴颈部位、轮座部位及齿轮座部位的人工缺陷进行超声波灵敏度校验；\n[0036] S106、将超声波探头和超声波探伤仪通过探头线连接好，将探头置于需检修的实物机车车辆车轴的端面螺栓孔和中心孔的中间位置；按照检测样轴的灵敏度调整方法对上述各部位进行超声波检测，从而可以检测出上述部位是否存在表面疲劳裂纹等缺陷；\n[0037] S107、为了发现车轴内部的大裂纹类缺陷，还需使用一种直探头在检测样轴的端面对轴身上模拟的人工大裂纹缺陷进行超声波灵敏度校验，用来检测车轴内部是否存在大裂纹类的缺陷；使用所述直探头对准检测样轴的轴身上7mm深的人工缺陷，找出其最高反射波，补偿检测样轴和实物车轴的分贝差值即可对需检修的实物车轴进行超声波检测；\n[0038] S108、检测中如发现缺陷波超过灵敏度所设置的分贝值，则根据缺陷的位置及波高来确定缺陷的大小和幅度，判断是否超过标准的要求，从而判断出该检修机车车辆车轴是否可以继续使用。\n[0039] 由上所述，应用本专利的机车车辆车轴超声波检测样轴，可以从检测样轴获得与需检修的实物机车车辆车轴相差的灵敏度补偿值和对超声波探伤仪进行校正，并可以实现检修机车在轮对不解体的情况下采用超声波技术快速、准确地检测出机车车辆车轴的轮座部位、轴颈部位和齿轮座部位的疲劳裂纹类缺陷。当有大量的检修机车车辆车轴需要采用超声波技术检测表面疲劳裂纹时，可使检修机车车辆车轴在不解体的前提下，即可进行超声波检验，从而发现缺陷的有无以及缺陷是否超标；该方法不仅检验结果准确、可靠，且由于轮对不解体就可实现检测，因此，大大提高了检测效率，同时降低了检测成本。\n[0040] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。