大型养路机械及轨道车辆车轴超声波探伤工艺规程试行.docx

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大型养路机械及轨道车辆车轴超声波探伤工艺规程试行

附件17：

大型养路机械、轨道车辆车轴

超声波探伤工艺规程（试行）

1总则

1.1车轴是各种大型养路机械、轨道车辆的重要部件。

对大型养路机械、轨道车辆车轴的轴颈、轮座、防尘板座及齿轮座等应力集中部位实行超声波探伤是发现各种车轴内部缺陷及疲劳裂纹，防止断裂事故、确保行车安全的可靠措施。

为了规范车轴的探伤工作，保证探伤质量，特制定本规程。

1.2本规程适用于大型养路机械（包括D08-32型自动抄平起拨道捣固车、SRM80型全断面道碴清筛机、WD-320型动力稳定车和SPZ-200型双向道床配碴整形车）、轨道平车及160HP以上轨道车等走行轴的超声波探伤。

其它车辆车轴的超声波探伤可参照本规程。

1.3大型养路机械、轨道车辆的车轴探伤应贯彻预防为主、质量第一的工作方针。

1.4对大型养路机械、轨道车辆车轴实施探伤的过程中，探伤人员应根据具体的车轴型号，结合本规程中的相关参数及规定进行。

1.5本规程未做规定者，按国家和铁道部有关规定执行。

1.6本规程由北京铁路局起草，由铁道部运输局基础部提出并归口。

2探伤范围

2.1凡大型养路机械、轨道车辆车轴属于下列情况之一者，均需按本规程实行超声波探伤检查。

2.1.1大型养路机械每年进行一次。

2.1.2轨道车、轨道平车走行3000km～5000km或行驶满一年。

2.1.3车辆颠覆或脱线。

2.1.4车辆大修。

2.1.5单独更换车轴或轮对。

2.2判为轻伤的车轴，下次探伤时间缩短为正常周期的一半，并由司乘人员加强检查。

3探伤人员

3.1大型养路机械、轨道车辆车轴超声波探伤人员，必须取得铁道部门无损检测资格鉴定考核委员会颁发的超声Ⅱ级或以上级别资格证书方可独立工作。

3.2探伤人员应熟悉被探车轴的材质、制造工艺，以及易于产生缺陷的部位、性质、形状及分布情况和车轴几何尺寸。

3.3探伤人员应熟知有关被探车轴的内部质量标准和有关技术条件。

3.4探伤人员应了解大型养路机械和轨道车辆在运行中车轴应力集中的部位及范围。

4主要设备及性能

4.1超声波探伤仪

4.1.1六通道超声波探伤仪应有六个通道同时显示和每通道单独显示功能，并有足够的显示亮度。

4.1.2每个通道灵敏度余量均应≥46dB；K1斜探头探测压装部深度为1mm的人工伤余量应≥26dB。

4.1.3水平线性误差≤2%。

4.1.4垂直线性误差≤6%。

4.1.5每道衰减器总量≥80dB。

4.1.6动态范围≥26dB。

4.1.7分辨力（纵波纵向）≥26dB。

4.1.8探测深度（纵波）≥3m。

4.1.9适用于交流、直流两种电源。

4.2试块

4.2.1车轴超声波探伤TZS-R型专用标准试块一套，见图1。

4.2.2各种轴型半轴实物试块各一件，如图2、图3、图4、图5所示。

按各种轴型加工的半轴实物试块的人工伤部位见附录三规定，人工伤深度应符合TB/T2494.1—94和TB/T2494.2—94要求，并在1/2轴长度的端面上钻Φ10mm、深60mm的平底孔。

4.2.3GDC型专用试块一套，如图6、图7、图8、图9所示。

4.3ZHT-1型组合探头

4.3.1探头频率为2.5MHz-5MHz。

4.3.2回波频率为f±15%。

4.3.3直探头声轴偏角≤1.5°。

4.3.4斜探头折射角误差Δβ：

4.3.4.1β≤45°时，Δβ≤1.5°。

4.3.4.2β＞45°时，Δβ≤2°。

4.3.5超声波小角度纵波探头探伤参数，见附录二。

4.3.6超声波纵波探伤参数，见附录三。

4.3.7以超声横波检查轮座、齿轮座镶入部疲劳裂纹使用K0.7～K1.6横波斜探头，如图10、图11、图12所示，超声波横波探伤参数见附录四。

5探伤前准备

5.1专用组合探头由6个不同角度的单个特殊探头组成，探伤前应按被探轴型组配每个单探头的角度。

6个单探头按逆时针方向，依次全轴、齿轴座内侧、齿轮座外侧、轮座内侧、轮座外侧、轴颈顺序排列（对应于六通道探伤仪1～6道）。

5.2检查横波斜探头的入射点和K值，按TZS-R型车轴标准试块使用说明规定方法进行。

5.3了解被探车轴的型号、几何尺寸、走行公里数、组装年限。

5.4擦试探测面。

为了保证探伤过程中有良好的声耦合，拆除轴箱盖和销钉后，还必须除去轴端面的锈污和毛刺。

5.5测距的标定

5.5.1纵波探伤测距的标定：

5.5.1.1使用专用组合探头检查各种车轴时，应按探测长度进行标定（相关参数见附录三），具体调整方法是把0度探头置于TZS-R型标准试块C面上，将第五次底波前沿用仪器粗调和微调旋钮调至荧光屏刻度第4大格，如图7所示，此时屏幕上刻度每大格（1cm）代表车轴实际长度250mm（详见TZS-R型车轴超声波探伤标准试块使用说明书）。

5.5.1.2用半轴实物试块直接标定。

以轴承脂做耦合剂，将第一次底面回波用深度粗调和微调旋钮调至荧光屏刻度相对应的格数（半轴实物试块长度÷250=格数），屏幕上每一大格代表车轴实际长度250mm。

用GDC型试块标定。

用仪器调节旋钮，将第一至第四次底波前沿调至示波管显示屏机械刻度第2、4、6、8大格，此时，每大格代表试块（或车轴）实际尺寸250mm。

5.5.2横波斜探头测距的标定：

将K值探头置于TZS-R标准试块R面上，调节仪器微调和水平旋钮，使A面下棱角最高反射波前沿和A面上棱角最高反射波的前沿分别对准荧光屏水平刻度的第2与第4大格上，见图8。

此时，仪器刻度每大格代表探测深度H为40mm，其水平距离L和声程S可用式1和式2计算。

L＝KH

（1）

S＝H√K2＋1

（2）

斜探头置于半轴实物试块轴身上，将半轴实物试块轮座（或齿轮座）内侧（或外侧）人工伤反射波前沿用水平（或延迟）和微调旋钮调至荧光屏刻度适当位置（例第五大格，见图9），根据公式3～5计算出屏幕上每大格代表的实际探测深度H、水平距离L及声程S值（详见TZS-R型车轴超声波标准试块技术说明）。

Φ1＋Φ22

H＝─────（3）

2

Φ1＋Φ22

L＝K（─────）＝KH（4）

2

Φ1＋Φ22_____________

S＝─────√K2＋1＝H√K2＋1（5）

2

式中：

K＝Tgβ；

β＝探头折射角；

L＝从探头入射点至人工伤的垂直距离（mm）;

S＝横波声程（mm）;

Φ1＝轮座（或齿轮座）直径；

Φ2＝探头所在位置的直径。

水平（L）／格数——每格代表的水平距离；

深度（H）／格数——每格代表的深度；

声程（S）／格数——每格代表的声程。

6探测程序

6.1纵波探伤

6.1.1纵波探伤灵敏度的确定：

使用GDC型专用试块调整探伤灵敏度。

将与被探测车轴相对应的专用组合探头置于涂有耦合剂的GDC型专用试块端面上，如图10所示，依次调整穿透（一通道）、齿轮座内侧（二通道）、齿轮座外侧（三通道）、轮座内侧（四通道）、轮座外侧（五通道）、轴颈（六通道）等部位探测灵敏度。

全轴穿透探测灵敏度的调整。

使用GDC型专用试块调整全轴穿透探伤灵敏度，仪器“增益”最大、“抑制”关，调整探伤仪第一通道衰减器控制键（详见CZT-1型超声波车轴探伤仪使用说明书），使GDC型试块端面直径φ5mm平底孔反射波高度为荧光屏满刻度的80%，再增益16dB～20dB（轴端直径＜φ120mm，增益20dB；轴端直径≥φ120mm，增益16dB）作为车轴超声波穿透检查的探伤灵敏度。

齿轮座内侧探伤灵敏度的调整。

仪器“增益”最大、“抑制”关，调整仪器第二通道衰减器控制键，使人工伤反射波高度为荧光屏满刻度的80%，然后增益18dB～22dB，作为判伤灵敏度，再增益4dB作为扫查灵敏度。

齿轮座外侧探伤灵敏度的调整方法与6.1.1.3相同，先增益16dB～20dB作为判伤灵敏度，再增益4dB作为扫查灵敏度。

轮座内侧探伤灵敏度的调整。

调整仪器第四通道衰减器控制键，使人工伤反射波高度为荧光屏满刻度的80%，然后增益14dB～18dB作为轮座内侧判伤灵敏度，再增益4dB作为扫查灵敏度。

轮座外侧探伤灵敏度的确定。

调整方法与6.1.1.5相同，先增益12dB～16dB作为轮座外侧判伤灵敏度，再增益4dB作为扫查灵敏度。

轴颈探伤灵敏度的确定。

仪器“增益”最大、“抑制”关，调整仪器第六通道衰减器控制键，使人工伤反射波高度为荧光屏满刻度的80%，然后增益8dB～12dB作为轴颈判伤灵敏度，再增益4dB作为扫查灵敏度。

使用半轴实物试块调整全轴穿透探伤灵敏度。

仪器“增益”最大、“抑制”关，调整探伤仪第一通道衰减器控制键（详见CZT-1型超声波车轴探伤仪使用说明书），使半轴实物试块端面直径10mm平底孔反射波高度为荧光屏满刻度的80%，再增益16dB作为车轴超声波穿透检查的探伤灵敏度。

使用TZS-R型标准试块调整全轴穿透探伤灵敏度。

将探头置于试块C面，调整第一通道衰减器控制键，使第一次底波为荧光屏满刻度的80%，在此基础上检查平轴端车轴时，提高增益45dB，作为车轴超声穿透检查的探伤灵敏度；检查轴端带螺纹或轴径直径＜120mm的车轴，提高增益50dB，作为车轴超声穿透检查的探伤灵敏度。

6.1.2纵波探伤操作程序：

用仪器控制键输入车型、轴号、探头角度等有关参数（参见附录三）。

将与被探轴相对应的组合探头置于涂好耦合剂（油脂）的轴端面上，使6个单探头均有良好的声接触。

仪器置于六通道同时显示状态下，向探头体施以均匀压力，观察第一通道扫描线上应出现底波的位置是否有轴端面反射波出现，如有幅度足够高的反射波，表示组合探头接触良好，否则应重新检查组合探头的弹簧是否正常。

然后匀速顺时针旋转组合探头360°，观察六条扫描线是否有异常反射波出现，如有异常反射波出现，则应使用单通道显示键依次显示第一通道和出现异常波的相应通道，判断该轴是否有伤和伤的大小。

判伤时除周向旋转探头判断伤的周向长度外，还要单独上、下移动有异常波的探头，以提高判伤的准确性和判断伤的尺寸及位置。

车轴全轴探伤必须从两端进行，严禁仅从单端探测。

判伤

.10度探头穿透探测全轴超声波的衰减情况时，如果轴端面反射波高＜50%，则认为该轴透声不良。

如果发现始波与底面回波间有伤波出现、且波高≥80%，应根据伤波在荧光屏上所处的格数，计算出伤在车轴上的位置，再将探头放到轴另一端面上探测，如果亦有伤波出现，而且伤在轴上所处位置与前者相对应，则判该轴有超过标准的伤，应予落轮检查。

.2车轴各应力区疲劳裂纹判断。

当在显示六条扫描线时发现某部位有可疑反射波出现，则应将仪器转换成单道显示状态，根据反射波的位置和特点进行判断。

车轴疲劳裂纹反射波的特点是波峰尖锐、反射干脆、猛烈，当探头周向旋转时，有一定的周向长度，裂纹反射波幅度由低变高再由高变低，有规律地逐渐变化，无突变现象，反射波没有明显的位置变化。

当探头在轴端面上作上、下扫查时，裂纹反射波的位置随着探头上、下扫查，在扫描线上左右移动，其幅度由低──高──低有规律逐渐变化，无突变现象，并且探头向上扫查比向下扫查时波幅下降速度快。

6.2横波探伤

6.2.1在探测落轮的车轴探伤时，可采用横波探伤方法探测各应力区疲劳裂纹。

6.2.2横波探伤灵敏度的确定：

将带弧形的K值（0.7～1.6）探头置于涂有耦合剂的半轴实物试块的轴身上，调整仪器衰减器控制键，使轮座（或齿轮座）人工伤反射波高度达荧光屏满刻度80%，再提高增益10dB～18dB作为轮座内、外侧（或齿轮座内外侧）的横波探伤灵敏度。

将带弧形K值（0.7～1.6）探头置于TZS-R标准试块R面上，按图7、图8所示方法，探测TZS-R试块上1毫米深的人工伤，调整仪器衰减器控制键，使人工伤反射波高度为荧光屏满刻度的80%，然后再提高增益12dB～18dB作为轮座内、外侧或齿轮座内外侧的横波探伤灵敏度。

6.2.2横波探伤操作程序：

用仪器控制键输入车型、轴号、探头K值等有关参数（参

见附录四）。

探头扫查区域。

以横波探测不退轴承和齿轮的车轴轮座内、外侧和齿轮座内、外侧时，均在轴身上进行（探头K值的大小视几何尺寸而定）。

探头的扫查区域必须保证轮座（或齿轮座）内、外侧探测区域之和大于轮座全长，即必须保证探头主声束扫查整个轮座（或齿轮座）全长，如图9所示。

斜探头移动方法。

使用横波斜探头探伤时，使探头均匀受力（0.2kg～0.5kg），以20mm/s～50mm/s的速度在轴身上沿轴向往复移动。

判伤

车轴疲劳裂纹是一种金属表面断裂，内部含有气体，多出现在轮座和齿轮座的压合线上或卸荷槽的底部，呈线性分布，有一定的周向长度和深度，其反射波的特点是干脆、波峰尖锐、猛烈、根部粗些。

又因为裂纹有一定深度，当探头前后移动时，反射波在扫描线上左右移动，而且波幅有从低到高再到低的逐渐变化规律，没有突变现象。

在车轴几何尺寸和探头K值一定时，其声程为常数，故疲劳裂纹反射波波幅最大时的前沿所对应的刻度不变。

探头周向扫查时，裂纹反射纹仅有幅度的逐渐连续高低变化，没有位置变化。

车轴探伤中除根据裂纹反射波特点判断外，还应注意观察轮心反射波或台阶反射波的变化，当出现裂纹反射波时，周向移动探头，由于疲劳裂纹的存在，轮心或台阶反射波会随着裂纹反射波的升高而降低。

如果裂纹较深时，轮心或台阶波消失。

7车轴超声波探伤中常见杂波及其特点

7.1在大型养路机械、轨道车辆车轴超声波探伤中，常见的杂波主要是由压装部的腐蚀坑、腐蚀沟、刀痕、透油透锈、台阶和卸荷槽底部等引起的反射波。

7.2腐蚀沟的反射波。

腐蚀沟是多个腐蚀坑连成的，多出现在使用年限较长的车轴表面的疲劳裂纹区域内，有时与裂纹重合，长度不等。

一般在横波探伤时有较明显的反射波形，其特点是较宽，多峰前后移动探头时反射波在扫描线上左右移动，其移动距离较裂纹波小，且有交替起伏现象。

7.3刀痕反射波。

超声束在车轴压装部表面遇到粗糙刀痕时，在荧光屏上会出现数条反射波，且彼此间距相等，波峰尖锐，探头周向移动时，一周均有这种波形；前后移动探头，刀痕反射波有此起彼落现象。

7.4轮毂孔内表面缺陷反射波。

由于车轮制造过程中在其内部存在缺陷，如果缺陷恰好存在于车轮内孔表面，在紧箍力足够大的条件下，则会出现很强的缺陷反射波，其在荧光屏上出现的位置比车轴表面裂纹反射波略靠右，移动探头时，这种内孔缺陷波很快消失。

7.5透油透锈反射波。

轮对经过长期运用后，压装部有时会发生透油透锈现象。

轮座处的透油透锈实际上是一种表面夹杂物，一般在间隙较大时，会造成油泥锈垢固化后紧贴在车轴表面，这些紧贴在轴表面的油锈混合物，在探伤时会引起较强的反射波。

透油透锈反射波前后沿不规则，比疲劳裂纹反射波宽的多，波峰不尖锐，幅度低，严重者会形成所谓的“空心波”。

探头前后扫查时，有起伏变化，但无左右移动现象。

因为透油透锈的存在，一般轮心波或台阶波波幅很小，甚至消失。

7.6轮心反射波。

车轴探伤时，超声束穿透轴与轮心的压装面到达轮心上表面棱角处所反射回来的反射波，称为“轮心波”。

其特点是反射比较强，根部较裂纹波宽，探头前后扫查一定距离后很快消失。

如果降低探测频率，轮心波波幅增大，提高探测频率波幅减小或消失。

轮心反射波出现在裂纹反射波之后，探头周向扫查时，只有幅度变化而无位置变化，且一周都存在。

7.7台阶波。

轮对在不落轮条件下轴探伤时，在超声传播路径上，遇到车轴几何尺寸突变的台阶时，会出现台阶（轮座、齿轮座前后肩和卸荷槽等部位）反射波。

其特点是波幅高、反射强、猛烈，波的前后沿干净无杂波。

探头前后扫查时，反射波在扫描线上左右移动；探头周向扫查时，一周都存在。

8探伤记录及管理

8.1车轴探伤结束后，如果发现车轴有伤，且伤波高度≥80%，超过TB/T24—94标准的疲劳裂纹或透声不良时，判为重伤；凡伤波高度＞40%、＜80%者判为轻伤。

判为有伤的车轴，必须用白铅油在轴身上注明缺陷部位和长度。

8.2探伤结束后，探伤人员应认真填写车轴探伤记录表（详见附录一）。

探伤记录的填写，应做到字迹清晰、整齐、不涂不改。

8.3探伤前认真输入有关车轴探伤参数；探测后，用探伤仪所带打印机打印每根轴的探伤结果。

二、附录一：

轨道车、轨道平车、大型养路机械车轴超声波探伤记录表（表1）

三、附录二：

超声波小角度纵波探头探伤参数（表2）

四、附录三：

轨道车、轨道平车、大型养路机械车轴超声纵波探伤参数（表3-1～6）

五、附录四：

轨道车、轨道平车、大型养路机械车轴超声横波探伤参数（表4-1～7）

六、附录五：

GDC型试块示意图

七、附录六：

轨道车、轨道平车、大型养路机械车轴示意图