专利名称：火车轮轴超声瑞利波探伤方法
技术领域：
本发明涉及火车轮轴的探伤方法，正确、高效、低成本地对车轴进行安全检测，是保证行车安全的极其重要的一环，本方法的实施将对全铁路无损检测领域产生积极而深远的影响。
背景技术：
在过去的几十年里，火车轮轴镶入部(轴颈卸荷槽、轮座、盘座等)均采用斜入射超声纵波及横波探伤法，裸露部位则采用磁粉、着色等方法，这是技术进步历程中的一个重要台阶，但现在看来也有三个方面需要改善。1、传统超声纵波、横波探伤法对轮座、盘座探伤，一般来说是比较有效而可靠的，但对不退套的轴颈卸荷槽探伤效果有限，冷切断轴也往往发生在此处。主要原因是(1)在轴颈与防尘板座过渡圆弧处存在探伤盲区；(2)在轴端面存在一个中心孔和三个螺纹孔，限制了探头必要的移动范围，容易漏探；(3)轴端耦合状况差，钢字印记，孔边毛刺，以及其它原因造成局部接触面凹凸不平。所有这些都会严重影响探伤效果。2、磁粉、着色探伤，对轴身、退套轴颈的探伤也是比较有效的，但磁力探伤设备，各种磁粉及附件成本太高。3、货车轴与轮组装时，大过盈配合有时造成轮座严重的纵向拉伤，从理论上分析目前所采用斜入射法，探头难于接受到纵向缺陷反射波，实践也证明了这一点。
火车全面提速以及繁重的运输任务，自2002年至今发生的数起冷切大事故，不能不说和以上现状有很大关系。基于此，本发明方法将对现状作出重要而全面的改善。
发明内容
本发明的目的本发明最主要的目的是解决不退套轴颈卸荷槽部位有效探伤问题，其次是对退了套的轴颈以及轴身等裸露部位进行低成本的有效探伤，也可对新组装轮座镶入部纵向拉伤进行定性检查判断。
本发明由以下的技术方案实现。
1、制作一种窄形尺寸的超声瑞利波探头，瑞利为英语Raylcigh的译音，便于放置在防尘板座上进行探伤。由于组装轴承后轴颈圆表面状况是比较复杂的，另外防尘座几乎没有探头纵向移动的空间，因此，探头尺寸受到严格限制，这对探头斜块有一定要求，按效果优劣，斜块材料依次为聚枫、聚 亚胺、有机玻璃。好在瑞利波探伤无需纵向移动探头，探头只需靠住挡圈定位作周向移动就可以了。探伤前，探头、探头线、仪器、试块等组成探伤系统，以标准试块或实物样板轮轴试块进行定位校准和探伤灵敏度校验。
过去一般认为，只有平滑表面或棱边曲率半径大于5个波长时，瑞利波才能继续沿工件表面传播，但实际上，根据瑞利波的形成及传播原理，无曲率半径的棱边并不存在阻止瑞利波传播的充发必要条件，只是在棱边产生一反射波而已，而棱边仍可看成是一个子波成为新的波源，但是，当遇到裂纹时，因裂纹底部间隙太窄，甚至远小于一个波长，阻止了瑞利波继续向前传播而仅以反射波形式给探头报告裂纹信息。因此，尽管在防尘板座与轴颈之间有棱边，瑞利波仍可准确无误地侦察到卸荷槽任何部位出现的裂纹。另外，实践证明，瑞利波探头仍然存在横波分量，而教科书中一般都认为不存在，所以，标定探头入射点仍可以用传统方法进行。
2、对退了套的轴颈卸荷槽和轴身等裸露部位，因空间较大，探头制作将方便很多，按探伤效果优劣，探头斜块材料依次为聚 亚胺、聚枫、有机玻璃。瑞利波反射高低是与裂纹深度成正比的，对裂纹周向长度判断效果也不会比传统方法差。但对于新组装轮座纵向拉伤来说，定量分析目前仍有困难。不过能作定性判断比完全不能作判断还是进了一步。
3、探伤工艺方法A(1)探头置于标准试块TZS-R或其它校准试块上，以相隔一定距离的两处棱边的回波为参考，调整探伤仪脉冲移位和扫描微调旋钮，使已知的两棱边间距与仪器屏幕上两棱边回波间距成水平线性对应关系。假如设定对应关系为N M＝1 1，则表明仪器屏幕上1大格代表实际路程10mm。这里的“路程”与传统工艺方法中指的“水平距离”完全不同，沿工件表面传播的瑞利波遇棱边或圆弧后到达某一点，路程是X1，水平距离是X2，通常X1大于或远大于X2，因此，经以上标定后，还要到实物轴试块上对人工裂纹进行校准。(2)探头置于防尘座上，若采用N∶M＝1 2的对应关系，当裂纹出现在仪器屏幕N大格，调整仪器上的衰减器旋钮使裂纹波高为满幅的50％以上(视行业规定而确定)，此时，裂纹距探头入射点的水平距离为X，则X＝20N-[1/2(D-d)-6]......1，其中D、d分别为防尘座和轴颈的直径。δ＝[1/2(D-d)-6]为探头入射点至裂纹处的水平距离与瑞利波的路程之差(防尘座与轴颈之间的过渡由一个5mm直线台阶和两个R20、R35的圆弧面组成)，δ为固定值，其值为11.5mm，可取近似值δ＝11mm，此时探伤校验完成并可在实物上进行探伤。
B对轴身而言，(1)、与A(1)相同。(2)、探头置于实物试块轴身上靠近轮座一端，若N∶M采用1∶12，则试块上人工裂纹的反射波出现在仪器屏上N大格，调整仪器上衰减器旋钮，使波高为满幅的50％以上(视行业规定而定)。此时，裂纹距探头入射点水平距离为X，X＝120N......2。(3)、对轮座镶入部而言，探头则应置于实物样轮轮座外露部分，对内侧或外侧人工裂纹进行检测，若N∶M＝1∶2，当裂纹出现在N大格，则调整仪器衰减器旋钮，使裂纹波高为满幅的5 0％以上(视行业规定而定)，此时裂纹距探头入射点的水平距离为X，X＝20N......3。
本发明对铁路无损检测技术领域而言是一个突破，其优点就是安全、可靠、高效、低成本，因而具有巨大的社会效益和经济效益。
附图1为本发明在车轴上进行探伤的示意图。
具体实施例附图1描述了本发明方法对卸荷槽部位裂纹进行探伤的具体实施例子。图中标记为1探头，2裂纹，3轴颈，4轴承，5防尘板座，6车轮，7轮座，8轴身。
将超声瑞利波探头1放置于车轴的防尘板座5上，对轴颈3和轴颈上的最危险部位卸荷槽进行探伤，探伤方法(1)将探头置于标准试块TZS-R或其他校准试块上，以相隔一定距离的两处棱边的回波为参考，调整探伤仪上的脉冲移位和扫描微调旋钮，使已知的两棱边间距与显示屏幕上的两棱边回波间距成水平线性对应关系N∶M＝1∶20。(2)在实物试块上对卸荷槽人工裂纹进行检测，当裂纹波出现在仪器屏幕上N大格时，调整仪器上的衰减器旋钮使裂纹波高为满幅的100％。此时，表明裂纹距探头入射点的水平距离为X，X＝20N-[1/2(D-d)-6]≈20N-11。然后，将探头放置在如图所示的防尘板座上并且作周向移动，探头1发射的瑞利波将沿着防尘座及防尘座与轴颈过渡圆弧表面(及近表面)传播，在遇到裂纹2时，瑞利波产生反射并沿原路径反向传播，探头接收到该反射信号(机械波)后转换成电信号形式输出给电子仪器显示，信号大小与裂纹深度成正比。显然，本方法不存在探伤盲区，也与轴端面状况无关，能有效检查出裂纹并判断裂纹深度、长度以及准确位置。
权利要求
1.一种火车轮轴超声瑞利波探伤方法，其特征在于在火车轮轴的防尘板座、轴身和轮座上放置特制的超声瑞利波探头，分别或同时对轴颈、轴身、轮座中可能出现的裂纹或其它缺陷进行探伤；其探伤方法是(1)将探头置于标准试块TZS-R或其他校准试块上，以相隔一定距离的两处棱边的回波为参考，调整探伤仪上的脉冲移位和扫描微调旋钮，使已知的两棱边间距与显示屏幕上的两棱边回波间距成水平线性对应关系；(2)在实物试块上对人工裂纹进行检测，采用水平线性对应关系为NM，N-波形显示屏上回波所处的大格数，M-探头入射点至裂纹处瑞利波传播所经过的路程。当裂纹波出现在仪器屏幕上N大格时，调整仪器上的衰减器旋钮使裂纹波高为满幅的50％以上；此时，表明裂纹距探头入射点的水平距离为X，X与N的关系可以计算出来并以表达式表示，(3)探伤时，探头均作周向移动，或同时作轴向和周向移动。
2.根据权力要求1所述火车轮轴超声瑞利波探伤方法，其特征在于将超声瑞利波探头放置于车轴的防尘板座上，对轴颈和轴颈上的最危险部位卸荷槽进行探伤，所述的探伤方法是在实物试块上对卸荷槽人工裂纹进行检测和校验。
3.根据权力要求1所述火车轮轴超声瑞利波探伤方法，其特征在于将超声瑞利波探头放置于车轴的轴身上，对轴身裸露部位进行探伤，所述的探伤方法是在实物试块上对轴身人工裂纹进行检测和校验。
4.根据权力要求1所述火车轮轴超声瑞利波探伤方法，其特征在于将超声瑞利波探头放置于车轴轮座的裸露部位，对轮座中可能出现的裂纹、拉伤或其他缺陷进行探伤，所述的探伤方法是在实物试块上对轮座内侧或者外侧的人工裂纹进行检测和校验。
5.根据权力要求1、2、3或4所述火车轮轴超声瑞利波探伤方法，其特征在于对不退套轴颈的探伤，超声瑞利波探头放置于货车防尘板座上，探头与防尘座接触面宽度应小于20mm；对客车，接触面宽度应小于45mm，超声瑞利波探头的斜楔材料为聚枫或聚 亚胺，探头工作频率在1.5MHZ至5MHZ之间。
全文摘要
本发明涉及火车轮轴超声瑞利波探伤方法，主要的是解决了轮轴人工探伤和机器自动探伤中对轴颈部卸荷槽裂纹难探、漏探、误探以及存在探伤盲区的难题。对轮轴其它部位的裂纹或其它缺陷也能方便地检测，可以替代目前用磁粉探伤的方法，成本将数以百倍计地降低。本方法能防止或大大减少因车轴冷切断轴导致火车颠覆的重大事故的发生。
文档编号G01N29/06GK1712951SQ20051001897
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者吴来政, 万升云 申请人:吴来政