黃永巍，高東海，任明照，郭 犇，范振中

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081）

鐵道動(dòng)車(chē)組空心車(chē)軸超聲波探傷基本上有兩大問(wèn)題：探傷靈敏度與人工裂紋型式。近年來(lái)，空心車(chē)軸超聲波探傷人工裂紋在原有弦長(zhǎng)型模式的基礎(chǔ)上，增加了等深型模式。孰優(yōu)孰劣，不置可否。所謂弦長(zhǎng)型裂紋，是用諸如線(xiàn)切割技術(shù)，從圓周表面往下切割，弦高達(dá)到缺陷要求的深度時(shí)即止，如圖1（a）所示。等深型裂紋，是用電火花等加工技術(shù)，從圓周表面往下電蝕，裂紋深度各處均等，如圖1（b）所示。

另外，德國(guó)、日本、意大利等廠(chǎng)家的空心車(chē)軸在出廠(chǎng)及應(yīng)用中的超聲波探傷靈敏度相差很大，人工裂紋深度從1～3mm不等［1］，給我國(guó)高鐵空心車(chē)軸的探傷帶來(lái)了很大的困惑。為此，筆者模擬實(shí)際的空心車(chē)軸，制作了不同深度的弦長(zhǎng)型和等深型人工裂紋（裂紋寬度均為0.2mm），采用了不同折射角度的超聲波斜探頭進(jìn)行了系列試驗(yàn)。

圖1 裂紋型式

1 試塊

空心車(chē)軸型式較多，各部位外徑不同，內(nèi)孔大多為φ30mm。研究過(guò)程中制作了兩種人工試塊，一種是外徑98.5mm，內(nèi)徑30mm；另一種是外徑65mm，內(nèi)徑30mm。裂紋深度分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0mm。裂紋型式為弦長(zhǎng)型和等深型。由于兩種不同外徑的試塊最終測(cè)試結(jié)果一致，所以此處僅以外徑98.5mm，內(nèi)徑30mm的車(chē)軸試塊為例。試塊尺寸如圖2所示。

2 儀器及探頭

超聲波探傷儀為CTS－23型衰減型儀器。

超聲波探頭分凸面和凹面，角度分別為38°，45°，50°和70°。頻率分2.5和4MHz。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 1號(hào)試塊

采用10mm×10mm探頭在1號(hào)試塊上測(cè)試，測(cè)試對(duì)象為外徑面裂紋，弦長(zhǎng)型缺陷，內(nèi)徑面凸面斜探頭探測(cè)，不同頻率下的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和圖3。

3.2 2號(hào)試塊

2號(hào)試塊上的測(cè)試對(duì)象為內(nèi)徑面裂紋，弦長(zhǎng)型缺陷，外徑面凹面斜探頭探測(cè)，采用尺寸為10mm×10mm的探頭在不同頻率下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2和圖4。

表1 1號(hào)試塊試驗(yàn)數(shù)據(jù) dB

表2 2號(hào)試塊試驗(yàn)數(shù)據(jù) dB

3.3 3號(hào)試塊

3號(hào)試塊上的測(cè)試對(duì)象為外徑面裂紋，等深型缺陷，內(nèi)徑面凸面斜探頭探測(cè)，采用10mm×10mm探頭在不同頻率下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3和圖5。

表3 3號(hào)試塊試驗(yàn)數(shù)據(jù) dB

3.4 4號(hào)試塊

4號(hào)試塊上的測(cè)試對(duì)象為內(nèi)徑面裂紋，等深型缺陷，外徑面凹面斜探頭探測(cè)，采用10mm×10mm探頭在不同頻率下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4和圖6。

表4 4號(hào)試塊試驗(yàn)數(shù)據(jù) dB

4 數(shù)據(jù)分析

（1）2.5MHz 38°斜探頭探傷靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2.5MHz其他角度的斜探頭。例如對(duì)于深度為0.5mm的弦長(zhǎng)型裂紋，比45°，50°，70°斜探頭分別高了14，23，51dB（見(jiàn)表1和圖3（a））。

（2）2.5MHz 38°斜探頭的探傷靈敏度高于4MHz 38°斜探頭10dB以上（見(jiàn)表1）。

（3）頻率4MHz的38°和45°探頭的探傷靈敏度基本一致。

（4）38°和45°探頭對(duì)于不同深度的人工裂紋靈敏度變化平緩，特別是38°探頭，深度3mm的裂紋僅比深度0.5mm的裂紋高了5dB。

（5）裂紋深度≥1.5mm時(shí)，所有探頭反射當(dāng)量變化平緩。

（6）對(duì)于同一深度的弦長(zhǎng)型裂紋與等深型裂紋，同一斜探頭的反射當(dāng)量基本一致，詳見(jiàn)表1和表3，表2和表4。

5 結(jié)論

（1）采用2.5MHz 38°斜探頭檢測(cè)空心車(chē)軸裂紋類(lèi)缺陷效果最佳。

（2）人工裂紋深度定為1mm即可。

（3）等深型裂紋和弦長(zhǎng)型裂紋反射當(dāng)量一致，因此可根據(jù)裂紋加工制作的難易程度選擇不同型式的裂紋。例如在車(chē)軸外表面加工裂紋時(shí)，可采用弦長(zhǎng)型裂紋；在空心車(chē)軸內(nèi)表面加工裂紋時(shí)，可采用等深型裂紋。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部運(yùn)裝客車(chē)［2008］694號(hào)，CRH系列動(dòng)車(chē)組空心車(chē)軸超聲波探傷工藝規(guī)程（試行）［Z］.