許慶濤

【摘 要】軌道交通裝備行走部件之一的車軸是其動(dòng)力承載的部件，目前常用的車軸內(nèi)部探傷以超聲波探傷為主。本文就車軸徑向探傷遇到的各種夾渣、裂紋等缺陷結(jié)合車軸生產(chǎn)工藝過(guò)程對(duì)其進(jìn)行分析探討，方便超聲波探傷人員進(jìn)行判斷，為車軸徑向探傷提供參考。

【關(guān)鍵詞】超聲波探傷；徑向；車軸

中圖分類號(hào)： U270.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）12-0023-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.009

0 前言

車軸作為軌道交通裝備重要的行走部件之一，其質(zhì)量直接決定運(yùn)行安全。目前，相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行超聲波探傷，從而提前發(fā)現(xiàn)大量的超標(biāo)缺陷，避免異常車軸非預(yù)期使用。通過(guò)多年的在段車輛機(jī)破數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)車軸斷裂造成機(jī)破事件為0，即說(shuō)明該檢測(cè)手段基本能保證車軸探傷質(zhì)量。為了更好的分辨車軸徑向探傷時(shí)的缺陷，本文著重以SS4B軸作為分析對(duì)象結(jié)合常見的缺陷進(jìn)行分類總結(jié)，以供實(shí)際生產(chǎn)使用。

1 車軸生產(chǎn)過(guò)程

1.1 鋼坯的鍛造

車軸經(jīng)常使用的材料有EA1N、35CrMoA等，由鋼鐵廠通過(guò)冶煉得到鋼錠，再經(jīng)過(guò)鍛打得到鋼坯。一般此過(guò)程通常會(huì)將鋼錠鍛造為棒材供生產(chǎn)廠家使用。

此過(guò)程中，經(jīng)過(guò)一次鍛造（拉拔），鋼材經(jīng)過(guò)塑性變形，其內(nèi)部的晶粒拉長(zhǎng)、壓扁，晶界變得模糊不清，使得鋼材強(qiáng)度、硬度增加，為了得到組織均勻、晶粒相對(duì)細(xì)致的坯料，一般采用熱拉拔得到棒料[2]。

1.2 車軸毛胚鍛造

軌道交通裝備使用的車軸如通常分為軸頸、輪座和軸身三個(gè)部分，因輪座部位安裝齒輪、是車軸轉(zhuǎn)動(dòng)的直接受力位置，所以直徑最大。

1.3 車軸的熱處理

毛坯在鍛造形成后，一般需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，主要目的是細(xì)化晶粒，得到組織更加均勻、使其強(qiáng)度硬度大幅提高以滿足生產(chǎn)使用。

2 典型缺陷

車軸在生產(chǎn)過(guò)程中通常含有氣孔、夾渣等缺陷，鍛造過(guò)程中這些缺陷將會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的使用造成嚴(yán)重的安全隱患；如果車軸在鍛造過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、折疊等缺陷，將嚴(yán)重影響車軸的質(zhì)量。

3 車軸徑向超聲波探傷缺陷影響及分析

根據(jù)《TB/T1618—2001機(jī)車車輛車軸超聲波檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)要求，車軸需對(duì)內(nèi)部缺陷及透聲性進(jìn)行檢驗(yàn)，而徑向探傷主要從內(nèi)部缺陷和缺陷對(duì)底波影響兩方面對(duì)車軸質(zhì)量進(jìn)行控制。實(shí)際生產(chǎn)中，以發(fā)現(xiàn)夾渣、裂紋，氣孔以及晶粒粗大導(dǎo)致的透聲性能差等原材料缺陷為主。

下面就這幾種缺陷實(shí)際探傷缺陷波形及特征進(jìn)行分析，為快捷的判斷各種類型缺陷提供參考。

3.1 夾渣缺陷

3.1.1 夾渣的形成與分析

鋼錠澆鑄的過(guò)程中，由于鋼水中混雜的各種雜質(zhì)異物未能全部排除，導(dǎo)致冷卻過(guò)程中殘留在鋼錠中，在后續(xù)鍛造過(guò)程中殘留形成危害性較大的缺陷。

這類缺陷一般都會(huì)在晶粒延伸方向有一定長(zhǎng)度，主體取向沿著軸向，極易被徑向方向的掃查發(fā)現(xiàn)。通常，小范圍的夾渣經(jīng)過(guò)鍛造過(guò)程后會(huì)沿著晶粒拉伸方向被壓扁、拉長(zhǎng)形成一定長(zhǎng)度的夾渣缺陷，在缺陷位置解剖會(huì)發(fā)現(xiàn)其表面會(huì)有明顯的氧化變黑的痕跡。

3.1.2 夾渣掃查的波形及分析

車軸徑向掃查時(shí)單個(gè)獨(dú)立夾渣缺陷典型波形如圖1所示，其回波高度可以超出屏幕，適當(dāng)降低靈敏度會(huì)發(fā)現(xiàn)，其波谷位置伴隨大量低矮雜波出現(xiàn)，這種單個(gè)獨(dú)立的夾渣對(duì)車軸的透聲性能影響不大；另外如果是分散性?shī)A渣，在探傷過(guò)程中一般在相近的位置成簇的出現(xiàn)回波，且回波較高，呈典型的“林狀回波”，如圖2所示。

此類缺陷探傷時(shí)輕微移動(dòng)探頭波高下降不明顯，同時(shí)其林狀回波變化起伏較大，沿著缺陷長(zhǎng)度方向移動(dòng)探頭回波變化不明顯，通常伴隨著回波位置的前后輕微變化。

3.2 裂紋缺陷

3.2.1 裂紋的產(chǎn)生

裂紋是在車軸鍛造過(guò)程中產(chǎn)生，鍛造時(shí)進(jìn)給量不適當(dāng)有較大的可能產(chǎn)生，特別是在鐓粗的過(guò)程中，由于外力作用在晶粒的垂直方向上，極易產(chǎn)生橫向裂紋。進(jìn)給量過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)部受力不均勻，在鍛件的塑性變形交界的位置產(chǎn)生裂紋。后續(xù)調(diào)質(zhì)過(guò)程中，裂紋還會(huì)隨著緩慢延伸擴(kuò)大，此類裂紋危害性極大，是車軸內(nèi)部必須要避免的缺陷。

3.2.2 裂紋缺陷的波形及判別

裂紋超聲波探傷時(shí)波形比較容易分辨，波高很高且尖銳。一般裂紋取向有兩個(gè)方向：垂直于晶粒延伸方向和沿著晶粒延伸方向。

a）當(dāng)裂紋垂直于晶粒延伸方向時(shí)，探頭在極有可能掃查不到裂紋，且底波基本沒(méi)有變化；而探頭轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，缺陷回波會(huì)明顯增高，底波迅速下降，缺陷波高明顯高于底波，隨著探頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，缺陷波高降低的同時(shí)底波迅速升高。

b）當(dāng)裂紋沿著晶粒延伸方向時(shí)（橫向），缺陷波高一般會(huì)低于底波，隨著探頭沿著車軸徑向位置的移動(dòng)，裂紋的的回波高度變化不大，缺陷回波在屏幕上的位置會(huì)出現(xiàn)一定的變化，缺陷位置變化較大，同時(shí)由于探頭的近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度的原因，兩處的波高會(huì)有一定的變化，且波高不能直接進(jìn)行比較。

3.3 底波明顯降低

3.3.1 底波明顯降低的影響因素

a）調(diào)質(zhì)處理不當(dāng)導(dǎo)致晶粒粗大

根據(jù)材料學(xué)和超聲波傳輸?shù)闹R(shí)可知，透聲性能的好壞與晶粒的大小有關(guān)。當(dāng)車軸調(diào)質(zhì)處理效果不理想時(shí)，車軸內(nèi)部晶粒有較大的可能形成不均勻的分布，從而使組織的晶粒粗大導(dǎo)致透聲性能變差。

b）中心縮松、夾渣等缺陷影響底波波高

中心疏松（縮松）主要是由于鋼錠在最初澆鑄過(guò)程中，鋼錠中心位置最后冷卻導(dǎo)致其補(bǔ)縮量不夠從而引起此部位的縮松，這類中心位置的縮松如果只是局部對(duì)車軸整體強(qiáng)度的影響不大，但是如果是較長(zhǎng)的范圍內(nèi)存在則需要嚴(yán)格控制。

3.3.2 底波降低情況判別及分析

a）晶粒粗大的波形判別及分析

當(dāng)車軸內(nèi)部晶粒粗大時(shí)，會(huì)明顯發(fā)現(xiàn)探傷時(shí)噪聲水平增加，甚至出現(xiàn)“草狀回波”，底波波高相對(duì)于晶粒細(xì)小的車軸有明顯的降低甚至消失，當(dāng)換用低頻的探頭時(shí)“草狀回波”明顯減少甚至消失。當(dāng)車軸底波比較低，且其寬度明顯變寬，換用低頻探頭后底波重新出現(xiàn)。

b）中心縮松、夾渣波形的分析

當(dāng)出現(xiàn)縮松缺陷時(shí)，底波降低幅度不大，缺陷回波一般成簇出現(xiàn)在始波與底波的中間位置，左右移動(dòng)探頭時(shí)，缺陷波依次跳動(dòng)但高度變化不大；如果是夾渣缺陷，可明顯看出底波降低，且其對(duì)底波影響較大。如下圖3所示。

圖3 中心夾渣缺陷掃查波形示意圖

4 總結(jié)

（1）通過(guò)分析可以看出，車軸生產(chǎn)制造工藝基本決定了車軸內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷。車軸徑向探傷時(shí)內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷為夾渣、縮松、裂紋以及晶粒粗大。

（2）使用超聲波探傷能有效的發(fā)現(xiàn)上述的各種缺陷，根據(jù)相應(yīng)的分析，能粗略的判定車軸徑向探傷時(shí)的各種缺陷的性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)車軸進(jìn)行合理處置，保證車軸的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]TB/T1618—2001機(jī)車車輛車軸超聲波檢驗(yàn).

[2]大型鑄鍛件行業(yè)協(xié)會(huì).大型鑄鍛件缺陷分析圖譜[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3]馬慶賢，曹起驤，謝冰，等.大型餅類鍛件變形規(guī)律及夾雜性裂紋產(chǎn)生過(guò)程研究[J].塑性工程學(xué)報(bào).

[4]牛俊民.冶金工業(yè)出版社，鋼中缺陷的超聲波定性探傷.