浅谈车轴疲劳裂纹超声波检测方法

相瑞排

摘 要：近些年来，可以看到，由于我国经济一直高速增长，使得交通行业发展相当迅速，现如今，马路上过往着各式各样的车辆，数量也比以前明显增多。由于车辆数量普遍增多，导致当前车辆安全事故发生的越来越多，对这些安全事故原因进行分析之后发现这些事故的发生很大程度上和车辆自身有关，特别是车轴部分，很多时候机动车辆运行时间过长，使得车轴出现了车轴裂纹，这些裂纹通过肉眼有时候很难看到，需要超声波的检测方法才能发现，这对减少车辆安全事故的发生具有重要的现实意义。

关键词：车轴疲劳裂纹；超声波；检测

中图分类号： U26 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-185-2

0 引言

对机动车辆稍加了解都知道，车轴是机动车辆的一个关键部位，也是与行车安全有着直接关系的一个部件。现实生活中，如果车轴出现了疲劳裂纹而没有被发现，很容易进一步扩展而引发安全事故，带来严重后果。但是我们也注意到，车轴一旦出现疲劳裂纹，通常出现在比较隐蔽的位置，通过肉眼很难发现，因此为了能够及时发现车轴是否出现了疲劳裂纹，那么就必须对其进行无损伤检测，今目前技术能力上看，除了使用超声波技术进行探测，没有其他更好的方法。基于此，本文将专就车轴疲劳裂纹超声波检测方法进行探讨，以期能够深入了解该方法。

1 车轴疲劳裂纹概述

事实上，车轴发生疲劳裂纹是由多种原因造成的，不仅受车轴材质结构、制造工艺以及轮对参数等因素的影响，而且受运行速度、牵引吨位以及司机的操作方式的影响。我们必须承认，各种类型车轴由于其受力情况和工作环境的差异性，因而各种机车的车轴的疲劳使用受命肯定大为不同，另外，在车辆运行过程中，车轴将会受到一些复杂的作用力，如弯曲应力、扭转剪切应力以及组装应力等。因此我们应该认识到，车轴发生疲劳裂纹，不可能仅仅由某一个原因造成，更多的是由多种原因的共同作用造成的，应该说产生的原因极为复杂。

2 超声波检测方法类型

超声波在钢材中传播时，其能量和声压不仅会因为传播距离的增加而逐渐衰减，还会因为钢材的晶粒度、内部缺陷以及组织的不均匀性等因素发生衰减，这样我们就可以通过基波衰减程度和波幅的形状分布判断出车轴的缺陷。就是根据这个原理，我们采用了超声波对车轴进行无损伤检测，判断车轴是否存在疲劳裂纹，一般来说，常见的超声波检测方法主要有以下几种：

2.1 垂直探伤法

所谓的垂直探伤法，其实是指从车轴断面与车轴表面垂直的长度方面摄入纵波超声波的一种超声波检测方法。实施这种探伤法，一般需要进行两项工作：一个是对超声波的衰减度进行测定并对穿透工件的情况加以了解；另一个是对车轴全长方向上的损伤情况进行检测。

2.2 斜角探伤法

顾名思义，斜角探伤法就以一定的角度摄入超声波进行检测，具体来说，就是从有曲率的车轴表面斜方向以-摄入横波超声波，并指向检测目标位置进行超声检测。结合应用对比，我们发现，斜角探伤法的精确度比局部探伤法要高，它能够探出很细小的裂痕，但是探伤要求比较高，需要在进行探伤前将车轴表面打磨干净。另外，我们注意到，斜角探伤法对某些在强度上极其重要的配合部位进行探伤时经常受到摄入角度的限制而无法进行。比如说在对齿轮一侧部位进行探伤时就很难开展，因此可以略微降低一下探伤的精度要求采用局部探测法，往往能够达到降低维修成本、提高探伤效率的目的。

2.3 局部探伤法

这种探伤方法又称纵波斜角探伤法一般从车轴的某个端面以-的折射角向目标探伤位置射入纵波超声波，从应用实际看，尽管该方法和斜角探伤法的精度水平差不多，但它存在以下几个弊端：第一，在轴承安装的状态下对车轴进行探伤，当纵波超声波穿过轴承内圈时就会产生一定回波，这会对探伤效果造成一定影响，从而使得检测的精度难以得到保证；第二，就是在车轴刚刚经过更换后，有可能出现轴端打钢印的情况，在该情况下，探头会与车轴发生接触，这样会大大降低检测的精度；第三，就是局部探伤法每次只能对车轴某个部分进行探伤检测，而不能做到对车轴全体做到探伤检测，这也就意味着一旦我们采用对车轴进行探伤检测时，就会用到多个探头进行重复探伤，过程比较麻烦。

2.4 新的车轴探伤法

该方法在设计之初考虑的大前提就是如何提高探伤精度和如何进一步降低维修成本，也就是基于这样的考虑才设计出了此方法，该方法实质上就是多波道、旋转式局部探伤方法，并且还具有一定的自动判定功能。现实生活中，使用该方法有一个最大的好处，就是这种方法的探头与车轴一端发生接触，根本无须像斜角探伤那样进行打磨作业，这样能够提高检测效率。

3 车轴疲劳裂纹超声波检测条件的确定

通常来说，车轴疲劳裂纹在形成时车轴中心线并不是垂直的，而是存在一定角度的，这个角度最小大于10°，最大不超过25°。一般来说，一旦车轴压装部内侧出现裂纹，就很有可能向外倾斜，反之，如果车轴压装部外侧出现裂纹，那么就很有可能向内倾斜，车轴开裂只有裂纹达到一定深度过后才会出现。在实际检测时，为了使得检测效果最好，我们通常采用纵波小角度测探头，在车轴端面上对压装部内外两侧的压痕线附近进行检测，就发生车轴断裂的现状看，车轴压装部内侧比较容易发生疲劳裂纹，因此应该将其作为检测重点。当然了，对车轴压装部外侧进行检测时，可以在外侧压痕线附近扫查，但是存在一段检测盲区，在这个盲区内，疲劳裂纹只有达到一定的深度才会被发现。可是我们有一点应该注意到，如果外侧疲劳裂纹能够被探测到，说明其疲劳裂纹达到了一定深度，那么此时的内侧恐怕早已产生很大的疲劳裂纹，亟需更换车轴。基于这一点，在实际检测中，要采用纵波小角度探头对车轴镶入部内侧进行重点检测，并用纵波直探头对车轴整体进行穿透大裂纹槛车。

3.1 探头的选择

我们知道，超声波探伤机上的超声波探头是其核心，如果探头尺寸形状或者有关工艺参数选择不合理，很容易对探伤的精度造成很大的影响。通常而言，在检测之前会将探头检测面加工成平面或者圆弧面，来保证探头检测面与目标位置接触良好，接触面足够大，进而能够使得耦合条件得到改善，透声效果得到提高。如果要采用斜探头，就要注意其折射角的大小，要保证能够通过检查发现车轴的主要缺陷，保证其具有很好的灵敏度。在折射角的选择时，可以将不同折射角的探头进行对比实验，以找出那个最佳折射角的探头。当然了，探头频率也是一个我们应该考虑的因素。在对车轴进行实际检测时，可以发现，由于现在的机动车传动机制的特殊性，使得探伤条件受到了一定的限制，也就意味着只能将探头放置于车轴端面进行检测。结合理论计算和实践检验，通常可以选取频率为2.5MHz，晶片直径为20mm的9°纵波小角度探头，这样可以最大限度地保证检测精度。

3.2 耦合剂的选择

在超声波检测中，很多时候都会在介质表面涂抹耦合剂，这样不仅可以保证足够的反射率，还能减少超声波能量的损失。但耦合剂的种类不仅仅局限于一种，有多种类型，需要我们根据实际应用情况加以选择，以确保良好的耦合性。就目前应用情况看，各种型号的机油、树脂以及浆糊等都可以作为耦合剂使用。

4 总结

综上所述，我们应该深知，既然机动车车轴是机动车的关键部位，它关系到行车的安全，因此，必须对车轴在交付前或者使用过程中进行无损伤检测。就以上介绍看，超声波检测是一种比较可行的方法，检测精度也还能保证，就目前应用看，主要存在着垂直探伤法、斜角探伤法以及局部探伤等4种类型，不同类型都有其不同的特点，另外，我们还要对超声波探头、耦合剂等作出合理的选择，以确保满足超声波检测对精度的要求。

参 考 文 献

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