黃永巍，高東海，任明照，郭 犇，范振中

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

鐵道動車組空心車軸超聲波探傷基本上有兩大問題：探傷靈敏度與人工裂紋型式。近年來，空心車軸超聲波探傷人工裂紋在原有弦長型模式的基礎(chǔ)上，增加了等深型模式。孰優(yōu)孰劣，不置可否。所謂弦長型裂紋，是用諸如線切割技術(shù)，從圓周表面往下切割，弦高達到缺陷要求的深度時即止，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、日本、意大利等廠家的空心車軸在出廠及應(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］，給我國高鐵空心車軸的探傷帶來了很大的困惑。為此，筆者模擬實際的空心車軸，制作了不同深度的弦長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行了系列試驗。

圖1 裂紋型式

1 試塊

空心車軸型式較多，各部位外徑不同，內(nèi)孔大多為φ30mm。研究過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。裂紋型式為弦長型和等深型。由于兩種不同外徑的試塊最終測試結(jié)果一致，所以此處僅以外徑98.5mm，內(nèi)徑30mm的車軸試塊為例。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 試驗數(shù)據(jù)

3.1 1號試塊

采用10mm×10mm探頭在1號試塊上測試，測試對象為外徑面裂紋，弦長型缺陷，內(nèi)徑面凸面斜探頭探測，不同頻率下的測試數(shù)據(jù)見表1和圖3。

3.2 2號試塊

2號試塊上的測試對象為內(nèi)徑面裂紋，弦長型缺陷，外徑面凹面斜探頭探測，采用尺寸為10mm×10mm的探頭在不同頻率下的測試結(jié)果見表2和圖4。

表1 1號試塊試驗數(shù)據(jù) dB

表2 2號試塊試驗數(shù)據(jù) dB

3.3 3號試塊

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

表3 3號試塊試驗數(shù)據(jù) dB

3.4 4號試塊

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

表4 4號試塊試驗數(shù)據(jù) dB

4 數(shù)據(jù)分析

（1）2.5MHz 38°斜探頭探傷靈敏度遠遠高于2.5MHz其他角度的斜探頭。例如對于深度為0.5mm的弦長型裂紋，比45°，50°，70°斜探頭分別高了14，23，51dB（見表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，所有探頭反射當(dāng)量變化平緩。

（6）對于同一深度的弦長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°斜探頭檢測空心車軸裂紋類缺陷效果最佳。

（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。例如在車軸外表面加工裂紋時，可采用弦長型裂紋；在空心車軸內(nèi)表面加工裂紋時，可采用等深型裂紋。

［1］中華人民共和國鐵道部運裝客車［2008］694號，CRH系列動車組空心車軸超聲波探傷工藝規(guī)程（試行）［Z］.