淺談車軸疲勞裂紋超聲波檢測方法

相瑞排

摘 要：近些年來，可以看到，由于我國經濟一直高速增長，使得交通行業發展相當迅速，現如今，馬路上過往著各式各樣的車輛，數量也比以前明顯增多。由于車輛數量普遍增多，導致當前車輛安全事故發生的越來越多，對這些安全事故原因進行分析之后發現這些事故的發生很大程度上和車輛自身有關，特別是車軸部分，很多時候機動車輛運行時間過長，使得車軸出現了車軸裂紋，這些裂紋通過肉眼有時候很難看到，需要超聲波的檢測方法才能發現，這對減少車輛安全事故的發生具有重要的現實意義。

關鍵詞：車軸疲勞裂紋；超聲波；檢測

中圖分類號： U26 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-185-2

0 引言

對機動車輛稍加了解都知道，車軸是機動車輛的一個關鍵部位，也是與行車安全有著直接關系的一個部件。現實生活中，如果車軸出現了疲勞裂紋而沒有被發現，很容易進一步擴展而引發安全事故，帶來嚴重后果。但是我們也注意到，車軸一旦出現疲勞裂紋，通常出現在比較隱蔽的位置，通過肉眼很難發現，因此為了能夠及時發現車軸是否出現了疲勞裂紋，那么就必須對其進行無損傷檢測，今目前技術能力上看，除了使用超聲波技術進行探測，沒有其他更好的方法。基于此，本文將專就車軸疲勞裂紋超聲波檢測方法進行探討，以期能夠深入了解該方法。

1 車軸疲勞裂紋概述

事實上，車軸發生疲勞裂紋是由多種原因造成的，不僅受車軸材質結構、制造工藝以及輪對參數等因素的影響，而且受運行速度、牽引噸位以及司機的操作方式的影響。我們必須承認，各種類型車軸由于其受力情況和工作環境的差異性，因而各種機車的車軸的疲勞使用受命肯定大為不同，另外，在車輛運行過程中，車軸將會受到一些復雜的作用力，如彎曲應力、扭轉剪切應力以及組裝應力等。因此我們應該認識到，車軸發生疲勞裂紋，不可能僅僅由某一個原因造成，更多的是由多種原因的共同作用造成的，應該說產生的原因極為復雜。

2 超聲波檢測方法類型

超聲波在鋼材中傳播時，其能量和聲壓不僅會因為傳播距離的增加而逐漸衰減，還會因為鋼材的晶粒度、內部缺陷以及組織的不均勻性等因素發生衰減，這樣我們就可以通過基波衰減程度和波幅的形狀分布判斷出車軸的缺陷。就是根據這個原理，我們采用了超聲波對車軸進行無損傷檢測，判斷車軸是否存在疲勞裂紋，一般來說，常見的超聲波檢測方法主要有以下幾種：

2.1 垂直探傷法

所謂的垂直探傷法，其實是指從車軸斷面與車軸表面垂直的長度方面攝入縱波超聲波的一種超聲波檢測方法。實施這種探傷法，一般需要進行兩項工作：一個是對超聲波的衰減度進行測定并對穿透工件的情況加以了解；另一個是對車軸全長方向上的損傷情況進行檢測。

2.2 斜角探傷法

顧名思義，斜角探傷法就以一定的角度攝入超聲波進行檢測，具體來說，就是從有曲率的車軸表面斜方向以-攝入橫波超聲波，并指向檢測目標位置進行超聲檢測。結合應用對比，我們發現，斜角探傷法的精確度比局部探傷法要高，它能夠探出很細小的裂痕，但是探傷要求比較高，需要在進行探傷前將車軸表面打磨干凈。另外，我們注意到，斜角探傷法對某些在強度上極其重要的配合部位進行探傷時經常受到攝入角度的限制而無法進行。比如說在對齒輪一側部位進行探傷時就很難開展，因此可以略微降低一下探傷的精度要求采用局部探測法，往往能夠達到降低維修成本、提高探傷效率的目的。

2.3 局部探傷法

這種探傷方法又稱縱波斜角探傷法一般從車軸的某個端面以-的折射角向目標探傷位置射入縱波超聲波，從應用實際看，盡管該方法和斜角探傷法的精度水平差不多，但它存在以下幾個弊端：第一，在軸承安裝的狀態下對車軸進行探傷，當縱波超聲波穿過軸承內圈時就會產生一定回波，這會對探傷效果造成一定影響，從而使得檢測的精度難以得到保證；第二，就是在車軸剛剛經過更換后，有可能出現軸端打鋼印的情況，在該情況下，探頭會與車軸發生接觸，這樣會大大降低檢測的精度；第三，就是局部探傷法每次只能對車軸某個部分進行探傷檢測，而不能做到對車軸全體做到探傷檢測，這也就意味著一旦我們采用對車軸進行探傷檢測時，就會用到多個探頭進行重復探傷，過程比較麻煩。

2.4 新的車軸探傷法

該方法在設計之初考慮的大前提就是如何提高探傷精度和如何進一步降低維修成本，也就是基于這樣的考慮才設計出了此方法，該方法實質上就是多波道、旋轉式局部探傷方法，并且還具有一定的自動判定功能。現實生活中，使用該方法有一個最大的好處，就是這種方法的探頭與車軸一端發生接觸，根本無須像斜角探傷那樣進行打磨作業，這樣能夠提高檢測效率。

3 車軸疲勞裂紋超聲波檢測條件的確定

通常來說，車軸疲勞裂紋在形成時車軸中心線并不是垂直的，而是存在一定角度的，這個角度最小大于10°，最大不超過25°。一般來說，一旦車軸壓裝部內側出現裂紋，就很有可能向外傾斜，反之，如果車軸壓裝部外側出現裂紋，那么就很有可能向內傾斜，車軸開裂只有裂紋達到一定深度過后才會出現。在實際檢測時，為了使得檢測效果最好，我們通常采用縱波小角度測探頭，在車軸端面上對壓裝部內外兩側的壓痕線附近進行檢測，就發生車軸斷裂的現狀看，車軸壓裝部內側比較容易發生疲勞裂紋，因此應該將其作為檢測重點。當然了，對車軸壓裝部外側進行檢測時，可以在外側壓痕線附近掃查，但是存在一段檢測盲區，在這個盲區內，疲勞裂紋只有達到一定的深度才會被發現。可是我們有一點應該注意到，如果外側疲勞裂紋能夠被探測到，說明其疲勞裂紋達到了一定深度，那么此時的內側恐怕早已產生很大的疲勞裂紋，亟需更換車軸。基于這一點，在實際檢測中，要采用縱波小角度探頭對車軸鑲入部內側進行重點檢測，并用縱波直探頭對車軸整體進行穿透大裂紋檻車。

3.1 探頭的選擇

我們知道，超聲波探傷機上的超聲波探頭是其核心，如果探頭尺寸形狀或者有關工藝參數選擇不合理，很容易對探傷的精度造成很大的影響。通常而言，在檢測之前會將探頭檢測面加工成平面或者圓弧面，來保證探頭檢測面與目標位置接觸良好，接觸面足夠大，進而能夠使得耦合條件得到改善，透聲效果得到提高。如果要采用斜探頭，就要注意其折射角的大小，要保證能夠通過檢查發現車軸的主要缺陷，保證其具有很好的靈敏度。在折射角的選擇時，可以將不同折射角的探頭進行對比實驗，以找出那個最佳折射角的探頭。當然了，探頭頻率也是一個我們應該考慮的因素。在對車軸進行實際檢測時，可以發現，由于現在的機動車傳動機制的特殊性，使得探傷條件受到了一定的限制，也就意味著只能將探頭放置于車軸端面進行檢測。結合理論計算和實踐檢驗，通常可以選取頻率為2.5MHz，晶片直徑為20mm的9°縱波小角度探頭，這樣可以最大限度地保證檢測精度。

3.2 耦合劑的選擇

在超聲波檢測中，很多時候都會在介質表面涂抹耦合劑，這樣不僅可以保證足夠的反射率，還能減少超聲波能量的損失。但耦合劑的種類不僅僅局限于一種，有多種類型，需要我們根據實際應用情況加以選擇，以確保良好的耦合性。就目前應用情況看，各種型號的機油、樹脂以及漿糊等都可以作為耦合劑使用。

4 總結

綜上所述，我們應該深知，既然機動車車軸是機動車的關鍵部位，它關系到行車的安全，因此，必須對車軸在交付前或者使用過程中進行無損傷檢測。就以上介紹看，超聲波檢測是一種比較可行的方法，檢測精度也還能保證，就目前應用看，主要存在著垂直探傷法、斜角探傷法以及局部探傷等4種類型，不同類型都有其不同的特點，另外，我們還要對超聲波探頭、耦合劑等作出合理的選擇，以確保滿足超聲波檢測對精度的要求。

參 考 文 獻

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