铁水车架轮对轴检测

受江西某钢厂设备部委托我司于2020年3月24-31日,对该厂物流运输部运输站火车铁水车架（见附图1）轮对轴进行检测。据了解该厂的铁水车架轴已使用12年，2020年3月初在运行过程中发生了一根轴断裂（见附图2/3），幸运的是未发生重大的安全事故，业主为排查安全隐患决定对正在使用的车轴进行无损检测。

在接到本次检测任务后，我司领导高度重视并在检测前带领高级技术人员到现场查看事故轴断裂情况，并向业主方相关人员了解运行工况。回到公司以后组织技术骨干召开会议，结合发生断轴的位置，轴在运行中主要的应力集中区（在役缺陷产生的敏感区）及运行工况。制定了有针对性的检测工艺。

本次采用的检测工艺：1、纵波直探头（2.5P Ф20）在轴的两个端面进行检测（见附图4/5/6）主要是为检测轴的透声不良、大的疲劳裂纹及制造的原始缺陷;2、横波斜探头(2.5P 13*13 K1/1.5)在轴面进行检测（见附图7/8/9）主要是为了发现早期的疲劳裂纹。由于轴的端面加工有用于安装端盖的螺丝孔，由于位置受限因此未能使用小角度探头在轴端面进行检测，故采用斜探头（K1/1.5）在轴面进行检测，检测时发现在距轮内侧边边缘往外8-12mm处有回波，深度显示在200-212mm，整圈断续都存在回波且波形比较尖锐。结合业主方提供的设计图纸，发现在此位置并没有固定结构。为慎重起见，我们在检测过程都详细记录了此类回波。在后面检测过程中发现绝大部分轴都存在同样的情况。当检测到1#车架西面第1根轴（1#车架-西1轴）的时候轴面斜探头检测有前述的回波，并且用直探头在轴的两端进行检测也发现缺陷回波且和斜探头发现的回波是在同一水平位置（其余轴在端面用直探头进行检测时除了一些固有结构波以外均未在此位置出现有回波）。

经过我方与国内多名杰出行业专家的沟通并结合工作经验，为验证检测结果的准确性我方采用以下2种工艺方法进行了再次验证：

1、改变工艺技术参数（之前在检测过程中我们就用K2的探头进行验证过发现也有回波，只是波幅较K1的要低，水平和深度还是一致）

2、做1：1声场扫查路径图（发现在探头声束走过的路径中并没有能够引起回波的结构）。

检测结束以后，我们对检测数据做了汇总，本次共检测140吨铁水罐车架48根轴，其中45根轴在轴面用斜探头检测都发现在相同位置有回波，没有异常回波的3根。我们将检测结果汇报给业主以后，业主也大为震惊，检测48根无异常的只有3根，不合格率达到了94%，业主当即决定选两根轴将进行退轮验证（见附图10/11），经过退轮后，我方磁粉检测验证结果为明显裂纹（见附图12/13）。

                               图1                                                         图2                                                                       图3

                                 图4                                                         图5                                                                     图6

                              图7                                                           图8                                                                        图9                                                                                         

                                                        图10                                                                                  图11

                                                          图12 （裂纹1）                                                                    图13（裂纹2）                         

最终总结：裂纹1为1#车架西1轴，用斜探头检测显示裂纹深度为25mm(直探头在端面也能发现此位置的回波)；裂纹2为3#车架西2轴，用斜探检测显示裂纹深度为5mm(直探头在端面未能发现此位置的回波)根据磁粉检测的验证结果再结合出现裂纹的位置正是交变应力的集中区，并且与3月初断轴位置基本一致。同一批轴在同样的运行工况下出现批量性的疲劳裂纹情况还是存在的。

原因分析：车轴疲劳裂纹的产生必定有疲劳源，疲劳源的产生有以下几方的原因：  

1、车轴制造过程中，由于工艺原因使车轴本生带有缺陷，在长期循环交变应力作用下缺陷进一步发展成裂纹源

2、由于轮心是通过过盈配合压装在车轴上的，在长期交变应力作用下，在轴表面车轮镶入部会产生应力集中

3、车轴在长期交变应力作用下，材质强度降低，出现点状或发纹状疲劳源

车轴出现疲劳源后，车轴在使用过程中反复受到交变应力的作用，当交变应力的大小超过一定的限度并经历足够多次的交替重复后，疲劳源将会继续发展并逐渐形成宏观裂纹，最终出现断裂的情况。在役车轴在不退车轮的情况下采有超声波进行检测是最为有效的方法。在检测过程中发应力集中区存在疑似裂纹波时，应详细记录好，并尽可能通改变检测位置，改变工艺参数进行验证，从而使检测结果更加准确。

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