溫延艷 宋以冬 米立秋

摘要：RD2型車軸是目前我國鐵路貨車運(yùn)用的主要軸型之一。該型車軸自1983年開始使用以來，由于使用年限較長，很多在役非突懸組裝的輪對車軸在輪座內(nèi)側(cè)疲勞帶產(chǎn)生裂紋。本文分析裂紋產(chǎn)生的原因及超聲波探傷時(shí)裂紋波的波形特點(diǎn)，希望通過此文對探傷工的工作有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：檢修RD2型車軸;輪座裂紋;非突懸組裝;超聲波探傷

1? 情況介紹

2018年我公司通過超聲波探傷發(fā)現(xiàn)了多起車軸輪座內(nèi)側(cè)裂紋，其中兩起見圖1-圖2。

圖1：探傷日期為180910，制造日期為1998年10月;首次組裝日期為1998年11月03日;末次組裝日期2010年09月24日。經(jīng)首次裝用后，使用年限達(dá)19年零10個(gè)月。裂紋距離輪座后肩均為15mm，最深一處其周向長度約70mm，另兩處周向長度約10mm，深度約1mm。

圖2：探傷日期180301，制造日期為1999年3月;首次組裝日期為1999年05月12日;末次組裝日期2009年04月27日。經(jīng)首次裝用后，使用年限達(dá)18年零10個(gè)月。裂紋距離輪座后肩均為16mm，裂紋累計(jì)長度465mm，裂紋深度約1mm。

對2018年檢修中發(fā)現(xiàn)的96根車軸輪座內(nèi)側(cè)裂紋情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，見表1。

由表1和圖3可以看出，車軸運(yùn)行10年以上就開始進(jìn)入疲勞期，當(dāng)車軸運(yùn)行13年以上時(shí)車軸出現(xiàn)裂紋率顯著提高;運(yùn)行時(shí)間20年時(shí)為出現(xiàn)裂紋的高峰值，且裂紋的長度和深度都較大?！遁唽M裝、檢修及管理規(guī)則》中關(guān)于40鋼車軸的壽命為22年，50鋼及進(jìn)口車軸的壽命為25年，使用時(shí)間達(dá)到20年的國產(chǎn)40鋼車軸輪對，一經(jīng)退輪車軸即報(bào)廢的相關(guān)規(guī)定，是合理的。

2? 裂紋分析

這種裂紋屬于典型的輪座內(nèi)側(cè)疲勞帶橫向缺陷，此種裂紋定義為微動(dòng)疲勞應(yīng)力裂紋。車軸在運(yùn)行過程中承受靜載荷、動(dòng)載荷和制動(dòng)載荷，以彎曲變形為主，由于轉(zhuǎn)動(dòng)使得車軸不停地承受拉伸、壓縮變形，導(dǎo)致車軸高周疲勞。

根據(jù)輪對結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車輪輪轂與輪座鑲?cè)氩糠磸?fù)摩擦，容易造成應(yīng)力集中，最終形成疲勞缺陷，而且最易疲勞的部位在輪座鑲?cè)氩績?nèi)外兩條壓痕線上。根據(jù)受力分析，輪座內(nèi)側(cè)的應(yīng)力大于輪座外側(cè)的應(yīng)力，即內(nèi)側(cè)更易產(chǎn)生裂紋。通過多年來石車公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，未發(fā)現(xiàn)輪座外側(cè)的疲勞應(yīng)力裂紋，而輪座內(nèi)側(cè)疲勞應(yīng)力裂紋的發(fā)現(xiàn)率為8%，且絕大多數(shù)裂紋集中在輪座內(nèi)側(cè)壓痕線上。

輪對鑲?cè)氩苛鸭y多發(fā)生在非突懸組裝的輪對車軸上，既車軸輪座長度為198mm的RD2型車軸。這種車軸屬于初始設(shè)計(jì)的形式，車軸運(yùn)用的時(shí)間比較長，基本上到了疲勞期，再一點(diǎn)輪轂的內(nèi)側(cè)導(dǎo)角面壓在輪座上，使此處成為應(yīng)力集中區(qū)，由于輪轂與輪座表面在輪對運(yùn)行中易發(fā)生蠕動(dòng)，而在此處摩擦產(chǎn)生疲勞源，進(jìn)而在應(yīng)力作用下發(fā)展成疲勞裂紋。

突懸組裝的輪對車軸對車軸加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，是目前新制車軸采用的主要形式，車軸的輪座長度為186mm，輪轂的內(nèi)端面突出車軸輪座的內(nèi)側(cè)，輪轂的內(nèi)側(cè)導(dǎo)角不與輪座表面接觸，這種組裝方式提高了車軸的疲勞強(qiáng)度，極大降低了鑲?cè)氩績?nèi)側(cè)產(chǎn)生疲勞源的可能性。目前此種輪對檢修中未發(fā)現(xiàn)鑲?cè)氩科诹鸭y。

3? 裂紋的波形特點(diǎn)

超聲波探傷時(shí)，裂紋波出現(xiàn)在示波屏輪轂孔界面反射波的位置。波形特點(diǎn)是：波高陡升，反射波根部窄，最大波高有時(shí)遠(yuǎn)低于半軸試塊1mm深的人工鋸口的波高。如圖4，探頭在探測面上沿著軸向和周向都能移動(dòng)一點(diǎn)距離;裂紋波由低到高在由高到低的過程中，在時(shí)基線上有一游動(dòng)距離而不發(fā)生突變。

4? 結(jié)論

輪對狀態(tài)良好是保證鐵路貨車行車安全的保障，輪對車軸超聲波探傷工序是貨車“八防”中“防燃切軸故障”中的關(guān)鍵工序。由于車軸輪座鑲?cè)氩苛鸭y在車輛運(yùn)用中無法直觀發(fā)現(xiàn)，所以在對輪對進(jìn)行檢修時(shí)，只有通過超聲波探傷方法發(fā)現(xiàn)輪對車軸鑲?cè)氩苛鸭y。這就要求探傷工首先在工作中嚴(yán)格地按照作業(yè)指導(dǎo)書操作;當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常波形出現(xiàn)時(shí)，要根據(jù)車軸的使用年限、組裝方式、波形特點(diǎn)綜合分析，只有這樣才能保證探傷的準(zhǔn)確性;當(dāng)無法確定異常波形的性質(zhì)時(shí)，就要退輪，對車軸進(jìn)行熒光磁粉探傷確檢，這就避免了車軸帶傷運(yùn)行帶來的質(zhì)量安全隱患，同時(shí)也使探傷工積累了豐富的探傷經(jīng)驗(yàn)，提高了探傷技能水平。

在役非突懸組裝的RD2型輪對，輪座鑲?cè)氩績?nèi)側(cè)疲勞橫裂紋發(fā)生的幾率日益增大，因此手工超聲波探傷對防止車軸冷切事故的作用日益突出。希望探傷工在工作中高度重視，做到不漏檢，從而保證鐵路貨車運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉新明.淺談鐵道車輛車軸[J].青島：鐵道車輛，2010.