车轴是铁路机车车辆中涉及运输安全的重要部件之一，任何一根车轴的断裂，都会造成列车颠覆、运输中断、甚至车毁人亡的恶性事故，这些事故给国家财产造成的损失上极其严重的。
做好机车车辆防断工作，对于确保铁路运输能力和广大旅客的生命安全，具有重要的意义。
对运用中的车辆定期进行超声波检测是确保机车车辆安全运行的一个重要的、且必不可少的手段。
首先，一起来认识下典型的车辆轮对与车轴。
轮对、车轴各部位名称：
见证大家伙的时候来了---动车转向架
其实，无论是新制车轴还是在役车轴，都会有各种大小“毛病”哦！
1.新制车轴的主要缺陷有：
夹杂物严重聚集、残余的疏松、缩孔、未切尽的缩管、晶粒粗大、锻造裂纹、热处理裂纹、发纹，有时也会生产白点。
2.在役车轴的主要缺陷：疲劳裂纹
在各种缺陷中，裂纹对车轴的危害是大的,让我们来看一下，车轴容易产生裂纹的部位。
1.压装部位裂纹
据统计，车轴压装部位的裂纹95%以上都出现在离外缘（10～35）mm和离内缘（5～30）mm的两个带区内，并且多数是危险性较大的横向裂纹。
根据断裂力学的分析，裂纹是沿着与应力垂直的方向发展。
在压装部位，车轴除受弯曲应力外，还受扭转应力，其主应力方向不与车轴轴线严格平行，因此裂纹平面也不与轴侧面严格垂直。
通过对裂纹的解剖和测量，发现裂纹平面与轴侧面法线成10°～25°的夹角。
有一定规律地外侧向内、内侧向外倾斜。
2.卸荷槽裂纹
车轴采用新标准之后，断裂部位发生了很大的变化，即车轴冷切主要发生在卸荷槽部位。
3.轴身裂纹
由于车轴自身缺陷的影响和扭转应力的作用，在轴身会产生一定数量的纵向裂纹。
特别是旧型号车轴，裂纹长度有时会长达1m。
怎样才能确保机车车轴没有“病”呢？
我们的“超级医生”有的是办法。
目前国内外车轴的要的超声波探伤主要方法有：
（1）纵波直探头贯通探伤法
检测车轴的综合透声性能，发现内部危害性缺陷和大的疲劳裂纹。
（2）横波斜探头探伤法
发现轮座内外侧、制动盘座内外侧横向疲劳裂纹。
（3）近端纵波小角度斜探头法
发现轮座内外侧、制动盘座内外侧、轴颈根部(卸荷槽)横向疲劳裂纹。
（4）纵波直探头径向探伤法
发现车轴内部轴向缺陷（一般只应用于新制车轴）。
（5）相控阵斜探头横波探伤法
目前主要用于带制动盘的轮对，利用轮座、制动盘座间的位置，对轮座、制动盘座间的疲劳裂纹进行检测。
这么多探伤方法，让我们来一一了解一下，准备好笔记，都是干货哦。
1.纵波直探头贯通探伤法
（1）探测的目的
检测车轴的综合透声性能，发现内部危害性缺陷。
（2）探测面、探头和试块
🔺TS-1试块
（3）测距的标定
将2.5P20Z探头放置在 TS-1（或 TS-1W）标准试块B面上，调整仪器，使试块第1、第10次底面回波前沿分别对准荧光屏水平刻度的第1、第10大格，此时水平刻度的每1大格代表车轴实际长度240mm。
（4）调节灵敏度
调整仪器，使第10次底面回波高度达到荧光屏垂直刻度满幅的90％，再增益6dB，耦合差另加4dB～6dB，在此基础上再增益8dB～10dB。
关于大裂纹探伤灵敏度的说明：对于大裂纹探伤，一般可发现的裂纹深度不小于5mm，常用的探伤车轴大裂纹试块轴的人工裂纹深度为7mm。
（5）扫查
探头均匀受力，以20mm/s～50mm/s的速度，分别在车轴两端面移动，同时观察回波的变化。
探头扫查范围应遍及轴端面的可移动区域。
（6）波形分析
在进行超声波贯通检测，发现大裂纹时，必须注意轮轴固有回波（车轴假的超声指示）和大裂纹的区分。
如果将大裂纹误判为车轴的固有回波，则会造成大裂纹的漏探；如果将车轴的固有回波当做大裂纹处理，也会造成误判。
2.横波斜探头探伤法
（1）探测的目的
发现轮座内外侧、制动盘座内外侧横向疲劳裂纹。
（2）探测面和探头
轴颈、防尘板座、轴身、轮座与制动盘座之间。
根据车轴型式和尺寸在K0.7～K1.6之间选择，探头频率2.5MHz。
对于特定位置的缺陷，选择好探头的角度非常重要。
在实际工作中，如果有新轴型需要探伤时，应主要对探头角度进行核算和验证，不能简单地套用或照搬原来的工艺和方法。
（3）测距的标定
将横波探头置于TZS-R 试块R面上，调节仪器，使 A面下棱角第1次高反射波和上棱角第1次高反射波的前沿分别对准荧光屏水平刻度线的第2和第4大格，此时，水平刻度每 1大格代表深度40mm，代表水平距离40×K mm。
根据K值来选择下列方式校准。
（4）调节灵敏度
调节仪器，使半轴试块上深度为1.0mm 的人工缺陷高反射波幅度达到荧光屏垂直刻度满幅的80％，增益耦合差（0 dB～4dB），再补偿半轴实物试块与TZS-R标准试块相对应的人工缺陷的差值△CR值，以此作为横波探伤灵敏度。
（5）扫查
扫查时探头移动区域必须保证探头扫查区域之和大于轮座（盘座）全长，即必须保证探头主声束覆盖轮座（盘座）全长。
横波探头扫查时探头指向镶入部，沿轴向前后移动，同时沿车轴圆周方向转动，探头均匀受力，探头移动速度为20mm/s～50 mm/s。
（6）波形分析
3.近端纵波小角度斜探头法
探头角度的选择：
（1）探测的目的
发现轮座内外侧、制动盘座内外侧、轴颈根部(卸荷槽)横向疲劳裂纹。
（2）探头和探测面
小角度纵波探头入射角α值与折射角β值的对应关系表
探测面：轴端面
（3）探头角度的选择
探头入射点置于轴断面1/4直径处
轮座内侧裂纹区探头的佳折射角：
轮座外侧裂纹区探头的佳折射角：
🔺近端纵波小角度斜探头法
提示：现在有些工艺文件或工艺规程，并没有严格地核算探头的角度，有些地方对探头角度允许的误差范围也没有测算，部分规定的角度值并不能够很好地发现易裂纹部位的缺陷。
（4）小角度纵波探头的测距标定
将小角度纵波探头放置在TZS-R试块B面上，调整仪器，使下棱角和上棱角高反射波的前沿分别对准荧光屏水平刻度的第 2和第4 大格，则每 1 大格代表轴的水平距离40mm。
（5）调节灵敏度
将小角度纵波探头放置在半轴试块端面上，调节仪器，使卸荷槽处深度为1.0mm 的人工缺陷高反射波幅度达到荧光屏垂直刻度满幅的80％，增益耦合差（2 dB～4dB），再补偿半轴实物试块与TZS-R标准试块相对应的人工缺陷的差值△CR值，以此作为卸荷槽处小角度纵波探头探伤灵敏度。
（6）扫查
使探头均匀受力1.96～4.9N，以20～50mm/s的速度在轴端面，探头指向中心孔作往复运动，并同时偏转3°～5°形成锯齿形移动轨迹。
（7）波形分析
镶入部裂纹的判定：
只有在规定的探伤灵敏度条件下，所发现的裂纹波高度达到或超过荧光屏垂直满幅的80％高度，判定该条轮对存在裂纹缺陷。
镶入部局部透声不良的判定：
探伤过程中如果发现没有轮毂波（轮心波）出现，且始波后面有林状波及杂波出现（或提高灵敏度后有林状波及杂波出现），影响正常探伤时，则判该车轴局部透声不良。
镶入部接触不良判定：
探伤过程中如果发现没有轮毂波（轮心波）出现，且始波后面无林状波及杂波出现，则判该车轴镶入部接触不良。
轴颈根部（卸荷槽部）裂纹的判定：在规定的探伤灵敏度条件下，探测的裂纹反射波高度达到或超过荧光屏垂直满幅的80％ 时，才能确认轴颈根部（卸荷槽部位）可能存在裂纹。
4.纵波直探头径向探伤法
（1）探测的目的
新制车轴发现车轴内部轴向缺陷。
（2）探头和探测面
2.5P20Z直探头或双晶探头，从全部车轴外圆面检测。
（3）探伤试块
（4）探伤要点
由于探伤范围较大，径向探伤通常使用超声波自动超声波探伤机进行，采用水浸或局部水浸，纵波直探头或纵波双晶探头进行检测。
（5）质量要求
以车轴中心线为准，在0.25D范围（D为成品车轴轴颈尺寸）内发现缺陷时，用底面回拨衰减法进行复探。
若第一次底面回波低于示波屏垂直刻度满幅度的50%，车轴不合格；否则合格。
在0.25D范围外，缺陷反射波高不应大于同距离处φ3直径的平底孔反射波高。
在0.25D范围外，缺陷反射波高小于同距离处φ3直径的平底孔反射波高时，用底面回波衰减去进行复探。
若第一次底面回波低于示波屏垂直刻度满幅度的50%，车轴不合格；否则合格。
5.相控阵斜探头横波探伤法
超声相控阵的基本原理是：
将整个压电晶片分割成许多相同的小晶片，令小晶片宽度e远小于其长度W。
每个小晶片均可视为辐射柱面波的线状波源,这些线状波源的波阵面就会产生波的干涉,形成整体波阵面，这些小波阵面可被延时并与相位和振幅同步。
利用电子技术调整焦点位置和聚焦的方向。
具体的实施方法是：
控制超声探头中不同单元之间的触发延时时序，在精确的延时时序控制下，不同单元发出的超声波在空间发生干涉，产生所需要的合成波束。
相控超声波的这种特性非常适合于无损检测。
首先可以通过电子切换选用不同的单元，实现波束的快速移动(即电子扫查),明显提高缺陷的检测效率，比单个单元的常规探头检测速度快一个数量级。
其次相控超声波束很容易实现波束偏转，不用移动探头就可以实现动态“扇扫”。
因为轮轴的几何形状限制，车轮和制动盘的间隙太窄,因此只能沿圆周方向运动,无法实施轴向移动探头，要对轮座、制动盘座进行检测，常规的超声检测技术有很大的限制（比如：需要使用多角度探头，在该部位进行多次检测）
相控阵超声探伤技术在铁路系统的应用（GE 检测技术）
系统构成示意图
机械机构示意图
相控阵探头技术参数
型号：W60B3GM14；
阵列：20 mm x 22 mm复合材料；
单元数：14；
频率：2.7 MHz；
耐磨材料制成探头底部；
通过调整有机玻璃斜锲可调整超声波角度可检测范围：25°-75°
检测图像
铁道轮对相控阵超声波探伤现场
