Измерения и неразрушающий контроль на железнодорожном транспорте

 

     

     VI.МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВ 

Железные дороги Северной Америки ежегодно тратят около 80 млн. дол. На проверку состояния рельсов. Большинство дефектов выявляются до момента их перерастания в опасные, однако изломы рельсов в пути полностью исключить не удается. Поэтому железные дороги ведут исследования по повышению надежности дефектоскопии рельсов в условиях эксплуатации за счет совершенствования существующих методов неразрушающего контроля, особенно за счет более широкого приминения бесконтактных технологий.

Табл 1 

 

Табл 2 

Рабочие характеристики ультразвуковых щупов 

 

¹ Требуется электропроводный материал 
 

Технология неразрушающего контроля 

Методы неразрушающего контроля позволяют оценивать внутреннее или внешнее состояние материалов, деталей или конструкций без их повреждения или нарушения режима работы. Неразрушающий контроль может включать как простой визуальный осмотр, так и сложный ультразвуковой анализ микроструктуры при окружающей температуре или при охлаждении материала. При выборе метода неразрушающего контроля для конкретного применения необходимо иметь представление о его технологии. Помимо изучения физических возможностей метода, важно также ознакомление с очертанием обследуемой детали, типом и предполагаемым местом разрыва или наличием дефекта. В большинстве случаев используются технические требования к методике проверки, в число которых входят:

уровень аттестации оператора;

разрешенные методы неразрушающего контроля;

требования к  установке и ее проверке;

приемочные критерии;

документация  и формы отчетности;

требования к  чистоте исследуемой поверхности 
до и после проверки.

Большинство существующих технологий неразрушающего контроля можно разделить на семь методов: механический и оптический; проникающее излучение; электромагнитный и электронный; звуковой и ультразвуковой; химико-аналитический; анализ изображения сигнала; термический. В табл1 приведены основные технические средства, используемые в этих методах.

Для проверки рельсов  в пути обычно применяют ультразвуковой метод. В нем используются импульсные эхо-сигналы и анализ изменений ультразвука. Эти технические средства доказали свою надежность. Однако все существующие методы неразрушающего контроля имеют свои ограничения по применению. На способность выявлять дефекты в рельсах с помощью ультразвуковых методов оказывают влияние:

состояние поверхности  рельса, характеризующееся наличием отслоений и выщербин металла, сетки поверхностных трещин, избыточной смазки, следов от шлифовальных кругов; геометрия головки рельса (изношенный профиль);

форма дефекта  и его ориентация;

электрический или механический шум, проникающий в щуп;

недостаточно  плотный контакт щуп с поверхностью рельса. 

Таблица 3 

Эксплуатационные  характеристики бесконтактных ультразвуковых щупов-преобразователей 

 

Современные ультразвуковые методы проверки ПОСЦЮШИ на использовании жидкого связующего вещества и непосредственном контакте искателя с обследуемой поверхностью. Это ограничивает зону проверяемого сечения рельса. Бесконтактные системы позволяют увеличить площадь проверяемого сечения рельса. 

Перспективные технологии

Центр транспортных технологий (ТТС, США) и университет Johns Hopkins работали над идентификацией ультразвуковых технических средств, которые можно использовать для проверки рельсов в пути. Университет провел сопоставление различных ультразвуковых устройств, которые можно применять на контактной и бесконтактной основе. В табл. 2 приведены рабочие характеристики ультразвуковых щупов различных типов, приспособленных для сканирования.

Наиболее перспективными являются бесконтактные технические средства. К ним относятся преобразователи, связанные через воздушную среду или водную струю, а также лазерно-оптические.

В табл. 3 сопоставлены данные по бесконтактным устройствам трех типов. Их сравнение показывает, что путем объединения лазер-оптического передающего преобразователя с принимающим, связанным с рельсом через воздушную среду, при дефектоскопии может не потребоваться смачивание рельсов для лучшего проникновения ультразвука в головку рельса. Применение такой бесконтактной системы позволяет устранить или свести к минимуму некоторые ограничения, присущие обычным ультразвуковым методам проверки рельсов.

Предварительные результаты показали, что использование лазерно-оптических передающих преобразователей, объединенных с принимающими, позволяет выявлять поперечные трещины в подошве рельса. Бесконтактный метод, помимо устранения потребности в жидкой связующей среде между преобразователем и поверхностью рельса, сводит к минимуму помехи, возникающие при проверке контактными ультразвуковыми методами стрелочных переводов и глухих пересечений, стыковых накладок, костылей, рельсовых клемм и других элементов пути. 

Схема ультразвуковой дефектоскопии рельсов с помощью  лазерного преобразователя

Работу устройства проверили на образце рельса в  лабораторных условиях и на рельсах длиной 6,1 м, установленных в пути. Для испытаний в пути преобразователи лазерный и с воздушной связью разместили на ручной рельсовой тележке. Эту систему планировали оценить на испытательном полигоне ТТС к концу 2002 г.

При содействии Ассоциации американских железных дорог (AAR) ТТС планировал продолжить разработку методов дефектоскопии рельсов, которые дополнят существующие измерительные системы. Основное внимание будет уделено повышению эффективности проверки состояния рельсов. Удачные варианты планировали реализовать в виде опытных образцов и провести их испытания для оценки эксплуатационных возможностей. Наиболее эффективные системы будут представлены к внедрению.

 

     VII.НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ ПРИ РЕМОНТЕ И ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА 

В.А. СМИРНОВ, заместитель  генерального директора — главный  инженер ОАО «Научно-исследовательский  институт технологии, контроля и диагностики  железнодорожного транспорта», кандидат технических наук В.Л. ЛАЗАРЕВ, главный  конструктор Проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства ОАО «РЖД»