Измерения и неразрушающий контроль на железнодорожном транспорте

Н.Ю. ИЛЬЮЩЕНКОВА, начальник сектора неразрушающего контроля Проектно-конструкторского бюро вагонного хозяйства ОАО «РЖД»

На предприятиях по ремонту подвижного состава железных дорог Германии и Франции применяются ультразвуковой, магнитопорошковый, вихретоковый, визуальный, капиллярный и рентгенографический методы неразрушающего контроля (НК). Основным объектом неразрушающего контроля подвижного состава являются колесные пары.

При поступлении  колесных пар в ремонт на первой позиции технологического процесса на автоматизированной установке ультразвукового контроля с элекромагнитоакустическими преобразователями измеряются остаточные механические напряжения в колесах (для подвижного состава с колодочными тормозами). Забракованные колесные пары направляются на термообработку. В дробеструйной установке стальной дробью (диаметром около 1 мм) очищаются диски колес, а также зоны контакта ультразвукового преобразователя с поверхностью оси. Далее при помощи оптической или лазерной автоматизированной измерительной установки выполняются контроль геометрических параметров и обточка колесных пар. Установки измеряют диаметры и профили колес по кругу катания, расстояние между внутренними гранями, ширину обода, длину и диаметр шеек. Колесная пара подъемным устройством устанавливается на стенд и приводится во вращение фрикционным роликом. На оптической установке профили обоих колес видны на экране на фоне шаблона стандартного профиля. Лазерная установка обеспечивает автоматический контроль с электронной паспортизацией данных колесных пар колеи 1435 мм диаметром от 630 до 1005 мм массой до 2 т. Время проверки колесной пары - порядка 5 мин.

Неразрушающий контроль цельнокатаных колесных пар  при ремонте осуществляется с использованием автоматизированной установки AURA (Фраунгофе-ровский институт НК, Германия), оснащенной манипуляторами со сканирующими устройствами для ультразвукового и вихретокового контроля и многоканальной системой сбора и обработки данных.

Контроль поверхности катания на наличие термических трещин (образуются при торможении колодочными тормозами) осуществляется с использованием вихре-токовых преобразователей. Для обеспечения высокой помехозащищенности блоки электроники ультразвукового модуля обработки данных помещены в непосредственной близости от датчиков на манипуляторе сканирующего устройства. В современных модификациях используются многоэлементные преобразователи с фазированными решетками, что позволяет сократить количество датчиков. Перемещение сканирующих устройств, подача контактирующей жидкости (вода) и контрольные операции осуществляются автоматически. Время проверки колесной пары -А—7 мин.

В зависимости  от модификации установки контроль осей и колес выполняется раздельно  или на одной позиции. Контроль оси производится в зонах наиболее вероятного образования трещин (шейка оси, подступичная часть, места посадки тормозных дисков) с помощью многоэлементных ультразвуковых преобразователей, устанавливаемых на цилиндрические поверхности оси. Преобразователь состоит из 64 чувствительных элементов, каждый из которых имеет определенный угол ввода ультразвука. Время проверки оси — 4—5 мин. В более поздних модификациях установки применяют ультразвуковые преобразователи с фазированными решетками (4 группы преобразователей), позволяющие существенно расширить диаграмму направленности (угол ввода луча может изменяться от 28 до 72°).

Использование установки позволяет выполнить весь спектр контрольных операций в автоматическом режиме с электронной паспортизацией данных. Окончательное решение о годности колесной пары принимает оператор.

Магнитопорошковый контроль дисков цельнокатаных колес  подвижного состава проводят вручную с применением люминесцентных магнитных индикаторов. Намагничивание колеса производится по секторам соленоидом переменного тока (способом приложенного поля). Размагничивание колеса при этом не требуется. Качество магнитного индикатора (магнитной суспензии) проверяется на стандартном образце — диск со шлифовочными трещинами. Достаточность освещения ультрафиолетового облучателя проверяется с помощью люксметра. Для лучшей выявляемое™ дефектов в ультрафиолетовом освещении рабочее место затемнено.

Технология неразрушающего контроля деталей буксового узла ограничена визуальным осмотром роликов, сепараторов и колец без разборки подшипников (подшипники на железных дорогах Германии и Франции не ремонтируют) . Следует отметить повышенное внимание к качеству очистки подшипников, корпусов букс и других деталей буксового узла перед проведением контроля.

Для проведения контроля колесных пар в процессе эксплуатации в смотровых канавах (на эстакадах) пунктов технического обслуживания высокоскоростных поездов ICE используются установки UFPE. Установки осуществляют ультразвуковой контроль дисков колесных пар методом V-образного прозвучивания, для чего используются 4 группы преобразователей с фазированными решетками, работающими на частоте 2 МГц (в первых модификациях установок использовались 17 и 12 измерительных головок для тяговых и ходовых колесных пар соответственно). В качестве контактной жидкости используется вода.

Для проверки различных  типов колесных пар (разный диаметр  колес) используют сменные модули и измерительные головки с изменяемой геометрией. Время проверки одной колесной пары менее 10 мин. За последние годы разработаны   разные   модификации установки, позволяющие проверять одновременно две колесные пары, что обеспечивает повышенную производительность и сокращает время простоя поезда при ремонте и обслуживании. Установки внедряются в депо по обслуживанию скоростных поездов ICE всех модификаций с 2000 г. Ежегодно ими выбраковывается около 1% проверенных колесных пар.

Контроль полых  осей осуществляется ультразвуковым методом при помощи автоматизированных мобильных MPS 01 и стационарных MPS 02 установок. В состав мобильного комплекса HPS 01 входят держатель головок, телескопическая штанга и тележка для подъезда и установки. Перемещение преобразователей осуществляется внутри оси по винтовой траектории, угол ввода лучей — 0, 37 или 45° в зависимости от диаметра отверстия в оси. Время проверки составляет 20—25 мин.

Первая установка  внедрена в 2002 г. в депо Гамбург. Всего  на предприятиях по ремонту и обслуживанию высокоскоростных и пригородных поездов используется 16 таких установок. Стационарная автоматизированная установка HPS 02 оборудована тремя измерительными головками на телескопическом манипуляторе и позволяет контролировать различные типы полых осей диаметром от 30 до 90 мм.

Для железных дорог Германии ведутся перспективные разработки систем неразрушающего контроля колесных пар при движении поезда со скоростью до 5 км/ч. Датчики устанавливаются вдоль специальных рельсов в виде матрицы 4x130 шт. и осуществляют контроль дисков ультразвуковым методом. Для выявления дефектов в гребне колес используют 80 дополнительных преобразователей. В качестве контактной жидкости используется вода.

Неразрушающий контроль локомотивов на железных дорогах Франции осуществляется преимущественно ручными приборами на механизированных позициях. При осуществлении магнитопорошкового контроля крупногабаритных деталей перемещение   намагничивающего устройства, поворот и фиксация контролируемой детали в произвольном положении механизированы. Подача суспензии осуществляется вручную из пластиковой емкости с распылителем.

Величина магнитного поля оценивается по показаниям амперметра генератора тока намагничивающего устройства (допустимая для работы зона выделена на индикаторе цветной маркировкой, которая наносится при аттестации установки). Особенностью организации ультразвукового контроля на железных дорогах Франции является запрет использования заранее установленных программных настроек. На предприятиях по ремонту и обслуживанию высокоскоростных поездов TGV для сокращения времени проверки используются автоматизированные установки, аналогичные применяемым в Германии.

Широкое распространение  на железных дорогах Франции получили капиллярные методы контроля для обнаружения поверхностных дефектов крупногабаритных деталей (рамы тележек, картеры дизелей) и деталей, изготовленных из немагнитных материалов (алюминиевые сплавы, легированные стали, композиционные материалы). Используются два вида пенетрантов на основе углеводородов — цветные (окрашенные) для выявления крупных дефектов на больших площадях поверхностей и флюоресцентные - для поиска «тонких» дефектов.

Пенетранты на основе уайт-спирита не применяются  в связи с опасностью для человека и низкой эффективностью использования  средств индивидуальной защиты. Диапазон рабочих температур большинства применяемых пенетрантов 10-50 °С. В ряде случаев могут использоваться специальные средства с диапазоном, смещенным в сторону более высоких или низких температур. Для визуализации дефектов используются жидкие проявители на базе летучих растворителей. Удаляют пенетрант и проявитель водой.

Типовое время  дефектоскопии рамы тележки локомотива капиллярным методом составляет 2 ч (без учета подготовительных операций по очистки поверхности), расход пенетранта при нанесении кисточкой — 1 литр.

Из деталей  сцепного устройства в незначительном объеме производится   контроль    магнитопорошковым способом (либо рентгеноскопией) крюков, преимущественно после выполнения сварочных работ.

Система стандартов в области неразрушающего контроля концерна DB включает качество поставляемых деталей подвижного состава, квалификацию персонала и организацию обучения, технологические процессы и их составляющие, требования к метрологическому обеспечению, анализ результатов, мониторинг и менеджмент.

Головной организаций  в области нормативно-технической документации на железных дорогах Германии является DB Systemtech-nik. Для разработки стандарта создается рабочая группа с участием ведущих специалистов этого подразделения, представителей эксплуатирующих организаций концерна DB, научных центров и предприятий-изготовителей продукции. Согласование разработанных стандартов осуществляется Федеральным ведомством железнодорожного транспорта (ЕВА).

Контрольные образцы (колесные лары с искусственными дефектами и т.д.) централизованно изготавливаются и проходят периодическую метрологическую аттестацию в испытательном центре DB Systemtechnik. В качестве характерной особенности средств метрологического обеспечения следует отметить широкое распространение контрольных образцов однократного применения, используемых для проверки качества магнитной суспензии и пе-нетрантов.

Требования к  организации и качеству подготовки персонала НК определены международным  стандартом EN 473. Ответственным за неразрушающий контроль на предприятиях является технический директор. Контроль качества проведения НК выполняет руководитель группы, имеющий второй либо третий уровень и прошедший дополнительное обучение на специализированных курсах.

Дефектоскописты, как правило, имеют первый уровень и при не-полнои занятости могут выполнять другие операции на ремонтном участке. Сертификация персонала для предприятий DB не является обязательной при условии, что ответственный за НК имеет уровень квалификации не ниже второго по методам НК, применяемым на данном предприятии. Персонал, проводящий операции контроля, проходит начальную подготовку и периодическое (раз в 5 лет) повышение квалификации и ежегодную проверку состояния зрения (для операторов, осуществляющих визуальный, магнитопорошковый и капиллярный контроль).

На железных дорогах Германии подготовку дефектоскопистов осуществляют по единой программе, но с разделением на НК рельсов и подвижного состава. Время подготовки специалиста по программе первого уровня составляет 40 ч. Для работы на автоматизированных установках проводится дополнительное обучение.

Подготовка персонала  по неразрушающему контролю на железных дорогах Франции осуществляется в дорожном учебном центре в Руане. Годовая программа обучения — 250 человек. Систему подготовки отличает узкая специализация по видам контроля и типам контролируемых деталей. Оператор готовится для конкретного технологического участка и операции, за счет этого сокращается время подготовки при обеспечении высокого качества практических навыков обнаружения дефектов. Так, обучение оператора ультразвукового контроля колесных пар первого уровня длится 12 дней, периодическое повышение квалификации — четыре дня. Последующее обучение на второй уровень занимает 12 дней. Для магнитопорошкового метода соответственно четыре дня обучения на первый уровень, один день — повышение квалификации, семь дней для обучения на второй уровень. Для капиллярного метода — четыре дня на первый уровень, шесть дней на второй и один день — периодическое повышение квалификации.

    VIII.БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 

    1.Контроль  качества изделий методами неразрушающего  контроля. М.Ф.Капустьян, В.А.Рыбник. ОмГУПС, Омск 2002, 27 c

    2.журнал  “Железные дороги мира”-2003, № 9 стр.59-63

    3. журнал “Железнодорожник” 2007, № 3 стр. 73-76

    4.Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник / Под ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986. 357 с.