УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В СТЕНКАХ БОЛТОВЫХ ОТВЕРСТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ, КОНТРОЛЕНЕПРИГОДНЫХ С ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК B61K9/10 G01N29/04 G01N29/11 

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии, а более конкретно к ультразвуковому (УЗ) контролю болтовых отверстий (б/о) железнодорожных рельсов (ж.д.) с поверхностными дефектами.

Усталостная радиальная трещина, выходящая из болтового отверстия в шейке рельса (дефект 53.1 по «Классификации дефектов рельсов НТД /ЦП-1-93». М.: Транспорт, 1993, с.10), является одной из причин изъятия рельса из пути. В результате развития такой трещины с торца выкалывается кусок головки рельса, что может привести к сходу подвижного состава (Тырин В. П. и др. Трещиностойкость рельса в зоне болтовых отверстий. //Вестник ВНИИЖТа, 1991, N 6, с.36-40). Поэтому разработка способов своевременного обнаружения указанных усталостных трещин является важнейшей задачей. Изобретение не имеет аналогов, т.к. все известные способы УЗ контроля болтовых отверстий ж.д. рельсов применимы только с поверхности катания и не годятся для дефектных рельсов, которых в пути очень много (дефекты 10.1, 17.1, 18.1, 47.1, 49.1 по «Классификации дефектов рельсов НТД/ЦП-1-93», с.5, 6, 9). Эти болтовые отверстия долгое время (до плановой замены рельсов) остаются не проверенными, что небезопасно для движения поездов.

Первая цель изобретения - повышение безопасности движения путем дополнительного контроля болтовых отверстий, которые в настоящее время не проверяются. Кроме того, все известные способы помехонеустойчивы к нарушениям технологии сверления (двойное сверление, овальность, натертость, заусенцы, не снятые фаски, лишние отверстия, глубокие маркировочные знаки) и во избежание перебраковки требуют дополнительной проверки (в настоящее время визуальной). Учитывая, что не каждая трещина может быть выявлена визуально, вторая цель изобретения - повышение достоверности и упрощение процесса обнаружения трещин в стенках болтовых отверстий.

Поставленная цель достигается тем, что импульсные ультразвуковые колебания возбуждают с поверхности шейки рельса, а не с поверхности катания, что во-первых, исключает влияние поверхностных дефектов, а во вторых, позволяет не обращать внимание на помехи из-за нарушения технологии сверления, так как озвучивается не само болтовое отверстие, а металл шейки рядом с ним. Кроме того, УЗ метод надежнее визуального.

Заявленный способ использует зеркально-теневой метод (ЗТМ) УЗ контроля. Способ заключается в том, что в контролируемом рельсе с помощью прямого раздельно-совмещенного (PC) ПЭП, расположенного рядом с отверстием так, что электроакустический экран лежит на условной линии, проходящей через центр отверстия, перпендикулярно поверхности шейки рельса излучают продольные УЗ колебания, принимают отраженные от противоположной поверхности шейки эхо-сигналы, перемещают PC ПЭП по поверхности шейки рельса вокруг отверстия. При отсутствии трещины на экране дефектоскопа присутствует «донный» эхо-сигнал. В тот момент, когда радиальная трещина оказывается между излучающей и принимающей пьезопластинами, «донный» сигнал исчезает или уменьшается, что является признаком обнаружения трещины. Во втором варианте используют два наклонных пьезоэлектрических преобразователя с углом ввода α, работающих в раздельном режиме излучения-приема, расположенных рядом с отверстием таким образом, что акустические оси преобразователей проходят по касательной к стенке отверстия.

Преобразователи направляют навстречу друг другу, чтобы эхо-сигнал, отраженный от противоположной поверхности шейки, попадал на приемник. Расстояние между ПЭП зависит от угла ввода B=tg(α°)H2, где α - угол ввода УЗ колебаний;

Н - толщина шейки.

При отсутствии трещины на экране дефектоскопа присутствует «донный» эхо-сигнал. В тот момент, когда радиальная трещина оказывается между преобразователями, «донный» сигнал исчезает или уменьшается, что является признаком обнаружения трещины.

На чертеже представлена схема прозвучивания отверстия с радиальными трещинами.

С поверхности шейки рельса 1 с отверстием 2 и радиальными трещинами 3 и 4 излучают с помощью наклонного ПИ ПЭП 5 поперечные УЗ колебания 6. Перемещают ПЭП 5, закрепленный на направляющей 7, по поверхности шейки 1 вокруг б/о 2. При наличии трещины 3 на экране дефектоскопа появляется эхо-сигнал от углового отражателя, образованного поверхностями трещины и шейки рельса.

С поверхности шейки рельса 1 с отверстием 2 и радиальными трещинами 3 и 4 с помощью прямого PC ПЭП 8 излучают продольные УЗ колебания 9, принимают отраженные от противоположной поверхности шейки эхо-сигналы 10. Перемещают PC ПЭП 8, закрепленный на направляющей 7, по поверхности шейки 1 вокруг б/о 2. В тот момент, когда радиальная трещина 4 оказывается между излучающей 11 и принимающей 12 пьезопластинами, «донный» сигнал исчезает или уменьшается, что является признаком обнаружения трещины.

Во втором варианте излучают с помощью наклонного ПИ ПЭП 5 поперечные УЗ колебания 6. Эхо-сигнал 13, отраженный от противоположной поверхности шейки, попадает на приемник 14. Систему, состоящую из преобразователей 5 и 14, закрепленных на направляющей 7, перемещают по поверхности шейки 1 вокруг б/о 2. В тот момент, когда радиальная трещина 3 оказывается между преобразователями, «донный» сигнал исчезает или уменьшается, что является признаком обнаружения трещины. Заявленный способ (варианты) успешно используется при проведении натурных осмотров б/о ж.д. рельсов работниками совмещенного вагона дефектоскопа №403 Октябрьской ж.д. Были обнаружены трещины, которые в полевых условиях трудно обнаружить визуально. Для его реализации были собраны приспособления, показанные на прилагаемых фотографиях. На фото 1 приспособление по второму варианту способа. На фото 2 приспособление по первому варианту.

Приспособления собраны из подручных материалов:

направляющая диаметром 35 мм, рукоятка произвольной длины и формы, детали крепежа. Использованы типовые ПЭП. Для реализации заявленного способа в практике УЗ контроля ж. д. рельсов без особых затруднений могут быть изготовлены более удобные и красивые приспособления.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля. В ультразвуковом способе обнаружения трещин в стенках болтовых отверстий железнодорожных рельсов, контроленепригодных с поверхности катания, согласно первому варианту в контролируемом рельсе с помощью прямого раздельно-совмещенного пьезоэлектрического преобразователя, расположенного рядом с отверстием так, что электроакустический экран лежит на условной линии, проходящей через центр отверстия, перпендикулярно поверхности шейки рельса излучают импульсные ультразвуковые колебания, принимают отраженные от противоположной поверхности шейки эхо-сигналы, перемещают преобразователь по поверхности шейки рельса вокруг отверстия, о наличии трещины судят по исчезновению или уменьшению эхо-сигнала. Согласно второму варианту используют два наклонных пьезоэлектрических преобразователя, работающих в раздельном режиме излучения-приема, расположенных рядом с отверстием таким образом, что акустические оси преобразователей проходят по касательной к стенке отверстия и направлены навстречу друг другу так, чтобы сигнал, отраженный от противоположной поверхности шейки, попадал на приемник, излучают ультразвуковые колебания, принимают отраженные от поверхности шейки эхо-сигналы, перемещают преобразователи по поверхности шейки рельса вокруг отверстия, о наличии трещины судят по исчезновению или уменьшению эхо-сигнала. В результате повышается безопасность движения, повышается достоверность обнаружения трещин в стенках болтовых отверстий. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ультразвуковой способ обнаружения трещин в стенках болтовых отверстий железнодорожных рельсов, контроленепригодных с поверхности катания, заключающийся в том, что в контролируемом рельсе с помощью прямого раздельно-совмещенного пьезоэлектрического преобразователя, расположенного рядом с отверстием так, что электроакустический экран лежит на условной линии, проходящей через центр отверстия, перпендикулярно поверхности шейки рельса излучают импульсные ультразвуковые колебания, принимают отраженные от противоположной поверхности шейки эхо-сигналы, перемещают преобразователь по поверхности шейки рельса вокруг отверстия, о наличии трещины судят по исчезновению или уменьшению эхо-сигнала.

2. Ультразвуковой способ обнаружения трещин в стенках болтовых отверстий железнодорожных рельсов, контроленепригодных с поверхности катания, заключающийся в том, что используют два наклонных пьезоэлектрических преобразователя, работающих в раздельном режиме излучения-приема, расположенных рядом с отверстием таким образом, что акустические оси преобразователей проходят по касательной к стенке отверстия и направлены навстречу друг другу так, чтобы сигнал, отраженный от противоположной поверхности шейки, попадал на приемник, излучают ультразвуковые колебания, принимают отраженные от поверхности шейки эхо-сигналы, перемещают преобразователи по поверхности шейки рельса вокруг отверстия, о наличии трещины судят по исчезновению или уменьшению эхо-сигнала.