JPH06201632A - レール頭部内疲労き裂の非破壊検査法 - Google Patents
レール頭部内疲労き裂の非破壊検査法Info
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- JPH06201632A JPH06201632A JP34852192A JP34852192A JPH06201632A JP H06201632 A JPH06201632 A JP H06201632A JP 34852192 A JP34852192 A JP 34852192A JP 34852192 A JP34852192 A JP 34852192A JP H06201632 A JPH06201632 A JP H06201632A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レール踏面からのき裂進展深さを定量的に検
出する方法、またさらに１次き裂からの横裂性き裂の存
在、またその１次き裂の進展長さも合わせて検出する。 【構成】 定電流電源に接続された電流入出力端子を、
レール頭部表面（踏面）上のき裂検索位置を介して離隔
配置し、その間で電位差計測装置に接続された電位差計
測端子をレール長手方向に定置するかまたは移動して、
レール頭部踏面またはその近くに発生した疲労き裂が、
レール内部に進展し、その途中から下方向に分岐し進展
する横裂性疲労き裂近傍の電位差あるいは電位差分布を
測定し、その測定結果とレールの特性値から、特定の式
に基づいて、横裂性き裂の存在する疲労き裂を特定し、
かつこのき裂のレール長手方向長さ、またレール内部へ
進展した横裂性き裂を含めた疲労き裂のレール踏面から
の垂直深さを測定する。
出する方法、またさらに１次き裂からの横裂性き裂の存
在、またその１次き裂の進展長さも合わせて検出する。 【構成】 定電流電源に接続された電流入出力端子を、
レール頭部表面（踏面）上のき裂検索位置を介して離隔
配置し、その間で電位差計測装置に接続された電位差計
測端子をレール長手方向に定置するかまたは移動して、
レール頭部踏面またはその近くに発生した疲労き裂が、
レール内部に進展し、その途中から下方向に分岐し進展
する横裂性疲労き裂近傍の電位差あるいは電位差分布を
測定し、その測定結果とレールの特性値から、特定の式
に基づいて、横裂性き裂の存在する疲労き裂を特定し、
かつこのき裂のレール長手方向長さ、またレール内部へ
進展した横裂性き裂を含めた疲労き裂のレール踏面から
の垂直深さを測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、使用中のレール頭部表
面（踏面）またはその直下に発生した疲労き裂が頭部内
に進展する際に、レール頭部踏面にほぼ平行して進展す
るき裂（１次き裂）に加え、その途中から下部方向に分
岐して進展する２次的な横裂性き裂の生成に対し、横裂
性き裂の踏面からの垂直深さ、横裂性き裂の有無、なら
びに１次き裂の大きさを検出するレール頭部内疲労き裂
の非破壊検査法に関するものである。
面（踏面）またはその直下に発生した疲労き裂が頭部内
に進展する際に、レール頭部踏面にほぼ平行して進展す
るき裂（１次き裂）に加え、その途中から下部方向に分
岐して進展する２次的な横裂性き裂の生成に対し、横裂
性き裂の踏面からの垂直深さ、横裂性き裂の有無、なら
びに１次き裂の大きさを検出するレール頭部内疲労き裂
の非破壊検査法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、とくに旅客鉄道の高速化、鉱山あ
るいは資源輸送鉄道の重荷重化が進められている中で、
耐損傷性の優れたレールが要求され、特開昭５５−１２
５２３１号公報の「溶接性低合金熱処理レール」や特開
昭５７−１９８２１６号公報の「高強度レール」など強
度、耐摩耗性、耐損傷性、さらには溶接性に優れたレー
ルが開発されている。しかしながら、レールには車輪が
繰り返し接触するレール頭部の踏面に、時としてダーク
スポット（頭頂面シェリング）あるいはフレーキングな
どと呼ばれる疲労き裂が発生し、その一部は２次き裂と
して横裂性き裂と呼ぶ複雑なき裂現象を起こし、放置す
ればついにはレールを折損させる原因となる。
るいは資源輸送鉄道の重荷重化が進められている中で、
耐損傷性の優れたレールが要求され、特開昭５５−１２
５２３１号公報の「溶接性低合金熱処理レール」や特開
昭５７−１９８２１６号公報の「高強度レール」など強
度、耐摩耗性、耐損傷性、さらには溶接性に優れたレー
ルが開発されている。しかしながら、レールには車輪が
繰り返し接触するレール頭部の踏面に、時としてダーク
スポット（頭頂面シェリング）あるいはフレーキングな
どと呼ばれる疲労き裂が発生し、その一部は２次き裂と
して横裂性き裂と呼ぶ複雑なき裂現象を起こし、放置す
ればついにはレールを折損させる原因となる。
【０００３】この横裂性き裂の発生は、新幹線や在来線
の高速運転区間で、近年とくに問題視されており、目視
検査、超音波検査法、磁気探傷法などによって早期発見
が試みられている。しかし、これらの検査法には種々の
技術課題があり、未だ確立されたとは言えない。例え
ば、最も汎用的な超音波検査法においてすら、とくにレ
ール踏面下よりほぼ水平に進展する１次き裂から分岐し
下方に進展する横裂性き裂の検出は、レールの踏面から
は１次き裂に遮蔽されて検出が不可能であること、レー
ル頭部の側面からは錆やグリースでレール表面性状が悪
く検査に手間がかかって連続検査に難しい問題があるな
ど、実用上において大きな制約があった。
の高速運転区間で、近年とくに問題視されており、目視
検査、超音波検査法、磁気探傷法などによって早期発見
が試みられている。しかし、これらの検査法には種々の
技術課題があり、未だ確立されたとは言えない。例え
ば、最も汎用的な超音波検査法においてすら、とくにレ
ール踏面下よりほぼ水平に進展する１次き裂から分岐し
下方に進展する横裂性き裂の検出は、レールの踏面から
は１次き裂に遮蔽されて検出が不可能であること、レー
ル頭部の側面からは錆やグリースでレール表面性状が悪
く検査に手間がかかって連続検査に難しい問題があるな
ど、実用上において大きな制約があった。
【０００４】このような背景から本発明の関係者らは、
特願平３−１１７１９２号によって詳細に説明するよう
に、電位差法を用いてレール頭部内部の水平に進展する
１次き裂から分岐した横裂性き裂の有無、大きさ（垂直
深さ）を定量評価する方法を開発した。
特願平３−１１７１９２号によって詳細に説明するよう
に、電位差法を用いてレール頭部内部の水平に進展する
１次き裂から分岐した横裂性き裂の有無、大きさ（垂直
深さ）を定量評価する方法を開発した。
【０００５】この先願の発明は、定電流源に接続された
電流入出力端子を、レールのき裂検索位置を介してレー
ル踏面上に離隔配置し、その間で電位差計測装置に接続
された電位差測定端子を任意の一定間隔でレール長手方
向に定置または移動して、横裂性き裂近傍の電位差ある
いは電位差分布を測定し、あらかじめ得られた異常電位
変化量の値、その検出間隔に対し、横裂性き裂の垂直深
さ成分を関係づけた次なる式、 ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈ＝α（ｂ・ sinθ／ｈ）2 （１） ΔＶ：電位差 ｔ：レール頭部幅 ρ：抵抗率
Ｉ：電流値 ΔＸ：測定間隔 ｈ：レール有効高さ α：形状因子 ｂ ：横裂性き裂長さ θ：横裂性き裂
の傾き角 に基づいて、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈの値を求める
ことにより、横裂性き裂すなわち２次き裂の進展深さ、
換言すればき裂長さの垂直成分を知る検査法である。ま
たその異常電位変化位置より、横裂性き裂を持つ水平き
裂の存在、大きさを非破壊的に検査するものである。
電流入出力端子を、レールのき裂検索位置を介してレー
ル踏面上に離隔配置し、その間で電位差計測装置に接続
された電位差測定端子を任意の一定間隔でレール長手方
向に定置または移動して、横裂性き裂近傍の電位差ある
いは電位差分布を測定し、あらかじめ得られた異常電位
変化量の値、その検出間隔に対し、横裂性き裂の垂直深
さ成分を関係づけた次なる式、 ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈ＝α（ｂ・ sinθ／ｈ）2 （１） ΔＶ：電位差 ｔ：レール頭部幅 ρ：抵抗率
Ｉ：電流値 ΔＸ：測定間隔 ｈ：レール有効高さ α：形状因子 ｂ ：横裂性き裂長さ θ：横裂性き裂
の傾き角 に基づいて、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈの値を求める
ことにより、横裂性き裂すなわち２次き裂の進展深さ、
換言すればき裂長さの垂直成分を知る検査法である。ま
たその異常電位変化位置より、横裂性き裂を持つ水平き
裂の存在、大きさを非破壊的に検査するものである。
【０００６】この方法は、実施例に示すように、レール
中の１次き裂が典型的にレール踏面に平行に生成し、そ
れに横裂性き裂が生じた場合を想定して、理論的ならび
に実験的に確立されたもので、実際の使用にあたっては
海外重荷重鉄道レールに発生するレール頭部内部位置に
発生起点を持つＧＣシェリングからレール横断面方向に
進展したＴＤ（Transverse Defects）や、高速鉄道レー
ルに見られるダークスポットでも、１次き裂の横断面成
分、すなわち１次き裂の垂直成分の比率が小さく、ほぼ
無視できる場合に極めて有力な検査方法である。
中の１次き裂が典型的にレール踏面に平行に生成し、そ
れに横裂性き裂が生じた場合を想定して、理論的ならび
に実験的に確立されたもので、実際の使用にあたっては
海外重荷重鉄道レールに発生するレール頭部内部位置に
発生起点を持つＧＣシェリングからレール横断面方向に
進展したＴＤ（Transverse Defects）や、高速鉄道レー
ルに見られるダークスポットでも、１次き裂の横断面成
分、すなわち１次き裂の垂直成分の比率が小さく、ほぼ
無視できる場合に極めて有力な検査方法である。
【０００７】しかしながら、高速鉄道レール頭部表面に
発生するダークスポットは、１次き裂の発生点からレー
ル内部へ山形ないしは傘状、あるいはその一部分をなし
た形状で、３次元的に内部へ進展し、１次き裂の深さが
比較的大きい（例えば１０mm）場合も多く観察され、こ
の場合は、一次き裂の垂直成分の影響は無視できず、こ
れより分岐し進展する２次的な横裂性き裂の垂直成分
（ｂ sinθ）を式（１）に基づいて定量評価することは
事実上できない。したがってこのような複雑な１次き裂
を有するダークスポットに生じた横裂性き裂の検出方法
を探索する必要がある。
発生するダークスポットは、１次き裂の発生点からレー
ル内部へ山形ないしは傘状、あるいはその一部分をなし
た形状で、３次元的に内部へ進展し、１次き裂の深さが
比較的大きい（例えば１０mm）場合も多く観察され、こ
の場合は、一次き裂の垂直成分の影響は無視できず、こ
れより分岐し進展する２次的な横裂性き裂の垂直成分
（ｂ sinθ）を式（１）に基づいて定量評価することは
事実上できない。したがってこのような複雑な１次き裂
を有するダークスポットに生じた横裂性き裂の検出方法
を探索する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、レール頭部踏面またはその直下に発生した疲労き裂
が、レール頭部に進展する際に、レール踏面に最初山形
に、その後平行に進展する１次き裂と、その途中からさ
らに頭部内部方向に分岐して進展する２次的な横裂性き
裂を加え合わせた、レール踏面からのき裂進展深さを定
量的に検出する方法、またさらに１次き裂からの横裂性
き裂の存在、またその１次き裂の進展長さも合わせて検
出することにある。
は、レール頭部踏面またはその直下に発生した疲労き裂
が、レール頭部に進展する際に、レール踏面に最初山形
に、その後平行に進展する１次き裂と、その途中からさ
らに頭部内部方向に分岐して進展する２次的な横裂性き
裂を加え合わせた、レール踏面からのき裂進展深さを定
量的に検出する方法、またさらに１次き裂からの横裂性
き裂の存在、またその１次き裂の進展長さも合わせて検
出することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の要旨は、
定電流電源に接続された電流入出力端子を、レール頭部
踏面上のき裂検索位置を介して離隔配置し、その間で電
位差計測装置に接続された電位差計測端子をレール長手
方向に定置するかまたは移動して、レール頭部踏面ない
しは踏面内部に発生した疲労き裂が、１次き裂としてレ
ール内部に進展し、かつその途中から分岐し２次的横裂
性き裂としてさらにレール頭部内部を下方向に進展する
疲労き裂近傍の電位差あるいは電位差分布を測定し、そ
の結果得られた異常電位変化量およびその検出間隔か
ら、次なる式 ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈ＝α（Ｌ2 ／ｈ）2 （２） ΔＶ：電位差 ｔ：レール頭部幅 ρ：抵抗率
Ｉ：電流値 ΔＸ：測定間隔 ｈ：レール有効高さ α：形状因子 Ｌ2 ：レール頭部表面（踏面）からの垂直き裂深さ に基づいて、横裂性き裂をもつ疲労き裂の存在、横裂性
き裂を含めたき裂のレール頭部垂直方向総深さ、さらに
はレール長手方向の１次き裂の長さを非破壊的に測定す
るものである。
定電流電源に接続された電流入出力端子を、レール頭部
踏面上のき裂検索位置を介して離隔配置し、その間で電
位差計測装置に接続された電位差計測端子をレール長手
方向に定置するかまたは移動して、レール頭部踏面ない
しは踏面内部に発生した疲労き裂が、１次き裂としてレ
ール内部に進展し、かつその途中から分岐し２次的横裂
性き裂としてさらにレール頭部内部を下方向に進展する
疲労き裂近傍の電位差あるいは電位差分布を測定し、そ
の結果得られた異常電位変化量およびその検出間隔か
ら、次なる式 ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈ＝α（Ｌ2 ／ｈ）2 （２） ΔＶ：電位差 ｔ：レール頭部幅 ρ：抵抗率
Ｉ：電流値 ΔＸ：測定間隔 ｈ：レール有効高さ α：形状因子 Ｌ2 ：レール頭部表面（踏面）からの垂直き裂深さ に基づいて、横裂性き裂をもつ疲労き裂の存在、横裂性
き裂を含めたき裂のレール頭部垂直方向総深さ、さらに
はレール長手方向の１次き裂の長さを非破壊的に測定す
るものである。
【００１０】この結果、とくにき裂総深さを定量化でき
ることを見出したことにより、たとえば超音波探傷法に
より、１次き裂のレール踏面からの深さは容易に測定で
きるため、求められたき裂の総深さから１次き裂深さを
差引くことにより、横裂性き裂の進展深さも知ることが
できる。さらにまた、１次き裂のみ存在する場合のその
深さに対する電位差をあらかじめ測定しておけば、横裂
性き裂の存在する疲労き裂すなわちダークスポットを見
出し、かつその大きさ（１次き裂長さ）も定量できる。
ることを見出したことにより、たとえば超音波探傷法に
より、１次き裂のレール踏面からの深さは容易に測定で
きるため、求められたき裂の総深さから１次き裂深さを
差引くことにより、横裂性き裂の進展深さも知ることが
できる。さらにまた、１次き裂のみ存在する場合のその
深さに対する電位差をあらかじめ測定しておけば、横裂
性き裂の存在する疲労き裂すなわちダークスポットを見
出し、かつその大きさ（１次き裂長さ）も定量できる。
【００１１】以下本発明について図面を参照しながら詳
細に説明する。図１は、本発明方法の一実施方法を示す
図であり、図において１は非破壊測定物のレールであ
る。２は電流入出力端子で、レール１の頭部踏面上を該
レール長手方向にき裂位置を充分含んだ離隔位置に下端
を接触させて配置し、一方は定電流源３に接続されてい
る。すなわち、定電流源３から供給された電流は、入力
側の電流端子２からレール１のき裂検索位置の間を経
て、出力側の電流端子２から定電流源３に戻る経路に接
続されている。４は定置あるいは移動可能な電位差測定
端子で、その一端はレール踏面上で離隔して配置された
電流入出力端子２−２の間に電位差測定が可能なように
離隔配置され、他端は電位差計測装置５に接続されてい
る。すなわち、レール１の内部にあるき裂からの異常電
位変化を電位差検出端子４−４で検出し、その検出値を
電位差計測装置５で記録するように構成されている。６
はデータ解析装置で、電位差計測装置５に接続されてい
る。
細に説明する。図１は、本発明方法の一実施方法を示す
図であり、図において１は非破壊測定物のレールであ
る。２は電流入出力端子で、レール１の頭部踏面上を該
レール長手方向にき裂位置を充分含んだ離隔位置に下端
を接触させて配置し、一方は定電流源３に接続されてい
る。すなわち、定電流源３から供給された電流は、入力
側の電流端子２からレール１のき裂検索位置の間を経
て、出力側の電流端子２から定電流源３に戻る経路に接
続されている。４は定置あるいは移動可能な電位差測定
端子で、その一端はレール踏面上で離隔して配置された
電流入出力端子２−２の間に電位差測定が可能なように
離隔配置され、他端は電位差計測装置５に接続されてい
る。すなわち、レール１の内部にあるき裂からの異常電
位変化を電位差検出端子４−４で検出し、その検出値を
電位差計測装置５で記録するように構成されている。６
はデータ解析装置で、電位差計測装置５に接続されてい
る。
【００１２】データ解析装置６は、電位差計測装置５で
記録した電位差あるいは電位差分布曲線から求めた異常
電位変化量およびその位置から、上記計算式（２）に基
づいて図２に示すようなレール１の頭部に発生した１次
き裂７と分岐または屈曲した横裂性き裂８を加えた垂直
深さを測定するとともに、８を生じた１次き裂７の位
置、長手方向長さを測定する構造に構成されている。
記録した電位差あるいは電位差分布曲線から求めた異常
電位変化量およびその位置から、上記計算式（２）に基
づいて図２に示すようなレール１の頭部に発生した１次
き裂７と分岐または屈曲した横裂性き裂８を加えた垂直
深さを測定するとともに、８を生じた１次き裂７の位
置、長手方向長さを測定する構造に構成されている。
【００１３】上記のような本発明法によると、非破壊測
定物のレール１のレール頭部踏面上に定電流源３に接続
された電流入出力端子２から少なくとも数Ａ以上の一定
電流を流し、しかも電位差検出端子４をレール踏面上長
手方向に定置または移動させ、電位差検出端子４でその
間の電位差を測定し、その測定結果を電位差計測装置５
で記録し、さらにデータ解析装置６に送信する。データ
解析装置６では、新しく見出された以下の解析原理に基
づいて解析が行われる。
定物のレール１のレール頭部踏面上に定電流源３に接続
された電流入出力端子２から少なくとも数Ａ以上の一定
電流を流し、しかも電位差検出端子４をレール踏面上長
手方向に定置または移動させ、電位差検出端子４でその
間の電位差を測定し、その測定結果を電位差計測装置５
で記録し、さらにデータ解析装置６に送信する。データ
解析装置６では、新しく見出された以下の解析原理に基
づいて解析が行われる。
【００１４】一定電流の流れている導体の電位変化は、
レールのように事実上断面、電気抵抗率が一定と考えら
れる場合、オームの法則からその測定間隔と比例関係に
ある。従ってレールの長手方向に一定の電流を流した場
合、電位変化はき裂のない場合、その測定間隔あるいは
距離に対し直線的に変化するが、図２に示したような山
形状の１次き裂が存在し、かつまた２次き裂として横裂
性き裂が内在する場合には、式（２）の関係が成立する
ことを見出した。すなわち複雑な１次き裂、さらに横裂
性き裂を含む場合でも、き裂のレールに対する長手方向
成分すなわち水平成分は、電位変化にはほとんど寄与せ
ず、レール横断面への投影成分、すなわち深さ成分のみ
に大きく影響されることを解析的に定式化し、かつ実験
的に確認できたことによる。
レールのように事実上断面、電気抵抗率が一定と考えら
れる場合、オームの法則からその測定間隔と比例関係に
ある。従ってレールの長手方向に一定の電流を流した場
合、電位変化はき裂のない場合、その測定間隔あるいは
距離に対し直線的に変化するが、図２に示したような山
形状の１次き裂が存在し、かつまた２次き裂として横裂
性き裂が内在する場合には、式（２）の関係が成立する
ことを見出した。すなわち複雑な１次き裂、さらに横裂
性き裂を含む場合でも、き裂のレールに対する長手方向
成分すなわち水平成分は、電位変化にはほとんど寄与せ
ず、レール横断面への投影成分、すなわち深さ成分のみ
に大きく影響されることを解析的に定式化し、かつ実験
的に確認できたことによる。
【００１５】以下にその理論解析の基本を示す。図３
は、解析に用いたき裂の２次元モデルで、ａ2 ，ｅはそ
れぞれ１次き裂の列車進行方向および反対方向のき裂水
平方向長さ、またθ2 ，θ3 はそれぞれの内部方向への
進展角度、ｃ2 ，θ1 は横裂性き裂が分岐する水平長さ
および進展角度である。ｂ2 ，Ｌ2 は横裂性き裂および
レール踏面からのき裂垂直深さを示す。Ｘはレール長手
方向座標で、き裂の起点を０にとっている。Ｉは電流
値、ｈ* はレール有効高さに相当する厚さである。
は、解析に用いたき裂の２次元モデルで、ａ2 ，ｅはそ
れぞれ１次き裂の列車進行方向および反対方向のき裂水
平方向長さ、またθ2 ，θ3 はそれぞれの内部方向への
進展角度、ｃ2 ，θ1 は横裂性き裂が分岐する水平長さ
および進展角度である。ｂ2 ，Ｌ2 は横裂性き裂および
レール踏面からのき裂垂直深さを示す。Ｘはレール長手
方向座標で、き裂の起点を０にとっている。Ｉは電流
値、ｈ* はレール有効高さに相当する厚さである。
【００１６】図４は、図３に示されたき裂を特徴づける
各位置の値、すなわちａ2 ，ｂ2 ，ｃ2 ，ｅ，Ｌ2 ，θ
1 ，θ2 ，θ3 を変化させて、Ｖ・ｔ／ρ・ＩとＸ／ｈ
* との関係を整理した二三の計算例を示すが、ａ2 ／ｈ
* ＝０．３，ｃ2 ／ｈ* ＝０．１，ｅ／ｈ* ＝０．１，
θ2 ＝２０°，θ3 ＝１０°を一定とし、ｂ2 ／ｈ*＝
０．１５，０．２０，０．２５またθ1 ＝６０°，９０
°と変化させたとき得られたものである。
各位置の値、すなわちａ2 ，ｂ2 ，ｃ2 ，ｅ，Ｌ2 ，θ
1 ，θ2 ，θ3 を変化させて、Ｖ・ｔ／ρ・ＩとＸ／ｈ
* との関係を整理した二三の計算例を示すが、ａ2 ／ｈ
* ＝０．３，ｃ2 ／ｈ* ＝０．１，ｅ／ｈ* ＝０．１，
θ2 ＝２０°，θ3 ＝１０°を一定とし、ｂ2 ／ｈ*＝
０．１５，０．２０，０．２５またθ1 ＝６０°，９０
°と変化させたとき得られたものである。
【００１７】き裂がない場合は、直線的な変化を示す
が、き裂のある場合、き裂の発生した踏面の位置で不連
続な変化を示し、１次き裂の長さに対応した部分は電位
変化が一定となっている。また２次き裂すなわち横裂性
き裂の大きさによって、き裂のない電位変化を示す直線
から偏位している。
が、き裂のある場合、き裂の発生した踏面の位置で不連
続な変化を示し、１次き裂の長さに対応した部分は電位
変化が一定となっている。また２次き裂すなわち横裂性
き裂の大きさによって、き裂のない電位変化を示す直線
から偏位している。
【００１８】これらの変化、すなわちダークスポットに
おいて、き裂のない場合の直線的電位変化からずれた異
常電位変化は、横裂性き裂を有するダークスポットの存
在、またその変化域は１次き裂の長手方向長さ、さらに
直線的電位変化からの平行偏位量は疲労き裂全体の垂直
深さと良好な相関のあることが見出された。とくにき裂
深さを定量的に求めるために、１次き裂全体を跨いだΔ
Ｘなる間隔の全電位変化量ΔＶを、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−
ΔＸ／ｈ* とすれば、この値はき裂が垂直成分をもつ場
合の異常電位差を示すことになる。
おいて、き裂のない場合の直線的電位変化からずれた異
常電位変化は、横裂性き裂を有するダークスポットの存
在、またその変化域は１次き裂の長手方向長さ、さらに
直線的電位変化からの平行偏位量は疲労き裂全体の垂直
深さと良好な相関のあることが見出された。とくにき裂
深さを定量的に求めるために、１次き裂全体を跨いだΔ
Ｘなる間隔の全電位変化量ΔＶを、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−
ΔＸ／ｈ* とすれば、この値はき裂が垂直成分をもつ場
合の異常電位差を示すことになる。
【００１９】図５は、この値とき裂の垂直成分Ｌ2 ／ｈ
* との関係を示したものである。この関係は式（２）に
より表すことができる。なお形状因子αは厳密にはｅ／
ｈ*やθ3 依存性があるが、その変化は小さく、実質的
には一定としてよい。一般に１次き裂は、大多数がレー
ル踏面下１０mm程度かそれ以内に存在することが確認さ
れており、例えば５０Ｎレールの場合でもＬ2 ／ｈ* と
して０．１程度以下であること、また１次き裂の深さ検
出は超音波探傷法で容易に確認できることを考慮すれ
ば、普通問題となる数mm以上の横裂性き裂は充分分離し
て検出が可能となる。
* との関係を示したものである。この関係は式（２）に
より表すことができる。なお形状因子αは厳密にはｅ／
ｈ*やθ3 依存性があるが、その変化は小さく、実質的
には一定としてよい。一般に１次き裂は、大多数がレー
ル踏面下１０mm程度かそれ以内に存在することが確認さ
れており、例えば５０Ｎレールの場合でもＬ2 ／ｈ* と
して０．１程度以下であること、また１次き裂の深さ検
出は超音波探傷法で容易に確認できることを考慮すれ
ば、普通問題となる数mm以上の横裂性き裂は充分分離し
て検出が可能となる。
【００２０】上に述べた測定原理に従って、次のような
手順でレール頭部に生じた疲労き裂について、そのき裂
が２次的な横裂性き裂を持つかどうか、また横裂性き裂
を持つ場合、その疲労き裂の位置、大きさ、垂直深さを
検出する。 （１）測定すべき疲労き裂を有するレールの部分、およ
びその前後で疲労き裂のない部分に、一定電流を流す。 （２）等しい測定端子間隔ΔＸで、疲労き裂を有する部
分および有しない部分の電位差ΔＶ，ΔＶ0 を測定す
る。その際、ΔＶはき裂による電位の変化を充分含む変
化量を測定する。 （３）レール高さの代わりに、レール断面積をレール頭
部幅で割ったレール有効高さｈを求める。 （４）パラメータΔＸ，ΔＶ，ΔＶ0 ，ｈを式（２）に
代入し、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈを求める。 （５）あらかじめ求めておいたΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ
／ｈとＬ2 ／ｈとの関係図または表からＬ2 ／ｈを求
め、レール踏面よりの疲労き裂の総垂直深さを知る。 （６）超音波探傷法あるいは別の方法により、１次き裂
のレール踏面よりの深さを測定し、その垂直深さを差し
引くことにより横裂性き裂の進展深さを知る。 （７）また電位勾配が変化する開始および終了点をとる
ことにより、横裂性き裂の有無、ならびに１次き裂の大
きさを知る。
手順でレール頭部に生じた疲労き裂について、そのき裂
が２次的な横裂性き裂を持つかどうか、また横裂性き裂
を持つ場合、その疲労き裂の位置、大きさ、垂直深さを
検出する。 （１）測定すべき疲労き裂を有するレールの部分、およ
びその前後で疲労き裂のない部分に、一定電流を流す。 （２）等しい測定端子間隔ΔＸで、疲労き裂を有する部
分および有しない部分の電位差ΔＶ，ΔＶ0 を測定す
る。その際、ΔＶはき裂による電位の変化を充分含む変
化量を測定する。 （３）レール高さの代わりに、レール断面積をレール頭
部幅で割ったレール有効高さｈを求める。 （４）パラメータΔＸ，ΔＶ，ΔＶ0 ，ｈを式（２）に
代入し、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈを求める。 （５）あらかじめ求めておいたΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ
／ｈとＬ2 ／ｈとの関係図または表からＬ2 ／ｈを求
め、レール踏面よりの疲労き裂の総垂直深さを知る。 （６）超音波探傷法あるいは別の方法により、１次き裂
のレール踏面よりの深さを測定し、その垂直深さを差し
引くことにより横裂性き裂の進展深さを知る。 （７）また電位勾配が変化する開始および終了点をとる
ことにより、横裂性き裂の有無、ならびに１次き裂の大
きさを知る。
【００２１】
【実施例】次に本発明法の実施例を説明する。測定は、
本発明法以外では測定が不可能な、レール頭部踏面から
山形ないしは傘状、あるいはその一部をなしてレール内
部に進展する１次き裂と、それから分岐して、さらにレ
ール内部に進展する横裂性き裂の検出をするため、実用
レール頭部にあらかじめ人工的にき裂を内在させたレー
ル試験片を作成した。
本発明法以外では測定が不可能な、レール頭部踏面から
山形ないしは傘状、あるいはその一部をなしてレール内
部に進展する１次き裂と、それから分岐して、さらにレ
ール内部に進展する横裂性き裂の検出をするため、実用
レール頭部にあらかじめ人工的にき裂を内在させたレー
ル試験片を作成した。
【００２２】レールはＪＩＳ−５０Ｎレールを用い、図
６に示すような実際に近い形の１次き裂、横裂性き裂を
作成した。すなわち開先加工とスリット加工により、１
次き裂、横裂性き裂を模した０．３mm程度のスリット加
工を施した後、レールと同じ高炭素成分の溶接棒によ
り、残部を肉盛溶接、仕上げ加工、焼ならしにより、組
織、硬さをレール母材と同じとした。その際、実際のき
裂の大きさを参照し、図６内の表に示すき裂をもつ試験
片Ｃ１〜Ｃ３を用いた。測定間隔は１６０mm、電流は４
０Ａとした。
６に示すような実際に近い形の１次き裂、横裂性き裂を
作成した。すなわち開先加工とスリット加工により、１
次き裂、横裂性き裂を模した０．３mm程度のスリット加
工を施した後、レールと同じ高炭素成分の溶接棒によ
り、残部を肉盛溶接、仕上げ加工、焼ならしにより、組
織、硬さをレール母材と同じとした。その際、実際のき
裂の大きさを参照し、図６内の表に示すき裂をもつ試験
片Ｃ１〜Ｃ３を用いた。測定間隔は１６０mm、電流は４
０Ａとした。
【００２３】図７は、ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈとＬ
2 ／ｈの理論解析による曲線の上に、実際の測定結果を
プロットしたもので、従来非破壊的に測定ができなかっ
た。現実のダークスポットをより近似した複雑な１次き
裂の下に存在する疲労き裂の垂直深さを充分に検出でき
ることを示している。
2 ／ｈの理論解析による曲線の上に、実際の測定結果を
プロットしたもので、従来非破壊的に測定ができなかっ
た。現実のダークスポットをより近似した複雑な１次き
裂の下に存在する疲労き裂の垂直深さを充分に検出でき
ることを示している。
【００２４】理論曲線からのずれは、レール頭部幅方向
でき裂のない部分からの電流の回り込みによる影響であ
り、最大２０％程度となっている。１次き裂の幅を考慮
した補正も可能であるが、実用的には充分な信頼性をも
ってレールの垂直き裂深さを検出でき、超音波探傷法な
どにより１次き裂の深さ測定と組合せることにより、横
裂性き裂も充分な精度で検出できることを確認した。
でき裂のない部分からの電流の回り込みによる影響であ
り、最大２０％程度となっている。１次き裂の幅を考慮
した補正も可能であるが、実用的には充分な信頼性をも
ってレールの垂直き裂深さを検出でき、超音波探傷法な
どにより１次き裂の深さ測定と組合せることにより、横
裂性き裂も充分な精度で検出できることを確認した。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した本発明の検査法により、レ
ール内部に進展した横裂性き裂を含めた疲労き裂を、高
精度に検出することが可能となった。
ール内部に進展した横裂性き裂を含めた疲労き裂を、高
精度に検出することが可能となった。
【図１】本発明法の装置の構成を示す。
【図２】レール頭部内部の１次き裂、２次き裂のモデル
図を示す。
図を示す。
【図３】き裂の２次元解析モデルを示す。
【図４】き裂の有無、その状態の違いによる電位差変化
の様子を示す。
の様子を示す。
【図５】ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈ* とＬ2 ／ｈ* と
の間の理論解析曲線および計算例を示す。
の間の理論解析曲線および計算例を示す。
【図６】横裂性き裂を有するレール標準試験片例を示
す。
す。
【図７】ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈとα（Ｌ2 ／ｈ）
2 との間の理論解析曲線および実施例を示す。
2 との間の理論解析曲線および実施例を示す。
【符号の説明】 １ レール ２ 電流入出力端子 ３ 定電流源 ４ 電位差測定端子 ５ 電位差計測装置 ６ データ解析装置 ７ １次き裂 ８ 横裂性き裂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 博之 宮城県仙台市太白区八木山南一丁目５番地 の６ (72)発明者 湯浅 大二郎 神奈川県川崎市中原区上小田中300番 パ シオーネＮＫＫ新城Ａ−234 (72)発明者 杉野 和男 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 松岡 良明 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 影山 英明 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内
Claims (1)
- 【請求項１】 定電流電源に接続された電流入出力端子
を、レール頭部表面（踏面）上のき裂検索位置を介して
離隔配置し、その間で電位差計測装置に接続された電位
差計測端子をレール長手方向に定置するかまたは移動し
て、レール頭部踏面またはその近くに発生した疲労き裂
が、レール内部に進展し、かつその途中から下方向に分
岐し進展する横裂性疲労き裂近傍の電位差あるいは電位
差分布を測定し、その測定結果とレールの特性値から、
次なる式 ΔＶ・ｔ／ρ・Ｉ−ΔＸ／ｈ＝α（Ｌ2 ／ｈ）2 ΔＶ：電位差 ｔ：レール頭部幅 ρ：抵抗率
Ｉ：電流値 ΔＸ：測定間隔 ｈ：レール有効高さ α：形状因子 Ｌ2 ：レール表面（踏面）よりのき裂深さ に基づいて、横裂性き裂の存在する疲労き裂を特定し、
かつこのき裂のレール長手方向長さ、またレール内部へ
進展した横裂性き裂を含めた疲労き裂のレール踏面から
の垂直深さを測定することを特徴とするレール頭部内疲
労き裂の非破壊検査法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34852192A JPH06201632A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | レール頭部内疲労き裂の非破壊検査法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34852192A JPH06201632A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | レール頭部内疲労き裂の非破壊検査法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201632A true JPH06201632A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=18397576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34852192A Withdrawn JPH06201632A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | レール頭部内疲労き裂の非破壊検査法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06201632A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113030187A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-25 | 桂林理工大学 | 一种电磁无损表征钢轨滚动接触疲劳裂纹簇三维尺寸的方法 |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP34852192A patent/JPH06201632A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113030187A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-06-25 | 桂林理工大学 | 一种电磁无损表征钢轨滚动接触疲劳裂纹簇三维尺寸的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000307 |