RU2436080C1 - Способ ультразвукового контроля подошвы рельсов - Google Patents

Abstract

Использование: для контроля подошвы рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой контроль подошвы рельсов осуществляют путем прозвучивания зоны контроля совмещенным наклонным преобразователем, перемещаемым по плоскости катания рельса, принимают им эхо-сигналы и регистрируют их, при этом дополнительно прозвучивают область контроля и принимают эхо-сигналы вторым совмещенным наклонным преобразователем, перемещаемым по плоскости катания, причем акустические оси обоих преобразователей ориентированы вдоль продольной оси рельса, но в противоположные стороны, регистрируют вторым преобразователем эхо-сигналы, сдвигают дефектограмму одного из преобразователей относительно дефектограммы другого на расстояние, равное расстоянию между акустическими осями преобразователей в зоне контроля в один и тот же момент времени, скорректированное на разность времен задержки преобразователей, и по временному совпадению эхо-сигналов на смещенных дефектограммах определяют наличие трещины. Технический результат: обеспечение возможности с большой степенью достоверности выявлять поперечные трещины. 4 ил.

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю железнодорожных рельсов ультразвуковым методом и может быть использовано для обнаружения дефектов в виде поперечных трещин в подошвах рельсов, уложенных в железнодорожный путь.

В соответствии с ГОСТом 18576-85 (Контроль неразрушающий. / Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые, М., Изд-во стандартов, 1985) для контроля подошвы допускается введение ультразвуковых колебаний через поверхность катания головки рельса, где условия акустического контакта оптимальны и могут быть применены при сплошном контроле качества рельсов с помощью съемных дефектоскопных тележек.

Известен способ контроля рельсов, в котором акустические оси ультразвуковых наклонных преобразователей ориентированы вдоль продольной оси рельсов, причем один из них является излучающим, а другой приемным. Ультразвуковые колебания, генерируемые излучающим преобразователем, зеркально отражаясь от поверхности дефекта, претерпевают переотражение от внутренней поверхности подошвы рельса и принимаются приемным преобразователем. Взаимно смещая преобразователи вдоль продольной оси рельса по поверхности катания, контролируют рельс по всей длине (Путь и путевое хозяйство. Сборник. Ультразвуковая дефектоскопия, №66, М., ЦНИИТЭИ МПС, 1971, с.14-17).

Недостатком рассмотренного способа является низкий уровень выявляемости дефектов в виде поперечных трещин в подошве рельсов, ввиду того, что сигналы от других дефектов могут иметь больший размер.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ ультразвукового контроля подошвы рельсов заключающийся в том, что излучают наклонным совмещенным преобразователем в рельс с поверхности катания ультразвуковые колебания, принимают этим же преобразователем отраженные ультразвуковые колебания и по величине амплитуды принятых сигналов делают заключение о наличии и размере дефекта и, соответственно, о качестве рельса (Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. СПб.: Образование - Культура. 1999, 230 с.). Но при такой схеме прозвучивания достоверность контроля мала. Это объясняется тем, что могут быть приняты сигналы не только от поперечных трещин, которые являются наиболее опасными дефектами, но и от механических повреждений подошвы, которые в данный момент времени не представляют опасности. Часто записываются дефекты, возникающие на поверхности подошвы рельса от трения подкладки, возможна запись сигнала от диффузно-отражающей поверхности. Более того, известным способом невозможно отличить коррозийную раковину от трещины. Коррозийная трещина имеет очень малые по сравнению с другими дефектами размеры - со спичечную головку, а ломается строго пополам, между тем раковина может достигать глубины 8 мм и более, и ничего не случается.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка способа, позволяющего с большой степенью достоверности выявлять поперечные трещины.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, так же как и в известном, прозвучивают зону контроля совмещенным наклонным преобразователем, установленным на плоскости катания рельса, и принимают им эхо-сигналы и регистрируют их. Но в отличие от известного в предлагаемом способе дополнительно прозвучивают область контроля, принимают эхо-сигналы вторым совмещенным наклонным преобразователем, установленным на плоскости катания, регистрируют их, причем акустические оси обоих преобразователей ориентированы вдоль продольной оси рельса, но в противоположные стороны, и по приему эхо-сигналов обоими преобразователями от одной и той же точки определяют наличие в ней поперечной трещины.

Достигаемым техническим результатом является увеличение достоверности выявления поперечных трещин в подошве рельсов.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый способ предусматривает прозвучивание одной и той же точки, в том числе и поперечной трещины с двух противоположных сторон. Он реализуется за счет того, что каждую точку в зоне контроля прозвучивают двумя преобразователями, акустические оси которых ориентированы в противоположные стороны, а затем сравнивают принятые эхо-сигналы от этой точки, но с противоположных сторон обоими преобразователями. При наличии поперечной трещины оба преобразователя примут эхо-сигнал.

Совокупность существенных признаков, сформулированная в пункте 2 формулы изобретения, характеризует способ, в котором сравнивают эхо-сигналы, отстоящие друг от друга на время t, определяемое по формуле

,

где L - расстояние между акустическими осями преобразователей в зоне контроля в один и тот же момент времени, а V - скорость перемещения преобразователей, скорректированное на разность времен задержки преобразователей.

Изложенные признаки характеризуют один из вариантов приведения сигналов обоих преобразователей к одной и той же точки пути.

Совокупность признаков, сформулированная в пункте 3 формулы изобретения, характеризует способ, в котором сдвигают дефектограмму одного из преобразователей относительно дефектограммы другого на расстояние, равное расстоянию между акустическими осями преобразователей в зоне контроля в один и тот же момент времени, скорректированное на разность времен задержки преобразователей.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1-3 приведены схемы примеров реализации предлагаемого способа, а на фиг.4 показаны временные диаграммы двух преобразователей.

Рассмотрим примеры осуществления способа ультразвукового контроля подошвы рельсов.

Оба совмещенных наклонных преобразователя 1 и 2 (выполненных, например, по ГОСТ 26266-90 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Общие технические условия) устанавливают на поверхности катания рельса 3. Их акустические оси R₁ и R₂ ориентированы вдоль продольной оси рельса, но в противоположные стороны. На фиг.1 рассмотрен пример, в котором оси R₁ и R₂ направлены друг от друга. Частным случаем реализации рассматриваемого способа будет являться ситуация, когда преобразователи 1 и 2 установлены на поверхности катания рельса 3 так, что оси пересекаются в зоне контроля (фиг.2). В этом случае при прозвучивании участка, на котором находится трещина 4, зондирующие сигналы обоих преобразователей 1 и 2 отражаются от поперечной трещины и эхо-сигналы принимаются практически одновременно обоими преобразователями 1 и 2. Временное расхождение приема отраженных сигналов преобразователями будет определяться разными временами задержки t₁ и t₂ преобразователей 1 и 2 (фиг.4), которые зависят от высоты рельса Н и углов ввода зондирующих импульсов α и β

,

,

где С - скорость ультразвука в материале рельса.

В том случае, когда одним из преобразователей, например 1, будет принят сигнал от дефекта другого вида, например от раковины, на второй преобразователь 2 сигнал от нее не поступит, поскольку углы отражения от сложных дефектов, прозвучиваемых с разных сторон, меняются, и, таким образом, на один из преобразователей 1 или 2 отраженный сигнал не поступит и не будет зарегистрирован.

Более общие случаи реализации контроля подошвы рельсов иллюстрируются фиг.1 и фиг.3.

На фиг.1 акустические оси обоих преобразователей 1 и 2 направлены друг от друга, но не пересекаются в зоне контроля. В этом случае при перемещении преобразователей 1 и 2 по поверхности катания каждая точка подошвы рельса 3 будет прозвучена, и при нахождении поперечной трещины 4 в зоне контроля оба преобразователя 1 и 2 примут от ее противоположных сторон эхо-сигналы. Но в отличие от рассмотренного выше примера эхо-сигналы будут приняты преобразователями 1 и 2 в разное время, с отставанием эхо-сигнала первого преобразователя 1 от эхо-сигнала второго 2 (при движении слева направо) на время t

,

где L - расстояние между акустическими осями преобразователей 1 и 2 в зоне контроля в один и тот же момент времени, а V - скорость перемещения преобразователей 1 и 2 (дефектоскопной тележки). Из этого следует, что для определения наличия поперечных трещин 4 должны сопоставляться сигналы первого преобразователя 1 с сигналами второго 2, полученные через время t. Поправкой к этому времени является разность времен задержек t₁ и t₂ преобразователей 1 и 2. Так же, как в первом случае, при наличии дефекта иного вида сигнал от него примет только один из преобразователей 1 и 2. Таким образом, при отсутствии сигналов от одной и той же точки хотя бы на одном преобразователе 1 или 2 должен быть сделан вывод об отсутствии дефекта в виде поперечной трещины.

В примере, который иллюстрирует фиг.3, преобразователи 1 и 2 установлены так, что акустические оси R₁ и R₂ направлены не друг от друга, как в рассмотренном выше примере, а навстречу. Так же как и в предыдущем примере, для определения наличия поперечных трещин должны сравниваться сигналы второго преобразователя 2 с сигналами первого 1, полученными через время t.

Более простой способ сопоставления сигналов от одной и той же точки производится путем использования смещения дефектограммы одного из преобразователей 1 или 2 относительно дефектограммы другого на расстояние L, равное расстоянию между акустическими осями R₁ и R₂ преобразователей 1 и 2 в зоне контроля в один и тот же момент времени. Эту операцию производят путем совмещения одинаковых маркеров пути дефектограмм каждого преобразователя. В этом случае сигналы сопоставляются как одновременные события, но при этом по-прежнему учитывается поправка на разность времен задержки обоих преобразователей 1 и 2.

Как показывает описание рассматриваемого способа, предложен новый критерий выявления поперечных трещин в подошве рельсов в процессе их контроля, который позволяет более достоверно их выявлять.

Claims (1)

1. Способ ультразвукового контроля подошвы рельсов путем прозвучивания зоны контроля совмещенным наклонным преобразователем, перемещаемым по плоскости катания рельса, приема им эхо-сигналов и их регистрации, отличающийся тем, что дополнительно прозвучивают область контроля и принимают эхо-сигналы вторым совмещенным наклонным преобразователем, перемещаемым по плоскости катания, причем акустические оси обоих преобразователей ориентированы вдоль продольной оси рельса, но в противоположные стороны, регистрируют вторым преобразователем эхо-сигналы, сдвигают дефектограмму одного из преобразователей относительно дефектограммы другого на расстояние, равное расстоянию между акустическими осями преобразователей в зоне контроля в один и тот же момент времени, скорректированное на разность времен задержки преобразователей, и по временному совпадению эхо-сигналов на смещенных дефектограммах определяют наличие трещины.

Images