RU2444008C1

RU2444008C1 - Method inspecting fishplate

Info

Publication number: RU2444008C1
Application number: RU2010149214/28A
Authority: RU
Inventors: Григорий Яковлевич Дымкин (RU); Григорий Яковлевич Дымкин; Сергей Александрович Рождественский (RU); Сергей Александрович Рождественский; Алексей Андреевич Шелухин (RU); Алексей Андреевич Шелухин; Илья Зусевич Этинген (RU); Илья Зусевич Этинген
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-02-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: inspected article is exposed to ultrasonic oscillations. The signal reflected from a defect is received and the location of the defect is determined from the difference in time between the emitted and received signal. An ultrasonic sensor is installed in the recess of the upper head of the fishplate such that the acoustic axis of the transducer is oriented in the direction which coincides with the length of the fishplate, and the head of the fishplate is exposed to a surface wave.

EFFECT: providing an ultrasonic method for inspecting fishplates.

2 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю железнодорожных рельсовых накладок ультразвуковым методом и может быть использовано для обнаружения дефектов в виде поперечных трещин в головках накладок.The invention relates to non-destructive testing of rail tracks by ultrasonic method and can be used to detect defects in the form of transverse cracks in the heads of plates.

Рельсовые накладки применяются для соединения двух соседних рельсов для формирования рельсового пути. Накладка состоит из двух головок, между которыми расположена средняя часть. Нижняя головка расположена на подошве рельса, а верхняя головка накладки является опорой головки рельса, причем она опирается только на часть головки накладки, а вдоль другой ее части, внешней, проходит выемка.Rail linings are used to connect two adjacent rails to form a rail track. The overlay consists of two heads, between which the middle part is located. The lower head is located at the bottom of the rail, and the upper lining head is a support for the rail head, and it relies only on part of the lining head, and a recess passes along its other part, external.

Контроль за состоянием накладок производится внешним осмотром при плановом обследовании пути путейскими работниками. В соответствии с ГОСТ 4133-73 допускается повреждение накладок не более чем на 0,5 мм в виде продольной риски. Из-за малого размера дефектов и загрязненности поверхности накладки достоверность контроля низкая.Monitoring the condition of the pads is carried out by an external inspection during a routine inspection of the track by the railway workers. In accordance with GOST 4133-73 damage to the linings is allowed no more than 0.5 mm in the form of longitudinal risks. Due to the small size of the defects and the contamination of the surface of the lining, the reliability of the control is low.

Также контроль осуществляется путем пропускания тока через накладку (US, патент №4886226) для выявления разрыва электрической цепи, в которую включена накладка, но разрыв происходит уже при полном ее разрушении, который может стать причиной аварии железнодорожного транспорта.Also, control is carried out by passing current through the plate (US Patent No. 4886226) to detect a break in the electrical circuit into which the plate is included, but the gap occurs even when it is completely destroyed, which can cause a railway accident.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является способ ультразвукового контроля головки рельсов (US Патент №4700754), который реализуется с помощью двух наклонных преобразователей, установленных симметрично относительно продольной оси на поверхности катания головки рельса и перемещаемых с постоянной скоростью вдоль него. Преобразователи осуществляют поочередное импульсное излучение ультразвуковых колебаний под определенным углом к поверхности катания в стороны боковых граней головки. При наличии в головке рельса поперечных трещин преобразователи принимают отраженные от них сигналы и по их временному положению оценивают местоположение трещин.The closest set of essential features to the proposed invention is the method of ultrasonic monitoring of the rail head (US Patent No. 4700754), which is implemented using two inclined transducers mounted symmetrically with respect to the longitudinal axis on the rolling surface of the rail head and moved at a constant speed along it. The transducers carry out alternate pulsed radiation of ultrasonic vibrations at a certain angle to the rolling surface in the direction of the side faces of the head. If there are transverse cracks in the rail head, the transducers receive the signals reflected from them and, based on their temporary position, determine the location of the cracks.

Описанный выше способ является одним из вариантов выполнения ультразвукового контроля рельсов, который осуществляется несколько раз в год с использованием подвижных тележек, на которых устанавливается контрольно-измерительная аппаратура. В том случае, если бы рельсовая накладка имела гладкую поверхность, можно было бы датчики установить на ее поверхности, также перемещать их с постоянной скоростью и производить контроль одновременно с контролем рельсов. Но у рельсовой накладки нет ни одной гладкой поверхности, к тому же средняя ее часть крепится к рельсу болтовым соединением и головки болтов исключают равномерное перемещение по ней. Еще одним фактором, мешающим проводить перемещение датчиков по всей длине накладки, является наличие приварных рельсовых соединителей на боковой грани головки рельса.The method described above is one of the options for performing ultrasonic monitoring of rails, which is carried out several times a year using movable trolleys on which instrumentation is installed. In that case, if the rail plate had a smooth surface, it would be possible to install sensors on its surface, also move them at a constant speed and perform monitoring simultaneously with the monitoring of the rails. But the rail lining does not have a single smooth surface, in addition, its middle part is attached to the rail by bolt connection and the bolt heads exclude uniform movement along it. Another factor that impedes the movement of sensors along the entire length of the lining is the presence of welded rail connectors on the side of the rail head.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка ультразвукового способа контроля рельсовой накладки.The problem solved by the invention is the development of an ultrasonic method for monitoring rail lining.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый способ, так же как и известный, выполняется за счет того, что контролируемое изделие прозвучивают ультразвуковыми колебаниями, принимают отраженный от дефекта сигнал и по разности времен между излученным и принятым сигналом определяют местоположение дефекта. Но в отличие от известного в предлагаемом способе датчик ультразвуковых колебаний устанавливают в выемке верхней головки рельсовой накладки таким образом, что акустическая ось преобразователя ориентирована в направлении, совпадающем с длиной накладки, и прозвучивают головку рельсовой накладки поверхностной волной.The problem is solved due to the fact that the proposed method, as well as the known one, is performed due to the fact that the controlled product is heard by ultrasonic vibrations, the signal reflected from the defect is received and the location of the defect is determined by the time difference between the emitted and received signal. But in contrast to the known in the proposed method, the ultrasonic vibration sensor is installed in the recess of the upper head of the rail lining in such a way that the acoustic axis of the transducer is oriented in the direction coinciding with the length of the lining, and the head of the rail lining sound surface wave.

Техническим результатом является создание ультразвукового способа контроля рельсовых накладок.The technical result is the creation of an ultrasonic method for monitoring rail plates.

Появление дефектов в накладке обусловлено следующими причинами. На верхнюю головку накладки действуют силы сжатия, передаваемые через головки рельсов, которые в это время испытывают силу растяжения под действием колеса вагона. Нижняя головка накладки в это время испытывает силу растяжения, в то время как верхняя головка рельса испытывает сжатие. Максимум растягивающих напряжений приходится на нижнюю головку, что предполагает появление в этой области трещин в первую очередь. Но самое большое разрушающее воздействие на верхнюю головку накладки оказывает механическое знакопеременное воздействие на нее стыка рельсов, где и появляются первые трещины накладки. Рельсовые накладки для алюминотермитного сварного соединения рельсов имеют ослабленное фрезеровкой поперечное сечение в зоне, наиболее подверженной нагрузкам, и еще в большей степени подвержены образованию трещин. Поэтому установка преобразователя в выемке верхней головки и ее контроль позволяет выявить трещины, которые появляются в первую очередь.The appearance of defects in the patch due to the following reasons. Compression forces transmitted through the rail heads act on the upper lining head, which at this time experience tensile force under the influence of the wagon wheel. The lower head of the lining at this time experiences tensile force, while the upper head of the rail experiences compression. The maximum tensile stress falls on the lower head, which suggests the appearance of cracks in this region in the first place. But the largest destructive effect on the upper head of the lining is exerted by a mechanical alternating effect on the junction of the rails, where the first cracks of the lining appear. Rail linings for aluminothermic welded rails have a cross section weakened by milling in the area most exposed to stress, and even more susceptible to cracking. Therefore, the installation of the transducer in the recess of the upper head and its control allows you to identify cracks that appear in the first place.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1, а показана накладка с установленным на ней преобразователем, на фиг.1, б вид сбоку накладки с преобразователем, а на фиг.2 - вид экрана дефектоскопа.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1, a plate with a transducer mounted on it is shown, in Fig. 1, b is a side view of a plate with a transducer, and in Fig. 2 is a view of a flaw detector screen.

Рассмотрим пример осуществления способа ультразвукового контроля рельсовой накладки.Consider an example of the implementation of the method of ultrasonic control rail lining.

Для возбуждения и приема поверхностной ультразвуковой волны в рельсовой накладке 1 применяют пьезоэлектрический преобразователь 2, выполненный, например, по ГОСТ 26266-90 (Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Общие технические условия), в котором для возбуждения и приема поверхностной волны используют наклонную призму. Пьезоэлемент излучает в призму, размеры которой много больше длины продольной волны, продольную волну. Эта волна, достигая границы раздела призма - контролируемая поверхность, генерирует в рельсовой накладке поверхностную волну (вне зоны контакта призмы и рельсовой накладки волну Рэлея). Угол наклона призмы β - угол падения - рассчитывают в соответствии с законом Снеллиуса: β=arcsin(Cl/Cr), где Cl - скорость продольной волны в призме, Cr - скорость поверхностной волны, т.е. фазовая скорость нормальной волны в рельсовой накладке. Например, при изготовлении призмы из оргстекла β=67°.To excite and receive a surface ultrasonic wave in a rail strip 1, a piezoelectric transducer 2 is used, made, for example, according to GOST 26266-90 (Non-destructive testing. Ultrasonic transducers. General specifications), in which an inclined prism is used to excite and receive a surface wave. A piezoelectric element radiates into a prism, the dimensions of which are much greater than the length of the longitudinal wave, the longitudinal wave. This wave, reaching the interface between the prism and the controlled surface, generates a surface wave in the rail plate (outside the zone of contact between the prism and the rail strip, the Rayleigh wave). The prism tilt angle β — the angle of incidence — is calculated in accordance with Snell's law: β = arcsin (Cl / Cr), where Cl is the longitudinal wave velocity in the prism, Cr is the surface wave velocity, i.e. phase velocity of a normal wave in a rail overlay. For example, in the manufacture of a prism from plexiglass β = 67 °.

Преобразователь 2 устанавливают на внешнюю поверхность верхней части рельсовой накладки 1, которая выполнена в виде выемки (фиг.1, б) на расстоянии от 200 до 300 мм от центра накладки, которое совпадает с местом стыка рельсов, и на котором происходит образование трещин в первую очередь. На фиг.1, а трещине соответствует цифра 3. Акустическая ось преобразователя ориентирована по длине накладки по направлению к ее центру. Поверхность призмы в месте контакта с рельсовой накладкой имеет скругленный профиль для обеспечения лучшего акустического контакта преобразователя 2 со скругленной поверхностью выемки контролируемого изделия.The Converter 2 is installed on the outer surface of the upper part of the rail lining 1, which is made in the form of a recess (Fig. 1, b) at a distance of 200 to 300 mm from the center of the lining, which coincides with the junction of the rails, and on which cracking occurs in the first turn. In figure 1, and the crack corresponds to the number 3. The acoustic axis of the transducer is oriented along the length of the lining towards its center. The surface of the prism at the point of contact with the rail plate has a rounded profile to provide better acoustic contact of the transducer 2 with the rounded surface of the recess of the controlled product.

При прозвучивании участка, на котором находится трещина 3, ультразвуковая поверхностная волна, излучаемая преобразователем 2, отражается от поперечной трещины 3 и принимается обратно преобразователем 2.When sounding the area where the crack 3 is located, the ultrasonic surface wave emitted by the transducer 2 is reflected from the transverse crack 3 and is taken back by the transducer 2.

Принятый сигнал подается на дефектоскоп, в котором усиливается и проходит временную селекцию. При наличии эхо-сигнала во временном диапазоне от 100 до 250 мкс от момента излучения зондирующего импульса принимают решение о наличии дефекта. Расстояние до дефекта по поверхности рельсовой накладки от точки выхода луча преобразователя вычисляют по формуле L=Cr·t/2, где t - время от момента излучения ультразвука в рельсовую накладку до приема эхо-сигнала.The received signal is fed to a flaw detector, in which it is amplified and undergoes temporary selection. If there is an echo signal in the time range from 100 to 250 μs from the moment of radiation of the probe pulse, a decision is made on the presence of a defect. The distance to the defect on the surface of the rail lining from the exit point of the beam of the transducer is calculated by the formula L = Cr · t / 2, where t is the time from the moment of ultrasound emission into the rail lining before receiving the echo signal.

На фиг.2 показан вид экрана дефектоскопа, реализующего А-развертку при наличии дефекта.Figure 2 shows a screen of a flaw detector that implements an A-scan in the presence of a defect.

Описание способа доказывает реализацию возможности осуществления контроля рельсовых накладок ультразвуковым методом.The description of the method proves the implementation of the possibility of monitoring rail lining by the ultrasonic method.

Claims

A method for controlling a rail lining by sounding the controlled product with ultrasonic vibrations, receiving a signal reflected from the defect and determining the defect location by the time difference between the emitted and received signal, characterized in that the ultrasonic vibration sensor is installed in the recess of the upper head of the rail lining so that the acoustic axis of the transducer oriented in the direction coinciding with the length of the lining, and the head of the rail lining sound surface wave.