RU2585304C1 - Transverse-longitudinal method for implementation of echo-ranging method for ultrasonic inspection of articles along whole section - Google Patents
Transverse-longitudinal method for implementation of echo-ranging method for ultrasonic inspection of articles along whole section Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585304C1 RU2585304C1 RU2014150684/28A RU2014150684A RU2585304C1 RU 2585304 C1 RU2585304 C1 RU 2585304C1 RU 2014150684/28 A RU2014150684/28 A RU 2014150684/28A RU 2014150684 A RU2014150684 A RU 2014150684A RU 2585304 C1 RU2585304 C1 RU 2585304C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflected
- wave
- ultrasonic vibrations
- ultrasonic
- diffraction
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано при ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных рельсов и иных изделий в других отраслях машиностроения.The invention relates to non-destructive testing of materials and can be used for ultrasonic inspection of railway rails and other products in other engineering industries.
Вследствие динамического воздействия колес подвижного состава на железнодорожные рельсы, недостаточно высокого металлургического качества рельсовой стали, нарушения требований инструкций по текущему содержанию пути, нарушений технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков рельса и других причин рельс испытывает максимальные нагрузки, в связи с этим в рельсе по всему его сечению возникают большое количество разнообразных дефектов.Due to the dynamic effects of the rolling stock wheels on railway rails, insufficient metallurgical quality of rail steel, violation of the instructions for the current track maintenance, violations of rail welding technology and processing of welded joints of the rail and other reasons, the rail experiences maximum loads, in connection with this, the rail throughout its cross section causes a large number of various defects.
Из большого многообразия методов акустического контроля (ГОСТ 18576-96) [2] для дефектоскопии железнодорожных рельсов и своевременного выявления дефектов применяют следующие методы ультразвукового контроля - Эхо-метод (Фигура 1), Зеркально-теневой метод (Фигуры 2, 3, 4), Зеркальный метод (Фигуры 5, 6), Дельта-метод (Фигура 7), Эхо-зеркальный метод (Фигура 8) [3], стр. 51, 167.From a wide variety of acoustic control methods (GOST 18576-96) [2] for defectoscopy of railway rails and timely detection of defects, the following ultrasonic control methods are used - the Echo method (Figure 1), the Mirror-shadow method (Figures 2, 3, 4), Mirror method (Figures 5, 6), Delta method (Figure 7), Echo-mirror method (Figure 8) [3], p. 51, 167.
Эхо-метод ультразвукового контроля рельсов (Фигура 1) основан на излучении в рельс коротких зондирующих импульсов контактным пьезоэлектрическим преобразователем, работающим в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний и в зависимости от угла ввода, возбуждающего в нем продольную «l2» или поперечную «t2» волну описанной законом Снеллиуса(sinβ)/Cl=(sinβl1)/Cl1=(sinβt1)/Ct1=(sinαl2)/Cl2=(sinαt2)/Ct2 (Фигура 10), где «β» - угол между падающим лучом (акустической осью) продольной волны «l», распространяющейся в первой среде и нормалью (перпендикуляром) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения, «βl1» - угол, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) отраженной продольной волны «l1», распространяющейся в первой среде, «βt1» - угол, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) поперечной отраженной трансформированной волны «t1», распространяющейся в первой среде, «αl2» - угол ввода ультразвуковых колебаний, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) прошедшей преломленной продольной волны «l2», распространяющейся во второй среде, «αt2» - угол ввода ультразвуковых колебаний, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) прошедшей переломленной трансформированной поперечной волны «t2», распространяющейся во второй среде, «Cl» - скорость продольной волны, падающей на границу раздела сред (в частности, призма преобразователя - рельс), «Cl1» - скорость отраженной продольной волны в первой среде (призма преобразователя), «Cl2» - скорость прошедшей преломленной продольной волны во второй среде (рельс), «Ct1» - скорость отраженной трансформированной поперечной волны в первой среде (призма преобразователя), «Ct2» - скорость пошедшей преломленной трансформированной поперечной волны во второй среде (рельс), «sin» - синус угла, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) соответствующей волны. Регистрация эхо-сигналов основывается на приеме тем же пьезоэлектрическим преобразователем с места ввода ультразвуковых колебаний, возбужденных продольной «l2», либо поперечной «t2» волной с углом ввода ультразвуковых колебаний «αt2» от первого критического угла sinβкр1=Cl1/Cl2 до второго критического угла sinβкр2=Cl1/Ct2, описанной законом Снеллиуса [3] стр. 52-63, [9] стр. 101-104. Признаком регистрации дефекта служит срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды эхо-сигнала поперечной волны «t2», если ввод ультразвуковых колебаний произведен наклонным пьезоэлектрическим преобразователем, и продольной волны «l2», если ввод ультразвуковых колебаний произведен прямым пьезоэлектрическим преобразователем.The echo method of ultrasonic monitoring of rails (Figure 1) is based on the emission of short sounding pulses into the rail by a contact piezoelectric transducer operating in a combined radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations and depending on the input angle exciting longitudinal “l 2 ” or transverse “t 2 "wave described by Snell's law (sinβ) / C l = (sinβ l1 ) / C l1 = (sinβ t1 ) / C t1 = (sinα l2 ) / C l2 = (sinα t2 ) / C t2 (Figure 10), where "Β" is the angle between the incident beam (acoustic axis) of the longitudinal wave "l" propagating in the first medium and the normal (perp ndikulyarom) to the interface of two media, passing through the point of incidence, «β l1» - the angle measured from the normal (perpendicular) to the interface of two media, passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) reflected longitudinal wave «l 1" propagating in the first medium, “β t1 ” is the angle measured from the normal (perpendicular) to the interface between the two media passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) of the transverse reflected transformed wave “t 1 ” propagating in the first medium, “α l2 »- angle cc yes ultrasonic vibrations measured from the normal (perpendicular) to the interface of two media, passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) transmitted refracted longitudinal waves «l 2 'propagating in the second medium,« α t2 »- angle of input of the ultrasonic vibration measured from a normal (perpendicular) to the interface of two media, passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) past a broken transformed «t 2" the transverse wave propagating in the second medium, «C l» - rates longitudinal wave incident on the boundary between the media (in particular, a prism inverter - a rail), «C l1» - velocity of the reflected longitudinal waves in the first medium (prism converter), «C l2» - velocity past the refracted longitudinal waves in the second medium (rail ), “C t1 ” is the speed of the reflected transformed transverse wave in the first medium (transducer prism), “C t2 ” is the speed of the refracted transformed transverse wave that went in the second medium (rail), “sin” is the sine of the angle measured from the normal (perpendicular ) to the surface once the case of two media passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) of the corresponding wave. Registration of echo signals is based on the reception by the same piezoelectric transducer from the point of input of ultrasonic vibrations excited by the longitudinal "l 2 " or transverse "t 2 " wave with the angle of input of ultrasonic vibrations "α t2 " from the first critical angle sinβ cr1 = C l1 / C l2 to the second critical angle sinβ cr2 = C l1 / C t2 described by Snell's law [3] p. 52-63, [9] p. 101-104. A sign of defect registration is the indicator being triggered when the threshold level of the transverse wave echo amplitude “t 2 ” is exceeded if ultrasonic vibrations are input by an inclined piezoelectric transducer and longitudinal waves “l 2 ” if ultrasonic vibrations are input by a direct piezoelectric transducer.
Зеркально-теневой метод ультразвукового контроля рельсов (Фигуры 2, 3, 4) основан на излучение в рельс коротких зондирующих импульсов контактным пьезоэлектрическим преобразователем и в зависимости от угла его призмы, возбуждающего в нем продольную «l2» или поперечную «t2» волну. Регистрация эхо-сигналов основывается на приеме с поверхности ввода ультразвуковых колебаний, эхо-сигналов, отраженных от противоположной (параллельной) горизонтально ориентированной поверхности к поверхности ввода ультразвуковых колебаний, возбужденных продольной волной «l2», или поперечной волной «t2». Для реализации зеркально-теневого метода в качестве излучателя и приемника ультразвуковых колебаний используются: одна пьезопластина, осуществляющая поочередное излучение и прием ультразвуковых колебаний - совмещенный пьезоэлектрический преобразователь; две рядом расположенные пьезопластины в отдельных корпусах, при этом они работают в раздельном режиме работы; две пьезопластины размещены в одном корпусе, причем приемная и предающая пьезопластины отделяются электроакустическим экраном - раздельно-совмещенный пьезоэлектрический преобразователь. Одним из принципов работы метода является использование направления диаграмм направленности преобразователей, работающих в различных режимах работы. Области контролируемого изделия, в которое преобразователь излучает и из которого принимает волны, различны. Поле излучения преобразователя - зависимость амплитуды излучения от положения исследуемой точки в пространстве (вероятного отражателя в рельсе). Поле приема - зависимость амплитуды принятого преобразователем эхо-сигнала от положения в пространстве точечного источника излучения (вероятного отражателя в рельсе) [10] стр. 81. Использование пьезоэлектрических преобразователей, работающих в различных режимах работы ультразвуковых колебаний, разделяет их диаграммы направленности на диаграмму направленности преобразователя, излучающего ультразвуковые колебания, и диаграмму направленности преобразователя, принимающего ультразвуковые колебания. Акустическая ось диаграммы направленности преобразователя, излучающего или принимающего ультразвуковые колебания, в зависимости от ориентации, конфигурации, размеров, класса поверхности отражателя и его места расположения в сечении объекта контроля может быть направлена к поверхности сканирования под различными углами: «α» - угол ввода ультразвуковых колебаний и «k» - угол приема ультразвуковых колебаний. Для реализации Зеркально-теневого метода принято считать, что диаграммы направленности преобразователя в режиме излучения и приема совпадают [3], стр. 33, соответственно угол ввода «α» и угол приема «k» равны, а значит противоположная (параллельная) горизонтально ориентированная поверхность к поверхности ввода ультразвуковых колебаний - зеркальная поверхность. Использование пьезоэлектрических преобразователей, работающих в различных режимах работы, позволяет реализовать различные способы контроля.The mirror-shadow method of ultrasonic monitoring of rails (Figures 2, 3, 4) is based on the emission of short sounding pulses into the rail by a contact piezoelectric transducer and depending on the angle of its prism, exciting in it a longitudinal "l 2 " or transverse "t 2 " wave. Registration of echo signals is based on the reception from the input surface of ultrasonic vibrations, echo signals reflected from the opposite (parallel) horizontally oriented surface to the input surface of ultrasonic vibrations excited by the longitudinal wave "l 2 ", or the transverse wave "t 2 ". To implement the mirror-shadow method, the following are used as the emitter and receiver of ultrasonic vibrations: one piezoelectric plate that alternately emits and receives ultrasonic vibrations - a combined piezoelectric transducer; two adjacent piezoelectric plates in separate cases, while they work in separate operation mode; two piezoelectric plates are placed in one housing, and the receiving and betraying piezoelectric plates are separated by an electro-acoustic screen - a separately-combined piezoelectric transducer. One of the principles of the method is the use of directional patterns of transducers operating in various operating modes. The areas of the monitored product into which the transducer emits and from which it receives waves are different. The radiation field of the transducer is the dependence of the radiation amplitude on the position of the investigated point in space (the probable reflector in the rail). Reception field - the dependence of the amplitude of the echo signal received by the transducer on the position in space of a point radiation source (a probable reflector in the rail) [10] p. 81. The use of piezoelectric transducers operating in different operating modes of ultrasonic vibrations separates their radiation patterns into the radiation pattern of the transducer emitting ultrasonic vibrations, and a radiation pattern of a transducer receiving ultrasonic vibrations. The acoustic axis of the radiation pattern of the transducer emitting or receiving ultrasonic vibrations, depending on the orientation, configuration, size, surface class of the reflector and its location in the cross section of the test object, can be directed to the scanning surface at different angles: “α” is the angle of ultrasonic vibrations and "k" is the angle of reception of ultrasonic vibrations. To implement the Mirror-shadow method, it is generally accepted that the radiation patterns of the transducer in the radiation and reception modes are the same [3], p. 33, respectively, the input angle “α” and the reception angle “k” are equal, which means the opposite (parallel) horizontally oriented surface to the input surface of ultrasonic vibrations is a mirror surface. The use of piezoelectric transducers operating in various operating modes allows implementing various control methods.
Способ 1 (Фигура 2). На поверхность катания головки рельса, на его продольную ось устанавливают пьезоэлектрический преобразователь, работающий в раздельно-совмещенном режиме работы с углом ввода «αl2» и «kl2» ультразвуковых колебаний от 0° до 6°, размещенных на расстоянии «В», рассчитанном из выражения B=2Htgαl2, где «Н» - расстояние от поверхности ввода ультразвуковых колебаний до донной поверхности рельса, «tg» - тангенс угла, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) продольной волны «l2», акустические оси которых направлены друг на друга, образуя тем самым равнобедренный треугольник с основанием на поверхности катания головки рельса и с вершиной в зоне вероятного отражателя в сечении рельса, с равными углами разворота относительно продольной оси рельса, работающими в раздельном режиме работы, для регистрации максимальной амплитуды при отражении на границе раздела двух сред. Признаком регистрации дефекта служит ослабление амплитуды эхо-сигналов продольной волны «l2», отраженных от донной поверхности и возбужденных продольной волной «l2».Method 1 (Figure 2). A piezoelectric transducer is installed on the rolling surface of the rail head, on its longitudinal axis, operating in a separately combined operation mode with an input angle of "α l2 " and "k l2 " of ultrasonic vibrations from 0 ° to 6 °, placed at a distance of "B", calculated from the expression B = 2Htgα l2 , where “H” is the distance from the input surface of ultrasonic vibrations to the bottom surface of the rail, “tg” is the tangent of the angle measured from the normal (perpendicular) to the interface between two media passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) longitudinal waves «l 2" acoustic axes directed at each other, thereby forming an isosceles triangle with the base on the surface of the rail head skating and with vertex probable reflector area in the cross section of the rail, with equal rotation angles relative to the longitudinal axis of the rail, operating in split operation mode, for recording the maximum amplitude when reflected at the interface between two media. A sign of defect registration is a weakening of the amplitude of the echo signals of the longitudinal wave "l 2 " reflected from the bottom surface and excited by the longitudinal wave "l 2 ".
Способ 2 (Фигура 3). На поверхность катания головки рельса, на его продольную ось устанавливают пьезоэлектрический преобразователь, работающий в совмещенном режиме работы с углом ввода ультразвуковых колебаний 0°. Признаком регистрации дефекта служит ослабление амплитуды эхо-сигналов продольной волны «l2», отраженных от донной поверхности и возбужденных продольной волной «l2».Method 2 (Figure 3). A piezoelectric transducer is installed on the rolling surface of the rail head, on its longitudinal axis, operating in a combined mode of operation with an input angle of ultrasonic vibrations of 0 °. A sign of defect registration is a weakening of the amplitude of the echo signals of the longitudinal wave "l 2 " reflected from the bottom surface and excited by the longitudinal wave "l 2 ".
Способ 3 (Фигура 4). На поверхность катания головки рельса, вдоль его продольной оси устанавливают два наклонных пьезоэлектрических преобразователя, размещенных на расстоянии «В», рассчитанном из выражения B=2Htgαt2, акустические оси которых направлены друг на друга, образуя тем самым равнобедренный треугольник с основанием на поверхности катания головки рельса и с вершиной на донной поверхности, с равными углами разворота относительно продольной оси рельса, работающими в совмещенном режиме работы, для регистрации максимальной амплитуды при отражении на границе раздела двух сред, при этом каждый из преобразователей является и излучателем ультразвуковых колебаний и приемником эхо-сигналов. Признаком регистрации дефекта служит ослабление амплитуды эхо-сигналов поперечной волны «t2», отраженных от донной поверхности и возбужденных поперечной волной «t2».Method 3 (Figure 4). Two inclined piezoelectric transducers placed at a distance “B” calculated from the expression B = 2Htgα t2 , the acoustic axes of which are directed at each other, thereby forming an isosceles triangle with a base on the surface of the head roll, are installed on the head surface of the rail head along its longitudinal axis rail and with a vertex on the bottom surface, with equal turning angles relative to the longitudinal axis of the rail, operating in a combined mode of operation, to record the maximum amplitude when reflected on g ANRITSU between two media, each of the transducers is a transducer and ultrasonic vibrations and a receiver echoes. A sign of defect registration is the attenuation of the amplitude of the echo signals of the transverse wave "t 2 " reflected from the bottom surface and excited by the transverse wave "t 2 ".
При реализации зеркально-теневого метода анализируют только амплитуду донного сигнала, выделяя его достаточно узким стробирующим импульсом. При этом возможные эхо-сигналы от дефектов в толще изделия не рассматриваются [3], стр. 64-70.When implementing the mirror-shadow method, only the amplitude of the bottom signal is analyzed, highlighting it with a sufficiently narrow gating pulse. In this case, possible echo signals from defects in the thickness of the product are not considered [3], pp. 64-70.
Зеркальный метод ультразвукового контроля рельсов (Фигуры 5, 6) основан на излучении в рельс коротких зондирующих импульсов, возбуждающих в нем поперечную волну «t2» контактным пьезоэлектрическим преобразователем, работающим в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний. Регистрация эхо-сигналов основывается на приеме с поверхности ввода ультразвуковых колебаний однократно зеркально отраженных эхо-сигналов от поверхности горизонтальных дефектов и двух кратно зеркально отраженных эхо-сигналов от поверхности вертикальных дефектов, которые в свою очередь также зеркально отражены от противоположной параллельной поверхности, поверхности ввода ультразвуковых колебаний. Эхо-сигналы возбуждены поперечной волной «t2». Для реализации зеркального метода применяются наклонные пьезоэлектрические преобразователи с одинаковыми углами ввода, работающие в раздельном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний. Использование различных вариантов направлений акустических осей пьезоэлектрических преобразователей позволяет реализовать различные способы контроля.The mirror method of ultrasonic monitoring of rails (Figures 5, 6) is based on the emission of short probe pulses into the rail, exciting a transverse wave "t 2 " in it by a contact piezoelectric transducer operating in a combined mode of radiation reception of ultrasonic vibrations. Registration of echo signals is based on the reception from the input surface of ultrasonic vibrations of one-time specularly reflected echo signals from the surface of horizontal defects and two multiple-specularly reflected echo signals from the surface of vertical defects, which in turn are also specularly reflected from the opposite parallel surface, the input surface of ultrasonic fluctuations. The echoes are excited by the transverse wave "t 2 ". To implement the mirror method, inclined piezoelectric transducers with the same input angles are used, operating in a separate radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations. Using various options for the directions of the acoustic axes of piezoelectric transducers allows you to implement various control methods.
Способ 1 (Фигура 5). На поверхность катания головки рельса, вдоль его продольной оси устанавливают два наклонных пьезоэлектрических преобразователя, размещенных на расстоянии «В», рассчитанном из выражения B=(2Htgαt2)-(2htgkt2), акустические оси диаграммы направленности преобразователей излучающего и принимающего ультразвуковые колебания направлены в одном направлении, с равными углами разворота относительно продольной оси рельса, работающими в раздельном режиме работы. Признаком регистрации дефекта служит срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды зеркально отраженных эхо-сигналов поперечной волны «t2», возбужденных поперечной волной «t2».Method 1 (Figure 5). On the rolling surface of the rail head, along its longitudinal axis, two inclined piezoelectric transducers are installed, located at a distance "B" calculated from the expression B = (2Htgα t2 ) - (2htgk t2 ), the acoustic axes of the radiation pattern of the transmitting and receiving ultrasonic vibrations are directed to one direction, with equal turning angles relative to the longitudinal axis of the rail, operating in separate operation mode. A sign of defect registration is the indicator triggering when the threshold level of the amplitude of the specularly reflected echo signals of the transverse wave “t 2 ” excited by the transverse wave “t 2 ” is exceeded.
Способ 2 (Фигура 6). На поверхность катания головки рельса, вдоль его продольной оси устанавливают два наклонных пьезоэлектрических преобразователя, размещенных на расстоянии «В», рассчитанном из выражения B=2htgαt2, акустические оси которых направлены друг на друга, образуя тем самым равнобедренный треугольник с основанием на поверхности катания головки рельса и с вершиной на противоположной (параллельной) горизонтально ориентированной поверхности, с равными углами разворота относительно продольной оси рельса, работающими в совмещенном режиме работы, при этом каждый из преобразователей является и излучателем ультразвуковых колебаний и приемником эхо-сигналов. Признаком регистрации дефекта служит срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды зеркально отраженных эхо-сигналов поперечной волны «t2» возбужденных поперечной волной «t2» [3], стр. 70-71.Method 2 (Figure 6). Two oblique piezoelectric transducers placed at a distance “B” calculated from the expression B = 2htgα t2 , the acoustic axes of which are directed at each other, thereby forming an isosceles triangle with a base on the surface of the head roll, are installed on the head surface of the rail head along its longitudinal axis rail and with a vertex on the opposite (parallel) horizontally oriented surface, with equal turning angles relative to the longitudinal axis of the rail, operating in a combined mode of operation, Each of the transducers is a transducer and ultrasonic vibrations and a receiver echoes. A sign of defect registration is the indicator triggering when the threshold level of the amplitude of the specularly reflected echo signals of the transverse wave “t 2 ” excited by the transverse wave “t 2 ” is exceeded [3], pp. 70-71.
Дельта-метод ультразвукового контроля рельсов (Фигура 7) основан на излучении в рельс коротких зондирующих импульсов, возбуждающих в нем поперечную волну «t2» контактным пьезоэлектрическим преобразователем, работающим в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний. Регистрация эхо-сигналов основывается на приеме с поверхности ввода ультразвуковых колебаний эхо-сигналов дифрагированной продольной волны «ld2», трансформированной на острых краях, плоских, перпендикулярно ориентированных отражателей к поверхности ввода ультразвуковых колебаний - дифракционная зона первого типа. Эхо-сигналы возбуждены преломленной поперечной волной «t2». Для реализации Дельта-метода ультразвукового контроля на поверхность катания головки рельса, вдоль его продольной оси устанавливают два пьезоэлектрических преобразователя, работающие в раздельном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний, размещенных на расстоянии «В», рассчитанном из выражения B=htgαt2, где акустическая ось наклонного преобразователя направлена на акустическую ось прямого преобразователя, образуя тем самым прямой треугольник с основанием на поверхности катания головки рельса и с вершиной в зоне вероятного образования дефекта, при этом в качестве излучателя применяется наклонный пьезоэлектрический преобразователь, а в качестве приемника эхо-сигналов прямой пьезоэлектрический преобразователь. Признаком регистрации дефекта служит срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды эхо-сигналов дифрагированной продольной волны «ld2», возбужденных поперечной волной «t2», и эхо-сигналов продольной волны «l2», возбужденных дифрагированной продольной волной «ld2» [3], стр. 72.The delta method of ultrasonic monitoring of rails (Figure 7) is based on the emission of short probe pulses into the rail, which excite the transverse wave "t 2 " in it by a contact piezoelectric transducer operating in a combined radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations. The registration of echo signals is based on the reception from the surface of the input of ultrasonic vibrations of the echo signals of the diffracted longitudinal wave “l d2 ” transformed at the sharp edges of flat, perpendicularly oriented reflectors to the surface of the input of ultrasonic vibrations - the diffraction zone of the first type. The echo signals are excited by a refracted transverse wave "t 2 ". To implement the Delta method of ultrasonic testing, two piezoelectric transducers are installed along the longitudinal axis of the rail head along its longitudinal axis, operating in a separate radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations located at a distance "B" calculated from the expression B = htgα t2 , where the acoustic axis the inclined transducer is directed to the acoustic axis of the direct transducer, thereby forming a straight triangle with a base on the rolling surface of the rail head and with a vertex in the zone of probable transform of the defect, wherein the emitter is applied as an oblique piezoelectric transducer as a receiver and echo direct piezoelectric transducer. A sign of defect registration is the indicator being triggered when the threshold level of the echo signals of the diffracted longitudinal wave “l d2 ” excited by the transverse wave “t 2 ” and the echo signals of the longitudinal wave “l 2 ” excited by the diffracted longitudinal wave “l d2 ” is exceeded [ 3], p. 72.
Эхо-зеркальный метод ультразвукового контроля рельсов (Фигура 8) основан на излучении в рельс коротких зондирующих импульсов, возбуждающих в нем поперечную волну «t2» контактным пьезоэлектрическим преобразователем, работающим в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний. Регистрация эхо-сигналов основывается на приеме с поверхности катания головки рельса, зеркально отраженных эхо-сигналов от дефекта, которые в свою очередь зеркально отражены от подголовочной грани головки рельса, возбужденных поперечной волной «t2». Для реализации Эхо-зеркального метода на поверхность катания головки рельса вдоль его продольной оси устанавливают два наклонных пьезоэлектрических преобразователя, один из которых работает в совмещенном режиме работы и излучает поперечные ультразвуковые колебания «t2», а второй работает в раздельном режиме работы в режиме приема ультразвуковых колебаний. Совместно они реализуют эхо- и зеркальный методы ультразвукового контроля - Эхо-зеркальный метод ультразвукового контроля. Преобразователи, размещенные на расстоянии «В», рассчитанном из выражения B=(2Htgαt2)-(2htgkt2), где акустические оси диаграммы направленности преобразователей, излучающего и принимающего ультразвуковые колебания, направлены в одном направлении, из условия приема сигнала от вертикального отражателя в боковой грани головки рельса, акустические оси которых направлены в одном направлении, с равными острыми углами разворота относительно продольной оси рельса к боковой грани головки рельса. Признаком регистрации дефекта служит срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды эхо-сигналов поперечной волны «t2» возбужденных поперечной волной «t2» [3], стр. 149-170.The echo-mirror method of ultrasonic monitoring of rails (Figure 8) is based on the emission of short probe pulses into the rail, exciting a transverse wave "t 2 " in it by a contact piezoelectric transducer operating in a combined radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations. Registration of echo signals is based on the reception from the rolling surface of the rail head of mirror-reflected echoes from the defect, which in turn are mirror-reflected from the headrest face of the rail head excited by the transverse wave “t 2 ”. To implement the Echo-mirror method, two inclined piezoelectric transducers are installed on the rolling surface of the rail head along its longitudinal axis, one of which operates in a combined mode of operation and emits transverse ultrasonic vibrations “t 2 ”, and the second operates in a separate mode of operation in the ultrasonic receiving mode fluctuations. Together they implement the echo and mirror methods of ultrasonic testing - the Echo-mirror method of ultrasonic testing. The transducers placed at a distance "B" calculated from the expression B = (2Htgα t2 ) - (2htgk t2 ), where the acoustic axes of the radiation pattern of the transducers emitting and receiving ultrasonic vibrations are directed in one direction, from the condition of receiving a signal from a vertical reflector in the side face of the rail head, the acoustic axes of which are directed in the same direction, with equal sharp turning angles relative to the longitudinal axis of the rail to the side face of the rail head. A sign of registration of a defect is the operation of the indicator when the threshold level of the amplitude of the echo signals of the transverse wave “t 2 ” excited by the transverse wave “t 2 ” [3], pp. 149-170 is exceeded.
В вышеперечисленных методах и способах их реализации ультразвукового контроля, признаком обнаружения дефекта является регистрация эхо-сигналов, возбужденных поперечной либо продольной волной. Волновое уравнение ρ∂2u/dt2=(Λ+µ)grad divu+µΔu - дифференциальное уравнение 2-го порядка, описывающее связь изменения смещения или других акустических величин во времени и пространстве для изотропного твердого тела, показывает, что в неограниченной твердой среде существуют волны двух типов, которые распространяются с разными скоростями [8], стр. 5-8. Эхо-метод ультразвукового контроля, зеркально-теневой метод ультразвукового контроля, зеркальный метод ультразвукового контроля, эхо-зеркальный метод ультразвукового контроля, дельта-метод ультразвукового контроля основаны на посылке в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов, излучаемых пьезоэлектрической пластиной с углами ввода ультразвуковых колебаний «α» от 0° до 70°, углами разворота «γ» пьезоэлектрической пластины относительно продольной оси рельса от 0° до 34° строго по определенной траектории хода движения акустического луча и приеме, с помощью той же пьезоэлектрической пластины, работающей в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний (эхо-метод ультразвукового контроля), или с помощью другой одной пьезоэлектрической пластины, работающей в раздельном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний на прием эхо-сигнала (зеркальный метод ультразвукового контроля, дельта-метод ультразвукового контроля, зеркально-теневой метод ультразвукового контроля), или с помощью второго пьезоэлектрического преобразователя, работающего в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний (эхо-зеркальный метод ультразвукового контроля) с углами приема ультразвуковых колебаний «k» и углами разворота «γ», равными углам ввода «α», и углами разворота «γ», установленными строго на определенном расстоянии, исходя из условий наилучшего озвучивания зоны вероятного образования дефекта.In the above methods and methods for their implementation of ultrasonic testing, a sign of defect detection is the registration of echo signals excited by a transverse or longitudinal wave. The wave equation ρ∂ 2 u / dt 2 = (Λ + μ) grad divu + μΔu is a second-order differential equation describing the relationship between the change in displacement or other acoustic quantities in time and space for an isotropic solid, shows that in an unbounded solid There are two types of waves that propagate at different speeds [8], pp. 5-8. The echo method of ultrasonic testing, the mirror-shadow method of ultrasonic testing, the mirror method of ultrasonic testing, the echo-mirror method of ultrasonic testing, the delta method of ultrasonic testing are based on sending short probing pulses emitted by the piezoelectric plate with the angles of ultrasonic vibrations “α "From 0 ° to 70 °, the turning angles" γ "of the piezoelectric plate relative to the longitudinal axis of the rail from 0 ° to 34 ° strictly along a certain path of movement aku beam and receiving, using the same piezoelectric plate, operating in a combined radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations (echo method of ultrasonic testing), or using another single piezoelectric plate, operating in a separate radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations for receiving echo signal (mirror method of ultrasonic testing, delta method of ultrasonic testing, mirror-shadow method of ultrasonic testing), or using a second piezoelectric transducer, working about in the combined mode of radiation-reception of ultrasonic vibrations (echo-mirror method of ultrasonic testing) with the angles of reception of ultrasonic vibrations "k" and the rotation angles "γ" equal to the input angles "α", and the rotation angles "γ" set strictly on a certain distance, based on the conditions for the best scoring of the zone of probable defect formation.
Эхолокационный метод ультразвукового контроля изделия по всему сечению (Фигура 9) основан на излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов, возбуждающих в нем акустические колебания пьезоэлектрическим преобразователем, работающим в совмещенном режиме излучения-приема ультразвуковых колебаний. Регистрация эхо-сигналов основывается на приеме с поверхности сканирования контролируемого изделия множеством пьезоэлектрических пластин, работающих в раздельном режиме работы в режиме приема эхо-сигналов, возбужденных различными видами акустических волн на границе раздела сред. Для реализации Эхолокационного метода ультразвукового контроля на поверхность сканирования контролируемого изделия устанавливают множество пьезоэлектрических преобразователей с различными углами ввода ультразвуковых колебаний «α» от 0° до 90°, углами приема ультразвуковых колебаний «k» от 0° до 90° и углами разворота пьезоэлектрической пластины относительно оси контроля в контролируемом изделии «γ» от 0° до 90°, чередующих совмещенный и раздельный режимы своей работы по окончании цикла ультразвуковых колебаний, размещенные друг от друга вне зависимости от расстояния и места на поверхности сканирования контролируемого изделия относительно пьезоэлектрической пластины, излучающей ультразвуковые колебания. Цикл УЗК - это промежуток времени от момента ввода УЗК пьезоэлектрическим преобразователем с определенным углом ввода УЗК и углом разворота пьезоэлектрической пластины относительно продольной оси рельса в контролируемое изделие до момента приема ЭС множеством пьезоэлектрических преобразователей с различными углами приема ЭС и углами разворота пьезоэлектрических пластин относительно продольной оси рельса. Перемещая систему преобразователей вдоль оси объекта контроля, регистрируют эхо-сигналы, отраженные от отражателей вне зависимости от их ориентации, конфигурации и размеров, по всему сечению контролируемого изделия, за исключением «Скрытой зоны». Скрытая зона - область контролируемого изделия, не способная отражать эхо-сигналы в место нахождения пьезоэлектрических преобразователей, принимающих эхо-сигналы. Признаком регистрации дефекта служит срабатывание индикатора при превышении порогового уровня и ослабление амплитуды эхо-сигналов, возбужденных различными видами волн [5]. Явления рассеивания, распространения в упругой среде механического возмущения от источника колебаний являются основополагающим элементом Эхолокационного метода ультразвукового контроля. В однородной среде волны распространяются одинаково во все стороны от источника колебаний. Согласно принципу Гюйгенса каждая точка поверхности, которую достигла в данный момент волна, является точечным источником вторичных волн. В однородной среде от каждой точки волновой поверхности распространяется вторичная сферическая волна с одинаковой скоростью «υ» и расстоянием «ΔL». Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени. Волновой фронт в момент времени t+Δt образует точки, удаленные от первоначального фронта волны на расстоянии ΔL=υΔt в направлении прямой, перпендикулярной фронту волны. Однако на границе раздела сред с различными физическими свойствами картина распространения волн существенно изменяется. Волна может частично перейти из одной среды в другую, а частично отразиться от границы раздела и распространяться в первой среде [7], стр. 224-225. При наклонном падении акустической волны из одной твердой среды на границу с другой твердой средой на границе раздела двух сред происходят процессы отражения, преломления, трансформации. Каждая волна, возмущая среду, описывает поля распространения и рассеивания в широком интервале углов, то есть создает объемное звуковое поле. Это звуковое поле состоит из множества звуковых полей, созданных источником возбуждения, вторичной волной и последующими процессами отражения, преломления, трансформации волн. Часть полей, формирующихся акустическими волнами, объясняются законами геометрической оптики, другие формируются иным образом и не могут быть описаны законами геометрической оптики. Часть полей, которые не могут быть описаны законами геометрической оптики, называются дифракционными, то есть поля, формируемые особенностью отклонения направления распространения волн на границе раздела двух сред. Под дифракцией в широком смысле понимают явление, возникающее при встрече волны с препятствием. Амплитуда и фаза волны, встретившей в однородной среде препятствие, изменяются, и эта волна проникает в область тени, отклоняясь от прямолинейного пути. Звуковое поле состоит из акустических полей, которые формируются из траекторий распространения акустических волн. Основу звукового поля составляют геометрические поля, состоящие из траекторий, описанных законами геометрической оптики, которые связываются между собой сшивающими (дифракционными) полями, не допуская разрывов в звуковом поле, что в свою очередь позволяет перераспределить энергию в среде и осуществить передачу энергии без ее разрушения. В твердой среде описаны зоны четырех типов (Фигура 11), в которых законы геометрической оптики неприменимы. Первый тип: острые края плоских, перпендикулярно ориентированных отражателей к поверхности ввода ультразвуковых колебаний и, как предельный случай, края отражателя, с которыми соприкасается луч первичного поля, касаясь края отражателя, рассеивается во все стороны относительно точки поверхности. Края отражателя, которого достигла в данный момент волна, возбуждают дифракционные краевые волны - дифракционная зона первого типа. Второй тип: поверхности гладких круглых отражателей, которых касаются лучи первичного поля, формируют волны, огибающие поверхность отражателя, которые возбуждают дифракционные волны соскальзывания - дифракционная зона второго типа. Третий тип: поверхности ввода ультразвуковых колебаний на границе раздела двух сред или на свободной границе среды под первым, вторым или третьим критическими углами возбуждают дифракционные головные волны, которые в свою очередь возбуждают семейство дифракционных боковых волн в обеих средах - дифракционная зона третьего типа. Четвертый тип: в слоистых неоднородных средах, в которых групповая скорость меняется, образуются огибающие лучи, которые, двигаясь по разным направлениям, собираются в одной точке, возбуждают рефрагированные волны - дифракционная зона четвертого типа. Следует отметить, что эти типы дифракции не ограничивают все многообразие дифракционных полей в твердом теле. Все названные зоны являются источниками волн дифракции, которые, распространяясь в разных направлениях, проникают в озвучиваемую область и интерферируют в ней с отраженными и преломленными волнами, так и в область тени, образуя суммарное поле в объекте контроля [8], стр. 24-55. То есть каждая точка падения ультразвуковых колебаний на поверхности сканирования, которой достигла продольная волна, рассматривается как излучатель ультразвуковых колебаний и источник различного вида волн, которые позволяют реализовать различные способы Эхолокационного метода ультразвукового контроля.The sonar method of ultrasonic testing of the product over the entire cross section (Figure 9) is based on the emission of short sounding pulses into the controlled product that excite acoustic vibrations in it by a piezoelectric transducer operating in a combined radiation-receiving mode of ultrasonic vibrations. Registration of echo signals is based on receiving from a scanning surface of a controlled product a plurality of piezoelectric plates operating in a separate mode of operation in the mode of receiving echo signals excited by various types of acoustic waves at the media interface. To implement the sonar method of ultrasonic testing, a plurality of piezoelectric transducers with various angles of input of ultrasonic vibrations "α" from 0 ° to 90 °, angles of reception of ultrasonic vibrations "k" from 0 ° to 90 °, and pivot angles of the piezoelectric plate relative to control axes in the controlled product "γ" from 0 ° to 90 °, alternating combined and separate modes of their work at the end of the cycle of ultrasonic vibrations, placed from each other n is a function of distance and location on the surface scanning the test object with respect to the piezoelectric plate emitting ultrasonic vibrations. The ultrasonic scanning cycle is the time interval from the moment the ultrasonic ultrasonic transducer is introduced by the piezoelectric transducer with a certain ultrasonic ultrasound input angle and the angle of rotation of the piezoelectric plate relative to the longitudinal axis of the rail into the product to be monitored until the piezoelectric transducers are received by a variety of piezoelectric transducers with different ES receiving angles and the piezoelectric plate rotation angles relative to the longitudinal axis of the rail . Moving the transducer system along the axis of the control object, the echo signals reflected from the reflectors, regardless of their orientation, configuration and size, are recorded over the entire cross section of the controlled product, with the exception of the “Hidden zone”. Hidden zone - the area of the controlled product, not able to reflect echo signals to the location of the piezoelectric transducers that receive echo signals. A sign of defect registration is the indicator triggering when the threshold level is exceeded and the amplitude of the echo signals excited by various types of waves is weakened [5]. The phenomena of scattering, propagation in an elastic medium of a mechanical disturbance from an oscillation source are a fundamental element of the sonar method of ultrasonic testing. In a homogeneous medium, waves propagate equally in all directions from the source of oscillation. According to the Huygens principle, each point on the surface that the wave has reached at the moment is a point source of secondary waves. In a homogeneous medium, a secondary spherical wave propagates from each point on the wave surface with the same speed "υ" and distance "ΔL". The surface tangent to all secondary waves is the wave surface at the next moment in time. The wavefront at time t + Δt forms points that are remote from the original wavefront at a distance ΔL = υΔt in a direction perpendicular to the wave front. However, at the interface between media with different physical properties, the pattern of wave propagation changes significantly. A wave can partially transfer from one medium to another, and partially reflect from the interface and propagate in the first medium [7], pp. 224-225. With an oblique incidence of an acoustic wave from one solid medium to the interface with another solid medium, reflection, refraction, and transformation processes occur at the interface between the two media. Each wave perturbing the medium describes the propagation and scattering fields in a wide range of angles, that is, it creates a three-dimensional sound field. This sound field consists of many sound fields created by an excitation source, a secondary wave, and subsequent processes of reflection, refraction, and wave transformation. Some of the fields formed by acoustic waves are explained by the laws of geometric optics, others are formed differently and cannot be described by the laws of geometric optics. Some of the fields that cannot be described by the laws of geometric optics are called diffraction, that is, fields formed by the feature of deviation of the direction of wave propagation at the interface between two media. Diffraction in the broad sense means a phenomenon that occurs when a wave encounters an obstacle. The amplitude and phase of the wave, which encountered an obstacle in a homogeneous medium, change, and this wave penetrates the shadow region, deviating from the straight path. The sound field consists of acoustic fields, which are formed from the propagation paths of acoustic waves. The sound field is based on geometric fields consisting of trajectories described by the laws of geometric optics, which are interconnected by crosslinking (diffraction) fields, avoiding discontinuities in the sound field, which in turn allows the energy to be redistributed in the medium and to transfer energy without destroying it. In a solid medium, four types of zones are described (Figure 11), in which the laws of geometric optics are not applicable. The first type: the sharp edges of flat, perpendicularly oriented reflectors to the surface of the input of ultrasonic vibrations and, as a limiting case, the edges of the reflector, with which the primary field beam is in contact, touching the edge of the reflector, is scattered in all directions relative to the surface point. The edges of the reflector, which the wave has reached at the moment, are excited by diffraction edge waves - the diffraction zone of the first type. The second type: the surfaces of smooth round reflectors, which are touched by the rays of the primary field, form waves enveloping the surface of the reflector, which excite the slip diffraction waves - the diffraction zone of the second type. The third type: the input surfaces of ultrasonic vibrations at the interface between two media or at the free boundary of a medium at the first, second or third critical angles excite diffraction head waves, which in turn excite a family of diffraction side waves in both media - a diffraction zone of the third type. The fourth type: in layered inhomogeneous media in which the group velocity changes, envelope rays are formed, which, moving in different directions, gather at one point, excite refracted waves - a diffraction zone of the fourth type. It should be noted that these types of diffraction do not limit the entire variety of diffraction fields in a solid. All these zones are sources of diffraction waves, which, propagating in different directions, penetrate into the voiced region and interfere in it with reflected and refracted waves, and into the shadow region, forming the total field in the control object [8], pp. 24-55 . That is, each point of incidence of ultrasonic vibrations on the scanning surface, which a longitudinal wave has reached, is considered as a radiator of ultrasonic vibrations and a source of various types of waves that allow implementing various methods of the sonar method of ultrasonic testing.
Продольно-поперечный способ реализации Эхолокационного метода ультразвукового контроля изделия по всему сечению (Фигуры 12, 20), далее по тексту «Продольно-поперечный способ ультразвукового контроля», основывается на излучении в контролируемое изделие коротких зондирующих импульсов наклонным пьезоэлектрическим преобразователем, возбуждающим в нем ультразвуковые колебания, работающим в совмещенном режиме работы излучения-приема ультразвуковых колебаний либо в раздельном режиме работы в режиме излучения ультразвуковых колебаний и регистрации эхо-сигналов, возбужденных прошедшей переломленной трансформированной поперечной волной «t2» и прошедшей переломленной трансформированной дифракционно-продольной волной «lk2», отраженными от вертикальных, вертикально ориентированных, горизонтальных и горизонтально ориентированных стандартных и нестандартных отражателей (дефектов), расположенных в проекции плоскости распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии, за исключением «Скрытой зоны», одним или множеством прямых пьезоэлектрических преобразователей в зависимости от поставленных целей, работающими в раздельном режиме работы, в режиме приема либо в совмещенном режиме работы в пропорциональной зависимости от амплитуд зондирующих импульсов между наклонным и прямыми преобразователями. Признаком регистрации отражателей в контролируемом изделии является одновременное срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды эхо-сигналов отраженной дифракционно-продольной волны «lk2», возбужденных прошедшей переломленной трансформированной дифракционно-продольной волной «lk2», отраженной поперечной волны «t2» и отраженной трансформированной дифрагированной продольной волны «ld2», возбужденных прошедшей переломленной трансформированной поперечной волной «t2», и ослабление амплитуды эхо-сигналов отраженной дифракционно-продольной волны «lk2», отраженных от противоположной параллельной поверхности ввода ультразвуковых колебаний и возбужденных прошедшей преломленной трансформированной дифракционно-продольной волной «lk2». По параметрам принятых эхо-сигналов оценивают качественные характеристики отражателя. Результат достигается за счет того, что на поверхность сканирования рельса, на его продольную ось устанавливают систему пьезоэлектрических преобразователей, чередующих при необходимости работу совмещенного и раздельного режимов излучения-приема ультразвуковых колебаний по окончании цикла ультразвуковых колебаний, с различными углами ввода ультразвуковых колебаний, для поперечной волны «αt2», от первого критического угла sinβкр1=Cl1/Cl2 до второго критического угла sinβкр2=Cl1/Ct2, рассчитанных по закону Снеллиуса, углом разворота пьезоэлектрической пластины относительно продольной оси контролируемого изделия «γ» от 0° до 90°, углами приема эхо-сигналов «k» 0°, при этом излучение ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие производится одним пьезоэлектрическим преобразователем с углом ввода ультразвуковых колебаний от первого критического угла sinβкр1=Cl1/Cl2 до второго критического угла sinβкр2=Cl1/Ct2 и углом разворота пьезоэлектрической пластины относительно продольной оси контролируемого изделия «γ» от 0° до 90°, а прием эхо-сигналов - одним или множеством прямых пьезоэлектрических преобразователей с углом приема эхо-сигналов 0°, в одном цикле ультразвуковых колебаний, установленных на поверхности ввода ультразвуковых колебаний на расстоянии «В», обеспечивающем регистрацию эхо-сигналов, отраженных от противоположной (параллельной) поверхности к поверхности ввода ультразвуковых колебаний между наклонной и прямыми пластинами, рассчитанном из выражения B=htgklk2, где «h» - расстояние от поверхности ввода ультразвуковых колебаний до зоны вероятного отражателя в сечении рельса, «klk2» - угол приема отраженной дифракционно-продольной волны «lk2», «tg» - тангенс угла, отсчитываемый от нормали (перпендикуляра) к поверхности раздела двух сред, проходящей через точку падения и лучом (акустической осью) отраженной дифракционно-продольной волны «lk2», где направление акустической оси наклонной пьезоэлектрической пластины может быть направлено в любую сторону относительно продольной оси рельса и акустической оси прямой пьезоэлектрической пластины. Угол приема «klk2» равен углу отраженной волны, распространяющейся в объекте контроля на границе раздела двух сред, где одной средой является контролируемое изделие, а другой средой является отражатель в контролируемом изделии, который расположен параллельно к поверхности ввода и приема ультразвуковых колебаний. Расстояние «В» и количество пьезоэлектрических пластин определяется исходя из поставленных задач по регистрации стандартных и нестандартных отражателей в рельсе. Эффективность работоспособности продольно-поперечного способа ультразвукового контроля проверена и подтверждается лабораторными опытами (Таблица №1, Фигуры 13, 14, 15,), а также практической реализацией на действующем мобильном средстве ультразвуковой дефектоскопии (Фигуры 16, 17, 18, 19).Longitudinally-transverse method for implementing the Echolocation method of ultrasonic testing of the product over the entire cross section (Figures 12, 20), hereinafter referred to as "Longitudinally-transverse method of ultrasonic testing", is based on the emission of short probe pulses into the controlled product by an inclined piezoelectric transducer that excites ultrasonic vibrations operating in the combined mode of operation of radiation-reception of ultrasonic vibrations or in a separate mode of operation in the mode of radiation of ultrasonic vibrations and p recording is the echo signals excited past a broken transformed transverse wave «t 2" and past a broken transformed diffraction longitudinal wave «l k2», reflected from vertical, vertically-oriented, horizontal and horizontally oriented standard and nonstandard reflectors (flaws) disposed in the projection the propagation plane of ultrasonic vibrations in the controlled product, with the exception of the "Hidden zone", one or many direct piezoelectric transducers applicants, depending on the goals, working in separate operation mode, in reception mode or in combined operation mode in proportion to the amplitudes of the probe pulses between the inclined and direct converters. A sign of registration of reflectors in the controlled product is the simultaneous operation of the indicator when the threshold level of the echo signals of the reflected diffraction-longitudinal wave "l k2 ", excited by the transmitted refracted transformed diffraction-longitudinal wave "l k2 ", the reflected transverse wave "t 2 " and reflected transformed diffracted longitudinal wave "l d2 " excited by the transmitted transformed transformed transverse wave "t 2 ", and attenuation of the amplitude of the echo signals diffraction-longitudinal wave "l k2 " reflected from the opposite parallel surface of the input of ultrasonic vibrations and excited by the transmitted refracted transformed diffraction-longitudinal wave "l k2 ". The parameters of the received echoes evaluate the quality characteristics of the reflector. The result is achieved due to the fact that on the scanning surface of the rail, on its longitudinal axis, a system of piezoelectric transducers is installed, alternating, if necessary, the operation of combined and separate modes of radiation-reception of ultrasonic vibrations at the end of a cycle of ultrasonic vibrations, with different angles of input of ultrasonic vibrations, for a transverse wave "Α t2 ", from the first critical angle sinβ cr1 = C l1 / C l2 to the second critical angle sinβ cr2 = C l1 / C t2 calculated according to Snell's law, the angle of the piezo the electric plate relative to the longitudinal axis of the controlled product "γ" from 0 ° to 90 °, the angles of reception of echo signals "k" 0 °, while the radiation of ultrasonic vibrations into the controlled product is made by one piezoelectric transducer with an angle of input of ultrasonic vibrations from the first critical angle sinβ cr1 = C l1 / C l2 to the second critical angle sinβ cr2 = C l1 / C t2 and the angle of rotation of the piezoelectric plate relative to the longitudinal axis of the controlled product "γ" from 0 ° to 90 °, and the reception of echo signals - one or many direct piezoelectric transducers with an echo reception angle of 0 °, in one cycle of ultrasonic vibrations mounted on the surface of the input of ultrasonic vibrations at a distance of "B", which provides registration of echo signals reflected from the opposite (parallel) surface to the input surface of ultrasonic vibrations between the inclined and straight plates, calculated from the expression B = htgk lk2 , where "h" is the distance from the input surface of ultrasonic vibrations to the zone of the probable reflector in the rail section, "k lk2 " is the angle of reception from of the reflected diffraction-longitudinal wave “l k2 ”, “tg” is the tangent of the angle measured from the normal (perpendicular) to the interface between two media passing through the point of incidence and the beam (acoustic axis) of the reflected diffraction-longitudinal wave “l k2 ”, where the direction of the acoustic axis of the inclined piezoelectric plate can be directed in any direction relative to the longitudinal axis of the rail and the acoustic axis of the straight piezoelectric plate. The reception angle “k lk2 ” is equal to the angle of the reflected wave propagating in the control object at the interface between two media, where one medium is the controlled product, and the other is the reflector in the controlled product, which is parallel to the surface of input and reception of ultrasonic vibrations. The distance "B" and the number of piezoelectric plates is determined based on the tasks to register standard and non-standard reflectors in the rail. The efficiency of the longitudinal-transverse method of ultrasonic testing is verified and confirmed by laboratory experiments (Table No. 1, Figures 13, 14, 15,), as well as the practical implementation of ultrasonic flaw detection on an active mobile device (Figures 16, 17, 18, 19).
Продольно-поперечный способ ультразвукового контроля рельсов позволяет:The longitudinal-transverse method of ultrasonic monitoring of rails allows you to:
1. Повысить достоверность ультразвукового контроля за счет регистрации прямыми пьезоэлектрическими преобразователями эхо-сигналов дифракционно-продольной «lk2», поперечной «t2», дифрагированной продольной «ld2» волн, возбужденных прошедшей преломленной трансформированной поперечной волной «t2» и прошедшей преломленной трансформированной дифракционно-продольной волной «lk2».1. To increase the reliability of ultrasonic testing by registering direct piezoelectric transducers of echo signals of the diffraction-longitudinal "l k2 ", transverse "t 2 ", diffracted longitudinal "l d 2 " waves excited by the transmitted refracted transverse transverse wave "t 2 " and the transmitted refracted transformed diffraction-longitudinal wave "l k2 ".
2. Повысить достоверность ультразвукового контроля за счет увеличения количества информации от донной поверхности рельса, полученной различными методами и способами ультразвукового контроля, и сложения ее в единое информационной поле, обеспечив тем самым стабильность регистрации донного сигнала.2. To increase the reliability of ultrasonic testing by increasing the amount of information from the bottom surface of the rail obtained by various methods and methods of ultrasonic testing, and adding it into a single information field, thereby ensuring the stability of registration of the bottom signal.
3. Принимать прямым пьезоэлектрическим преобразователем эхо-сигналы, отраженные от отражателей в объекте контроля с различной ориентацией, конфигурацией, размерами, расположением в сечении и классом поверхности отражателя.3. Accept echo signals reflected from reflectors in the test object with a different orientation, configuration, size, location in cross section and surface class of the reflector with a direct piezoelectric transducer.
4. Применять способ ультразвукового контроля в действующих системах ультразвукового контроля как в железнодорожной дефектоскопии, так и в различных отраслях машиностроения в независимости от уровня техники.4. To apply the method of ultrasonic testing in existing systems of ultrasonic testing both in railway flaw detection and in various branches of engineering, regardless of the level of technology.
ЛитератураLiterature
1. Каталог дефектов рельсов. НТД/ЦП-1-93 «Классификация дефектов рельсов» МПС РФ. М.: Издательство «Транспорт», 1993 год.1. Catalog of rail defects. NTD / CP-1-93 “Classification of rail defects” of the Ministry of Railways of the Russian Federation. M .: Publishing house "Transport", 1993.
2. ГОСТ 18576-96 от 04.10.1996 года Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые.2. GOST 18576-96 dated 10/04/1996, Non-destructive testing. Rails are railway. Ultrasonic methods.
3. Марков А.А. Шпагин Д.А., Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. 2-е изд., перераб. и допол. - СПб.: «Образование - Культура», 2008.3. Markov A.A. Shpagin D.A., Ultrasonic inspection of rails. 2nd ed., Revised. and extra. - SPb .: “Education - Culture”, 2008.
4. Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов, - СПб.: «Образование - Культура», 1999.4. Markov A.A., Shpagin D.A. Ultrasonic flaw detection of rails, - St. Petersburg: "Education - Culture", 1999.
5. Патент 2442152, МПК G01N 29/04. Эхолокационный метод ультразвукового контроля по всему сечению / Корепанов А.А., Князев Д.А. - Заявка №2010129458/28 от 16.07.2010. Опубл. 10.02.2012. Бюл. №4.5. Patent 2442152, IPC G01N 29/04. The echolocation method of ultrasonic monitoring over the entire section / Korepanov A.A., Knyazev D.A. - Application No. 20102929458/28 of 07.16.2010. Publ. 02/10/2012. Bull. Number 4.
6. Патент 2060493, МПК G01N 29/04, Способ ультразвукового контроля головки рельса / Марков А.А., Гурвич А.К., Молотков С.Л., Миронов С.С.6. Patent 2060493, IPC G01N 29/04, Method for ultrasonic monitoring of the rail head / Markov A.A., Gurvich A.K., Molotkov S.L., Mironov S.S.
7. Кабардин О.Ф. Физика: Справ. материалы: Учеб. пособие для учащихся. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 1991.7. Kabardin O.F. Physics: Ref. Materials: Textbook. manual for students. - 3rd ed. - M .: Education, 1991.
8. Алешин Н.П. Методы акустического контроля металлов. М.: Машиностроение, 1989.8. Aleshin N.P. Methods of acoustic control of metals. M .: Engineering, 1989.
9. Кретов Е.Ф. Ультразвуковая дефектоскопия в Энергомашиностроении. Учебное пособие - СПб.: «Радиоавионика», 1995.9. Kretov E.F. Ultrasonic flaw detection in power engineering. Textbook - St. Petersburg: "Radioavionics", 1995.
10. Клюев В.В., Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Т. 3. Ультразвуковой контроль. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2008.10. Klyuyev V.V., Non-destructive testing: Reference: In 8 t. Ermolov I.N., Lange Yu.V. T. 3. Ultrasonic testing. - 2nd ed., Rev. - M.: Mechanical Engineering, 2008.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014150684/28A RU2585304C1 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Transverse-longitudinal method for implementation of echo-ranging method for ultrasonic inspection of articles along whole section |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014150684/28A RU2585304C1 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Transverse-longitudinal method for implementation of echo-ranging method for ultrasonic inspection of articles along whole section |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2585304C1 true RU2585304C1 (en) | 2016-05-27 |
Family
ID=56096034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014150684/28A RU2585304C1 (en) | 2014-12-16 | 2014-12-16 | Transverse-longitudinal method for implementation of echo-ranging method for ultrasonic inspection of articles along whole section |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2585304C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112083069A (en) * | 2020-09-11 | 2020-12-15 | 辽宁东科电力有限公司 | Single-channel piezoelectric transducer ultrasonic guided wave detection device and detection method |
| CN113960168A (en) * | 2021-10-20 | 2022-01-21 | 邢台超拓科技开发有限公司 | Method for detecting transverse cracks of rail bottom of steel rail |
| RU2787645C1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-01-11 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for non-destructive testing of ceramic products by ultrasonic method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4174636A (en) * | 1977-07-25 | 1979-11-20 | Pagano Dominick A | Two wheel ultrasonic rail testing system and method |
| WO1982003920A1 (en) * | 1981-05-06 | 1982-11-11 | Ind Inc Automation | An ultrasonic rail testing method and system |
| RU2308029C1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-10-10 | ОАО "Радиоавионика" | Device for testing weld of rail joint |
| RU2309402C2 (en) * | 2005-11-22 | 2007-10-27 | Анатолий Аркадиевич Марков | Method of ultrasonic test of rail welds |
| RU2353924C1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-04-27 | Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" | Method for ultrasonic testing of rail base |
| RU2442152C1 (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-10 | Александр Алексеевич Корепанов | Echoscopic method for ultrasonic quality control of the product across the entire section |
-
2014
- 2014-12-16 RU RU2014150684/28A patent/RU2585304C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4174636A (en) * | 1977-07-25 | 1979-11-20 | Pagano Dominick A | Two wheel ultrasonic rail testing system and method |
| WO1982003920A1 (en) * | 1981-05-06 | 1982-11-11 | Ind Inc Automation | An ultrasonic rail testing method and system |
| RU2309402C2 (en) * | 2005-11-22 | 2007-10-27 | Анатолий Аркадиевич Марков | Method of ultrasonic test of rail welds |
| RU2308029C1 (en) * | 2006-05-23 | 2007-10-10 | ОАО "Радиоавионика" | Device for testing weld of rail joint |
| RU2353924C1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-04-27 | Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" | Method for ultrasonic testing of rail base |
| RU2442152C1 (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-10 | Александр Алексеевич Корепанов | Echoscopic method for ultrasonic quality control of the product across the entire section |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112083069A (en) * | 2020-09-11 | 2020-12-15 | 辽宁东科电力有限公司 | Single-channel piezoelectric transducer ultrasonic guided wave detection device and detection method |
| CN113960168A (en) * | 2021-10-20 | 2022-01-21 | 邢台超拓科技开发有限公司 | Method for detecting transverse cracks of rail bottom of steel rail |
| RU2787645C1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-01-11 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for non-destructive testing of ceramic products by ultrasonic method |
| RU2789244C1 (en) * | 2022-07-21 | 2023-01-31 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for ultrasonic control of the surface of quartz ceramic products for the presence of scratches |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1960766B1 (en) | Detection of defects in welded structures | |
| JP5420525B2 (en) | Apparatus and method for ultrasonic inspection of small diameter tube | |
| JP2006234701A (en) | Ultrasonic test device and ultrasonic test method | |
| Osumi et al. | Imaging slit in metal plate using aerial ultrasound source scanning and nonlinear harmonic method | |
| RU2585304C1 (en) | Transverse-longitudinal method for implementation of echo-ranging method for ultrasonic inspection of articles along whole section | |
| JP5672725B2 (en) | SH wave generation method and ultrasonic measurement method | |
| JP6460136B2 (en) | Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method | |
| RU2668941C1 (en) | Method of detecting defects in rails | |
| Imano et al. | Experimental study on the mode conversion of lamb wave using a metal plate having a notch type defect | |
| Bagheri et al. | A Novel Method for Ultrasonic Evaluation of Horizontal Defects Using Time-of-Flight Diffraction | |
| JP4270040B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method | |
| KR101008172B1 (en) | Laser ultrasonic inspecting method using thermoelastic effect of laser pulse | |
| Edalati et al. | Defects evaluation in lamb wave testing of thin plates | |
| Kazakov | An amplitude-phase method for testing acoustic contact of ultrasonic transducer | |
| RU2783753C1 (en) | Ultrasonic method for detecting defects in the rail head | |
| RU2760487C1 (en) | Ultrasonic method for measuring the height of vertically oriented planar defects in glass-ceramic materials of aircraft structural elements | |
| RU2791670C1 (en) | Method for checking quality of acoustic contact between ultrasonic transducer and ceramic product during ultrasonic flaw detection | |
| Hughes et al. | Measurement of residual stresses in rails using Rayleigh waves | |
| RU2756933C1 (en) | Method for high-speed ultrasonic flaw detection of long-dimensional objects | |
| RU2442152C1 (en) | Echoscopic method for ultrasonic quality control of the product across the entire section | |
| Kazys et al. | Development of ultrasonic guided wave techniques for examination of non-cylindrical components | |
| Loveday et al. | Influence of resonant transducer variations on long range guided wave monitoring of rail track | |
| RU37832U1 (en) | MEANS FOR ULTRASONIC DEFECTOSCOPY | |
| JP2008008844A (en) | Ultrasonic flaw inspection method and ultrasonic flaw inspection device | |
| Maddela | Determination of position of defects in rails using ultrasonic phased arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191217 |