RU46586U1

RU46586U1 - ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC DEFECTOSCOPE

Info

Publication number: RU46586U1
Application number: RU2005103482/22U
Authority: RU
Inventors: В.И. Горделий
Original assignee: Горделий Виталий Иванович
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2005-07-10

Abstract

Полезная модель относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использована для сплошного, выборочного и вторичного ультразвукового контроля нити железнодорожного пути, одиночно лежащих рельсов и других длинномерных изделий в условиях умеренного климата, а также в условиях низких температур. Технический результат заключается в обеспечении контроля всего сечения рельса за исключением перьев подошвы рельса в условиях низких температур. Электромагнитно-акустический дефектоскоп содержит установленные на подвижном средстве акустический блок, состоящий из двух комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей, установленных с возможностью обеспечения ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и под углом 45°, подключенный к акустическому блоку генераторный блок, состоящий из двух генераторов зондирующих импульсов с разными несущими частотами, выходы которых подключены к излучающим катушкам соответственно первого и второго комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей, выходы приемных катушек комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей подключены к входам соответствующих каналов усилительного блока, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам генераторного блока и блока обработки и отображения информации, информационные входы которого соединены с выходами усилительного блока.The utility model relates to non-destructive testing of materials and can be used for continuous, selective and secondary ultrasonic testing of a railway track, single-lying rails and other lengthy products in a temperate climate, as well as in low temperatures. The technical result consists in providing control of the entire section of the rail with the exception of the feathers of the sole of the rail at low temperatures. The electromagnetic-acoustic flaw detector contains an acoustic unit mounted on a mobile vehicle, consisting of two combined electromagnetic-acoustic transducers installed with the ability to provide input of shear polarized ultrasonic vibrations normal to the rail surface and at an angle of 45 °, a generator unit connected to the acoustic unit, consisting of two probing pulse generators with different carrier frequencies, the outputs of which are connected to radiating coils, respectively the first and second combined electromagnetic-acoustic converters, the outputs of the receiving coils of the combined electromagnetic-acoustic converters are connected to the inputs of the corresponding channels of the amplifier unit, a control unit whose outputs are connected to the control inputs of the generator unit and the information processing and display unit, the information inputs of which are connected to the outputs of the amplifier block.

Description

Полезная модель относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использована для сплошного, выборочного и вторичного ультразвукового контроля нити железнодорожного пути, одиночно лежащих рельсов и других длинномерных изделий в условиях умеренного климата, а также в условиях низких температур.The utility model relates to non-destructive testing of materials and can be used for continuous, selective and secondary ultrasonic testing of a railway track, single-lying rails and other lengthy products in a temperate climate, as well as in low temperatures.

Известно устройство ультразвукового обнаружения дефектов в головке рельса, которое содержит два наклонных ультразвуковых преобразователей, установленных симметрично относительно продольной оси на поверхности катания головки рельса и перемещаемых с постоянной скоростью вдоль рельса. Пара преобразователей осуществляет поочередное импульсное излучение ультразвуковых колебаний под углом 60°-80° к поверхности катания в стороны боковых граней головки рельса под углами 10°-25° относительно продольной оси рельса. При наличии в головке рельса "смещенных овальных поперечных трещин" указанными преобразователями осуществляют прием эхо-сигналов и по их временному положению оценивают местоположение (в левой или в правой боковой части головки) и примерную ориентацию трещины (см. US 4700754, G 01 N 29/04,20.10.1987)A device is known for ultrasonic detection of defects in the rail head, which contains two inclined ultrasonic transducers mounted symmetrically with respect to the longitudinal axis on the rolling surface of the rail head and moved at a constant speed along the rail. A pair of transducers provides alternating pulsed radiation of ultrasonic vibrations at an angle of 60 ° -80 ° to the rolling surface in the direction of the side faces of the rail head at angles of 10 ° -25 ° relative to the longitudinal axis of the rail. If there are "shifted oval transverse cracks" in the rail head, the indicated transducers receive echo signals and estimate the location (in the left or right side of the head) and the approximate crack orientation (see US 4700754, G 01 N 29 / 10/20/1987)

Недостатками известного устройства являются низкая надежность и достоверность контроля, вызванная тем, что оно не позволяет обеспечивать прозвучивание всего сечения головки рельса. Это вызвано тем, что формируемые преобразователями ультразвуковые лучи после переотражения от нижней поверхности (нижней "полки") головки рельса продолжают распространяться по боковым частям головки практически параллельно продольной оси (вдоль рельса) не пресекая ось симметрии рельса. По этой причине отсутствуют эхо-сигналы от поперечных трещин под поверхностью катания на продольной оси рельса. В тоже время указанные трещины являются весьма опасными, быстро развивающимися под динамическим воздействием колес проходящих поездов. Кроме того, в The disadvantages of the known device are the low reliability and reliability of the control, due to the fact that it does not allow for the sounding of the entire section of the rail head. This is because the ultrasonic rays formed by the transducers after re-reflection from the lower surface (lower "shelf") of the rail head continue to propagate along the lateral parts of the head almost parallel to the longitudinal axis (along the rail) without suppressing the axis of symmetry of the rail. For this reason, there are no echo signals from transverse cracks under the rolling surface on the longitudinal axis of the rail. At the same time, these cracks are very dangerous, rapidly developing under the dynamic influence of the wheels of passing trains. Besides, in

известном устройстве пары наклонных преобразователей размещены с противоположных сторон "средней плоскости симметрии рельса", что обуславливает значительные габариты системы из двух преобразователей в поперечном рельсу направлении.The known device pairs of inclined transducers are placed on opposite sides of the "middle plane of symmetry of the rail", which leads to significant dimensions of the system of two transducers in the transverse rail direction.

Анализ эхо-сигналов от искомых дефектов в известном устройстве осуществляется в двух временных зонах, соответствующих озвучиванию плоскости дефекта прямым ультразвуковым лучом (от преобразователя до нижней плоскости головки рельса) и однократно-отраженным лучом (при распространении луча от нижней плоскости до поверхности катания). Из-за особенностей выбранной схемы прозвучивания в известном устройстве эхо-сигналы от дефектов, залегающих под поверхностью катания на продольной оси рельса, не анализируются, что обуславливает пропуск дефектов определенной конфигурации и дополнительное снижение надежности и достоверности контроля.The analysis of echo signals from the desired defects in the known device is carried out in two time zones corresponding to sounding the defect plane with a direct ultrasonic beam (from the transducer to the lower plane of the rail head) and a single-reflected beam (when the beam propagates from the lower plane to the rolling surface). Due to the features of the selected sounding scheme in the known device, echo signals from defects lying under the tread surface on the longitudinal axis of the rail are not analyzed, which leads to the passage of defects of a certain configuration and an additional decrease in the reliability and reliability of the control.

Устройство ультразвукового обнаружения дефектов в головке рельса, принятое в качестве прототипа, содержит систему из двух наклонных электроакустических преобразователей, развернутых под острыми одинаковыми углами относительно продольной оси рельса к противоположным боковым граням головки рельса. Углы ввода ультразвуковых колебаний в металл рельса и углы разворота преобразователей относительно продольной оси рельса выбирают таким образом, чтобы оси ультразвуковых лучей, падая под наклонным углом к зонам радиусного перехода боковой и нижней граней головки рельса, переотразившись от них пересекались на продольной оси поверхности катания головки рельса. При этом проекция траектории лучей внутри металла на поверхность катания образует геометрическую фигуру ромб. По мере перемещения пары преобразователей вдоль продольной оси рельса излучают ультразвуковые колебания и принимают отраженные от возможных дефектов в головке рельсов эхо-сигналы. По временному положению эхо-сигналов относительно зондирующих (излученных) колебаний и по их амплитудам судят о наличии дефекта и его ориентации внутри головки рельса. Причем при анализе сигналов принимают во внимание все сигналы, поступившие на преобразователи.The device of ultrasonic detection of defects in the rail head, adopted as a prototype, contains a system of two inclined electro-acoustic transducers deployed at sharp identical angles relative to the longitudinal axis of the rail to opposite side faces of the rail head. The angles for introducing ultrasonic vibrations into the rail metal and the turning angles of the transducers relative to the longitudinal axis of the rail are chosen so that the axes of ultrasonic rays falling at an oblique angle to the radius transition zones of the side and lower faces of the rail head, reflecting from them intersect on the longitudinal axis of the rolling surface of the rail head . In this case, the projection of the trajectory of the rays inside the metal onto the skating surface forms a geometric shape of a rhombus. As the pair of transducers moves along the longitudinal axis of the rail, they emit ultrasonic vibrations and receive echoes reflected from possible defects in the rail head. The temporary position of the echo signals relative to the probing (radiated) oscillations and their amplitudes are used to judge the presence of a defect and its orientation inside the rail head. Moreover, when analyzing the signals, all signals received by the converters are taken into account.

Для упрощения анализа эхо-сигналов, последующей автоматизации процесса расшифровки сигналов и процедуры контроля осуществляют временную селекцию To simplify the analysis of echo signals, the subsequent automation of the process of decoding signals and control procedures, temporary selection is performed

эхо-сигналов в трех временных зонах, две из которых предназначены для селекции сигналов от трещин в боковых частях головки рельса, а третья, дополнительная, - для селекции сигналов от поперечных трещин в центральной части головки под поверхностью катания. Причем сигналы от этих дефектов образуются за счет переотражения ультразвуковых колебаний от уголкового отражателя, сформированного плоскостью трещины и поверхностью катания (или плоскостью подповерхностной горизонтальной трещины). При обнаружении этих дефектов, в отличие от выявления трещин в боковых частях головки, ультразвуковые колебания излучаются одним преобразователем и принимаются другим по траектории луча внутри головки рельса, проекция которой на поверхность катания образует геометрическую фигуру ромб. Все мешающие сигналы, в частности от неровностей нижних углов (зон радиусного перехода), не попадают в зоны временной селекции и не участвуют в дальнейшем анализе (см. RU 2184960, G 01 N 29/04, 10.07.02). Известное устройство обладает относительно высокой надежностью, достоверностью и производительностью ультразвукового контроля головки рельсов за счет эффективного обнаружения поперечных трещин в центральной части головки рельса, в том числе залегающих под отслоениями металла и горизонтальными трещинами на небольшой глубине от поверхности катания, при одновременном выявлении дефектов в боковых частях головки рельса.echo signals in three time zones, two of which are intended for the selection of signals from cracks in the lateral parts of the rail head, and the third, additional, for the selection of signals from transverse cracks in the central part of the head under the rolling surface. Moreover, the signals from these defects are formed due to re-reflection of ultrasonic vibrations from the corner reflector formed by the crack plane and the rolling surface (or the plane of the subsurface horizontal crack). When these defects are detected, in contrast to the detection of cracks in the lateral parts of the head, ultrasonic vibrations are emitted by one transducer and taken by another along the beam path inside the rail head, the projection of which onto the rolling surface forms a geometric shape of a rhombus. All interfering signals, in particular from irregularities of the lower corners (zones of the radius transition), do not fall into the zones of temporary selection and do not participate in further analysis (see RU 2184960, G 01 N 29/04, 10.07.02). The known device has a relatively high reliability, reliability and performance of ultrasonic monitoring of the rail head due to the effective detection of transverse cracks in the central part of the rail head, including those lying under metal delamination and horizontal cracks at a shallow depth from the rolling surface, while detecting defects in the side parts rail heads.

К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность осуществления контроля всего объема рельса, поскольку используемая схема прозвучивания позволяет обеспечить надежный и достоверный ультразвуковой контроль только головки рельсов.The disadvantages of the known device include the impossibility of monitoring the entire volume of the rail, since the sounding scheme used allows for reliable and reliable ultrasonic monitoring of only the rail head.

Технический результат заключается в обеспечении контроля всего сечения рельса за исключением перьев подошвы рельса в условиях низких температур.The technical result consists in providing control of the entire section of the rail with the exception of the feathers of the sole of the rail at low temperatures.

Технический результат достигается тем, что в электромагнитно-акустическом дефектоскопе содержащем установленные на подвижном средстве акустический блок с подключенным к нему генераторным блоком, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам генераторного блока и блока обработки и отображения информации, информационные входы которого соединены с выходами усилительного блока, подключенного к The technical result is achieved by the fact that in an electromagnetic-acoustic flaw detector containing an acoustic unit mounted on a mobile vehicle with a generator unit connected to it, a control unit whose outputs are connected to the control inputs of the generator unit and the information processing and display unit, the information inputs of which are connected to the outputs of the amplifier unit connected to

акустическому блоку, акустический блок состоит из двух комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей, установленных с возможностью обеспечения ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и под углом 45°, а генераторный блок состоит из двух генераторов зондирующих импульсов с разными несущими частотами, выходы которых подключены к излучающим катушкам соответственно первого и второго комбинированных электромагнитно - акустических преобразователей, выходы приемных катушек комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей подключены к входам соответствующих каналов усилительного блока.acoustic unit, the acoustic unit consists of two combined electromagnetic-acoustic transducers installed with the ability to provide input of shear polarized ultrasonic vibrations normal to the rail surface and at an angle of 45 °, and the generator unit consists of two probing pulse generators with different carrier frequencies, the outputs of which connected to the radiating coils of the first and second combined electromagnetic - acoustic transducers, respectively, the outputs of the receiving coils combined electromagnetic-acoustic transducers are connected to the inputs of the corresponding channels of the amplifier unit.

Несущая частота первого генератора зондирующих импульсов выбирается в два раза больше несущей частоты второго генератора зондирующих импульсов.The carrier frequency of the first probe pulse generator is selected to be twice the carrier frequency of the second probe pulse generator.

На рис.1 представлена функциональная схема электромагнитно - акустического дефектоскопа.Fig. 1 shows a functional diagram of an electromagnetic - acoustic flaw detector.

Электромагнитно-акустический дефектоскоп содержит установленные на подвижном средстве (на чертеже не показано) акустический блок 1 с подключенным к нему генераторным блоком 2, блок 3 управления, выходы которого подключены к управляющим входам генераторного блока 2 и блока 4 обработки и отображения информации, информационные входы которого соединены с выходами усилительного блока 5, подключенного к акустическому блоку 1, акустический блок 1 состоит из двух комбинированных электромагнитно - акустических преобразователей 6 и 7, установленных с возможностью обеспечения ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и под углом 45°, генераторный блок 2 состоит из двух генераторов 8 и 9 зондирующих импульсов с разными несущими частотами, выходы которых подключены к излучающим катушкам соответственно первого и второго комбинированных электромагнитно - акустических преобразователей 6 и 7, выходы приемных катушек комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 подключены к входам соответствующих каналов усилительного блока 5. Излучающие и приемные катушки комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 на чертеже не показаны.The electromagnetic-acoustic flaw detector contains an acoustic unit 1 mounted on a mobile vehicle (not shown), with a generator unit 2 connected to it, a control unit 3, the outputs of which are connected to the control inputs of the generator unit 2 and the information processing and display unit 4, the information inputs of which connected to the outputs of the amplification unit 5 connected to the acoustic unit 1, the acoustic unit 1 consists of two combined electromagnetic - acoustic transducers 6 and 7 installed with the possibility of providing input polarized shear ultrasonic vibrations normal to the rail surface and at an angle of 45 °, the generator unit 2 consists of two generators 8 and 9 of the probe pulses with different carrier frequencies, the outputs of which are connected to the emitting coils of the first and second combined electromagnetic - acoustic transducers 6 and 7, the outputs of the receiving coils of the combined electromagnetic-acoustic transducers 6 and 7 are connected to the inputs of the corresponding channels of the amplifier unit 5. The radiating and receiving coils of the combined electromagnetic-acoustic transducers 6 and 7 are not shown in the drawing.

Электромагнитно-акустический дефектоскоп работает следующим образом.Electromagnetic-acoustic flaw detector operates as follows.

Контроль рельса осуществляется посредством четырех каналов ультразвуковых колебаний. Генераторов 8 и 9 вырабатывают зондирующие импульсы заданной длительности и амплитуды с разными несущими частотами. В частности, несущие частоты могут быть выбраны равными 1Мгц и 2 Мгц. Синхроимпульсы, поступающие на управляющие входы генераторов 8 и 9 для их запуска и синхронизации, вырабатываются в блоке 3 управления, на который поступают импульсы от датчика пути и скорости. Сформированные зондирующие импульсы с заданными параметрами поступают в излучающие катушки электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7, которые обеспечивают возбуждение ультразвуковых колебаний в контролируемом объекте. Ввод сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний осуществляется по нормали к поверхности рельса и под углом 45°. Излученные ультразвуковые колебания отражаются от неоднородностей металла или подошвы рельса и принимаются приемными катушками этих же электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7. Принятые отраженные импульсы с электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 поступают на входы соответствующих каналов усилительного блока 5, где они усиливаются до заданного значения и далее поступают в блок 4 обработки и отображения информации, в котором они подвергаются дальнейшему усилению, детектированию и преобразованию к виду, необходимому для их записи в блок памяти и для отображения на индикаторе. Сигналы синхронизации и управления, необходимые для осуществления преобразования, записи и отображения на индикаторе в блоке 4 обработки и отображения информации вырабатываются и поступают из блока 3 управления.Rail control is carried out through four channels of ultrasonic vibrations. Generators 8 and 9 generate probe pulses of a given duration and amplitude with different carrier frequencies. In particular, the carrier frequencies can be selected equal to 1 MHz and 2 MHz. The clock pulses arriving at the control inputs of the generators 8 and 9 for their start and synchronization are generated in the control unit 3, which receives pulses from the path and speed sensor. The generated probing pulses with given parameters enter the emitting coils of the electromagnetic-acoustic transducers 6 and 7, which provide excitation of ultrasonic vibrations in the controlled object. The input of shear polarized ultrasonic vibrations is carried out normal to the rail surface and at an angle of 45 °. The emitted ultrasonic vibrations are reflected from the inhomogeneities of the metal or the sole of the rail and are received by the receiving coils of the same electromagnetic-acoustic transducers 6 and 7. The received reflected pulses from the electromagnetic-acoustic transducers 6 and 7 are fed to the inputs of the corresponding channels of the amplifier unit 5, where they are amplified to a predetermined value and then enter the information processing and display unit 4, in which they are subjected to further amplification, detection and transformation to the form necessary To write them to the memory unit and to display them on the indicator. The synchronization and control signals necessary for the conversion, recording and display on the indicator in the unit 4 for processing and displaying information are generated and come from the control unit 3.

Положенный в основу работы электромагнитно-акустического дефектоскопа бесконтактный электромагнитно-акустический принцип контроля позволяет обходиться без применения контактной жидкости, что особенно актуально в условиях низких температур. Расположение электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 со стороны поверхности катания и со стороны рабочей грани головки рельса с обеспечением ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и The non-contact electromagnetic-acoustic inspection principle underlying the operation of the electromagnetic-acoustic flaw detector allows you to do without the use of contact liquid, which is especially important at low temperatures. The location of the electromagnetic-acoustic transducers 6 and 7 from the side of the rolling surface and from the side of the working face of the rail head with the input of shear polarized ultrasonic vibrations along the normal to the rail surface and

под углом 45°, позволяет осуществить хорошее прозвучивание рельса и контроль практически всего сечения рельса за исключением перьев подошвы.at an angle of 45 °, allows for good sounding of the rail and control of almost the entire section of the rail with the exception of the feathers of the sole.

Эффективность выявления дефектов в предлагаемом дефектоскопе обусловлена также и не критичностью искательной системы к загрязненности и шероховатости рельсов.The effectiveness of the detection of defects in the proposed flaw detector is also due to the criticality of the search system to the contamination and roughness of the rails.

Claims

1. An electromagnetic acoustic flaw detector comprising an acoustic unit mounted on a mobile vehicle with a generator unit connected to it, a control unit whose outputs are connected to the control inputs of the generator unit and the information processing and display unit, the information inputs of which are connected to the outputs of the amplifier unit connected to acoustic unit, characterized in that the acoustic unit consists of two combined electromagnetic-acoustic transducers installed with possibly the task of ensuring the input of shear polarized ultrasonic vibrations normal to the rail surface and at an angle of 45 °, and the generator unit consists of two probing pulse generators with different carrier frequencies, the outputs of which are connected to the emitting coils of the first and second combined electromagnetic-acoustic transducers, the outputs of the receiving the coils of the combined electromagnetic-acoustic transducers are connected to the inputs of the corresponding channels of the amplifier unit.

2. The electromagnetic acoustic flaw detector according to claim 1, characterized in that the carrier frequency of the first probe pulse generator is two times greater than the carrier frequency of the second probe pulse generator.