16000576248615 KatenJarcevITS 0D6A9

Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
Кафедра «Железнодорожный путь»
А.С. Катен-Ярцев
ФОРМИРОВАНИЕ И ОТОБРАЖЕНИЕ
СИГНАЛОВ КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ
УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ ДЕФЕКТОСКОПАМИ
Рекомендовано
методическим советом по качеству
образовательной деятельности ДВГУПС
в качестве учебного пособия
Хабаровск
Издательство ДВГУПС
2017
1
УДК 625.143:620.179.1(075.8)
ББК О211-082.510.3Я73
К 293
Рецензенты:
Кандидат физико-математических наук,
доцент кафедры естественных и общетехнических дисциплин
Хабаровского филиала Сибирского университета водного транспорта
А.В. Гаврилов
Главный инженер 5-й Хабаровской дистанции пути ДВДИ
А.О. Манаев
Катен-Ярцев, А.С.
К 293
Формирование и отображение сигналов контроля рельсов ультразвуковыми дефектоскопами : учеб. пособие / А.С. Катен-Ярцев. –
Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2017. – 77 с. : ил.
Учебное пособие соответствует рабочей программе дисциплины «Методы и средства диагностики и мониторинга железнодорожного пути».
Дана картина формирования информации о состоянии рельса в ходе
дефектоскопного контроля. Приведены способы и методы обнаружения
дефектов.
Предназначено для студентов 5-го курса очной и 6-го курса заочной
форм обучения по специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» специализации «Управление техническим состоянием железнодорожного пути». Может быть полезно
слушателям Института дополнительного образования и инженерно-техническим работникам путевого хозяйства.
УДК 625.143:620.179.1(075.8)
ББК О211-082.510.3Я73
© ДВГУПС, 2017
2
ВВЕДЕНИЕ
Данное пособие предназначено для студентов Дальневосточного государственного университета путей сообщения, изучающих дисциплину
«Методы и средства диагностики и мониторинга железнодорожного пути».
Цель его разработки заключается в помощи в освоении важнейшего звена в
системе неразрушающего контроля рельсового хозяйства – рельсовой дефектоскопии. Необходимо оно также для усвоения студентами соответствующих знаний рабочей программы «Оператор дефектоскопной тележки».
Полезно использование пособия при выполнении дипломных проектов
по темам, связанным с рельсовой дефектоскопией. Представляется целесообразным изучение соответствующих вопросов, содержащихся в пособии, слушателями курсов дополнительного обучения.
Специфика пособия отражена в его названии. Оно направлено на восполнение пробела, возникающего при изучении дисциплины, связанной с
рельсовой дефектоскопией. Этот пробел обусловливается ограниченным
объемом времени, отсутствием достаточных технических возможностей в
рамках аудиторных занятий. По мнению автора, в этих условиях необходима дополнительная индивидуальная работа студентов в изучении многих нюансов в картине формирования информации о состоянии рельса в
ходе дефектоскопного контроля. Помощь в этом студентам должно оказать данное пособие. Получаемый выпускниками, таким образом, достаточно полный объем знаний по рельсовой дефектоскопии, дополнительно
к другим дисциплинам, открывает перед ними перспективу востребованности и производственного роста в области диагностики и мониторинга
состояния пути. При разработке пособия использованы наиболее современные нормативно-технические документы и библиографические материалы [9, 13, 14, 16, 20, 29, 34–39, 44–47, 49 ,52].
3
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВ
1.1. Общие положения
В настоящее время действующим нормативно-техническим документом является утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 23 октября
2014 г. № 2499р инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и
параметры дефектных и остродефектных рельсов» [20]. Содержание ее
соответственно теме данного раздела излагается ниже.
В рельсах в процессе эксплуатации по мере наработки тоннажа, измеряемого в миллионах тонн брутто, происходят процессы износа, смятия,
коррозии и усталости, в том числе контактной, изгибной и коррозионной
усталости. В результате протекания этих процессов в рельсах образуются
различные повреждения и дефекты. Дефект рельса характеризуется отклонениями от установленных норм его геометрических параметров или
прочности, соблюдение которых обеспечивает работоспособное состояние
рельса в установленных условиях эксплуатации. К дефектам рельсов относятся: выкрашивания, выколы, трещины, изломы, все виды износа, пластические деформации в виде смятия, сплывов металла головки рельса,
коррозия, механические повреждения, величины которых превышают
нормированные значения. Отказ рельса вызывается дефектом, при котором исключается пропуск поездов (полный отказ, например при изломе
рельса) или возникает необходимость в ограничении скоростей движения
поездов (частичный отказ, например образование волнообразных неровностей сверх нормируемых значений на поверхности катания головки
рельса и т.п.).
Классификация и каталог дефектов рельсов предназначены для правильного определения кода дефектов в рельсах, основной причины их появления и развития, а также для принятия мер по безопасной эксплуатации рельсов, для статистического учета поврежденных рельсов, анализа
уровня эксплуатационной стойкости и надежности рельсов. В каталоге
дефектов рельсов представлены способы их выявления.
Все дефекты в зависимости от их типа, расположения по сечению
рельса, основных причин их происхождения и места расположения по
длине рельса имеют свой цифровой код. В подразд. 1.4 настоящего пособия объясняется структура кодового цифрового обозначения дефектов
рельсов, в разделе инструкции № 2499р «Каталог дефектов рельсов» даются подробное описание каждого дефекта и его фотографии, способы
4
выявления и указания по эксплуатации дефектных рельсов, в разделе «Параметры дефектных и остродефектных рельсов» определяется степень
опасности конкретных дефектов рельсов для движения поездов.
Поврежденные рельсы в зависимости от степени опасности дефектов
подразделяются на два вида: остродефектные и дефектные.
К остродефектным рельсам относятся рельсы с изломами, выколами и
трещинами, которые могут привести к внезапным разрушениям. Остродефектные рельсы непосредственно угрожают безопасности движения поездов из-за непредсказуемости последствий разрушений рельсов и поэтому
требуют изъятия их из пути после обнаружения дефекта без промедления
в соответствии с установленным порядком.
По остродефектным рельсам пропуск поездов производится в соответствии с нормами, приведенными в разделе инструкции № 2499р «Параметры дефектных и остродефектных рельсов».
Дефектные рельсы, как правило, не препятствуют пропуску поездов,
но при достижении определенных параметров дефектов требуют ограничения скоростей движения поездов. В связи с возможностью визуального
наблюдения за развитием этих дефектов изменение их размеров в большинстве случаев можно прогнозировать.
В зависимости от категории пути, типа и степени развития дефектов на
поверхности катания головки, на шейке или подошве для дефектных рельсов устанавливается соответствующий порядок их изъятия из пути от замены в плановом порядке до замены в первоочередном порядке.
По дефектным рельсам на срок до устранения дефекта или замены
дефектных рельсов при достижении определённых параметров дефектов
устанавливаются ограничения скорости движения поездов с учетом конкретных условий состояния пути.
Все остродефектные рельсы, внутренние дефекты в которых обнаружены при дефектоскопировании, после изъятия из пути должны подвергаться обязательному вскрытию для подтверждения кода дефекта. Долом
рельсов для вскрытия дефектов должен производиться средствами дистанций пути. При анализе вскрытых дефектов должно быть обращено
внимание на источник (фокус) зарождения дефекта, на его место расположения и ориентацию в рельсе, на характер развития дефекта. Вид излома
рельса фотографирует цифровым фотоаппаратом работник дистанции пути.
Результаты вскрытия остродефектного рельса фиксируются в специальном журнале и передаются вместе с цифровыми фотографиями для
анализа в Центры диагностики и мониторинга.
5
1.2. Нормативные ссылки
В инструкции № 2499р использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 27.002–89. Надёжность в технике. Основные понятия. Термины
и определения;
ГОСТ 21014–88. Прокат чёрных металлов. Термины и определения
дефектов поверхности;
ГОСТ Р 22.2.08–96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Безопасность движения поездов. Термины и определения;
ГОСТ Р 51685–2000. Рельсы железнодорожные. Общие технические
условия.
1.3. Термины, определения и сокращения
В инструкции № 2499р использованы термины с соответствующими
определениями из указанных выше стандартов, из нормативно-технической документации и технической литературы, из литературы, на которую
сделаны ссылки, а также нижеследующие.
Повреждение рельса – появление неисправности при сохранении работоспособного состояния, обеспечивающего безопасный пропуск поездов с
установленной скоростью.
Разрушение рельса – процесс зарождения и развития в рельсе трещин,
приводящий к разделению рельса на части.
Трещина – двумерная несплошность в рельсе, два размера которой
(длина и ширина) существенно больше третьего (толщины). На начальной
стадии развития трещины не приводят к отделению разделенных трещиной частей рельса.
Выкрашивание – поверхностное разрушение рельса в местах контакта
с колесами, выражающееся в образовании поверхностных или подповерхностных трещин контактной усталости, развитие которых приводит к отслаиванию и отделению частиц металла.
Излом рельса – термин используется для определения:
1) факта разрушения рельса по всему сечению или с отделением части
головки или части головки и шейки рельса;
2) поверхности разрушения полностью разрушенного на два или более
кусков рельса.
Примечание. Образование поверхности разрушения происходит либо в
результате развития одной или нескольких трещин, либо в результате
слияния расположенных рядом трещин в одну магистральную трещину,
по которой и происходит разрушение рельса.
6
Фокус трещины – очаг разрушения, зона на изломе, откуда началось
разрушение.
Долом – зона на изломе, соответствующая конечной стадии разрушения, четко отделяется от зоны усталостного развития трещины.
Выкол головки – отделение головки рельса при сохранении целостности шейки и подошвы.
Выкол подошвы – отделение части подошвы рельса при сохранении
поверхности катания.
Износ – результат процесса отделения мелких частиц металла с поверхности рельса при взаимодействии с колёсами подвижного состава или
с элементами скреплений, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы рельса.
Смятие – результат процесса поверхностной пластической деформации
рельса при взаимодействии с колёсами подвижного состава, проявляющийся в постепенном изменении формы и размеров рельса.
Остродефектный рельс – рельс с дефектом, представляющий прямую
угрозу безопасности движения из-за возможного разрушения под поездом
или схода колёс с рельса. После обнаружения дефекта остродефектный
рельс подлежит изъятию из пути (замене) без промедления или требует
принятия специальных мер для пропуска поездов до его замены с учетом
рекомендаций инструкции № 2499р.
Дефектный рельс – рельс, у которого в процессе эксплуатации происходит постепенное снижение служебных свойств ниже нормативного
уровня, но по которому еще обеспечивается безопасный пропуск поездов,
хотя в ряде случаев уже требуется введение ограничения скоростей движения. Такие рельсы заменяются в установленном порядке. Режим их эксплуатации до момента устранения дефектов или изъятия назначают в зависимости от конкретных условий с учетом нормативов инструкции № 2499р.
Контроленепригодный рельс – рельс, на поверхности которого при дефектоскопировании не обеспечивается акустический контакт из-за наличия выкрашиваний или трещин и/или наблюдается срабатывание индикации дефектоскопа при минимальной допустимой чувствительности (определенной нормативной документацией на контроль) из-за наличия рябизны или отпечатков, или сильной коррозии.
Фрагмент – часть разрушившегося рельса, образовавшаяся при ветвлении трещин и разрушении рельса на три и более частей.
Проба – часть разрушенного рельса, которая вырезается из него для
передачи на исследование.
В инструкции № 2499р используются следующие сокращения.
ДР – дефектный рельс;
ОДР – остродефектный рельс;
7
ВПТ – внутренняя продольная трещина (в головке рельса);
ЗПП – замена (рельса) в первоочередном порядке.
Отказ рельса – состояние неисправности с последующим скоростным
ограничением.
Излом – разрушение рельса в продольном или поперечном направлении, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна.
Первоочередная замена рельсов – замена рельсов в течение 14 суток.
В случае невыполнения работ по замене дефектного рельса в указанный
срок скорость движения поездов ограничивается до 40 км/ч.
1.4. Структура обозначения дефектов рельсов
Все дефекты рельсов в классификации кодированы трехзначным числом. Использована следующая структура кодового обозначения:
 первая цифра кода определяет группу дефектов по месту появления
дефекта по элементам сечения рельса (головка, шейка, подошва, всё сечение);
 вторая цифра определяет тип дефекта рельсов с учетом основной
причины его зарождения и развития;
 третья цифра указывает на место расположения дефекта по длине
рельса.
Первые две цифры кода дефектов рельсов отделяются от третьей цифры точкой.
Группа дефектов и место их появления по элементам сечения рельса
(головка, шейка, подошва, все сечение) определяются следующими цифрами (первый знак):
1 – трещины и выкрашивания металла на поверхности катания головки
рельса;
2 – поперечные трещины в головке рельса;
3 – продольные трещины в головке рельса и в зоне перехода головки в
шейку в стыке;
4 – пластические деформации (смятие), вертикальный, боковой и неравномерный износ головки рельса (длинные волны и короткие волны-рифли);
5 – дефекты и повреждения шейки рельса;
6 – дефекты и повреждения подошвы рельса;
7 – изломы рельса по всему сечению;
8 – изгибы рельса в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
9 – прочие дефекты и повреждения рельса, включая коррозию подошвы и шейки, а также лишние отверстия в зоне накладок и вдавленная маркировка в зоне стыка.
8
Тип дефекта рельсов, определяемый основной причиной его зарождения и развития (второй знак), обозначается следующими цифрами:
0 – дефекты, связанные с нарушениями технологии изготовления
рельсов;
1 – дефекты, зависящие от недостаточно высокого металлургического
качества рельсовой стали (например, от местных скоплений неметаллических включений, вытянутых вдоль направления прокатки в виде дорожекстрочек) и недостаточной прочности рельсового металла, приведшие к отказам рельсов после пропуска гарантийного тоннажа (после окончания
срока гарантии);
2 – дефекты, зависящие от недостаточно высокого металлургического
качества рельсовой стали (например, от местных скоплений неметаллических включений, вытянутых вдоль направления прокатки в виде дорожекстрочек) и недостаточной прочности рельсового металла, приведшие к отказам рельсов до пропуска гарантийного тоннажа (в пределах срока гарантии);
3 – дефекты в зоне болтовых стыков, связанные с повышенным динамическим воздействием колёс на путь, с нарушением требований инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути; с нарушениями технологии обработки болтовых отверстий и торцов рельсов металлургическими комбинатами, линейными подразделениями и промышленными
предприятиями путевого хозяйства дорог;
4 – дефекты, связанные с ненормативным специфическим воздействием подвижного состава на рельсы и условиями эксплуатации рельсов
(боксование, юз, ползуны и др.), в том числе из-за нарушения режимов
вождения поездов, недостатков подвижного состава, нарушений норм текущего содержания пути;
5 – дефекты рельсов, полученные в результате ненормативных механических воздействий на рельсы (удар инструментом, рельса о рельс и т.п.);
6 – дефекты в зоне сварных стыков, связанные с недостатками и нарушениями технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, приведшие к отказам рельсов после пропуска гарантийного тоннажа;
7 – дефекты в зоне сварных стыков, связанные с недостатками и нарушениями технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, приведшие к отказам рельсов до пропуска гарантийного тоннажа;
8 – дефекты, связанные с недостатками и нарушениями технологии наплавки рельсов, приварки рельсовых соединителей и другие дефекты;
9 – дефекты, вызванные коррозионной усталостью, контроленепригодностью рельсов, и изломы без усталостных трещин.
9
Примечание. Появление дефекта рельса часто бывает следствием нескольких причин. Так, недостатки в содержании пути ускоряют развитие
заводских дефектов. В связи с этим при определении типа дефекта должна быть установлена основная причина, с которой связано его появление
и развитие.
Цифровое обозначение места расположения дефекта (третья цифра в
коде дефекта) принято следующим:
0 – по всей длине рельса;
1 – в болтовом стыке на расстоянии 750 мм и менее от торца рельса;
2 – вне болтового стыка на расстоянии более 750 мм от торца рельса;
3 – в сварном стыке, полученном электроконтактной сваркой;
4 – в сварном стыке, полученном алюминотермитной сваркой.
Примечания
1. Для сварного стыка, полученного элетроконтактной сваркой рельсов
после 2000 г., зона стыка определяется на расстоянии 120 мм симметрично
по 60 мм в обе стороны от оси сварного шва с учётом толщины сварного
шва и зон термического влияния от сварки и термообработки после сварки,
а зона разрушения сварных рельсов из-за поджогов в подошве определяется на расстоянии 700 мм симметрично по 350 мм в обе стороны от оси
сварного шва расположением прижимных электродов-губок контактной
сварочной машины.
2. Для сварного стыка, полученного алюминотермитной сваркой, зона
стыка определяется на расстоянии 120 мм симметрично по 60 мм в обе
стороны от оси сварного шва с учётом толщины сварного шва и зон термического влияния от сварки.
3. Буква «Н», стоящая после цифрового кода дефекта, указывает, что
дефект взят в накладки.
4. В случае необходимости отнесения дефекта к двум и более кодам
допускается их обозначение с помощью двух и более кодов через знак
дроби. Например, излом рельса, который произошел из-за образования
поперечной трещины контактной усталости, обозначается как 71.2/21.2, а
излом рельса, который произошел из-за образования продольной трещины
в головке, – как 71.2/31.2.
Структура классификации дефектов приведена в табл. 1.1, классификация дефектов рельсов – в табл. 1.2.
Для облегчения пользования инструкцией № 2499р и правильного определения дефектов в табл. 1.1 приведены в скобках прежние обозначения
дефектов по НТД/ЦП-1-93, если их обозначение изменилось, и выделены
обозначения новых дефектов.
10
Таблица 1.1
Подошва
Шейка
Дефекты в зоне сварных
стыков (после пропуска
гарантийного тоннажа)
Дефекты в зоне сварных
стыков (до пропуска
гарантийного тоннажа)
Другие дефекты
Контроленепригодность,
коррозионная усталость,
изломы
без усталостных трещин
Недостаточная
прочность (до пропуска
гарантийного тоннажа)
Недостаточная
прочность (после
пропуска гарантийного
тоннажа)
Нарушения технологии
изготовления рельсов
Ненормативное
механическое
воздействие на рельсы
3
Ненормативные условия
эксплуатации рельсов
2
Наименование
0
1
2
группы дефектов
Трещины и выкрашивания на по10.1-2
11.1-2 12.1-2**
верхности
Поперечные
тре20.1-2
21.1-2 22.1-2**
щины
Продольные трещины в головке и в
30.1-2
31.1-2
–
зоне перехода го- (30Г.1-2) (30В.1-2)
ловки в шейку
Дефекты в зоне
болтовых стыков
Головка
1
Тип дефекта (основная
причина образования)
№ группы
Элемент профиля
Структура классификации дефектов
3
4
5
6
7
8
9
13.1*
(17.1)
14.1-2
–
24.1-2
25.1-2
26.3-4
27.3-4**
–
–
33.1*
(52.1)
–
–
–
–
38.1
–
16.3-4** 17.3-4** 18.1-2 19.0-1-2**
4
Износ и смятие
40.0
(40+49)
41.0, 2
(41.2+43)
–
43.1*
(41.1+
+47.1)
44.0
–
46.3-4
47.3-4**
–
–
5
Дефекты в шейке
50.1-2
–
–
53.1
–
55.1-2
(55+52.2+
+53.2)
56.3-4
57.3-4**
–
–
–
–
–
64.1-2**
65.1-2
66.3-4
67.3-4**
–
69.1-2
60.1-2*
6
Дефекты в подошве
11
(60.1-2+
+62.1-2)
Всё сечение
7
Всё сечение
8
Изгибы
–
–
–
–
–
85.1-2
86.3-4
–
Любой
Нарушения технологии
изготовления рельсов
Наименование
группы дефектов
0
9
Прочие
–
–
–
–
–
–
–
–
70.1-2/
20.1-2,
1
71.1-2/
21.1-2,
Изломы
70.1-2/
60.1-2
71.1-2/
31.1-2
Ненормативные условия
эксплуатации рельсов
Ненормативное
механическое
воздействие на рельсы
Дефекты в зоне сварных
стыков (после пропуска
гарантийного тоннажа)
Дефекты в зоне сварных
стыков (до пропуска
гарантийного тоннажа)
Другие дефекты
Контроленепригодность,
коррозионная усталость,
изломы
без усталостных трещин
2
Дефекты в зоне
болтовых стыков
Недостаточная
прочность (после
пропуска гарантийного
тоннажа)
Недостаточная
прочность (до пропуска
гарантийного тоннажа)
Тип дефекта (основная
причина образования)
№ группы
Элемент профиля
12
Окончание табл. 1.1
3
4
5
6
7
8
9
72.1-2/ 73.1/33.1,
22.1-2 73.1/53.1
74.1-2/
24.1-2,
74.1-2/
64.1-2
75.1-2/
25.1-2,
76.3-4/
26.3-4,
77.3-4/
27.3-4,**
75.1-2/
55.1-2,
76.3-4/
56.3-4,
77.3-4/
57.3-4,
75.1-2/
65.1-2
76.3-4/
66.3-4
77.3-4/
67.3-4
Примечание: * – смена кода дефекта (в скобках указан старый код дефекта по НТД/ЦП-1-93);
** – новый дефект.
–
79.1-2/
69.1-2
–
–
98.0,
1, 2, 99.1, 2, 3, 4
3, 4**
Таблица 1.2
Классификация дефектов рельсов
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Трещины и выкрашивания
металла на поверхности катания головки из-за нарушений
технологии
изготовления
рельсов (закаты, волосовины,
плены и т.п.)
В стыке
Вне стыка
10.1
10.2
Схематическое
изображение
дефекта
10.1-2
11.1-2
Выкрашивания:
Трещины и выкрашивания металла на боковой рабочей выкружке или на средней части
головки, возникшие изнутри
от местных скоплений неметаллических включений, вытянутых вдоль направления
прокатки в виде дорожекстрочек, или возникшие от наружной поверхности рельса
из-за недостаточной контактно-усталостной
прочности
рельсового металла, после
пропуска гарантийного тоннажа
В стыке
Вне стыка
11.1
11.2
Трещины:
13
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Трещины и выкрашивания металла на боковой рабочей выкружке или на средней части
головки, возникшие изнутри
от местных скоплений неметаллических включений, вытянутых вдоль направления
прокатки в виде дорожекстрочек, или возникшие от наружной поверхности рельса
из-за недостаточной контактно-усталостной
прочности
рельсового металла, до пропуска гарантийного тоннажа
В стыке
Вне стыка
12.1
12.2
Выкрашивания металла на поверхности катания из-за повышенного
динамического
воздействия в болтовых стыках
Пробоксовки в виде местного
износа и выкрашивания металла в местах термомеханических повреждений головки
рельса из-за боксования, юза
колес подвижного состава или
нарушения режимов шлифования рельсошлифовальными
поездами
14
Схематическое
изображение
дефекта
12.1-2
Выкрашивания:
Трещины:
13.1
В стыке
13.1
14.1-2
В стыке
Вне стыка
14.1
14.2
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Выкрашивания металла на поверхности катания головки в
зоне сварного стыка после
пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
16.3
16.4
Схематическое
изображение
дефекта
16.3-4
17.3-4
Выкрашивания металла на поверхности катания головки в
зоне сварного стыка до пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
17.3
17.4
18.1-2
Выкрашивание наплавленного
слоя металла в местах наплавки
В стыке
Вне стыка
18.1
18.2
19.0-1-2
Контроленепригодность из-за
наличия выкрашиваний, трещин на поверхности катания,
рябизны,
отпечатков
или
сильной коррозии на нижней
поверхности головки рельса
Поперечные трещины в головке в виде светлого или темного пятна, вызванные внутренними пороками изготовления
рельсов (флокены, газовые пузыри, засоры, крупные скопления неметаллических включений)
По всей
длине
рельса
В стыке
Вне стыка
19.0
19.1
19.2
20.1-2
В стыке
Вне стыка
20.1
20.2
В изломе:
15
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Поперечные усталостные трещины в головке в виде светлого или темного пятна, возникшие от внутренней или наружной продольной трещины,
образовавшейся
вследствие
недостаточной
контактноусталостной прочности металла, и приведшие к отказу рельса после пропуска гарантийного тоннажа
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Схематическое
изображение
дефекта
21.1-2
В изломе:
В стыке
Вне стыка
21.1
21.2
22.1-2
Поперечные усталостные трещины в головке в виде светлого или темного пятна, возникшие от внутренней или наружной продольной трещины,
образовавшейся
вследствие
недостаточной
контактноусталостной прочности металла, и приведшие к отказу рельса до пропуска гарантийного
тоннажа
В изломе:
В стыке
Вне стыка
22.1
22.2
24.1-2
Поперечные трещины в головке, возникшие от термомеханических повреждений из-за
боксования или юза
16
В стыке
Вне стыка
24.1
24.2
В изломе:
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Поперечные трещины в головке вследствие ударов по рельсу (инструментом, рельсом о
рельс), других механических
повреждений
В стыке
Вне стыка
25.1
25.2
Схематическое
изображение
дефекта
25.1-2
26.3-4
Поперечные трещины в головке из-за нарушений технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, приведшие
к отказу рельса после пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
26.3
26.4
27.3-4
Поперечные трещины в головке из-за нарушений технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, приведшие
к отказу рельса до пропуска
гарантийного тоннажа
Горизонтальные продольные
трещины в головке из-за нарушения технологии изготовления рельсов
Вертикальные продольные
трещины в головке из-за недостаточной прочности металла
Продольные трещины в местах перехода головки в шейку
в зоне болтового стыка
В сварном
стыке
27.3
27.4
30.1-2
В стыке
Вне стыка
30.1
30.2
31.1-2
В стыке
Вне стыка
31.1
31.2
33.1
В стыке
33.1
17
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Трещины в головке в месте
приварки рельсового соединителя
В стыке
38.1
Схематическое
изображение
дефекта
38.1
40.0
Волнообразный износ и смятие головки рельса (длинные
(25–150 см) и короткие (менее
25 см) волны)
Смятие и вертикальный износ
головки рельса из-за недостаточной прочности металла
(равномерные и местные)
Смятие головки в виде седловины в зоне болтового стыка
из-за повышенного динамического воздействия в стыке
По всей
длине рельса
40.0
41.0, 2
По всей
длине рельса
Вне стыка
41.0
41.2
43.1
В стыке
43.1
44.0
Боковой износ головки рельса
сверх допускаемых норм
Смятие и износ головки в зоне
сварного стыка из-за местного
снижения механических
свойств металла после пропуска гарантийного тоннажа
18
По всей
длине рельса
44.0
46.3-4
В сварном
стыке
46.3
46.4
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Смятие и износ головки в зоне
сварного стыка из-за местного
снижения механических
свойств металла до пропуска
гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
47.3
47.4
Схематическое
изображение
дефекта
47.3-4
50.1-2
Вертикальные расслоения
шейки из-за нарушения технологии изготовления рельсов
В стыке
Вне стыка
50.1
50.2
53.1
Трещины в шейке от болтовых
отверстий в рельсе из-за повышенного динамического
воздействия в стыках
В болтовом
стыке
53.1
55.1-2
Трещины в шейке и в местах
перехода к головке от ударов
по шейке и других механических повреждений, от маркировочных знаков, отверстий и
других концентраторов напряжений
В стыке
Вне стыка
55.1
55.2
19
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Трещины в шейке в зоне сварного стыка из-за нарушений
технологии сварки и обработки сварных стыков, приведшие
к отказу рельса после пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
56.3
56.4
Схематическое
изображение
дефекта
56.3-4
57.3-4
Трещины в шейке в зоне сварного стыка из-за нарушений
технологии сварки рельсов и
обработки сварных стыков,
приведшие к отказу рельса до
пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
57.3
57.4
60.1-2
Трещины и выколы в подошве
из-за нарушения технологии
изготовления рельсов
20
В стыке
Вне стыка
60.1
60.2
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Местные выработки или местная коррозия подошвы рельса
в местах контакта с элементами скреплений из-за нарушений норм текущего содержания пути
В стыке
Вне стыка
64.1
64.2
Схематическое
изображение
дефекта
64.1-2
65.1-2
Трещины и выколы в подошве
из-за ударов и других механических повреждений
В стыке
Вне стыка
65.1
65.2
66.3-4
Трещины в подошве в зоне
сварного стыка из-за нарушений технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, а также поперечные усталостные трещины из-за поджогов в местах контакта с
прижимными
электродамигубками контактной сварочной
машины, приведшие к отказу
рельса после пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
66.3
66.4
67.3-4
Трещины в подошве в зоне
сварного стыка из-за нарушений технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, а также поперечные усталостные трещины из-за поджогов в местах контакта с
прижимными
электродамигубками контактной сварочной
машины, приведшие к отказу
рельса до пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
67.3
67.4
21
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Поперечные
коррозионноусталостные трещины в подошве рельса
В стыке
Вне стыка
69.1
69.2
Схематическое
изображение
дефекта
69.1-2
70.1-2
Поперечные изломы из-за
трещин,
образовавшихся
вследствие пороков изготовления рельсов
В стыке
Вне стыка
70.1-2/20.1-2
70.1-2/60.1-2
71.1-2
Поперечные изломы из-за поперечной трещины, образовавшейся от внутренней или
наружной продольной трещины контактной усталости, или
продольной
горизонтальной
или вертикальной трещины в
головке после пропуска гарантийного тоннажа
22
В стыке
Вне стыка
71.1-2/21.1-2
71.1-2/31.1-2
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Поперечные изломы из-за поперечной трещины, образовавшейся от внутренней или
наружной продольной трещины контактной усталости, или
продольной
горизонтальной
или вертикальной трещины в
головке до пропуска гарантийного тоннажа
В стыке
Вне стыка
72.1-2/22.1-2
Схематическое
изображение
дефекта
72.1-2
73.1
Изломы из-за образования и
развития трещин в шейке от
отверстий и в месте перехода
шейки в головку
Поперечные изломы из-за образования поперечной трещины в головке вследствие боксования и юза. Поперечные
изломы из-за усталостной
трещины, образовавшейся от
местной выработки подошвы
рельса в месте контакта с элементами скреплений или местной коррозии
Изломы из-за образования
трещины в головке, шейке или
подошве вследствие ненормативного механического воздействия на рельс
В стыке
73.1/33.1
73.1/53.1
74.1-2
В стыке
Вне стыка
74.1-2/24.1-2
74.1-2/64.1-2
75.1-2
В стыке
Вне стыка
75.1-2/25.1-2
75.1-2/55.1-2
75.1-2/65.1-2
23
Продолжение табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Поперечные изломы из-за
трещин, возникших в головке,
шейке или подошве из-за нарушений технологии сварки
рельсов и обработки сварных
стыков, после пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
76.3-4/26.3-4
76.3-4/56.3-4
76.3-4/66.3-4
Схематическое
изображение
дефекта
76.3-4
77.3-4
Поперечные изломы из-за
трещин, возникших в головке,
шейке или подошве из-за нарушений технологии сварки
рельсов и обработки сварных
стыков, до пропуска гарантийного тоннажа
В сварном
стыке
77.3-4/27.3-4
77.3-4/57.3-4
77.3-4/67.3-4
79.1-2
Поперечные изломы из-за
коррозионно-усталостных
трещин в подошве рельса
Нарушение прямолинейности
рельса, допущенное при выгрузке с подвижного состава,
ударах и т.п.
24
В стыке
Вне стыка
79.1/69.1
79.2/69.2
85.1-2
В стыке
Вне стыка
85.1
85.2
Окончание табл. 1.2
Наименование дефекта
Расположение
дефекта по
длине рельсов
Кодовое
обозначение
Нарушение прямолинейности
рельса, допущенное при сварке
В сварном
стыке
86.3
86.4
В стыке
Вне стыка
98.0
98.1
98.2
98.3
98.4
98.0-1-2-3-4
В стыке
Вне стыка
В сварном
стыке
99.1
99.2
99.3
99.4
99.1, 2, 3, 4
Другие, кроме перечисленных
выше, дефекты и повреждения
рельсов, оставленных в пути,
опасность эксплуатации которых может быть оценена по
ближайшему типоразмеру дефекта, в том числе общая равномерная коррозия рельсов
(98.0). Наличие сварного стыка на расстоянии от 750 до
3000 мм от торца рельса или
друг от друга на расстоянии
менее 3000 мм, выполненного
электроконтактной или алюминотермитной сваркой
Другие, кроме перечисленных
выше, дефекты остродефектных рельсов, изъятых из пути.
Наличие в зоне болтового
стыка: сварного стыка, лишнего болтового или технологического
отверстия,
наличие
вдавленных маркировочных
знаков. При наличии торцов
рельсов и болтовых отверстий,
выполненных газопламенным
способом, присваивать код
дефекта 99.1. При наличии в
зоне сварного стыка болтового
или технологического отверстия присваивать код 99.3-4.
Поперечные изломы рельса
без видимых дефектов и усталостных трещин в изломе
Схематическое
изображение
дефекта
86.3-4
25
1.5. Результаты сравнения классификаций дефектов рельсов
по НТД/ЦП-1-93 и по инструкции № 2499р
Классификация НТД/ЦП-1-93 приведена во многих библиографических
материалах и широко изучена в процессе многолетнего применения ее в
рельсовой дефектоскопии. Здесь она не приводится, а по пунктам излагаются результаты сравнения двух классификаций.
1. Всего дефектов по НТД/ЦП-1-93 – 38, по инструкции № 2499р – 50.
2. Группы дефектов – те же – 9 групп.
3. Типы дефектов (колонки 0-9 в инструкции № 2499р) – введены новые типы:
 дефекты после пропуска гарантийного тоннажа (колонки 1 и 6) и до
пропуска гарантийного тоннажа (колонки 2 и 7);
 в колонке 9 приведен один из дефектов – контроленепригодность;
 в колонке 8 – другие дефекты – сведены дефекты из НТД/ЦП-1-93 –
«18» и «38.1», а также новый 98.0, 1, 2, 3, 4;
 в колонках 6 и 7 (сварные стыки) в числовом коде после точки вместе с цифрой 3 содержится цифра 4: 3 – при электроконтактной сварке; 4 –
при алюминотермитной.
4. В числовом коде вторая цифра 2 по инструкции № 2499р означает
дефект до пропуска гарантийного тоннажа вне сварного стыка, а цифра 7 –
в сварном стыке.
5. Изменения в группах дефектов:
а) в группе 1 (поверхность головки рельса) введены новые дефекты:
– 12.1-2 – недостаточная контактно-усталостная прочность до пропуска гарантийного тоннажа;
– 13.1 – дефект в зоне болтового стыка (был 17.1);
– 16.3-4 и 17.3-4 – дефект в зоне сварного стыка соответственно после
и до пропуска гарантийного тоннажа;
– 19.0-1-2 – контроленепригодность из-за выкрашиваний и трещин на
поверхности;
б) в группе 2 (поперечные трещины в головке рельса) новые дефекты –
22.1-2 и 27.3-4 – соответственно из-за недостаточной усталостной прочности и в сварном стыке до пропуска гарантийного тоннажа;
в) в группе 3 (продольные трещины в головке и в зоне перехода головки в шейку) изменения – букв В и Г в коде нет: 30.1-2 вместо 30Г.1-2 и
31.1-2 вместо 30В.1-2, 33.1 вместо 52.1;
26
г) в группе 4 (износ и смятие головки рельса) новые коды: 40.0 (было
40+49); 41.0, 2 (41.2+43); 43.1 (41.1+47.1) и 47.3-4 – дефект в сварном стыке до пропуска гарантийного тоннажа;
д) в группе 5 (дефекты в шейке) изменения в кодах: 53.1 (был 53.1-2);
55.1-2 (были 55+52.2+53.2), новый дефект 57.3-4 – в сварном стыке до
пропуска гарантийного тоннажа;
е) в группе 6 (дефекты в подошве): 60.1-2 (были 60.1-2+62.1-2); новый
дефект 64.1-2 – местная выработка в местах контакта с элементом скреплений из-за нарушений норм текущего содержания пути и 67.3-4 – дефекты в зоне сварного стыка до пропуска гарантийного тоннажа;
ж) в группе 7 (изломы по всему сечению) числовые коды стали дробными – в числителе так же, как и по НТД/ЦП-1-93, в знаменателе – первопричина излома:
70.1, 70.2 (был) 71.1-2 72.1-2
73.1
74.1-2 (был) 71.1-2
;
;
;
;
;
;
20, 60.1-2
21, 31.1-2 22.1-2 33.1, 53.1 24, 64.1-2 21, 31.1-2
75.1-2
76.3-4
77.3-4 79.1-2 (был)
;
;
;
;
25, 55, 65.1-2 26, 56, 66.3-4 27, 57, 67
69.1-2
и) изгибы – всё сечение тоже – 85.1-2, 86.3-4;
к) любой элемент профиля – прочие: новый код 98.0-1-2-3-4 в колонке 8 другие дефекты. Старый сохранился 99.1, 2, 3, 4 с добавлением
«…Контроленепригодность…».
Колонка 3 «Дефекты в зоне болтовых стыков» содержит, кроме имеющихся в НТД/ЦП-1-93 со второй цифрой 3 дефектов 43 и 53.1, новые коды
13.1 (был 17.1), 33.1 (был 52.1) и
73.1
.
33.1, 53.1
На основе результатов сравнения классификаций были скорректированы коды дефектов рельсов в использованных материалах в последующих
разделах настоящего пособия.
В каталоге дефектов рельсов инструкции № 2499р существенной новизной является разделение дефектов в зависимости от их размеров на
«узкие», «широкие» и «короткие». Соответственно этому установлены
допускаемые скорости движения поездов.
Актуальна и своевременна содержащаяся в инструкции № 2499р как
нормативном документе таблица оценки состояния рельсов по поверхностным дефектам 1-й, 4-й и частично 6-й групп для учета в комплексной
оценке состояния пути (табл. 1.3).
27
28
Таблица 1.3
Норматив оценки состояния рельсов по поверхностным дефектам
для учета в комплексной оценке состояния пути
Оценка состояния
Отличное
Хорошее
Удовлетворительное
Неудовлетворительное
Код
дефекта
10, 11,
12
13
14
16, 17
18
Размеры дефекта,
не требующие
ограничения скоростей, мм
h* ≤ 2 (l* > 25; a < 35)
h* ≤ 1 (l* > 25; a ≥ 35)
h* ≤ 6 (l* ≤ 25)
h* ≤ 2 (l* > 25)
h* ≤ 6 (l* ≤ 25)
Пробоксовки h ≤ 1
Пробоксовки h ≤ 1
и выкрашивания h* ≤ 2
h* ≤ 2
h* ≤ 2 (l* > 25)
h* ≤ 6 (l* ≤ 25)
Наличие дефектов
Отсутствие дефектов на рельсах
Наличие дефектов, не требующих ограничения скоростей движения поездов
Наличие на рельсах дефектов с размерами, требующими ограничения скоростей движения поездов не ниже уровня скоростей, утвержденных приказом
начальника железной дороги
Наличие на рельсах дефектов с размерами, требующими ограничения скоростей движения поездов ниже уровня скоростей, установленных приказом начальника дороги
Размеры дефекта,
Предельные размеры дефектов рельсов, мм,
требующие
и допускаемые скорости движения поездов по ним, км/ч
замены рельса
в первоочередном
140
120
100
70
40
25
порядке, мм
2 < h* ≤ 3 3 < h* ≤ 4
*
h >6
–
4 < h* ≤ 6 6 < h* ≤ 8 h* > 8
*
*
1<h ≤2 2<h ≤4
*
h >8
–
–
–
–
6 < h* ≤ 8 h* > 8
h* > 6
–
2 < h* ≤ 4 4 < h* ≤ 6 6 < h* ≤ 8 h* > 8
–
h* > 6
–
–
–
h* > 6
–
h>4
–
1<h≤2
–
2<h≤3 3 < h ≤ 4
h>4
*
1 < h ≤ 2 и h > 2,
1<h≤2 2<h≤3 2<h≤3
–
–
–
*
2<h≤3иh ≤2
и h* ≤ 2 и h* ≤ 2 и h* > 2
h* > 6
–
2 < h* ≤ 3 3 < h* ≤ 4 4 < h* ≤ 6 6 < h* ≤ 8 h* > 8
h* > 6 (l* > 25)
–
2 < h* ≤ 3 3 < h* ≤ 4 4 < h* ≤ 6 6 < h* ≤ 8 h* > 8
h* > 6 (6 < l* ≤ 25)
–
–
–
–
6 < h* ≤ 8 h* > 8
28
Окончание табл. 1.3
Код
дефекта
40
41
43
44
46, 47
64
Размеры дефекта,
не требующие
ограничения скоростей, мм
Длинные волны
h ≤ 1,5 (250 < l < 1500)
Короткие волны
h ≤ 1,5 (25 ≤ l ≤ 250)
Неравномерное смятие и износ
h≤2
Р75, Р65, bг < 90
Р50, bг < 85
h≤2
Р75, Р65, hб ≤ 15
Р50, hб ≤ 13
h≤1
Местная выработка подошвы
от скреплений
Р75, Р65, hи ≤ 5
Р50, hи ≤ 5
Местная коррозия подошвы
Р75, hк ≤ 5
Р65, hк ≤ 4
Р50, hк ≤ 3
Размеры дефекта,
требующие
замены рельса
в первоочередном
порядке, мм
Предельные размеры дефектов рельсов, мм,
и допускаемые скорости движения поездов по ним, км/ч
140
120
h>3
1 < h ≤ 1,5
–
h>3
1 < h ≤ 1,5
–
h>6
bг ≥ 90, hб > 13
bг ≥ 85, hб > 10
h>6
h > 20
100
40
25
1,5 < h ≤ 2 2 < h ≤ 3
h>3
–
1,5 < h ≤ 2 2 < h ≤ 3
h>3
–
1,5 < h ≤ 2 2 < h ≤ 3 3 < h ≤ 4 4 < h ≤ 6
–
–
–
–
–
–
–
–
1,5 < h ≤ 2 2 < h ≤ 3 3 < h ≤ 4 4 < h ≤ 6
Таблица 3
h>6
–
–
h>6
–
–
–
–
h>4
–
1<h≤2
hи > 7
hи > 6
–
–
5 < hи ≤ 6 6 < hи ≤ 7 7 < hи ≤ 8
–
–
–
hк > 8 ОДР
hк > 7 ОДР
hк > 6 ОДР
–
–
–
–
–
–
–
70
2<h≤3 3<h≤4
5 < hк ≤ 6 6 < hк ≤ 8
4 < hк ≤ 5 5 < hк ≤ 7
3 < hк ≤ 4 4 < hк ≤ 6
h>4
–
hи > 6
hи > 8
–
-
-
29
Примечания: h*, l*, а – глубина, длина (вдоль рельса) и ширина выкрашиваний металла; h – глубина неровности на длине
1 м; при измерении у болтовых стыков торец линейки совмещают с торцом рельса; измерение проводят отдельно для отдающего и для принимающего концов рельсов; hг – вертикальный износ головки; hб – боковой износ головки; bг – ширина
головки, включая смятие металла; hи – износ подошвы в местах контакта с элементами скреплений; hк – глубина местной
коррозии кромки подошвы; R – радиус кривой, где уложен рельс.
29
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Для чего предназначена классификация дефектов рельсов?
2. Что относится к дефектам рельсов?
3. В каких случаях наступает отказ рельса?
4. Какова структура кодового обозначения дефектов рельсов?
5. В чем состоит смысл понятия и каковы условия эксплуатации остродефектных рельсов?
6. Каковы условия эксплуатации дефектных рельсов?
7. Что называют контроленепригодностью рельса?
8. На какие группы разделяются дефекты рельсов?
9. Укажите виды дефектов.
10. Что такое «пластические деформации» и какие коды дефектов с
ними связаны?
11. Что означают вторые цифры «1» и «2» в кодах? Приведите примеры.
12. Что означают вторые цифры «6» и «7» в кодах дефектов. Приведите
примеры.
13. Объясните значение второй цифры «0» в коде. Каковы особенности
эксплуатации рельсов с такими дефектами?
14. Каковы значение первой цифры «1» в коде, особенности контроля
таких дефектов и условия эксплуатации рельсов?
15. Какова общность дефектов со второй цифрой «3» в коде?
16. В чем отличие в коде второй цифры «2» по классификациям инструкции № 2499р и НТД/ЦП-1-93? Приведите примеры.
17. В чем отличие дефектов со второй цифрой «7» в кодах по классификациям инструкции № 2499р и НТД/ЦП-1-93? Приведите примеры.
18. Укажите новые дефекты, не содержавшиеся в НТД/ЦП-1-93 с кодами их по инструкции № 2499р.
19. Приведите примеры дефектов рельсов с изменившимися кодами без
изменения содержания дефекта.
20. В чем отличия 7-й группы дефектов по классификациям НТД/ЦП-1-93
и инструкции № 2499р? Приведите примеры.
21. Какие отличия в кодах третьей группы дефектов по НТД/ЦП-1-93 и
инструкции № 2499р?
22. Что означают цифры в коде дефекта после точки?
23. Разъясните контроленепригодность рельса по кодам классификации
инструкции № 2499р.
30
2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ
ДЕФЕКТОСКОПНОГО КОНТРОЛЯ НА РАЗВЕРТКЕ ТИПА А
2.1. Общие положения
Несмотря на все положительные качества представления сигналов в
виде развертки типа В, основой практически любого вида отображения
сигналов в дефектоскопии является амлитудно-временное представление,
т.е. развертка типа А. Поэтому принципы такого представления и его
особенности при выявлении разнообразных дефектов целесообразно рассмотреть до изучения специфики широко применяемой в настоящее время развертки типа В.
При формировании развертки типа А, как в обычном осциллографе,
перемещение электронного (светового) луча по экрану в горизонтальном
направлении пропорционально времени распространения ультразвуковых (у.з.) колебаний в контролируемом изделии (КИ).
Излучаемый дефектоскопом у.з. импульс, распространяясь в изделии,
последовательно отражается от возможных неоднородностей (дефектов),
залегающих на различных глубинах h в пределах у.з. луча (рис. 2.1, а).
Отраженные сигналы (эхоимпульсы) принимаются приемным пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП), усиливаются приемным трактом дефектоскопа и вызывают соответствующие всплески на экране (рис. 2.1, б и в).
Величина всплеска, т.е. амплитуда сигналов, зависит от многих факторов, таких как длина волны, расстояние h до отражателя, затухание у.з.
волн, размер неоднородности или дефекта. Поэтому при известных других факторах по амплитуде отраженного сигнала можно иногда судить о
размерах неоднородности.
Электронный луч отклоняется на экране дефектоскопа по горизонтали
с постоянной скоростью υл, поэтому за время t пробега у.з. колебаний до
дефекта и обратно луч проходит путь S = υл t, а время t, в свою очередь,
пропорционально глубине h залегания дефекта:
t  2h / c ,
где с – скорость распространения у.з. колебаний в контролируемом изделии.
Отсюда отклонение электронного луча по экрану S = υлt = 2 υлh/c пропорционально глубине залегания отражателя. Отклонение луча по вертикали пропорционально амплитуде сигнала.
Развертка типа А – это представление эхосигналов в координатах «амплитуда сигнала U – время распространения у.з. колебаний в контролируемом изделии t р » (см. рис. 2.1).
31
Развертка типа А и соответствующий режим работы дефектоскопа получили свое обозначение от английского слова Аmplitude (амплитуда).
На развертке типа А амплитуда сигнала фиксируется на экране как
функция времени t д , мкс, или глубины h д , мм, что позволяет информировать оператора не только о глубине залегания дефектов, но и об уровне
эхосигналов от них.
а
б
КИ
h1
1
h2
2
hp
t3
U, дБ – амплитуда эхосигналов
ЗИ
t1
эхосигнал
t2
от дефекта 1
эхосигнал
от дефекта 2
ДС
в
Глубина h, мм,
или tp, мкс, – время распространения
у.з. колебаний в КИ
Рис. 2.1. Схема формирования развертки типа А: а – схема прозвучивания; б – положение эхоимпульсов на временной оси пропорционально глубине залегания отражателей; в – вид развертки типа А на экране дефектоскопа
Положение отражающей неоднородности (дефекта) вдоль акустической
оси может быть вычислено посредством измерения времени прихода эхосигнала от него относительно начала зондирующего импульса (см. рис. 2.1).
При этом используется то обстоятельство, что скорость распространения у.з.
импульса в сталях с1 уже известна и составляет 5900 м/с для продольных
волн. Глубину h д отражателя в контролируемом изделии по оси луча при
прямом (нормальном) вводе у.з. колебаний можно вычислить по формуле
h д  t д  cl / 2 ,
32
где t д – интервал времени между началом зондирующего импульса и моментом прихода эхосигнала, мкс; cl – скорость у.з. в стали ( cl  5,9 мм / мкс ).
Деление на 2 учитывает, что за время t д сначала расстояние h д проходит зондирующий импульс, а потом эхосигнал проходит тот же путь
обратно. Время t д может быть достаточно точно измерено с помощью
измерителя, встроенного в дефектоскоп. Скорость cl полагается известной, поэтому величина h д определяется для каждого эхосигнала с достаточной для практики контроля точностью.
2.2. Радио- и видеоэхоимпульсы
На рис. 2.2 показано изображение эхосигналов и зондирующего импульса после амплитудного детектирования. В общем случае современные
ультразвуковые дефектоскопы, особенно зарубежного производства, позволяют отображать в режиме развертки типа А на экране следующие виды сигналов:
1) в радиочастотной форме, т.е. до амплитудного детектирования
(см. рис. 2.2);
2) после детектирования положительных полуволн у.з. импульсов
(рис. 2.3);
3) после детектирования отрицательных полуволн (см. рис. 2.2);
4) после двухполупериодного детектирования (см. рис. 2.2);
5) после детектирования и фильтрации (сглаживания).
Эхосигнал, представленный в радиочастотной форме, обычно называется радиоимпульсом, а после детектирования – видеоимпульсом (рис. 2.3).
а
Рис. 2.2. Вид зондирующего
и эхосигнала на развертке
типа А до детектирования
(в радиочастотной форме)
б
Рис. 2.3. Представление эхосигналов
в виде: а – радиоимпульса; б – видеоимпульса
33
7
а
Представление сигналов контро5
9
ля в детектированном виде упроща11
3
1
13
ет анализ и позволяет более экономно использовать площадь экрана
14
2
(дисплея) дефектоскопа. Из трех ви12
4
10
дов детектирования наиболее пол6 8
ную картину об эхосигнале можно
получить при двухполупериодном
детектировании (рис. 2.4, г).
б
В отечественных дефектоскопах в
основном используют представление
1 3 5 7 9 11 13
детектированных эхосигналов с возможностью выбора степени фильтрав
ции (сглаживания) или постоянной
цепи детектора (рис. 2.5, б и в).
При контроле изделий с не2 4 6 8 10 12 14
большими размерами используют
г
минимальную степень фильтрации
(рис. 2.5, б) с тем, чтобы подробнее
рассмотреть форму эхосигнала и не
ухудшать разрешающую способность дефектоскопа (расстояние Рис. 2.4. Представление эхосигналов при
между двумя рядом находящимися разных режимах детектирования: а – неотражателями, эхосигналы от кото- детектированный сигнал в увеличенном
масштабе; б – детектирование положирых можно четко различать на экра- тельных полуволн; в – детектирование
не дефектоскопа).
отрицательных полуволн; г – двухполуПредставление эхосигналов при периодное детектирование
у.з. контроле изделий на развертке
типа А (в координатах « Uэ  t р.узк ») весьма информативно и несет сведения:
 о глубине залегания h отражателя;
 амплитуде U э – эхосигнала;
 фазе (полярности первого полупериода) эхосигнала при наблюдении
радиочастотного сигнала;
 взаимном размещении (залегании) отражателей по траектории у.з.
луча;
 форме эхосигнала.
Последнее весьма важно для анализа характера отражающей плоскости
объекта в изделии. Как правило, от округлых (объемных) дефектов эхо34
сигналы имеют вид «гладкого» видеоимпульса, а от отражателей с неровной, диффузной поверхностью – вид эхосигнала с неровной огибающей с
несколькими пиками (рис. 2.6).
а
б
в
Рис. 2.5. Влияние фильтрации на форму сигнала:
а – эхосигнал без сглаживания (tдет = 0); б и в – сигналы после сглаживания: бдет  вдет , где τдет – постоянная цепи детектора
а
б
Рис. 2.6. Формы эхосигналов от разных отражателей:
а – с цилиндрической поверхностью; б – с диффузной
поверхностью
35
Недостатком развертки типа А является то, что амплитуду, форму и
временное положение эхосигнала в изделии в каждый момент времени
можно наблюдать только в конкретной точке изделия – при неподвижном
преобразователе. Такая дефектограмма является одномерной, позволяющей получать информацию только об одной продольной координате –
вдоль направления у.з. луча (или по дальности).
2.3. Особенности отображения эхосигналов
2.3.1. Особенности измерения глубины залегания дефекта
при многократном отражении эхосигналов
Для понимания принципа формирования сигналов и правильной расшифровки дефектограмм при автоматизированном контроле обратим
внимание на некоторые особенности отображения эхосигналов на развертке типа А.
При обнаружении дефектов, имеющих преимущественно горизонтальную ориентацию и залегающих на небольшой глубине, возможен прием
серии эхосигналов с уменьшающимися амплитудами. Это вызвано многократными переотражениями у.з. колебаний от поверхности трещины и от
поверхности сканирования контролируемого изделия (рис. 2.7).
hд
ЗИ
ДС
1 эхо
2 эхо
3 эхо
t1
t2
Рис. 2.7. Многократные отражения у.з. колебаний от
горизонтальной трещины (ДС – донный сигнал)
Глубину залегания дефекта целесообразно оценить путем измерения
временного интервала между двумя эхосигналами (например, между первым и вторым эхо, как это показано на рис. 2.7). При этом точность измерения координаты должна получиться даже выше, чем при измерении
36
временного интервала между зондирующим импульсом и первым эхосигналом, так как время распространения у.з. колебаний в протекторе ПЭП в
измеряемой величине присутствует только один раз.
2.3.2. Совпадение многократно отраженного от дефекта эхосигнала
с временным положением донного сигнала
В зависимости от глубины залегания дефекта горизонтальной ориентации (трещины) возможны ситуации, при которых двух-, трех- или многократно отраженный эхосигнал от трещины по временному положению совпадает с временным положением эхосигнала от донной поверхности – донного сигнала. Если при этом производится анализ только уровня (амплитуды) донного сигнала, как это принято при реализации зеркально-теневого
метода, то из-за ошибочного восприятия многократно отраженного эхосигнала от трещины в зоне фиксации донного сигнала весьма опасный дефект
может быть пропущен.
На рис. 2.8, в показан вариант попадания двукратно переотраженного
эхосигнала от горизонтальной трещины, залегающей на половине высоты
изделия, во временную зону ожидания донного сигнала. Очевидно, возможны ситуации, когда в эту же зону могут попадать трехкратно переотраженные эхосигналы, залегающие на одной трети высоты контролируемого изделия, четырехкратно переотраженные сигналы от трещины, залегающей на четверти высоты изделия и т.д.
а
hд < 1/2H
б
в
n=1
hд = 1/2H
hд > 1/2H
n=1
H
n=2
ДС
n=1
ДС
n = 2 ДС
n=2
Рис. 2.8. Вид двукратно отраженного (n = 2) от трещины эхосигнала относительно временного положения донного сигнала: а – ближе; б – дальше; в – совпадает
по времени с донным сигналом
37
2.3.3. Измерение координат отражающих точек дефекта
При оценке координат дефектов, обнаруживаемых эхометодом контроля, следует иметь в виду, что эхосигналы в основном принимаются от отражающих точек дефекта. Значение глубины залегания дефекта по измеренной величине временной задержки t д эхосигнала соответствует только
значению координат отражающих точек дефекта и не несет информации о
фактической глубине залегания дефекта (или его центра).
От достаточно протяженной наклонной трещины в процессе перемещения преобразователя по поверхности изделия принимаются эхосигналы
только в двух точках, соответствующих точкам озвучивания краев трещины
(рис. 2.9). При озвучивании плоскости трещины прямые у.з. лучи, зеркально
отражаясь от нее, не возвращаются к преобразователю. Причем амплитуды
эхосигналов от краев трещины вследствие их диффузного отражения (равномерно во все стороны) весьма малы, и при анализе сигналов может быть
принято ошибочное решение о наличии в контролируемом изделии двух небольших дефектов на глубинах h1 и h 2 соответственно.
U, дБ
2
1
t2
t1
tр, мкс
Рис. 2.9. Схема формирования эхосигналов от наклонной
трещины: сигналы формируются только от диффузно отражающих краев 1 и 2 трещины
Правильный вывод о характере дефекта может быть сделан только при
совместном анализе указанных эхосигналов и донного сигнала (если изделие имеет плоскопараллельные поверхности). На всем пути озвучивания
трещины донный сигнал будет отсутствовать (рис. 2.10).
По анализу сигналов на А-развертке может быть сделан некорректный
вывод и при озвучивании объемных дефектов. Как показано на рис. 2.11,
от отражателей разных геометрических размеров и конфигураций возможно получение абсолютно одинаковых эхосигналов как по времени задержки t x эхосигнала относительно зондирующего импульса, так и по
амплитуде U x .
38
П.1
а
П.2
П.3
П.4
2
1
Огибающая
амплитуд ДС
б U, дс
tдвижения, с (SПЭП, мм)
в
U, дБ
U, дБ
П.1
tр, мкс
ДС
U, дБ
П.2
tр, мкс
ДС
П.3
U, дБ
П.4
tр, мкс
tр, мкс
Рис. 2.10. Совместный анализ амплитуд эхо- и донных сигналов при озвучивании наклонной трещины: а – прозвучивание изделия с трещиной в четырех точках; б – амплитудная огибающая донных сигналов в процессе перемещения
ПЭП по изделию; в – А-развертки в четырех точках с эхосигналами от краев трещины
Этот пример наглядно показывает,
что, озвучивая контролируемое изделие только под одним углом (в данном
случае угол ввода у.з. луча   0 ),
нельзя получить полную информацию
об обнаруживаемых дефектах, а иногда возможен и пропуск опасных дефектов. Получаемый при сканировании эхосигнал дает лишь информацию
об отдельных отражающих плоскостях
или точках несплошности. При этом
информация о фактическом размере
дефекта, глубине залегания его центра
остается неизвестной.
U2
U1
tд1
hц1
tд2
lд1
hц2
lд2
Рис. 2.11. Одинаковые эхосигналы от
дефектов разных размеров: tд1 = tд2,
U1 = U2 однако lд1 > lд2 и hц1 < hц2
39
2.3.4. Отображение дефекта с несколькими максимумами
В соответствии с действующими нормативно-техническими документами все параметры обнаруженного дефекта обычно фиксируются в положении ПЭП, соответствующем максимуму эхосигнала. При этом все
особенности дефекта, заложенные в огибающей амплитуде эхосигнала, в
процессе сканирования дефекта теряются. Кроме того, не всегда (например,
при озвучивании протяженного дефекта) возможно однозначное определение искомого положения ПЭП, соответствующего максимуму эхосигнала, что часто приводит или к неточным измерениям параметров дефекта,
или к неправильной интерпретации результатов контроля
(см. рис. 2.11). В таких случаях
hкон
hнач
целесообразно определять не
А В
координату дефекта в целом, а
уточнять традиционным способом координаты краев дефекта
tнач
tкон
по первому и последнему максимуму огибающей эхосигналов
(в точках А и В на рис. 2.12). Рис. 2.12. Схема определения краев дефекта
В процессе сканирования у де- по первому и последнему максимуму
фекта присутствуют сразу несколько максимумов.
В то же время огибающая амплитуд эхосигналов, получаемая в процессе
сканирования (перемещения ПЭП в зоне локации дефекта) может дать дополнительную информацию об обнаруженном объекте (дефекте) и, как правило, для каждого реального дефекта имеет свои характерные особенности.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Как формируется развертка типа А?
2. Объясните содержание экранного изображения развертки типа А.
3. Как определить глубину залегания дефекта по развертке типа А?
4. Покажите формы изображения зондирующего импульса и эхоимпульсов.
5. Чем вызывается приём серии эхосигналов от дефекта?
6. Каким образом можно точно определить глубину залегания дефекта
при приёме от него серии эхосигналов?
7. Как формируется эхосигнал от горизонтальной трещины при прямом
вводе луча?
40
8. Объясните смысл отражающих точек дефекта.
9. Каковы особенности формирования эхосигналов от наклонных трещин при прямом вводе луча ПЭП?
10. Представьте изображение наклонной трещины в рельсе совместно
по эхо- и донным сигналам.
11. Дайте иллюстрацию одинаковых эхосигналов на экране от дефектов разных размеров.
12. Каково значение перемещения наклонного ПЭП для обнаружения и
оценки дефекта?
13. Назовите условные размеры дефекта.
14. В чем причина недостаточности развертки типа А для рельсовой
дефектоскопии?
3. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВ
ПРИ ПРЯМОМ ВВОДЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
3.1. Формирование сигналов при зеркально-теневом и эхометодах
При прямом вводе (угол вывода   0 ) у.з. колебаний перпендикулярно (нормально) к поверхности катания рельса распространяются продольные волны со скоростью сl  5,9 мм / мкс (для рельсовой стали).
При озвучивании прямым ПЭП бездефектного рельса у.з. колебания
распространяются вниз до подошвы и возвращаются обратно к ПЭП, а на
экране дефектоскопа оператор видит зондирующий и донный импульсы
(рис. 3.1).
ЗИ
ДС
180 мм
Р65
с1 = 5,9 мм/мкс
tдс = 60 мкс
tдс
Рис. 3.1. Схема прямого ввода ультразвуковых колебаний в металл
рельса. На экране дефектоскопа отображаются зондирующий (слева) и
донный (справа) импульсы
41
Время распространения у.з. колебаний до подошвы рельса и обратно
для рельсов типа Р65, мкс,
t дс 
2H 2 180

 60 ,мкс
cl
5,9
где t дс – временное положение донных импульсов; сl  5,9 мм / мкс – скорость продольной волны, Н  180 мм – высота рельса.
Таким образом, задержка (временное положение) донного сигнала относительно зондирующего импульса для наиболее распространенных на
российских железных дорогах рельсов типа Р65 составляет t дс  60 мкс .
Прямой преобразователь наиболее эффективен при выявлении продольных горизонтальных расслоений в головке и шейке рельса (дефекты
кодов 30, 33, 53, 55), а также поверхностных повреждений головки рельсов (группы дефектов 10, 13, 14, 18).
Если в рельсе имеется дефект, то в зависимости от величины его поперечного распространения вглубь рельса донный сигнал ослабевает или
пропадает (если трещина перекроет проекцию шейки). Кроме того, во
временном промежутке между зондирующим и донным импульсами в результате отражения у.з. колебаний от поверхности дефекта появятся эхосигналы с задержкой t д (рис. 3.2).
hд
ДС
Р65
Uпор
tд
hд,(мм) = 3 tд (мкс)
tдс
Рис. 3.2. Схема определения глубины залегания дефектов hд при
прямом вводе у.з. колебаний
Зная задержку t д в микросекундах, можно рассчитать глубину залегания дефекта h д в миллиметрах:
hд 
42
cl  t д 5,9  t д

 3 tд .
2
2
С помощью этого выражения с достаточной для практики точностью
можно быстро рассчитать глубину залегания дефекта для прямых преобразователей – достаточно умножить время задержки эхосигнала t д на 3.
Если в верхней части рельса имеется продольное расслоение (например, дефекты кодов 30, 33, 55), на экране дефектоскопа будут наблюдаться не один, а серия эхосигналов, амплитуда которых экспоненциально
снижается (рис. 3.3).
hд
n=1
Р65
ДС
n=2
n=3
tд
hд (мм) = 3 tд (мкс) = 3 tcум/(n−1)
tсум
Рис. 3.3. Схема определения глубины залегания дефектов hд при
наличии серии эхосигналов от продольной трещины
Так как на такой глубине затухание у.з. колебаний малó, происходят
многократные переотражения падающих лучей от плоскости трещины и
поверхности катания головки рельса (изнутри). Количество импульсов n в
серии зависит от глубины залегания трещины: чем она меньше, тем больше n. В этом случае глубину залегания дефекта можно измерить как расстояние между соседними эхосигналами.
Однако более точно определить глубину залегания дефекта при наличии серии эхосигналов от него можно, если измерить суммарный временной интервал между крайними импульсами от дефекта t сум и разделить на
количество интервалов между ними (n  1) :
hд  3  tд 
3  t сум
(n  1)
.
Принцип обнаружения дефектов, основанный на появлении эхосигналов в заданной временной зоне, называется эхометодом ультразвукового
контроля. При этом рассматривают не любой сигнал, а лишь тот, амплитуда которого превышает некоторый заранее выбранный пороговый уро43
вень Uпор. Такой сигнал вызывает срабатывание индикатора (звукового)
дефектоскопа.
Для выделения донного сигнала применяются специальные временные
«ворота» – стробирующий импульс (строб). При этом длительность стробирующего импульса несколько превышает длительность донного сигнала
и на практике составляет 5–10 мкс.
При реализации зеркально-теневого метода (ЗТМ) ультразвукового
контроля производится анализ амплитуды донного сигнала в стробирующем импульсе. На бездефектном участке его амплитуда максимальна и
практически постоянна (амплитуду принимают за 1). При наезде на дефектный участок дефект, находящийся в проекции шейки рельса, препятствует прохождению ультразвуковых колебаний и ослабляет амплитуду
донного сигнала. При снижении
амплитуды ниже заданного порогового уровня срабатывает индиДС
Эхосигнал
катор (звуковой) канала ЗТМ дефектоскопа. В современных дефектоскопах пороговый уровень
Uпор1
Uпор2
Uпор = 0, от амплитуды донного
сигнала на бездефектном участке
рельса U0, т.е. звуковой индикаСтроб
Строб эхоканала
тор канала ЗТМ сработает, если
канала ЗТМ
донный сигнал уменьшится более
чем в 5 раз (на 14 дБ) по сравнеРис. 3.4. Схемам реализации эхо- и зеркально-теневого методов с помощью пря- нию с уровнем донного на бездефектном участке (рис. 3.4).
мого ПЭП
Частота излучения зондирующих импульсов в металл рельса для съемных дефектоскопов составляет около 1000 раз в секунду – 1кГц. При этом временной интервал между двумя посылками (время одного цикла «излучение–прием») составляет 1 мс (1000 мкс). С помощью одного и того же прямого преобразователя в одном и том же цикле излучения можно реализовать и зеркальнотеневой, и эхометод. Для этого нужно разделить «временные ворота» на
две подзоны (два строба) для каждого метода.
Например, в дефектоскопах типа АВИКОН (01, 01МР, 02 и 11) зона
стробирования прямого эхоканала стр .эхо  5–57 мкс (15–171 мм), а границы строба для донного сигнала стр .ЗТМ  58–62 мкс (для рельсов типа Р65).
В связи с тем что без применения специальных преобразователей (с задержкой внутри призмы) стробирующий импульс эхоканала не может
44
начинаться ранее, чем с 3–5 мкс (мешают зондирующий импульс и реверберационные шумы преобразователя), то верхняя часть головки рельса до 9–15 мм прямым ПЭП не контролируется (мертвая зона).
Одновременная реализация эхо- и ЗТМ возможна одним совмещенным
преобразователем (состоящим из одной пьезопластины), однако для
уменьшения мертвой зоны в современных дефектоскопах используют раздельно-совмещенные преобразователи (РС ПЭП).
Реализация двух методов в одном цикле излучения достигается за счет
раздельной обработки сигналов в двух временных зонах:
 в эхоканале индикатор срабатывает при превышении амплитуды эхосигнала порогового уровня;
 в зеркально-теневом канале индикатор срабатывает при уменьшении
донного сигнала ниже заданного порога.
Таким образом, при одновременной реализации зеркально-теневого и
эхометодов признаками обнаружения дефекта при прямом вводе ультразвуковых колебаний являются:
1) уменьшение уровня амплитуды донного сигнала или его пропадание;
2) наличие эхосигналов, отраженных от дефекта.
3.2. Сигналы от горизонтальной трещины
в верхней центральной части рельса (дефект кода 30)
При значительном развитии трещины горизонтально вглубь головки
рельса ее плоскость перекрывает у.з. лучи в проекции шейки, и амплитуда
донного сигнала падает до нуля (см. зону ЗТМ канала на рис. 3.5).
Эхоканал
Канал
ЗТМ
Рис. 3.5. Схема обнаружения горизонтального расслоения в головке
рельса (дефекта кода 30) прямым преобразователем
45
По длительности пропадания донного сигнала можно приблизительно оценить протяженность трещины. На А-развертке наблюдается серия
из n эхосигналов от многократных переотражений у.з. колебаний от плоскости трещины (при дефекте в головке n = 5–20, в шейке n = 2–4). Так как
глубина залегания трещины в данном примере hд < 15 мм, 1-й эхосигнал
не попал в зону стробирования, которая для прямого ПЭП в практических
случаях может начинаться с 5 мкс (15 мм) и не будет отображаться при
непрерывной регистрации на развертке типа В. Однако благодаря наличию нескольких импульсов звуковая индикация дефектоскопа сработает.
3.3. Односторонняя горизонтальная трещина
в зоне перехода головки в шейку (дефект кода 33)
При озвучивании прямым ПЭП трещины, частично перекрывающей
проекцию шейки, у.з. лучи проходят до подошвы и обратно, а часть лучей
отражается от плоскости дефекта и также приходит на приемник (рис.
3.6).
ДС
n = 1n = 2
Uпор1
n=3
Uпор2
Эхоканал Канал
ЗТМ
Рис. 3.6. Схема обнаружения дефекта кода 33 прямым ПЭП
Поскольку донный сигнал присутствует (хотя его амплитуда может уменьшиться, но не ниже порога), то при использовании только ЗТМ такой дефект был
бы пропущен. Из-за многократных переотражений от трещины в эхоканале присутствует серия из n = 3 импульсов с задержками порядка tд = 15, 30, 45 мкс,
амплитуда которых превышает пороговый уровень, и поэтому трещина будет
зафиксирована. При залегании трещины на четверти высоты рельса четвертый
импульс в серии (n = 4) имеет задержку, как у донного сигнала, порядка 60 мкс
и попадает в строб канала ЗТМ.
46
3.4. Сквозная трещина в середине шейки рельса (дефект кода 55)
При многократном отражении у.з. колебаний от горизонтальных расслоений возможно попадание одного сигнала из серии (переотраженных
от трещины сигналов) в зону селекции донного сигнала (в стробирующий
импульс ЗТМ канала), на экране будет присутствовать «ложный» донный
сигнал. На рис. 3.7 трещина располагается посередине высоты рельса,
сигнал от двукратно отраженного луча ( n  2 ) оказывается в зоне селекции донного сигнала, а его амплитуда превышает пороговый уровень канала ЗТМ.
n=1
Uпор1
Эхоканал
n=2
Uпор2
Канал
ЗТМ
Рис. 3.7. Схема обнаружения прямым преобразователем горизонтального расслоения в середине высоты шейки рельса (двукратно отраженный эхосигнал от трещины – в зоне селекции донного сигнала)
Таким же образом возможно попадание в стробирующий импульс донного сигнала 4-го импульса от трещины в зоне перехода головки в шейку
(дефект кода 33). При этом индикатор канала ЗТМ не сработает, и в некоторых дефектоскопах, реализующих с помощью прямого преобразователя
только ЗТМ, возможен пропуск дефекта. В новых дефектоскопах эхосигнал от однократно ( n  1) отраженного от плоскости трещины у.з. луча,
по временной задержке находящийся в середине между зондирующим и
донным импульсами (см. рис. 3.7), вызовет срабатывание звуковой индикации эхосигнала, и дефект будет зафиксирован.
3.5. Вертикальные продольные расслоения
С помощью зеркально-теневого метода могут быть зафиксированы
вертикальные продольные расслоения в рельсах (дефекты кода 31, 50),
обнаружение которых эхометодом затруднено. При этом в отдельных случаях амплитуда донного сигнала может уменьшиться ниже порога (вслед47
ствие переотражений ультразвуковых волн от «берегов» трещины), и произойдет срабатывание звукового индикатора зеркально-теневого канала
дефектоскопа (рис. 3.8).
ДC
на бездефектном
участке рельса
Эхосигнал
от верхней
кромки
ДC над
расслоения расслоением
Uпор1
Uпор2
Эхоканал
Канал
ЗТМ
Рис. 3.8. Схема уменьшения амплитуды донного сигнала
ниже порогового уровня над вертикальным расслоением
шейки рельса
Таким образом, с помощью прямого преобразователя, излучающего
продольную ультразвуковую волну, возможна одновременная реализация
зеркально-теневого и эхометодов ультразвукового контроля и выявление
многих дефектов (в основном горизонтальной ориентации) по всей высоте рельса. Поэтому схемы прозвучивания практически всех многоканальных дефектоскопов как отечественного, так и зарубежного производства
предусматривают наличие прямого канала как одного из основных каналов дефектоскопа.
Вопросы для самоконтроля
1. Какой вид ультразвуковой волны распространяется от прямого
ПЭП? Укажите её характеристики в рельсовой стали.
2. Что такое «задержка» в рельсовой стали?
3. Назовите принцип эхометода дефектного контроля. Как определяется глубина залегания дефекта?
4. Какое значение имеет пороговый уровень в практике дефектоскопии?
5. Объясните содержание зеркально-теневого метода?
6. Что такое стробирующий импульс?
7. Когда пропадает донный сигнал при использовании метода ЗТМ?
48
8. Что называют мертвой зоной для ПЭП?
9. Какие ПЭП применяются в методе ЗТМ?
10. Как осуществляется совместное обнаружение и оценка дефекта
зеркально-теневым и эхометодами?
11. Как определить длину горизонтальной трещины в верхней части
рельса на развёртке типа А?
12. Каким образом выявляют и оценивают дефект кода 33?
13. Почему возможен пропуск дефекта кода 33?
14. Каковы особенности контроля дефекта кода 55? Каковы причины
его возможного пропуска?
15. Представьте отображение на экране контроля шейки рельса с дефектом кода 50 эхометодом и ЗТМ.
4. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПРИ НАКЛОННОМ ВВОДЕ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
4.1. Озвучивание наклонным преобразователем
всей высоты рельса
Наклонные преобразователи, излучающие ультразвуковые колебания вдоль продольной оси рельса (угол разворота   0 ) под углами ввода
α = 38°–50° позволяют обнаружить определенно ориентированные дефекты по всей высоте рельса (в шейке рельса и в части головки и подошвы,
попадающей в проекцию шейки).
Глубина залегания дефекта, обнаруL
женного наклонным преобразователем
(рис. 4.1), рассчитывается по выражению
h д  r  cos  
ct  t д
cos  ,
2
α
hд
где t д – временное положение отраженноr
го от дефекта эхосигнала, мкс;  – угол
ввода у.з. колебаний (угол ввода всегда
отсчитывается от вертикали!).
При контроле шейки рельса и ее про- Рис. 4.1. К определению глубины
залегания дефекта при наклондолжений в подошву и головку ПЭП с ном вводе у.з. колебаний
углами ввода   45 и разворота   0
глубину залегания дефекта в миллиметрах можно приблизительно рассчитать как
49
3,26  t д
cos(45)  1,15  t д .
2
Для ПЭП с углами ввода   70 глубина залегания дефекта
3,26  t д
hд 
cos(70)  0,56  t д .
2
hд 
Как видно на рис. 4.1, в отличие от прямого ввода при наклонном
вводе положение ПЭП на поверхности сканирования и проекция дефекта
на эту поверхность при получении от него эхосигналов не совпадают.
Расстояние L в миллиметрах по длине рельса от точки ввода ультразвукового луча до проекции дефекта на поверхность сканирования можно
рассчитать по выражению
L  r  sin  
ct  t д
sin  .
2
При наклонном вводе так же, как и при прямом вводе, наиболее четко
формируются эхосигналы от трещин, плоскости которых ориентированы
перпендикулярно к оси излучения. Ультразвуковые колебания также хорошо отражают трещины, которые совместно с плоскостью конструктивного элемента (торец рельса, стенка болтового отверстия, плоскость подошвы) образуют уголковый отражатель. Например, при озвучивании наклонным ПЭП   45 (или 38°, 42°, 41°–49°) радиальных трещин от стенок болтовых отверстий, развивающихся под углом 45° (дефект кода 53),
или поперечных трещин в подошве рельса (дефект кода 69) на экране дефектоскопа оператор наблюдает весьма четкие импульсы достаточно
большой амплитуды (рис 4.2). Благодаря эффекту уголкового отражателя
современные дефектоскопы могут весьма надежно обнаруживать трещины болтовых отверстий длиной от 3–4 мм.
α = 45º
33.2
33.1
53.1
Б/О
33.1
53.1 69
33.2
69
Рис. 4.2. Схема обнаружения наклонным ПЭП (   45 ) дефектов типа
«уголковый отражатель» (коды 33.1, 53.1 и 69). Продольные и поперечные трещины (дефекты 33.2, 21 и 30.2) при таком вводе у.з. колебаний
обнаруживаются неуверенно
50
Достаточно надежно наклонными ПЭП (   45 ,   0 ) обнаруживаются трещины, развивающиеся от торца рельса (дефекты кодов 30.1, 33.1,
55.1), поскольку они также образуют уголковый отражатель между торцом рельса и трещиной.
Что касается продольных трещин в зоне основного металла (например,
дефекты кодов 30.2, 33.2, 55.2), то при их озвучивании падающие наклонные лучи зеркально отражаются от поверхности трещины и уходят вверх и
в сторону, не возвращаясь в ПЭП. Эхосигналы могут быть получены только при диффузном (во все стороны) отражении от краев трещин. При этом
их амплитуда весьма мала и может не превысить пороговый уровень, в результате чего дефект может быть пропущен (см. рис. 4.2).
4.2. Особенности прозвучивания болтовых отверстий
Преобразователь излучает ультразвуковые колебания в пределах диаграммы направленности узким расходящимся пучком. По мере перемещения наезжающего преобразователя озвучивается верхняя левая часть
стенки болтового отверстия. Однако в сторону ПЭП возвращаются только те лучи из ультразвукового пучка, которые падают перпендикулярно
участку стенки отверстия и как бы проходят через его центр. Иными словами, несмотря на значительные размеры болтового отверстия (диаметр
36 мм), озвучивается только небольшой сектор стенки болтового отверстия с углом 2p  12 . Остальные лучи уходят в стороны (рис. 4.3) и к
преобразователю не возвращаются.
α = 45º
2φр
2φр
53.1
Рис. 4.3. Схема озвучивания болтовых отверстий наклонным преобразователем (   45 )
51
При наличии радиальной трещины, развивающейся от стенки болтового отверстия, у.з. лучи отражаются от угла, образованного стенкой болтового отверстия и плоскостью трещины, и возвращаются к ПЭП. Наезжающий преобразователь уверенно обнаруживает трещины с ориентацией, показанной на рис. 4.3.
На некотором участке движения преобразователя в зоне локации рассматриваемых отражателей на экране дефектоскопа одновременно будут
наблюдаться два эхосигнала – от трещины и стенки болтового отверстия.
При любой ориентации радиальной трещины сигнал от болтового отверстия всегда находится ближе к зондирующему импульсу, чем сигнал
от трещины, поскольку расстояние от ПЭП до участка стенки отверстия
меньше, чем до угла в основании трещины (рис. 4.4).
2
Δτ
1
Δτ1
Δτ
Сигнал от
трещины
Сигнал
от б/о
Сигнал от
трещины
Сигнал
от б/о
Δτ2
Рис. 4.4. Схема зависимости временного интервала Δt между эхосигналами от ориентации трещины
Визуально кажется, что при ориентации трещины в сторону головки
рельса эхосигнал от трещины должен быть ближе к зондирующему импульсу, чем сигнал от стенки отверстия. Однако это не так, потому что в
большинстве случаев эхосигналы от трещины в основном формируются за
счет отражений от угла у основания трещины, а не от плоскости трещины
(рис. 4.4), и этот угол всегда дальше, чем точка отражения на стенке отверстия. Кроме того, для практики анализа сигналов важно знать, что чем
более вертикально ориентирована трещина, тем ближе друг к другу находятся эхосигналы от трещины и от отверстия.
Если озвучивается бездефектное болтовое отверстие (трещина отсутствует), то отображается лишь один импульс. Появление двух импульсов
свидетельствует о возможном наличии трещины в зоне болтового отверстия (рис. 4.5).
52
На практике двойные эхосигналы могут сформироваться также в случаях нарушения технологии сверления или некачественной обработки
болтового отверстия (не снятые фаски), изношенного (овального) отверстия либо из-за притертого к стенке отверстия стержня болта.
Сигнал от
трещины
Сигнал
от б/о
Δt ≤ 16 мкс
Рис. 4.5. Схема обнаружения радиальной трещины от
болтового отверстия (дефект кода 53.1)
При сравнении амплитуд эхосигналов от дефектов в зоне шейки (код
дефекта 53 и 55) и подошвы рельса (код 69) амплитуда сигналов от трещин в подошве рельса будет меньше, так как расстояние до подошвы и,
следовательно, затухание и рассеяние ультразвуковых волн больше.
Кроме большего расстояния до дефекта в подошве рельса, при обнаружении дефектов кода 69 значительная часть энергии ультразвуковых
волн рассеивается на коррозионной плоскости подошвы (дефект кода 69 –
поперечная трещина в подошве рельса коррозионно-усталостного происхождения). Поэтому целесообразно контролировать шейку и подошву
рельса при разной чувствительности.
В дефектоскопе АВИКОН-01 впервые зоны контроля шейки (а также
нижней половины головки и подошвы) разделены путем разбивки временной зоны на два стробирующих импульса. При этом реализуется два
отдельных канала контроля, причем зона подошвы рельса проверяется с
большей (на 4 дБ) чувствительностью контроля, что эквивалентно более
низкому пороговому уровню Uпор2  Uпор1 (рис. 4.6).
Суммарно наезжающий и отъезжающий преобразователи с углом ввода α = 41°/49° в дефектоскопах типа АВИКОН реализуют 4 дефектоскопических канала:
 каналы № 6 и 7 контролируют шейку (и ее продолжение в головку);
 каналы № 8 и 9 контролируют подошву в проекции шейки.
53
Причем четные каналы являются наезжающими (направление излучения у.з. колебаний совпадает с направлением движения ПЭП), а нечетные –
отъезжающими (противоположно движению). При этом фиксируются
трещины в шейке рельса различной ориентации (рис. 4.7).
Сигнал
от б/о
Сигнал от
трещины
кода 69
Зона контроля Зона контроля
головки и шейки
подошвы
Рис. 4.6. Схема реализации отдельных каналов контроля шейки и
подошвы рельса в наклонном канале дефектоскопа АВИКОН-01
9
Ка
на
л
л
на
Ка
6
8
Ка
на
л
Наезжающий
ПЭП
л
на
Ка
7
Отъезжающий
ПЭП
Рис. 4.7. Вид наезжающих и отъезжающих каналов АВИКОН-01
для контроля шейки (и ее продолжения в головку) и подошвы
Для более надежного обнаружения продольных трещин между головкой
и шейкой рельса (дефект кода 33.1) при наличии поверхностного расслоения в зоне торцов (коды дефектов 13.1 и 18.1) предпочтительно использовать ПЭП   45 , а не ПЭП   38 , поскольку он за счет большего угла
ввода позволяет «заглянуть» под более длинное расслоение.
Таким образом, наклонные преобразователи, ориентированные вдоль
продольной оси рельса (   0 ) и реализующие эхометод ультразвукового
контроля, позволяют весьма надежно обнаруживать разнообразные дефекты в шейке и подошве рельса.
54
4.3. Реализация зеркально-теневого и эхометодов
при наклонном вводе колебаний (схема «V»)
Зеркально-теневой метод ультразвукового контроля можно реализовать не только при прямом, но и при наклонном вводе продольных или
поперечных (сдвиговых) ультразвуковых колебаний. Так же, как и при
прямом вводе, одновременно с реализацией зеркально-теневого метода
(анализ амплитуды отраженного от подошвы рельса – «донного» сигнала)
можно реализовать и эхометод контроля (ожидание появления отраженного от возможного дефекта сигнала в определенной временной зоне).
В дефектоскопической аппаратуре «Эхо-Комплекс» (ЗАО «Твема») зеркально-теневой и эхометоды контроля шейки и ее проекций в головку и
подошву реализуются с помощью двух наклонных ПЭП α = 38°/45°. Наезжающий и отъезжающий ПЭП развернуты навстречу друг другу и работают одновременно на излучение и прием у.з. колебаний. Благодаря этому от
каждого отражателя формируется сразу два эхосигнала (рис. 4.8).
Донный
импульс
α
40
1
280
2
Донный
импульс
отсутствует
2
1
α
1
160
1'
2
2'
Донный
импульс
2 1'
1 2'
Рис. 4.8. Схема работы «V»-образной схемы контроля рельсов
55
Два донных импульса от наезжающего и отъезжающего ПЭП накладываются один на другой. При наличии дефекта он озвучивается прямыми
(отраженными непосредственно от трещины) и переотраженными от донной поверхности лучами. Поэтому формируется два эхосигнала: слева и
справа от донного импульса. Зона селекции выбрана для контроля шейки,
зоны ее перехода в головку и подошвы рельса прямыми и переотраженными от подошвы лучами (40–280 мкс). Обнаружению подлежат дефекты
кодов 33, 53, 55, 56, 66, 69. Название схемы возникло из-за траектории лучей, проходящих от излучателя к приемнику, напоминающей латинскую
букву «V».
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Какими параметрами характеризуется наклонный канал в дефектоскопах?
2. Какая часть поперечного сечения прозвучивается наклонными ПЭП?
3. Как оцениваются параметры дефекта, обнаруженные наклонными
ПЭП?
4. Опишите картину обнаружения наклонным ПЭП ( α = 45°) дефектов 33.2, 53.1, 69.
5. Укажите причины образования трещин от болтовых отверстий в
шейке рельса.
6. Объясните необходимость контроля зоны болтовых отверстий наезжающим и отъезжающим лучами.
7. Что такое парные сигналы? Каково их значение в контроле зоны
болтовых отверстий в шейке рельса?
8. В чём состоят преимущества двух кодирующих импульсов для контроля шейки и подошвы рельса?
9. Каковы цели и преимущества принципа схемы «V» в рельсовой дефектоскопии?
5. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В ГОЛОВКЕ РЕЛЬСА
5.1. Схема прозвучивания головки рельса «змейка»
Схема «змейка» реализуется с помощью наклонного преобразователя с
углом ввода ультразвуковых колебаний   55 (или 58°) и развернутого в
сторону рабочей грани на угол   34 . Схема в основном ориентирована
56
на обнаружение поперечных трещин кода 21.1-2 и 22.1-2 в рабочей грани
головки. Периодическая проверка нерабочей грани съемными дефектоскопами происходит 1 раз в 3 месяца при ручном развороте отъезжающего
преобразователя   58 на тот же угол   34 , но в сторону нерабочей
грани головки.
При использовании ПЭП   58 ,   34 сначала пучок у.з. лучей направляется на нижнюю выкружку рабочей грани головки. Далее лучи отражаются от нее, распространяются в разные стороны и претерпевают повторные переотражения от различных граней головки. Поскольку каждый
из лучей в пределах диаграммы направленности ПЭП вводится в головку
под своим углом, он распространяется по своей индивидуальной траектории. На рис. 5.1 для примера показаны траектории центрального и двух
крайних лучей диаграммы направленности ПЭП.
Рис. 5.1. Траектории центрального (штрих-пунктир) и крайних лучей диаграммы направленности ПЭП   58 ,   34 (схема «змейка»)
Для упрощения представления процесса распространения лучей и их
отражения от дефектов предполагается, что условия ввода у.з. колебаний
близки к идеальным; рассматриваются лишь траектории центральных лучей диаграммы направленности ПЭП.
Центральный луч вначале проходит путь от преобразователя до нижней выкружки рабочей грани головки. Отразившись от нее, он идет вверх
и снова отражается от верхней выкружки, а затем уходит в сторону нерабочей грани. Дальнейшая траектория луча не рассматривается, так как
зона временной селекции сигналов для эхоканала (   58 ,   34 ) обычно ограничена.
Обнаружение дефектов в головке рельса наклонным ПЭП (   58 ,
  34 ) происходит в основном за счет однократно отраженных от нижней
выкружки головки рельса ультразвуковых лучей. Исходя из этого, стан-
57
дартные границы временной зоны срабатывания звуковой индикации типового съемного дефектоскопа (стробирующего импульса) τзв стр = 30–95 мкс.
При регистрации эхосигналов временная зона значительно шире и охватывает временной диапазон τрег стр = 20–140 мкс, благодаря чему при расшифровке дефектограмм на стационарном компьютере выявляются дефекты, которые не могли быть зафиксированы оператором при сплошном
контроле рельсов в пути.
Большая часть наклонно падающих на поперечную трещину в рабочей грани лучей зеркально отражаются от поверхности дефекта и уходят
в стороны, что проиллюстрировано на рис. 5.2 при нахождении ПЭП в
1-м положении.
1
2
α = 58º
γ = 34º
γ = 34º
Рис. 5.2. Схема озвучивания поперечной трещины
однократно отраженными от нижней выкружки рабочей грани головки лучами (ПЭП α = 58°, γ = 34°)
При приближении ПЭП к поперечной трещине головки в первый момент
времени она будет озвучиваться издалека двукратно отраженными (m = 2) от
нижней и от верхней выкружек лучами (рис. 5.3, а). На экране дефектоскопа справа начнут появляться эхосигналы, задержка которых будет постепенно уменьшаться (ПЭП приближается к дефекту, и путь лучей до
дефекта и обратно уменьшается), а амплитуда – нарастать. Так как в 1-м положении ПЭП трещина озвучивается передним краем диаграммы направленности, амплитуда эхосигнала 1 меньше, чем у сигнала 1', который получен от центральных лучей диаграммы направленности. Временное положение эхосигналов, полученных от двукратно отраженных лучей, находится в
дальнем конце стробирующего импульса звуковой индикации дефектоскопа.
58
Эхосигнал 1 (рис. 5.3, а) не вызовет срабатывания звуковой индикации
дефектоскопа, так как:
1) его амплитуда не превышает порогового уровня Uпор;
2) его временное положение находится справа от конца строб-импульса (более 95 мкс).
а
1 1'
m=2
1' 1
Uпор
б
30 строб 95
2 2'
m=1
2'
в
3
30
3'
2
95
m=0
3'
3
30
95
Рис. 5.3. Последовательность озвучивания наклонным ПЭП (   58 ,
  34 ), работающим по эхометоду, поперечной трещины в рабочей
грани головки рельса двукратно (а), однократно (б) отраженными лучами и прямым лучом (в)
Эхосигнал 1' будет зафиксирован оператором, так как его параметры
удовлетворяют этим двум условиям.
Во втором положении ПЭП трещина озвучивается однократно отраженными ( m  1 ) от нижней выкружки лучами (рис. 5.3, б). Сначала может быть получен эхосигнал от верхней кромки дефекта 2, а затем – от
нижней 2'. Полученные эхосигналы будут зафиксированы оператором
дефектоскопа, так как их амплитуда превышает пороговый уровень и они
расположены внутри строб-импульса.
59
Схема «змейка» ориентирована на озвучивание трещин однократно отраженными лучами, что видно из параметров зоны временной селекции.
Наконец, в третьем положении ПЭП трещина озвучивается лучами, непосредственно отраженными от трещины (m = 0, в этом случае говорят:
«озвучена прямыми лучами»). Амплитуда эхосигналов 3 и 3' (см. рис. 5.3, в)
по сравнению с предыдущими положениями ПЭП максимальна, но их
временное положение находится впереди строба (менее 30 мкс), поэтому
звуковая индикация оператора не сработает.
На рис. 5.4 показан аналогичный случай, когда при текущем положении ПЭП дефект не будет зафиксирован оператором дефектоскопа, поскольку задержки эхосигналов от него малы и не входят в зону временной
селекции сигналов. Эхосигнал от трещины в головке при текущем положении ПЭП не попадает в строб, однако срабатывание звуковой индикации вызовут мешающие сигналы от повреждений (микротрещин) верхней
и нижней рабочих граней головки рельса (зона временной селекции показана на профиле рельса и на экране).
Cтроб
Эхосигнал
от трещины
α = 58º
Неровности нижней
выкружки
40 70−80 мкс
Микротрещины
верхней выкружки
Рис. 5.4. Схема срабатывания звуковой индикации, вызванного мешающими сигналами от микротрещин рабочих граней головки рельса
Попытка смещения начала строба влево может привести к постоянным
ложным срабатываниям в звуковых индикаторах (в наушниках оператора)
дефектоскопа, которые препятствуют обнаружению опасных дефектов
рельсов. За счет действия временной регулировки чувствительности (ВРЧ)
в некоторых случаях возможно уменьшение интенсивности шумов преобразователя. Необходимо учесть, что при этом подавляются не только шумы преобразователя, но и возможные сигналы от дефектов. Поэтому регулировку ВРЧ следует производить с большой осторожностью. В связи с
60
указанными факторами смещение начала строба влево удается осуществить не более чем на 10 мкс.
Нередко при контроле рельсов с микротрещинами на рабочей выкружке и с неровностями в нижней части головки рельсов (так называемые
шумящие рельсы) в наклонном эхоканале (   58 ,   34 ) возникают дополнительные сигналы (рис. 5.4 и 5.5, а):
 в зоне временных задержек t н  40 мкс – от неровностей на нижней
выкружке рабочей грани;
 в зоне задержек t в  70  85 мкс – от микротрещин на верхней рабочей грани (дефекты кодов 10, 11).
Эти сигналы вызывают многократные срабатывания звуковой индикации, что крайне мешает оператору дефектоскопа, и он вынужден снижать
чувствительность контроля или, что то же самое, повышать пороговый
уровень (рис. 5.5, б). Однако при этом возможен пропуск дефекта с небольшой амплитудой эхосигналов от него, так как вместе с шумами снизится и уровень полезных сигналов.
В данной ситуации оператору необходимо кратковременно сдвинуть
начало и конец стробирующего импульса таким образом, чтобы мешающие эхосигналы от неровностей нижней выкружки рабочей грани остались позади начала строб-импульса, а сигналы от микротрещин верхней
выкружки – впереди его конца (рис. 5.5, в).
а
U, дБ
б
Эхоимпульс
от небольшого
дефекта
Uпор
30
в
Uпор
95 tр, мкс
30
Uпор
95 tр, мкс
tр, мкс
Рис. 5.5. Вид дополнительных сигналов и их последствия: а – мешающие сигналы
от повреждений верхней и нижней рабочих граней головки рельса; б – уменьшение уровня не только помех, но и полезных сигналов при снижении чувствительности контроля; в – исключение мешающих сигналов временным смещением границы строба
В результате зона контроля головки рельса уменьшается. В сложной
помеховой ситуации этот вариант предпочтителен, так как можно рассчитывать, что эхосигналы от опасных дефектов все-таки окажутся в зоне
61
стробирования, а амплитуда их не будет снижена, и произойдет срабатывание звукового индикатора.
С целью уменьшения ложных срабатываний в дефектоскопных тележках зона временной селекции сигналов эхоканала контроля головки τзв стр
(   58 ,   34 ) составляет всего 65 мкс. В то же время регистрация сигналов на встроенную или переносную память производится в более широкой временной зоне.
На рис. 5.6 показаны типовые зоны временной селекции эхоканалов
контроля головки рельса (   58 ,   34 ) при сплошном контроле и регистрации сигналов различных средств дефектоскопии рельсов.
Зона звуковой
индикации
Зона
регистрации
Съемные
дефектоскопы
20 30
95
140
мкс
АМД
30
160
ВД
и
СВД
30
230
Рис. 5.6. Зоны временной селекции сигналов эхоканалов
  58 ,   34 дефектоскопических средств контроля рельсов
Мобильные средства контроля рельсов (автомотрисы/дефектоскопные
и вагоны-дефектоскопы) за счет весьма протяженной зоны временной селекции (30–230 мкс) и достаточно мощного зондирующего импульса могут контролировать одновременно рабочую и нерабочую грани головки
рельса. Поэтому им не требуется, как в съемных дефектоскопах предыдущего поколения, периодически (не реже одного раза в квартал) разворачивать наклонный преобразователь в сторону нерабочей грани для отдельного контроля этой части рельса.
Как следует из изложенного, традиционная схема прозвучивания головки рельса (схема «змейка») позволяет выявлять поперечные трещины,
развивающиеся в головке рельса, даже на начальной стадии их развития
(начиная от 10 мм и более).
62
5.2. Зеркальный метод контроля головки рельса
Метод зеркального контроля предназначен для обнаружения развитых
поперечных трещин в головке рельса, которые имеют ровную, зеркальную
поверхность в результате истирания (сглаживания) колец роста под многократным воздействием колесной нагрузки. Как правило, от таких трещин в излучающе-принимающем наклонном ПЭП, развернутом в сторону
рабочей грани (   58 ,   34 ), эхосигналы отсутствуют, или возвращается лишь малая часть лучей, диффузно отраженных от кромок и неровностей на поверхности трещины.
Основная часть падающих наклонных лучей зеркально отражается от
поверхности трещины (рис. 5.7). Эти лучи могут быть приняты дополнительным (вторым) ПЭП, установленным на некотором расстоянии Б от
первого и также развернутым в сторону рабочей грани. При этом амплитуда зеркально отраженных сигналов будет значительно выше, чем амплитуда диффузно отраженных.
Uзерк
Uэхо
ИП
П
В = 50 мм
Рис. 5.7. Схема реализации эхозеркального метода контроля
головки рельса: ИП – излучающий преобразователь; П – пассивный преобразователь
63
Два преобразователя, один из которых является приемоизлучающим, а
другой работает только на прием отраженных от трещин сигналов первого
ПЭП, совместно реализуют эхозеркальный метод контроля.
Этот метод, известный еще и как метод «тандем», широко используется в промышленности при контроле сварных стыков металлических изделий (листы, трубы, тавровые соединения и т.д.).
Расстояние между двумя преобразователями называется базовым.
Оно равно 50 мм и выбрано из условий наилучшего озвучивания зоны
развития внутренних усталостных трещин кода 21.2 и 22.2 (10–15 мм от
поверхности катания). Так как принимаются лишь эхосигналы от отражателей, которые попадают в зону пересечения диаграмм направленностей
двух ПЭП (рис. 5.8), то зеркальный метод, в отличие от эхометода, не чувствителен к мешающим сигналам от поверхностных повреждений боковой
рабочей грани головки. Поэтому для зеркального метода становится возможным устанавливать бóльшую рабочую чувствительность контроля (на
4–8 дБ), чем для эхоканала. Параметры временной регистрации сигналов
аналогичны параметрам схемы «змейка».
Зона пересечения ДН
Рис. 5.8. Схема приема сигналов из зоны пересечения
диаграмм направленностей двух ПЭП зеркальным методом
При перемещении пары преобразователей по дефектному участку
рельса излучаемые ультразвуковые лучи, прежде чем достигнут приемника, будут претерпевать многократные отражения от противоположных
граней головки рельса и от плоскости трещины. Поэтому, подобно контролю по эхометоду, от одного дефекта могут быть приняты три группы
эхосигналов (рис. 5.9):
 в 1-м положении преобразователей трещина озвучивается трехкратно ( m  3 ) переотраженными лучами и эхосигнал от нее находится за пределами строба, а его амплитуда ниже порога;
64
 во 2-м положении ПЭП озвучивание дефекта происходит двукратно
переотраженными ( m  2 ) лучами, эхосигнал выше порога и в пределах
строба (звуковая индикация дефектоскопа сработает);
 в 3-м положении трещина озвучивается однократно ( m  1 ) отраженными лучами, амплитуда эхосигнала от дефекта максимальна, а его задержка минимальна и располагается внутри строба.
а 1
б
в
m=3
30
2
95
m=2
3
m=1
Рис. 5.9. Последовательность озвучивания поперечной трещины
при зеркальном методе контроля: а – дефект оператором не фиксируется; б и в – звуковой индикатор дефектоскопа срабатывает
Впервые зеркальный метод с двумя преобразователями (   58 ,   34 )
реализован в схемах прозвучивания серийно выпускаемых дефектоскопов
АВИКОН-01, АВИКОН-11 и в аппаратном комплексе АВИКОН-03 вагона-дефектоскопа. Как показывает практика применения этого нововведения, в последние годы от 8 до 15 % рельсов с дефектами в головке были
обнаружены благодаря зеркальному методу.
Аналогично схеме «змейка» при зеркальном методе полноценно озвучивается лишь рабочая грань головки рельса.
65
5.3. Контроль головки рельса
с помощью схем «РОМБ» и «РОМБ+»
Принцип обнаружения внутренней поперечной трещины с помощью
схемы «РОМБ» представлен на рис. 5.10.
В корпусе ПЭП имеются две пьезопластины, которые работают одновременно и на излучение, и на прием. Пьезопластина 1 излучает у.з. лучи
в сторону рабочей грани головки рельса. Переотраженные от нижней выкружки лучи зеркально отражаются от уголкового отражателя трещины и
по аналогичному пути в нерабочей грани попадают на пьезопластину 2.
Такой же путь из нерабочей грани, отразившись от трещины и следуя в
рабочую грань, проходят у.з. лучи из второй пьезопластины в первую.
1
2
90−100 мкс
Рис. 5.10. Схема обнаружения поперечной трещины под поверхностным расслоением с помощью схемы контроля
«РОМБ»: 1, 2 – пьезопластины
Схема «РОМБ» состоит из двух схем «змейка» и позволяет одинаково
эффективно фиксировать дефекты в рабочей и нерабочей гранях головки
рельса по эхометоду. Кроме того, за счет совместной работы обеих пьезопластин зеркальным методом выявляются поперечные трещины в верхней
центральной части головки рельса, в том числе под горизонтальными расслоениями (дефекты 21, 22, 24, 25).
По расчетам преобразователь, работающий по схеме «РОМБ», позволяет
«заглянуть» под поверхностное расслоение протяженностью до 120–140 мм.
Имеющиеся в схеме прозвучивания наезжающий и отъезжающий преоб66
разователи, благодаря двухстороннему озвучиванию (с параметрами
  58 ,   34 ), дают возможность обнаружить поперечную трещину под
расслоением протяженностью до 240–280 мм (рис. 5.11).
до 280 мм
58º
Рис. 5.11. Схема обнаружения трещины под расслоением путем двухстороннего озвучивания наезжающим и отъезжающим ПЭП
Еще одним положительным качеством схемы «РОМБ», реализованной
в дефектоскопах типа АВИКОН, является то, что она достаточно эффективно обнаруживает дефекты даже при нарушениях центровки искательной системы, что особенно актуально для средств, контролирующих рельсы со значительными скоростями (автомотрисы и вагоны-дефектоскопы).
Наличие в дефектоскопах сплошного контроля схемы прозвучивания
«РОМБ» сегодня особенно актуально, так как большинство поперечных
трещин в рельсах, эксплуатирующихся на железных дорогах России, развиваются именно под поверхностными повреждениями.
Схема «РОМБ+» работает на обнаружение поперечных трещин в рабочей и нерабочей гранях эхо- и зеркальным методами, а также в верхней
центральной части головки рельса зеркальным методом (рис. 5.12).
50 мм
ИП
П
1
2
Рис. 5.12. Схема обнаружения дефектов зеркальным и эхометодами с помощью схемы контроля «РОМБ+»: П – пассивный преобразователь; ИП – излучающий преобразователь;
1, 2 – пьезопластины
67
Схема реализуется путем замены обычного пассивного преобразователя П, работающего по зеркальному методу, преобразователем с двумя пьезопластинами. При этом реализуется сразу три зеркальные схемы (обнаружение развитых трещин в рабочей и нерабочей гранях и верхней центральной части головки).
Схема «РОМБ+» реализована в дефектоскопах типа АВИКОН-11.
Два преобразователя, каждый из которых содержит по две с развернутыми (на угол   34 от продольной оси рельса) в стороны боковых граней головки рельса пьезопластины, позволяют надежно озвучивать практически все сечение головки рельса и обнаруживать эхометодом поперечные трещины на ранней стадии развития, а зеркальным методом – сильно
развитые трещины с зеркально отражающими плоскостями. В то же время, как видно на рис. 5.12, нижняя центральная часть головки рельса остается недостаточно озвученной ультразвуковыми волнами, что может привести к пропуску некоторых дефектов.
5.4. Обнаружение эхометодом дефектов
в центральной части головки рельса
с применением преобразователя α = 70°, γ = 0°
Наклонные преобразователи с углом ввода ультразвуковых колебаний
  70 , излучающие вдоль продольной оси рельса (   0 ), ориентированы
на обнаружение развитых поперечных трещин в центральной и нижней
части головки рельса, преимущественно развивающихся под наклоном к
вертикали   20 . Так как наклонные лучи падают почти перпендикулярно к поверхности трещины и практически полностью отражаются, амплитуда эхосигналов от таких дефектов велика (рис. 5.13).
55 мкс
35 мкс
15 мкс
ΔL
α = 70º
Рис. 5.13. Последовательность озвучивания наклонной поперечной трещины преобразователем с углом ввода α = 70°
68
За счет того, что у.з. лучи излучаются под большим углом, протяженность участка, на котором озвучивается дефект (условная протяженность
дефекта по длине рельса L , мм), оказывается большой. Это повышает
эффективность обнаружения дефектов. Преобразователи с углом   70
способны фиксировать поперечные трещины, развивающиеся под поверхностными расслоениями.
Преобразователь   70 за счет большого угла ввода способен обнаруживать такие трещины, как бы «заглядывая» под расслоение, однако
для этого необходимо, чтобы трещина была достаточно развитой, а длина
расслоения небольшой (рис. 5.14).
α = 70º
Рис. 5.14. Схема фиксации ПЭП с углом ввода α = 70°
поперечной трещины, развивающейся под поверхностным расслоением
С помощью преобразователя с углом ввода   70 могут быть обнаружены поперечные и продольные трещины в головке и в месте перехода
головки в шейку, а также развитые поверхностные повреждения.
При этом необходимо иметь в виду, что преобразователи с углом ввода
  70 являются весьма критичными к фактическому значению угла ввода,
так как отклонение угла в большую сторону может привести к появлению
повышенного уровня шумов из-за отражений от поверхностных дефектов.
Этот же факт может привести и к перебраковке бездефектных рельсов,
особенно при высоких (более 40 °С) температурах окружающего воздуха.
Преобразователи   70 предусмотрены в схемах прозвучивания
практически всех съемных дефектоскопов нового поколения (РДМ-2,
АВИКОН-11, АДС-02, РДМ-22, РДМ-23). Они широко используются и в
зарубежных дефектоскопах.
69
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Для чего предназначена схема прозвучивания рельса «змейка»?
2. Представьте ход лучей в схеме «змейка».
3. Приведите последовательность озвучивания поперечной трещины в
головке рельса наклонным ПЭП (α = 38°, γ = 34°).
4. Почему возможен пропуск поперечной трещины в головке рельса?
5. Для чего применяется временная регулировка чувствительности канала?
6. Охарактеризуйте зоны временной селекции в дефектоскопных средствах.
7. В чем состоит актуальность зеркального метода ультразвукового
контроля рельсов?
8. Представьте последовательную реализацию зеркального метода.
9. В чем состоит актуальность схемы прозвучивания «РОМБ»?
10. Назовите преимущества схемы прозвучивания «РОМБ+» перед
схемой «РОМБ»?
11. Каковы преимущества использования ПЭП с углом ввода луча α = 70°
в дефектоскопом контроле?
70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Познание физических основ формирования сигналов от несплошностей
в контролируемой среде является ответственным этапом в системе рельсовой дефектоскопии. Его усложняют различные специфические условия: наличие конструктивных отражателей в виде элементов болтовых стыков,
достаточно сложный для методов и средств контроля поперечный профиль рельса, поверхностные повреждения на головке рельса. В этих условиях анализ получаемых сигналов в рельсовых дефектоскопах затруднителен. Картина волновой кинематики значительно отличается от теоретической исходя их законов волновой оптики, лежащих в основе ультразвуковых методов рельсовой дефектоскопии. Интерпретация результатов
контроля как при выполнении его в пути, так и при расшифровке дефектограмм в стационарных условиях требует от оператора дефектоскопного
средства или специалиста-расшифровщика принятия аргументированных
решений. Для этого необходимы соответствующие теоретические знания,
навыки и накопление опыта в практической деятельности.
Таким образом, разработанное учебное пособие содержит необходимый объем материала для успешного усвоения знаний будущими специалистами рельсовой дефектоскопии. В настоящее время дефектоскопная
информация от всех средств контроля обязательно регистрируется на дефектограммах и протоколируется. Расшифровка дефектограмм представляет ответственный этап в системе дефектоскопного контроля рельсового
пути. От расшифровщика требуется необходимый уровень знаний предыдущих этапов и глубокое изучение последующего, связанного непосредственно с расшифровкой дефектограмм. Автор считает целесообразным
изучение основ рельсовой дефектоскопии студентами ДВГУПС и разработку соответствующего учебного пособия.
71
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Компьютеризированные средства неразрушающего контроля и диагностики железнодорожного пути / Л.В. Башкатова [и др.]. – СПб. : Радиоавионика, 1997. – 118 с.
2. ГОСТ 18576–96. Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые. – Минск, 1996.
3. Грицык, В.И. Дефекты рельсов железнодорожного пути : учеб. пособие / В.И. Грицык. – М. : Маршрут, 2005.
4. Гурвич, А.К. Интегральный критерий эффективности средств НК
рельсов в пути / А.К. Гурвич // В мире неразрушающего контроля. – 2000. –
№ 3.
5. Гурвич, А.К. Основные положения классификатора типоразмеров
дефектов в рельсах / А.К. Гурвич // В мире неразрушающего контроля. –
2002. – № 1.
6. Гурвич, А.К. Осторожно! Угол ввода луча α = 70º? / А.К. Гурвич,
Л.И. Кузьмина, С.В. Николаев // В мире неразрушающего контроля. –
2006. – № 4. – С. 48.
7. Гурвич, А.К. Зеркально-теневой метод ультразвуковой дефектоскопии / А.К. Гурвич. – М. : Машиностроение, 1976. – 35 с.
8. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте /
под ред. А.К. Гурвича. – М. : Транспорт,1983. – 318 с.
9. Гурвич, А.К. Акустические характеристики металла в зоне стыков
электроконтактной сварки рельсов / А.К. Гурвич, А.А. Ахметова, А.Х. Вопилкин // В мире неразрушающего контроля. – 2011. – № 1. – С. 84–86.
10. Дефектоскоп ультразвуковой АВИКОН-01 МР УДС 2-113. Руководство по эксплуатации. – СПб. : Радиоавионика, 2003.
11. Дефектоскоп ультразвуковой АВИКОН-02Р УДС-112. Руководство
по эксплуатации / ОАО «РЖД», Департамент пути и сооружений. – М. :
Академкнига, 2006. – 79 с.
12. Дефектоскоп ультразвуковой АВИКОН-11 УДС-114. Руководство
по эксплуатации. – СПб. : Радиоавионика, 2005.
13. Дефектоскоп ультразвуковой АВИКОН-14 УДС 2-118. Руководство
по эксплуатации. – СПб. : Радиоавионика, 2011.
14. Дефектоскоп ультразвуковой АВИКОН-15 УДС 2-119. Руководство
по эксплуатации. – СПб. : Радиоавионика, 2011.
15. Дефектоскоп ультразвуковой УДС 2 – РДМ-22. Руководство по
эксплуатации / ОАО «РЖД», Департамент пути и сооружений. – М. : Академкнига, 2006. – 136 с.
72
16. Дефектоскоп ультразвуковой УДС 2 – РДМ-23. Руководство по
эксплуатации / ОАО «РЖД», Департамент пути и сооружений. – М. : Академкнига, 2015.
17. Дефектоскоп ультразвуковой многоканальный «Эхо-Комплекс».
Руководство по эксплуатации. – М. : Твема, 2001.
18. Зверев, А.В. Тандем Астра-Каскад – Диагностика и Мониторинг /
А.В. Зверев // В мире неразрушающего контроля. – 2009. – № 3.
19. Инструктивные указания о порядке составления отчетных и учетных форм по хозяйству пути / ОАО «РЖД». – М., 2006.
20. Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов» : распоряжение ОАО «РЖД» :
[23 окт. 2014 г. № 2499 р] // СПС «Гарант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант-Сервис». – Послед. обновление : 18.04.2016.
21. Инструкция по паспортизации рельсов и автоматической расшифровке : распоряжение ОАО «РЖД» : [6 нояб. 2012 г. № 2212 р] // СПС «Гарант»
[Электронный ресурс] / НПП «Гарант-Сервис». – Послед. обновление :
18.04.2016.
22. Каменский, В.Б. Направления совершенствования системы ведения
путевого хозяйства / В.Б. Каменский. – М. : ИКЦ «Академкнига», 2006. –
392 с.
23. Катен-Ярцев, А.С. Как рождается дефект 53.1 / А.С. Катен-Ярцев //
Путь и путевое хозяйство. – 2006. – № 7.
24. Катен-Ярцев, А.С. Вопросы совмещенного дефектоскопного и путеизмерительного контроля железнодорожного пути / А.С. Катен-Ярцев,
В.С. Пермяков // Развитие транспортной инфраструктуры – основа роста
экономики Забайкальского края : материалы междунар. науч.-практ.
конф. – Чита, 2008. – Т. 1.
25. Катен-Ярцев, А.С. Современные методы и средства рельсовой дефектоскопии : моногр. / А.С. Катен-Ярцев, В.В. Григорьев, А.А. Чертковский. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2010. – 178 с.
26. Катен-Ярцев, А.С. Методы рельсовой дефектоскопии : учеб. пособие / А.С. Катен-Ярцев. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2011. – 69 с.
27. Катен-Ярцев, А.С. Средства рельсовой дефектоскопии : учеб. пособие / А.С. Катен-Ярцев. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2011. – 107 с.
28. Кисляковский, О.Н. О повышении эффективности мобильных
средств дефектоскопии рельсов / О.Н. Кисляковский // В мире неразрушающего контроля. – 2010. – № 2.
29. Классификатор дефектов и повреждений элементов стрелочных переводов : распоряжение ОАО «РЖД» : [16 авг. 2012 г. № 1653р] // СПС «Га73
рант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант-Сервис». – Послед. обновление : 18.04.2016.
30. Комплекс регистрирующий «КРУЗ-М-ХР». Руководство по эксплуатации. – М. : Твема, 2004.
31. Кузьмина, Л.И. НК рельсов при их восстановлении и сварке /
Л.И. Кузьмина // В мире неразрушающего контроля. – 2004. – № 2.
32. Лысюк, В.С. Повреждения рельсов и их диагностика / В.С. Лысюк,
В.М. Бугаенко. – М. : Академика, 2006. – 638 с.
33. Марков, А.А. Особенности оценки условных размеров дефектов
при значительных скоростях сканирования / А.А. Марков // Дефектоскопия. – 1989. – № 3. – С. 8–1.
34. Марков, А.А. Дополнительные возможности дефектоскопов типа
«АВИКОН» / А.А. Марков, Е.А. Кузнецова // Путь и путевое хозяйство. –
2012. – № 12. – С. 9–5.
35. Марков, А.А. Дефектоскопия рельсов. Формирование и анализ сигналов : практ. пособие. В 2 кн. Кн. 1. Основы / А.А. Марков, Е.А. Кузнецова. – СПб. : Культ Информ Пресс, 2010. – 292 с.
36. Марков, А.А. Дефектоскопия рельсов. Формирование и анализ
сигналов : практ. пособие. В 2 кн. Кн. 2. Расшифровка дефектограмм /
А.А. Марков, Е.А. Кузнецова. – СПб. : Ультра Принт, 2014. – 325 с.
37. Марков, А.А. Обнаружение дефектов на участках с поверхностными
повреждениями головки рельсов / А.А. Марков, В.В. Мосягин, Е.А. Кузнецова // Путь и путевое хозяйство. – 2012. – № 9. – С. 23–29.
38. Марков, А.А. Проблемы обнаружения дефектов в рельсах с незначительным износом / А.А. Марков, В.В. Мосянин // В мире неразрушающего контроля. – 2013. – № 3. – С. 71–73.
39. Утраченные и новые технологии контроля рельсов / А.А. Марков
[и др.] // Путь и путевое хозяйство. – 2013. – № 8. – С. 2–9.
40. Марков, А.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов / А.А. Марков, Д.А. Шпагин. – 2-е изд. перераб. и доп. – СПб. : Образование – Культура, 2008. – 283 с.
41. НТД/ЦП 1-2-3-93. Классификация дефектов рельсов. Каталог дефектов рельсов. Признаки дефектных и остродефектных рельсов. – М. :
Транспорт, 1993.
42. НТД/ЦП 1-2-3-2002 (для опытной проверки) Классификация дефектов рельсов. Каталог дефектов рельсов. Признаки дефектных и остродефектных рельсов / МПС РФ, Департамент пути и сооружений. – М., 2002.
74
43. НТД/ЦП 1-2-3-2007. Классификация дефектов рельсов. Каталог
дефектов рельсов. Признаки дефектных и остродефектных рельсов /
ОАО «РЖД», Департамент пути и сооружений. – М., 2007.
44. Положение о системе неразрушающего контроля рельсов и эксплуатации средств рельсовой дефектоскопии в путевом хозяйстве железных дорог ОАО «РЖД» : распоряжение ОАО «РЖД» : [27 дек. 2012 г. № 2714р] //
СПС «Гарант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант-Сервис». – Послед.
обновление : 18.04.2016.
45. Порядок действий при неразрушающем контроле рельсов и оценке
технического состояния рельсового хозяйства : распоряжение ОАО «РЖД» :
[18 мая 2010 г. № 1064р] // СПС «Гарант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант Сервис». – Послед. обновление : 18.04.2016.
46. Положение о порядке расшифровки результатов контроля съёмных
и мобильных средств дефектоскопии : распоряжение ЦДИ ОАО «РЖД» :
[3 июля 2012 г.] // СПС «Гарант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант
Сервис». – Послед. обновление : 18.04.2016.
47. Стандарт СТОРЖД. 1.11.007-2009. Система неразрушающего контроля в ОАО «РЖД». Элементы стрелочных переводов. Технические требования к контролю : распоряжение ОАО «РЖД» : [21 янв. 2010 г. № 107р] //
СПС «Гарант» [Электронный ресурс] / НПП «Гарант-Сервис». – Послед.
обновление : 18.04.2016.
48. Скрябников, А.Н. Особенности ультразвукового контроля стрелочных переводов / А.Н. Скрябников // В мире неразрушающего контроля. –
2002. – № 3.
49. Новая методология дефектоскопии рельсов / В.Ф. Тарабарин [и др.] //
Железнодорожный транспорт. – 2011. – № 7.
50. Шведко, Н.Д. Повысить эффективность дефектоскопов с регистраторами / Н.Д. Шведко // Путь и путевое хозяйство – 2006. – № 6.
51. Шведко, Н.Д. Настройка каналов дефектоскопа «АВИКОН-01» /
Н.Д. Шведко // Путь и путевое хозяйство. – 2009. – № 7.
52. Шур, Е.А. Повреждения рельсов / Е.А. Шур. – М. : Интертекст,
2012. – 192 с.
75
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... 3
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВ ............................................ 4
1.1. Общие положения.................................................................................. 4
1.2. Нормативные ссылки ............................................................................ 6
1.3. Термины, определения и сокращения ................................................. 6
1.4. Структура обозначения дефектов рельсов .......................................... 8
1.5. Результаты сравнения классификаций дефектов рельсов
по НТД/ЦП-1-93 и по инструкции № 2499р ..................................... 26
2. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ
ДЕФЕКТОСКОПНОГО КОНТРОЛЯ НА РАЗВЕРТКЕ ТИПА А .......... 31
2.1. Общие положения................................................................................ 31
2.2. Радио- и видеоэхоимпульсы ............................................................... 33
2.3. Особенности отображения эхосигналов ........................................... 36
2.3.1. Особенности измерения глубины залегания дефекта ............. 36
при многократном отражении эхосигналов ....................................... 36
2.3.2. Совпадение многократно отраженного от дефекта
эхосигнала с временным положением донного сигнала ........ 37
2.3.3. Измерение координат отражающих точек дефекта ................ 38
2.3.4. Отображение дефекта с несколькими максимумами .............. 40
3. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВ
ПРИ ПРЯМОМ ВВОДЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ .............. 41
3.1. Формирование сигналов при зеркально-теневом и эхометодах..... 41
3.2. Сигналы от горизонтальной трещины
в верхней центральной части рельса (дефект кода 30) .................... 45
3.3. Односторонняя горизонтальная трещина
в зоне перехода головки в шейку (дефект кода 33) ......................... 46
3.4. Сквозная трещина в середине шейки рельса (дефект кода 55) ...... 47
3.5. Вертикальные продольные расслоения ............................................. 47
4. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПРИ НАКЛОННОМ ВВОДЕ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ......................................................... 49
4.1. Озвучивание наклонным преобразователем всей высоты рельса .. 49
4.2. Особенности прозвучивания болтовых отверстий .......................... 51
4.3. Реализация зеркально-теневого и эхометодов
при наклонном вводе колебаний (схема «V») .................................. 55
5. ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В ГОЛОВКЕ РЕЛЬСА ........................... 56
5.1. Схема прозвучивания головки рельса «змейка» .............................. 56
5.2. Зеркальный метод контроля головки рельса .................................... 63
76
5.3. Контроль головки рельса
с помощью схем «РОМБ» и «РОМБ+» ............................................. 66
5.4. Обнаружение эхометодом дефектов
в центральной части головки рельса
с применением преобразователя α = 70°, γ = 0° ............................... 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................ 71
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................ 72
77
Учебное издание
Катен-Ярцев Александр Сергеевич
ФОРМИРОВАНИЕ И ОТОБРАЖЕНИЕ СИГНАЛОВ КОНТРОЛЯ РЕЛЬСОВ
УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ ДЕФЕКТОСКОПАМИ
Учебное пособие
Редактор Т.М. Яковенко
Технический редактор С.С. Заикина
————————————————————————————
План 2017 г. Поз. 4.20. Подписано в печать 23.10.2017.
Уч.-изд. л. 4,6. Усл. печ. л. 5,0. Зак. 238. Тираж 55 экз. Цена 375 р.
————————————————————————————
Издательство ДВГУПС
680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
78