Акустические характеристики металла в зоне стыков электроконтактной сварки рельсов - Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Вернуться   Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист > Форум Дефектоскопист > Статьи о дефектоскопии


Старый 18.06.2015, 01:08   #1
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию Акустические характеристики металла в зоне стыков электроконтактной сварки рельсов

Акустические характеристики металла в зоне стыков электроконтактной сварки рельсов

Об авторах


Гурвич Анатолий Константинович
Профессор кафедры «Методы и приборы НК» ПГУПС, д. т. н.


Ахметова Асем Абдижалиевна
Аспирантка кафедры «Методы и приборы НК» ПГУПС, гражданка Республики Казахстан.
Научное направление - развитие методологии УЗК рельсов при их эксплуатации и сварке


Вопилкин Алексей Харитонович
Генеральный директор ООО «НПЦ «ЭХО+»,
г. Москва, д. т. н., профессор Научные интересы - методы и средства определения параметров дефектов, разработка ультразвуковых автоматизированных систем с когерентной обработкой данных

Электроконтактная сварка - основной способ сварки рельсов на стационарных рельсосварочных предприятиях (РСП) и в полевых условиях посредством передвижных рельсосварочных машин (ПРСМ) [1, 2]. В СССР (государствах СНГ) с 1961 г. был введен обязательный приемочный УЗК каждого сварного стыка рельса по методике и технологии, разработанным в НИИ мостов ЛИИЖТ [3 - 5].

В процессе ввода в эксплуатацию (1964 г.) первых ультразвуковых дефектоскопов сплошного контроля рельсов УЗД-НИИМ-6М с имитаторами дефектов для настройки чувствительности зеркально-теневых каналов [5, 6] на каждом сварном стыке в телефонных наушниках прослушивался звуковой сигнал, присущий факту обнаружения дефекта. Однако причиной появления звуковых сигналов оказалось ослабление амплитуды донного сигнала структурой металла в зоне сварного стыка [4 - 7].

Ослабления донного сигнала, вызываемые рассеянием ультразвука на структуре металла в области сварного стыка, были соизмеримы, а иногда превышали ослабления, вызываемые внутренними дефектами сварки. Учитывая неизбежность этого явления, ослабления донных сигналов на сварных стыках были отнесены к классу систематических помех, а стыки электроконтактной сварки рельсов признаны контроленепригодными эхо- и зеркальнотеневым методами посредством прямых преобразователей с поверхности катания рельсов [3, 4].



Рис. 1. Распределение амплитуд донных сигналов по длине стыка электроконтактной сварки рельсов типа Р50: а - эскиз образца сварного стыка рельсов типа Р50 с удаленными боковыми частями головки рельсов: (1 - 7 - позиции ПЭП на сварном стыке при измерении амплитуд донных сигналов; 4 - позиция ПЭП на сечении стыковки торцов рельсов); б - огибающая амплитуд донных сигналов

В 1972 г. в НИИ мостов ЛИИЖТ проводились первые исследования влияния структуры металла в области сварного стыка рельса на распространение продольной и поперечной волн. Для исследований был подготовлен специальный образец рельса типа Р50 с бездефектным сварным стыком в середине и двумя срезами по торцам, нормальными к акустической оси наклонных преобразователей с углом ввода луча 50° и 65°; боковые выступающие части головки рельсов были удалены с целью устранения «отсоса» продольной волны, излучаемой в шейку прямым преобразователем с поверхности катания рельса (рис. 1).

В процессе исследований амплитуд первых донных сигналов зав. лабораторией Л. И. Кузьминой был обнаружен феноменальный «всплеск» амплитуды донного сигнала в сечении стыковки торцов рельсов: амплитуда превышала олее чем в два раза (на ≈ 7 дБ!) амплитуду донных сигналов в основном металле рельсов (рис. 1). Создавалось впечатление, что в донную поверхность рельса кем-то встроен «переизлучатель» с усилителем донного сигнала. Объяснить столь аномальное явление никто из специалистов в ультразвуковой дефектоскопии в те времена не взялся. Образец сварного стыка был признан «музейным экспонатом», взят под «особую сохранность» и каким-то образом выстоял 38 лет на столе в кабинете Л. И. Кузьминой, очевидно, в ожидании ультразвуковой диагностики, результаты которой, в основном, и изложены в данной статье.
Изображения
Тип файла: jpg 01.jpg (5.1 Кб, 35 просмотров)
Тип файла: jpg 02.jpg (5.3 Кб, 33 просмотров)
Тип файла: jpg 03.jpg (4.9 Кб, 32 просмотров)
Тип файла: jpg 1.jpg (61.1 Кб, 37 просмотров)
  Ответить с цитированием
Благодарность от:
Александр/ (08.02.2016)
Старый 18.06.2015, 01:11   #2
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию

Естественно, исследования были начаты с проверки аномального явления, вскрытого в 1972 г., на том же образце сварного стыка рельсов Р50. Результаты, полностью совпадающие с результатами исследований 38-летней давности, представлены на рис. 1.

Дальнейшие исследования были сосредоточены на экспериментальном построении и изучении огибающих донных сигналов в области стыков электроконтактной сварки железнодорожных рельсов различного типа, срока эксплуатации и дефектности (табл. 1).


Все 68 сварных стыков предварительно подвергались контролю эхо-методом по типовой технологии [3, 9]. К сварным стыкам с дефектом отнесены стыки, содержащие дефект в шейке или в зоне продолжения ее в головку или в подошву.

Для снижения случайных погрешностей измерения использовались специально изготовленные прямой преобразователь на частоту f = 2,5 МГц с боковыми магнитными щечками и специальная направляющая миллиметровая линейка, укрепляемая на головке рельса и обеспечивающая перемещение преобразоначаты с проверки аномального явления, вскрытого в 1972 г., на том же образце сварного стыка рельсов Р50. Результаты, полностью совпадающие с результатами исследований 38-летней давности, представлены на рис. 1.

Дальнейшие исследования были сосредоточены на экспериментальном построении и изучении огибающих донных сигналов в области стыков электроконтактной сварки железнодорожных рельсов различного типа, срока эксплуатации и дефектности (табл. 1).

Все 68 сварных стыков предварительно подвергались контролю эхо-методом по типовой технологии [3, 9]. К сварным стыкам с дефектом отнесены стыки, содержащие дефект в шейке или в зоне продолжения ее в головку или в подошву.

Для снижения случайных погрешностей измерения использовались специально изготовленные прямой преобразователь на частоту f = 2,5 МГц с боковыми магнитными щечками и специальная направляющая миллиметровая линейка, укрепляемая на головке рельса и обеспечивающая перемещение преобразователя по поверхности катания строго над шейкой рельса.



Рис. 2. Образ и параметры огибающей донных сигналов в области стыка электроконтактной сварки рельсов

В процессе исследований измерялись: амплитуда донного сигнала вне области сварного стыка; амплитуда максимального ослабления донного сигнала в области сварного стыка; амплитуда донного сигнала в середине сварного стыка (в сечении шва), а также определялись границы зоны термического влияния по началу ослабления донного сигнала. По результатам измерений строились огибающие донных сигналов (рис. 2).

Для сравнения огибающих введены параметры огибающих донных сигналов в области сварных стыков рельсов (рис. 2):

а) условная ширина зоны термического влияния - 2L, мм;

б) расстояние от оси шва до сечений максимального ослабления амплитуды донных сигналов - I, мм;

в) максимальные ослабления амплитуды донных сигналов - ΔUmin, отр. дБ;

г) превышение (ослабление) амплитуды донных сигналов по сечению сварного шва - ΔU , дБ.

Средние значения и размах параметров огибающих донных сигналов обобщены в табл. 2.





Рис. 3. Типовые огибающие донных сигналов в зоне сварных стыков электроконтактной сварки рельсов типа Р65 и Р50: а - стыков без дефектов; б - стыков с дефектом в области шейки или в зоне продолжения ее в головку или в подошву

Установлено, что параметры огибающих донных сигналов в каждой группе сварных стыков идентичны и практически не зависят от типа рельса и года его выпуска. По результатам получены образы типовых огибающих, характерных для бездефектных и дефектных сварных стыков рельсов типа Р65 и Р50 (рис. 3).

В дополнение к экспериментальным исследованиям огибающих донных сигналов были проанализированы трассирующие развертки донных сигналов в области более 700 сварных стыков рельсов, зарегистрированные при сплошном контроле рельсов на различных участках пути дефектоскопами типа АВИК0Н-01 и любезно предоставленные авторам фирмой «Радиоавионика» [8]. Естественно, флуктуации акустического контакта и поперечные смещения прямого преобразователя относительно оси контролируемых рельсов должны были сопровождаться и сопровождались ослаблениями и даже потерями донных сигналов в области сварных стыков. Тем не менее на 424 (60 %) сварных стыках был зафиксирован выброс амплитуды донного сигнала в сечении шва более чем на ΔUmax ≈ 2 дБ, достигая на ряде стыков превышения ΔUmax = 7 дБ. Для объяснения данного явления проведены исследования твердости металла в зоне сварного стыка.
Изображения
Тип файла: jpg 2.jpg (82.8 Кб, 35 просмотров)
Тип файла: jpg 3.jpg (47.3 Кб, 34 просмотров)
Тип файла: jpg t1.jpg (31.0 Кб, 32 просмотров)
Тип файла: jpg t2.jpg (46.4 Кб, 32 просмотров)
  Ответить с цитированием
Благодарность от:
Александр/ (08.02.2016)
Старый 18.06.2015, 01:12   #3
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию

Из работы [10] на примере закаленных слоев валков холодной прокатки показано, что с увеличением твердости скорость продольной и поперечной волн уменьшается приблизительно в линейной пропорции.



Рис. 4. Структура и усредненные значения твердости (HRC) металла в зоне сварного стыка рельса типа Р50: 1 - шов и зона частичного расплавления, 2 - зона перегрева; 3 - зона перекристаллизации; 4 - зона сфероидизации; 5 - основной металл

Измерения твердости методом Роквелла проводилось в трех продольных сечениях: на расстояниях 30 мм от верхнего (поверхность катания рельса) и нижнего (поверхность подошвы рельса) краев образца и на расстоянии 60 мм от верхнего края. Интервал между точками измерения твердости в каждом сечении составлял 5 мм. Весь цикл измерений повторялся трижды Распределение усредненных значений твердости представлено на рис. 4.

Из анализа результатов исследований огибающих донных сигналов и твердости металла в области сварных стыков рельсов типа Р50 и Р65 следует:

а) протяженность зоны термического влияния в области сварного стыка рельсов лежит в пределах 50 - 60 мм в обе стороны от шва;

б) зоны максимального ослабления донного сигнала отстоят от середины сварного стыка на расстояния, равные приблизительно 20 мм;

в) максимальное ослабление донного эхо-сигнала в области сварных стыков рельсов различных типов и дат изготовления лежит в пределах (8 ÷ 15) отр. дБ;

г) твердость металла при приближении к сварному шву справа и слева сначала возрастает, затем в зоне, непосредственно примыкающей к шву, и в самом шве - падает.

Из работы [10] на примере закаленных слоев валков холодной прокатки показано, что с увеличением твердости скорость продольной и поперечной волн уменьшается приблизительно в линейной пропорции. Поэтому при излучении продольной волны в рельс перпендикулярно поверхности катания в процессе ее распространения фронт волны поворачивается в сторону слоев с меньшей скоростью (рефракция волны, [11]), и на нижнюю поверхность рельса волна падает не перпендикулярно, а под некоторым углом. Соответственно на преобразователь приходит меньше энергии и амплитуда донного сигнала падает.

В зоне, непосредственно примыкающей к сварному шву, твердость уменьшается, а скорость возрастает и достигает максимального значения в самом шве. Такое изменение скорости сопровождается выравниванием фронта отраженной волны и, соответственно, повышением амплитуды донного сигнала. Поскольку при расположении преобразователя над швом апертура преобразователя захватывает сразу зону слева и справа от сварного шва, имеет место сложение отраженной энергии, и амплитуда донного сигнала возрастает и превышает первоначальное значение.

По сути акустическое строение зоны шва представляет собой три акустических канала: два канала симметрично относительно шва направляют волну к оси шва, а третий канал - это собственно сам шов, в котором дополнительно «фокусируются» эти волны.

Наличие дефекта в шве может приводить к изменению первоначальной акустической структуры шва, и картина осцилляций огибающей донных сигналов может претерпевать изменения.

Таким образом, ослабление донных сигналов в области сварного стыка рельсов обязано затуханию (рассеянию) и рефракции упругой волны на структуре металла в области сварного стыка. Все это делает невозможным УЗК сварных стыков прямыми ПЭП с поверхности катания рельсов.

Бороться с затуханием и рефракцией упругой волны бессмысленно. Необходимо искать «обходные» пути. Один из возможных путей смотрите в очередном номере журнала.

Литература

1. Генкин И. З. Контактная сварка рельсов. -Сварочное производство. 1960. № 6. С. 11-12.

2. Генкин И. З. Сварные рельсы и стрелочные переводы. - М.: ИНТЕКС, 2003. - 93 с.

3. Инструкция по ультразвуковой дефектоскопии сварных стыков рельсов на рельсосварочных предприятиях. Утверждена Главным управлением пути и сооружений МПС 04.02.1961. - Л.: НИИ мостов ЛИИЖТ, 1961. - 26 с.

4. Кузьмина Л. И. Ультразвуковая дефектоскопия стыков контактной сварки рельсов. - М.: Машиностроение, 1970. - 35 с.

5. Гурвич А. К., Довнар Б. П., Козлов В. Б. и др. Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте / Под ред. А. К. Гурвича. -М.: Транспорт, 1983. -318 с.

6. Гурвич А. К. Импульсный ультразвуковой дефектоскоп для обнаружения трещин в стенках отверстий изделий. Авт. свид. № 142796. - Бюлл. изобр. 1961. № 22.

7. Грейль Е. А. Оценка качества электроконтактной сварки рельсов по результатам осмотра поверхности излома. - М.: ВНИИЖТ. Информационное письмо № 440, 1958. - 32 с.

8. Марков А. А., Шпагин Д. А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. - СПб.: Образование -Культура, 2008. - 283 с.

9. СТО РЖД 1.11.003-2009. Метод ультразвукового контроля сварных стыков рельсов.

10. Вопилкин А. X. Дифракционные методы в ультразвуковом неразрушающем контроле. -М.: Заочный институт повышения квалификации. ИТР Центрального правления ВНТО приборостроителей им. С. И. Вавилова, 1989. - 72 с.

11. Гензель Г. С., Заездный А. М. Основы акустики. - М.-Л.: Морской транспорт, 1952. - 386 с.
Изображения
Тип файла: jpg 4.jpg (45.3 Кб, 33 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 18.06.2015, 04:13   #4
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 2,557
Благодарил(а): 58 раз(а)
Поблагодарили: 276 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 233
По умолчанию

Гурвич А.К., Ахметова А.А., Вопилкин А.Х. Акустические характеристики металла в зоне стыков электроконтактной сварки рельсов. − В мире НК. – Март 2011 г. − № 1 (51). − С. 84–86. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
Вложения
Тип файла: pdf 51_84-86.pdf (357.0 Кб, 12 просмотров)
admin вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций admin Статьи о дефектоскопии 4 03.04.2014 09:57
НК как компонент стратегии минимизации рисков и затрат admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 20:45
Комплексный тепловой контроль зданий строительных сооружений admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 14:45
Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при ст admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 13:30
Степень объективности регистрируемых результатов ультразвуко admin Статьи о дефектоскопии 1 17.11.2012 19:14


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход

VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 14:08. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2018. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com