Особенности выявления коррозионно-усталостных трещин в подошве рельса - Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Вернуться   Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист > Форум Дефектоскопист > Статьи о дефектоскопии


Старый 08.10.2015, 03:31   #1
В мире НК
Бывалый
 
Аватар для В мире НК
 
Регистрация: 10.06.2013
Сообщений: 268
Благодарил(а): 0 раз(а)
Поблагодарили: 14 раз(а)
Записей в дневнике: 1
Репутация: 18
По умолчанию Особенности выявления коррозионно-усталостных трещин в подошве рельса

Особенности выявления коррозионно-усталостных трещин в подошве рельса

Об авторах



Сотрудники Северной железной дороги, г. Ярославль:

Преображенский Михаил Николаевич
Начальник центра подготовки дефектоскопистов Ярославского учебного центра,
к. ф. м.-н, доцент

Щерба Константин Александрович
Начальник лаборатории дефектоскопии Центра диагностики,
II уровень по акустическому виду НК рельсов

Некоторые трещины, выходящие на поверхность, например, коррозионноусталостные трещины в подошве рельса (код дефекта 69), выявляются благодаря угловому эффекту при двукратном отражении ультразвука от подошвы рельса и трещины.

Согласно [1] коррозия подошвы рельсов возникает в результате атмосферного влияния и контакта с материалами, аккумулирующими влагу. При большой сезонной влажности на пути с гигроскопичными прокладками коррозия появляется между подкладкой и подошвой рельса, при этом могут образоваться каверны (углубления) на подошве рельса. При повышенных динамических воздействиях на рельсы возможно появление поперечных коррозионно-усталостных трещин и изломов по ним. Большое внимание к проблеме коррозии подошвы рельсов уделялось и ранее [2 - 4], однако, до конца она остается не решенной. Одна из актуальных задач рельсовой дефектоскопии - правильно установить наличие коррозионно-усталостной трещины (в соответствии с технической документацией на рельсовые ультразвуковые дефектоскопы подлежат выявлению трещины глубиной более 10 мм, находящиеся в проекции шейки) и отличить ее эхо-сигнал от возможных помех, обусловленных коррозией подошвы допустимого размера, часто наблюдающейся в области подкладок.

Уголковые отражатели в виде рисок (пропилов) или зарубок часто используются в ультразвуковой дефектоскопии для настройки чувствительности наклонных преобразователей, поэтому изучению отражения от них поперечных волн посвящено значительное число работ, основные результаты которых отражены в [5].

Целью настоящей работы было изучение выявляемости моделей трещин в подошве рельса преобразователями с различными углами ввода в диапазоне 34° - 45°. В соответствии с рекомендациями [6] в минимальную обязательную схему прозвучивания средствами сплошного контроля рельсов входит проверка поперечными волнами с углом ввода α = 45+2-7° в плоскости оси рельса. В настоящее время в большинстве съемных дефектоскопов используются преобразователи с углом ввода 42°, а также 38° и 45° в мобильных средствах. Контроль съемными дефектоскопами проводится на условной чувствительности 20 дБ, однако, как отмечено в [7], условная чувствительность однозначно не определяет чувствительность метода, тем более при таком диапазоне уголов ввода.

В работе использовались серийные преобразователи П121-2,5-40, П 121-2,5-42, П121-2,5-45, резонаторы 42°/42°, 40°/40° рельсовых дефектоскопов и специально изготовленные преобразователи с углами ввода 34, 36, 38, 41, 42, 43 и 44 градуса. Преобразователь с углом ввода 42° изготавливался с целью исключения возможной ошибки, связанной с формой пьезоэлемента: в серийно выпускаемом преобразователе П121-2,5-42 и резонаторах 42°/42° и 40°/40° пьезоэлемент имеет прямоугольную форму, во всех остальных преобразователях пьезоэлемент имеет форму диска 012 мм.

Модели дефектов выполнялись в подошве рельса Р65 по ее центру перпендикулярно оси и условно делились на две группы:

1) углубления, выполненные пальчиковой фрезой 06 мм, с разной глубиной и шириной плоской поверхности, перпендикулярной оси рельса;

2) пропилы дисковой фрезой 024 мм толщиной 0,7 мм глубиной 1 и 2 мм;


Результаты измерений условного коэффициента выявляемости (Кд) различных моделей дефектов по группам приведены соответственно на рис. 1а и рис. 16. Экспериментальные точки на всех графиках являются результатом усреднения по трем измерениям, разброс результатов отдельных измерений не превышал 2 - 3 дБ. На рис. 16 для сравнения приведен условный коэффициент выявляемости угла, образованного торцом рельса и его подошвой. Значение Кд = 0 соответствует случаю, когда амплитуда эхо-сигнала равна амплитуде эхо-сигнала от опорного отражателя в стандартном образце. Во всех случаях, за исключением отражения от угла, образованного торцом рельса и его подошвой, для преобразователя с α = 34° условный коэффициент выявляемости был отрицательным. Из графиков видно, что для всех моделей дефектов коэффициент выявляемости увеличивается при уменьшении угла ввода от 45° и приближении его к 38°, оставаясь при меньших углах примерно постоянным. В работе [8] также отмечалось, что неглубокие поверхностные дефекты типа трещин выявляются в плоскопараллельных изделиях со значительно большим эхо-сигналом при углах ввода сдвиговых волн, близких к критическому. Аналогичные результаты были получены в работе [9], где измерения амплитуды эхо-сигналов проводились преобразователем с переменным углом ввода на образце толщиной 80 мм от пропилов глубиной 2, 4 и 8 мм и от двугранного угла. Эксперименты [8] показали, что максимального значения нормированная амплитуда отраженного сигнала (которая аналогична условному коэффициенту выявляемости дефекта) достигала для угла ввода 36°, что объяснялось положительным вкладом головной волны, образующейся на нижней поверхности пластины. В отличие от работы [9] на моделях дефектов в подошве рельса ярко выраженного максимума не наблюдалось, а наблюдался только рост при уменьшении угла ввода до 38°. Наиболее резкий рост наблюдался на пропилах глубиной 1 и 2 мм (рис. 16), выполненных тонкой фрезой. Природа данного эффекта рассматривалась в [9].

В работах [10] также показано, что при расчете акустического тракта наклонного искателя с углами призмы в области 30° (угол ввода для стали 38°) для отражателя углового типа необходимо учитывать вклад головной волны, возникающей при первом критическом угле. Этот эффект может объяснить повышенную чувствительность преобразователей с углами ввода 42° и меньше к коррозии в области подкладок и возникновение «помех», вызывающих затруднения при расшифровке дефектограмм. Наличие «помех» при этом не исключает возможности наличия опасных коррозионных трещин недопустимого размера. Следует заметить, что при угле ввода 45° при рекомендованной условной чувствительности 20 дБ данных помех быть не должно (рис. 1а), в то же время все модели, близкие по размеру к коррозионным трещинам и подлежащие выявлению, фиксируются (рис. 1б).
Изображения
Тип файла: jpg 0 - 0001.jpg (8.4 Кб, 51 просмотров)
Тип файла: jpg 1.jpg (118.6 Кб, 50 просмотров)
В мире НК вне форума   Ответить с цитированием
Старый 08.10.2015, 03:33   #2
В мире НК
Бывалый
 
Аватар для В мире НК
 
Регистрация: 10.06.2013
Сообщений: 268
Благодарил(а): 0 раз(а)
Поблагодарили: 14 раз(а)
Записей в дневнике: 1
Репутация: 18
По умолчанию

Следующей важной особенностью, наблюдавшейся в экспериментах, было изменение угла ввода всех преобразователей с углами ввода от 34° до 45° (на СО-3Р), измеренное на боковом цилиндрическом отверстии 06 мм, выполненном на глубине 135 мм в шейке рельса. В соответствии с [11] угол ввода луча при контроле изделий толщиной более 100 мм определяют по стандартным образцам предприятий. У преобразователей с углами ввода от 34° до 41° (на СО-3Р) на рельсе он составлял (38 ± 1)°, у преобразователей с углами ввода 43° и 44° (на СО-3Р) он стал равен (42 ± 1)°. Полученные изменения угла ввода значительно превышают допуски, рекомендованные в [12]. Значительный разброс наблюдался также и в характеристиках направленности на излучение-прием, снятых на стандартном образце СО-3Р и на боковом цилиндрическом отверстии 06 мм на глубине 135 мм в шейке рельса. Для измерения характеристик направленности по отверстию на глубине 135 мм в шейке рельса изготавливалась и устанавливалась на поверхности катания головки рельса специально рассчитанная шкала, отградуированная в градусах, аналогичная шкале на стандартных образцах СО-2 и СО-3Р. Характеристики направленности двух резонаторов с углами ввода 42° из блоков разных дефектоскопов и резонатора с углом ввода 40° приведены на рис. 2. Диаграмма направленности ручного ПЭП П121-2,5-42 близка к приведенной на рис. 26.


Из рис. 2 следует, что на глубине больше 135 мм может наблюдаться значительный разброс характеристик направленности преобразователей, особенно с углом ввода 42°. Разброс характеристик проверенных резонаторов с углом ввода 40 был значительно меньше.

Уширение характеристик направленности (рис. 2а) может являться также причиной возникновения помех на участках рельсов с коррозией подошвы. При данной характеристике направленности и условной чувствительности 20 дБ выше порога срабатывания АСД одновременно могут находиться эхо-сигналы от нескольких каверн коррозионного участка рельса длиной порядка 30 - 50 мм, как показано на рис. 3, что и создает помехи на дефектограммах.


Уменьшение угла ввода, называемое квазиискривлением акустической оси, принято объяснять влиянием затухания [13], однако, объяснить изменение углов ввода в нашем случае только затуханием нельзя, поскольку угол ввода 45° изменился незначительно (≈ 1 ÷ 1,5°), а углы 34° и 36° увеличились. Интересно отметить, что в работе [14] также наблюдалось отклонение угла ввода П121-2,5-40 до 38° при расчете его по угловому распределению амплитуд плоских волн в дальней зоне по эхо-сигналам на СО-3. В [14] детально причины смещения не обсуждались. В данном случае уменьшение угла ввода преобразователей с углами ввода 39° - 42° можно попытаться объяснить, в дополнение к затуханию, появлением головной волны у поверхности рельса и отщеплением от нее поперечной боковой волны под углом 34° [15], «подпитывающей» преломленную поперечную волну и на глубинах больше 44 мм изменяющей ее угол ввода в сторону уменьшения. Наличие головной волны у всех этих преобразователей подтверждается наблюдением отраженной продольной волны от вогнутой цилиндрической поверхности стандартного образца СО-3Р при увеличении усиления. Неочевидна причина увеличения угла ввода для преобразователей с углами 34° и 36°.

Изменение угла ввода преобразователей с углом ввода 42° объясняет также тот факт, что на дефектограммах отражатели у подошвы начинают «прописываться» с глубины 161 ÷165 мм, что в пересчете на угол ввода 38° соответствует высоте рельса Р65. Это же является причиной «несведения» сигналов при переходе к «единому сечению» рельса.

Таким образом, при выявлении дефектов коррозионного происхождения в подошве рельсов чувствительность контроля повышается при уменьшении угла ввода от 45° до 38°, при этом при углах ввода 42° и меньше при заданной условной чувствительности наряду с опасными дефектами регистрируются эхо-сигналы от коррозии допустимых размеров в подошве в области подкладок. Значительно меньше помех наблюдается для резонаторов с углами ввода 40°, имеющих меньший угол раскрытия основного лепестка диаграммы направленности.

При определении координат отражателей в области подошвы рельса при использовании преобразователей с углом ввода 42° необходимо учитывать изменение его угла ввода на данной глубине. При наличии у дефектоскопа сплошного контроля двух зон регистрации (шейка и подошва), целесообразно в области подошвы программировать угол ввода 38°- 39°.

Поскольку преобразователи с углом ввода 42° контролируют также шейку рельса и зону болтовых отверстий (код дефекта 53 по методу «два эхо», при этом уширение характеристики считается положительным фактором), требуются дополнительные исследования для определения оптимального угла ввода ультразвуковых колебаний для контроля шейки и ее продолжения в подошву.

Литература

1. Нормативно-техническая документация. Классификация дефектов рельсов НТД/ЦП-1-93. Каталог дефектов рельсов НТД/ЦП-2-93. Признаки дефектных и остродефектных рельсов НТД/ЦП-3-93. - М.: Транспорт, 1993, - 64 с.

2. Иванов П. С., Малов Е. В., Кулемин В. Н. Усталостное разрушение рельсов бесстыкового пути. - Путь и путевое хозяйство. 1998. № 2. С. 34-36; № 3. С. 27-28; № 4. С. 32-35; № 5. С. 29-31.

3. Конюхов А. Д. Предупредить изломы по дефекту 69. - Путь и путевое хозяйство. 1997. № 6. С. 9-11.

4. Иванов П. С. «Тайна» дефекта 69. - Путь и путевое хозяйство. 1999. № 4. С. 16-17.

5. Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль. -В кн.: Неразрушающий контроль / Справочник в 7 томах // Под ред. В. В. Клюева. Т.3. - М.: Машиностроение, 2004.- 659 с.

6. Дымкин Г. Я., Шелухин А. А., Этинген И. З. Выбор эффективной системы контроля рельсов. -Путь и путевое хозяйство. 2009. № 6. С. 3-5.

7. Гурвич А. К. Еще раз о чувствительности ультразвукового контроля металлопродукции. -В мире НК. 2001. № 2 (12). С. 4-6.

8. Гончаров В. С. Выявление углового отражателя при углах озвучивания близких к критическому. - Дефектоскопия. 1982. № 4. С. 60-62.

9. Воронков В. А., Ермолов И. Н. Исследование акустического тракта наклонного преобразователя для углового отражателя. - Дефектоскопия. 1991. № 1. С. 45-49.

10. Перевалов С. П., Райхман А. З. Акустический тракт наклонного искателя для отражателя углового типа. - Дефектоскопия. 1979. № 11. С. 5-15; 1979. № 12. С. 28-36.

11. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. -М.: Изд-во стандартов, 1986.

12. Гурвич А. К., Кусакин Н. А. О допустимом разбросе числовых характеристик диаграммы направленности наклонных преобразователей. - Дефектоскопия. 1984. № 11. С. 60-66.

13 Гурвич А. К. Влияние поглощения ультразвука на диаграмму направленности наклонных преобразователей. - Дефектоскопия. 1967. № 1. С. 23-28.

14. Базулин А. Е., Базулина Е. Г. Об измерении угла ввода на стандартном образце СО-3. -Дефектоскопия. 2010. № 2. С. 56-62.

15. Разыграев Н. П. Ультразвуковая дефектоскопия головными волнами - физическая природа и практическое применение. - Дефектоскопия. 2004. № 9. С. 27-37.
Изображения
Тип файла: jpg 2.jpg (143.4 Кб, 52 просмотров)
Тип файла: jpg 3.jpg (140.2 Кб, 52 просмотров)
В мире НК вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Повышение достоверности оценки квалификационного уровня персонала в области НК В мире НК Статьи о дефектоскопии 7 15.03.2016 09:03
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
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: 14:06. 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