В
В мире НК
Guest
Особенности выявления коррозионно-усталостных трещин в подошве рельса
Об авторах
Необходимо войти для просмотра
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).
Об авторах
Необходимо войти для просмотра
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;
Необходимо войти для просмотра
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).