Способ ультразвукового контроля подошвы железнодорожных рельсов

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Цель изобретения - обеспечение ультразвукового контроля подошвы рельсов по всему сечению при проведении сплошного контроля. На внутреннюю плоскость (относительно колеи) пера подошвы рельса устанавливают три совмещенных ультразвуковых преобразователя, направляя оси излучения по схеме: один преобразователь на кромку внутреннего пера, два преобразователя, работающий в тандеме, на кромку внешнего пера. Точки ввода ультразвука трех ультразвуковых преобразователей располагают на внутреннем пере подошвы рельса на заданном расстоянии от оси симметрии рельса. В рельс излучают преобразователями лучи поперечных ультразвуковых волн, принимают отраженные дефектом ультразвуковые волны в той же точке, измеряют параметры принятых колебаний и по ним определяют качество рельса. 4 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля рельсов ультразвуковым (УЗ) методом и может быть использовано для обнаружения дефектов в подошве рельсов, уложенных в путь, а также на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта и метрополитена.

Известен способ УЗ контроля подошвы рельсов [1] заключающийся в том, что УЗ луч поперечных волн излучают в рельс с поверхности катания головки, принимают в той же точке отраженные дефектом поперечные УЗ волны, измеряют амплитуду принятых волн и по ней определяют качество рельса.

Недостатком этого способа является то, что выявляются только дефекты, достигающие зоны проекции шейки на подошву рельса.

Наиболее близким по технической сущности является способ УЗ контроля пера подошвы рельсов [2] заключающийся в том, что преобразователь, установленный в зоне радиусного перехода от шейки к подошве рельса, излучает УЗ луч поперечных волн. Луч УЗ волн направлен в угол противоположного от точки излучения пера подошвы под углом к оси симметрии рельса. В той же точке принимают отраженные дефектом УЗ поперечные волны, измеряют их параметры и по ним определяют качество рельса.

Наиболее существенными недостатками этого способа являются: 1) контроль производится не по всему сечению подошвы рельса; 2) место установки преобразователя криволинейная поверхность, что усложняет обеспечение надежного акустического контакта между преобразователем и контактной поверхностью рельсов.

Техническим результатом изобретения является обеспечение ультразвукового контроля подошвы рельсов по всему сечению при проведении сплошного контроля.

Результат достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что с внутренней стороны относительно рельса во внешнее перо подошвы рельса излучают поперечные ультразвуковые волны под углом 45^o к оси рельса и принимают отраженные ультразвуковые волны, по которым судят о дефектности рельса, принимают отраженные поперечные ультразвуковые волны в точке, расположенной от точки излучения вдоль рельса на расстоянии, равном полуширине подошвы рельса, дополнительно из третьей точки, расположенной на одной линии с первыми двумя, излучают и принимают под углом 45^o к оси рельса поперечные ультразвуковые колебания во внутреннее перо подошвы рельса, а расстояние от точек излучения до оси симметрии рельса выбирают равным где E расстояние от оси рельса до части рельса, закрытой рельсовыми подкладками; C расстояние от точки сопряжения криволинейной и плоской поверхностей подошвы до оси рельса.

Способ позволяет выявлять дефекты по всему сечению подошвы рельсов.

На фиг. 1 представлена акустическая схема УЗ контроля внешнего пера подошвы рельса; на фиг. 2 акустическая схема УЗ контроля внутреннего пера подошвы рельса; на фиг. 3 сечение А-А на фиг. 1.

На схемах (фиг. 1-3) обозначены: 1 преобразователи для обнаружения дефектов во внешнем пере подошвы рельса; 2 преобразователь для обнаружения дефектов во внутреннем пере подошвы рельса; 3 рельс; 4 скрепление рельса типа "Метро";
5 оси УЗ лучей;
6 дефекты.

На фиг. 1-3 приняты обозначения:
α проекция угла ввода ультразвука в сталь на плоскость фигуры (a 70^o);
g угол направления УЗ луча относительно продольной оси рельса (g 45^o);
A расстояние между двумя точками ввода двух преобразователей.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения:
В точка излучения и приема ультразвука;
С расстояние от точки сопряжения криволинейной и плоской поверхностей подошвы до оси рельса;
D расстояние от точки излучения и приема до оси рельса;
E расстояние от оси рельса до части рельса, закрытой рельсовыми подкладками;
F расстояние подошвы рельса, закрытое рельсовыми подкладками (F 20 мм);
G максимальная ширина УЗ преобразователя.

Способ УЗ контроля подошвы рельсов заключается в следующем.

Акустическую схему УЗ контроля реализуют тремя наклонными УЗ преобразователями поперечной волны. Два преобразователя (фиг. 3, поз.1) образуют "тандем". Оси их ультразвуковых лучей развернуты под углом 45^o к оси рельса в сторону внешнего пера подошвы. Расстояние между точками ввода ультразвука этих двух преобразователей (фиг. 3) равно В/2, что обеспечивает выявление дефектов по всему сечению внешнего пера подошвы рельса. Ось луча третьего преобразователя развернута в сторону внутреннего пера подошвы (g 45^o).

Расстояние D от точки ввода преобразователей до оси симметрии (фиг. 4) выбирают из условия:

где D расстояние от точки излучения до оси рельса;
C расстояние от точки сопряжения криволинейной и плоской поверхности подошвы до оси рельса;
E расстояние от оси рельса до части рельса, закрытой рельсовыми подкладками.

Излучение УЗ колебаний осуществляют так, что лучи УЗ колебаний направлены в углы подошвы рельсов. Отраженные дефектом поперечные УЗ волны во внутреннем пере принимают УЗ преобразователем (фиг. 3, поз.3). УЗ поперечные волны, отраженные от дефектов во внешнем пере, принимают двумя преобразователями, работающими по схеме "тандем" (фиг. 3, поз.1). Параметры принятых УЗ волн, отраженных от дефектов, оценивают и по ним определяют качество рельса.

Способ УЗ контроля осуществляют следующим способом. Для осуществления акустической схемы контроля используют двухканальный дефектоскоп или два одноканальных дефектоскопа.

Настройку каналов дефектоскопа для контроля внутреннего и внешнего пера подошвы осуществляют следующим образом. К дефектоскопу подключают прямой преобразователь, устанавливают на эталонный образец ГСО-1 и по отраженному эхо-сигналу от отверстия 60 устанавливают длительность развертки 140 мкс для каждого из каналов. Используют преобразователи с углом ввода в сталь 70^o и частотой ультразвука 2,5 МГц. Преобразователи устанавливают на предварительно смазанную контактной жидкостью поверхность внутреннего пера подошвы рельса. Точки ввода УЗ излучения располагают на расстоянии D от оси симметрии рельса, которое выбирают из условия D=(E-C)/2. Так как усталостные трещины (фиг. 3, поз. 6) в подошве рельса развиваются поперек его сечения, то оси УЗ лучей (фиг. 1 и 2, поз. 5) направляют под углом в стали γ 45^o к продольной оси рельса. При контроле преобразователи перемещают по верхней плоскости внутреннего пера подошвы. При наличии в подошве рельса дефекта на экране дефектоскопа возникает эхо-сигнал, являющийся основанием для браковки.

При такой схеме контроля существует возможность проверять качество акустического контакта преобразователей по эхо-сигналу от шероховатости кромок перьев подошвы.

Формула изобретения

Способ ультразвукового контроля подошвы железнодорожных рельсов, заключающийся в том, что с внутренней стороны относительно колеи рельсов во внешнее перо подошвы рельса излучают поперечные ультразвуковые волны под углом 45^o к оси рельса и принимают отраженные ультразвуковые волны, по которым судят о дефектности рельса, отличающийся тем, что принимают отраженные поперечные ультразвуковые волны в точке, расположенной от точки излучения вдоль рельса на расстоянии, равном полуширине подошвы рельса, дополнительно из третьей точки, расположенной на одной линии с первыми двумя, излучают и принимают под углом 45^o к длине рельса поперечные ультразвуковые колебания во внутреннее перо подошвы рельса, а расстояние от точек излучения до оси симметрии рельса выбирают равным (E C)/2, где Е расстояние от оси рельса до части рельса, закрытой рельсовыми подкладками, С расстояние от точки сопряжения криволинейной и плоской поверхностей подошвы до оси рельса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4