Неразрушающий контроль рельсов при изготовлении
А.А. ШЕЛУХИН, Г.Я. ДЫМКИН, Е.В. РОЩИН, И.З. ЭТИНГЕН
В настоящее время железнодорожные рельсы в России изготавливают на заводах «Евраза» в Нижнем Тагиле (ОАО «НТМК») и в Новокузнецке (ОАО «НКМК»). Приемочный неразрушающий контроль (НК) рельсов выполняется на автоматизированной установке УМАР-1 производства 1980-х гг., реализующей зеркально-теневой ультразвуковой метод контроля по ГОСТ 23829—85 и позволяющей выявлять только протяженные внутренние дефекты в области головки, шейки и в подошве в проекции шейки (например, осевую ликвацию или крупные шлаковые включения). При этом схемы прозвучивания на заводах отличаются: на ОАО «НТМК» контроль выполняется только с поверхности катания (рис. 1, а), а на «НКМК» — с поверхности катания и с боковой поверхности головки (рис. 1, а, б метод А по СТО РЖД 1.11.004-2009).
Состояние поверхности рельса проверяют визуально. Отклонение от прямолинейности контролируют при помощи автоматизированной установки «Элекон».
В ОАО «РЖД» ультразвуковой контроль рельсов, уложенных в путь, осуществляется съемными и мобильными средствами дефектоскопии, аппаратура которых имеет до восьми каналов контроля на одну нить пути и позволяет реализовать значительно более совершенные схемы прозвучивания. С помощью данного оборудования ежегодно обнаруживается около 10000 остродефектных рельсов с дефектами заводского происхождения (дефекты 20, ЗОГ1, 50, 60, 70 по НТД/ЦП-1-93). В то же время в 2009 г. от ОАО «РЖД» заводам предъявило только 20 рекламаций по внутренним дефектам в рельсах, из них изготовители приняли — 12. Данные цифры, естественно, не отражают реальную ситуацию с низким качеством НК на предприятиях. Примеры дефектов заводского происхождения, приведших к изломам рельсов в пути, представлены на рис. 2.
Основные параметры дефектоскопов сплошного контроля рельсов в пути не могут быть полностью реализованы при заводском приемочном контроле. Это связано с наличием следов проката на поверхности рельса, которые затрудняют контактный ввод ультразвуковых колебаний, к тому же дефекты, обнаруживаемые при заводском приемочном контроле, имеют значительно меньшие размеры по сравнению с дефектами, возникающими при эксплуатации.
Еще одним отличием заводского приемочного контроля является возможность проверки рельса со всех его поверхностей. Тогда как при эксплуатации проверка рельсов осуществляется только с поверхности катания.
НИИ мостов исследовал выявляемость различных внутренних металлургических дефектов разными методами ультразвукового контроля и доказал необходимость одновременного применения зеркально-теневого и эхо-методов.
В 2009 г. утвержден стандарт ОАО «РЖД» СТО РЖД 1.11.004—2009 «Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Общие технические требования к приемочному контролю», разработанный НИИ мостов. Данный документ, гармонизированный с европейским стандартом EN 13674-1:2003+А1:2007, устанавливает новые требования к приемочному НК железнодорожных рельсов, изготавливаемых в соответствии с ГОСТ Р 51685—2000 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия», в том числе требования к методам и средствам контроля, а также к условиям его проведения и критериям оценки результатов.
Помимо используемого в настоящее время ультразвукового зеркально-теневого метода (метод А, рис. 1), новый стандарт предусматривает следующие методы:
ультразвуковой импульсный эхо-метод для выявления дефектов в виде внутренних несплошностей и нарушений структуры в области головки, шейки и средней части подошвы (метод Б);
вихретоковый (или магнитный) или ультразвуковой методы для выявления дефектов поверхности (метод В);
оптический или другой метод для выявления дефектов в виде отклонений от прямолинейности и размеров поперечного сечения (метод Г).
Расположение преобразователей на поверхностях рельса при методе Б должно обеспечивать контроль не менее 70 % поперечного сечения головки рельса (рис. 3, а), не менее 60 % поперечного сечения шейки (рис. 3, б), поперечного сечения подошвы в зоне проекции шейки (рис. 3, в).
В настоящее время на обоих заводах-изготовителях рельсов выполняется реконструкция рельсо-балочных цехов, в том числе и линий НК, которые должны соответствовать требованиям СТО РЖД 1.11.004-2009.
На наш взгляд, развитие системы НК рельсов при изготовлении может идти в нескольких направлениях:
разработка методов, позволяющих обнаруживать подповерхностные дефекты (рис. 4), которые становятся причиной развития опасных трещин. На сегодняшний день выявление подобных дефектов не реализовано ни в одной стране мира;
контроль концевых участков рельсов, которые не могут быть обследованы при автоматизированной проверке в силу специфики ее организации. Если рельсы в дальнейшем предполагается соединять контактной сваркой, то концевые участки должны быть либо обрезаны (что неэффективно с экономической точки зрения), либо подвергнуты специальному НК.
Для оценки и развития существующей технологии изготовления рельсов необходимо исследовать обнаруженные дефекты для выявления причин их зарождения и развития. Также следует усилить рекламационно-претензионную работу в отношении рельсов, не выдержавших гарантийной наработки.
Решение данных задач позволит значительно уменьшить число попаданий в путь рельсов с недопустимыми дефектами.
Шелухин Алексей Андреевич — научный сотрудник НИИ мостов и дефектоскопии. E-mail:Shelkhin_a@mail.ru Рощин Егор Васильевич — конструктор 2-й категории ОКТАС ПТКБ ЦП. E-mail:
egor_74st@mail.ru
Этинген Илья Зусевич — заведующий лабораторией НИИ мостов и дефектоскопии. E-mail:etingen@ndt.sp.ru
