бабулер78

Технология сплошного ультразвукового контроля рельсов однократно отраженным лучом

ТАРАБРИН В.Ф., АО «Фирма ТВЕМА», генеральный директор, канд. техн, наук, КИСЛЯКОВСКИЙ О.Н., АО «Фирма ТВЕМА», начальник лаборатории неразрушающего контроля и технической диагностики, ЧИСТЯКОВА О.Е., АО «Фирма ТВЕМА», начальник отдела разработки средств неразрушающего контроля, КОНОНОВ Д.А., АО «Фирма ТВЕМА», руководитель проектов

Аннотация. Приведено обоснование необходимости внедрения новой технологии контроля рельсов в зоне первого болтового отверстия болтовых стыков однократно отраженным от поверхности подошвы ультразвуковым лучом. Описана указанная технология. Представлены результаты испытаний новой технологии на конкретном мобильном средстве.
Ключевые слова: однократно отраженный ультразвуковой луч, выявление дефектов, болтовой стык, поверхность ввода ультразвуковых колебаний.

При проведении сплошного контроля такого ответственного элемента пути, как болтовой стык, стандартными схемами прозвучивания зачастую возникают проблемы с выявлением некоторых дефектов, в частности 33.1 и 53.1 по [1], расположенных в торце рельса и зоне первого болтового отверстия. Связано это с многочисленными отступлениями от норм содержания пути, приводящими к потере акустического контакта: наличие вертикальных и горизонтальных ступенек, препятствующих скольжению акустического блока по поверхности катания рельса в зоне первого болтового отверстия; наличие расслоений и выкрашиваний; смятие концов рельсов и пр.
Таким образом, на сети дорог ОАО «РЖД» особую актуальность приобретает снижение объемов непрокон-тролированных участков пути.



В [2], [3] и [4] показано влияние коэффициентов прохождения (прозрачности) по энергии D:
D = Апр/Апад, (1),
где Апр, Апад — амплитуды соответственно прошедшей и падающей волн.
Уровень флуктуаций (случайных изменений) акустического контакта является следствием нестабильного значения коэффициента прохождения по энергии D, который выступает в качестве определяющего момента с точки зрения достоверности ультразвукового контроля.
Изменения такого важного параметра, как чувствительность контроля, возникающие в том числе вследствие изменения в определенных пределах значения коэффициента прохождения по энергии D, можно компенсировать применением адаптивного порога [5, 6 и 7]. Однако при его уменьшении до нулевого уровня компенсация чувствительности не представляется возможной. Вследствие этого часто наблюдаются факты пропуска наиболее опасных дефектов в зоне первого болтового отверстия, что недопустимо с точки зрения обеспечения безопасности движения.
Вышеперечисленное говорит о необходимости изменения методического подхода к ультразвуковому контролю рельсов, т. е. к разработке и применению новой технологии сплошного высокоскоростного ультразвукового неразрушающего контроля рельсов. Учитывая, что упомянутые ранее негативные явления напрямую коррелируют со скоростью ультразвукового контроля рельсов, применение данной технологии должно быть рассчитано на работу в диапазоне скоростей до 120 км/ч, что является штатной скоростью работы высокоскоростных диагностических комплексов инфраструктуры «СПРИНТЕР-ИНТЕГРАЛ». Следует отметить, что проблема непроконтролированных болтовых стыков также является актуальной не только для скоростных средств сплошного ультразвукового контроля рельсов, работающих на скоростях до 80 км/ч, но и съемных средств — дефектоскопных тележек. Применительно к последним можно отметить, что несмотря на возможность проведения контроля в ручном режиме непроконтролиро-ванного болтового стыка непосредственно сразу после его обнаружения, вследствие наличия значительного количества таких болтовых стыков существенно увеличивается время, затрачиваемое на их повторный контроль. Это создает сложность по выполнению обязательной сменной нормы сплошного контроля рельсов.
Таким образом, задача заключается в том, чтобы при проведении контроля в качестве поверхности ввода ультразвуковых колебаний использовать поверхность катания более высокого качества, для которой вероятность появления вышеописанных проблем минимальна. Для того чтобы вывести соответствующий акустический блок с пьезоэлектрическим преобразователем из зоны сканирования в районе первого болтового отверстия, следует применить технологию сплошного ультразвукового контроля однократно отраженным от подошвы рельса лучом (рис. 1, 2).
Для повышения удобства работы инженера, расшифровывающего де-фектограммы, с целью индикации наличия сигнала, характерного для дефекта в зоне увеличенной длительности развертки, в программное обеспечение внесены следующие изменения.
По умолчанию на дорожках каналах ПЭП с номинальным углом ввода 42° устанавливается стандартная длительность развертки. При этом в правой части дорожки присутствует значок, свидетельствующий о том, что на самом деле используется дополнительный временной интервал — большая длительность развертки (рис. 3).

Расшифровщику в случае необходимости просмотра всей длительности развертки необходимо кликнуть на этот значок. Для возврата к стандартной длительности развертки — повторно кликнуть на значок. Увеличение области отображения и возврат в прежнее состояние происходит с минимальными временными затратами. При обнаружении модулем автоматизированной расшифровки сигналов, характерных для дефектов в зоне увеличенной длительности развертки, вышеуказанный значок обозначается красным квадратом (рис. 4). Расшифровщику при этом необходимо развернуть развертку и обязательно просмотреть потенциально опасные зоны.
Описанная выше технология реализована в системе высокоскоростного неразрушающего контроля рельсов «ЭХО-КОМПЛЕКС-3.1», прошедшей функциональные испытания на высокоскоростном диагностическом вагоне «СПРИНТЕР» № ЗОЗЛ (025 78672), приписанном к Нижегородскому центру диагностики и мониторинга устройств инфраструктуры.


Всего за время функциональных испытаний на скоростях до 120 км/ч, проводившихся согласно [8] и [9] с учетом комиссионного проезда по участку Нижний Новгород— Владимир, было проверено около 3500 км пути, проанализированы де-фектограммы 9700 болтовых стыков, выявлено несколько остродефектных рельсов пятой группы. При этом необходимо отметить, что встречались случаи выявления дефектов с использованием новой технологии контроля, при этом по действующей технологии остродефектные рельсы не были зафиксированы. Кроме того, испытания проходили и на участке пути станции Каликино Горьковской дороги. В результате система высокоскоростного неразрушающего контроля рельсов «ЭХО-КОМПЛЕКС-3.1» рекомендована к применению на сети дорог ОАО «РЖД».
Следует отметить, что носителями системы могут быть не только высокоскоростные диагностические комплексы инфраструктуры «СПРИНТЕР-ИНТЕГРАЛ», но и вагоны-дефектоскопы ВД-УМТ-2, автомотрисы проекта «СЕВЕР» и лаборатории диагностики мобильные ЛДМ.
Таким образом, описанная технология имеет следующие существенные преимущества перед действующей в настоящее время:

• перенос зоны сканирования с участка между первым болтовым отверстием и торцом рельса, наиболее подверженного воздействию негативных факторов содержания пути, на участок между первым и вторым болтовым отверстием, менее подверженный такому воздействию, а следовательно с более высоким качеством поверхности катания, т.е. с более высокой вероятностью обеспечения качественного акустического контакта;
• снижение количества непроконтролированных болтовых отверстий, в том числе первых, за счет того, что каждое болтовое отверстие озвучивается прямым и однократно отраженным от подошвы и от торцевой поверхности лучом;
• повышение вероятности выявления дефектов 53.1, в том числе развивающихся от первого болтового отверстия, а также дефекта 33.1.

Список источников
1. Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов: утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 23.10.2014 № 2499р (в ред. от 05.10.2020 № 2205р). Доступ через СПС «КонсультантПлюс» (дата обращения 8.07.2022).
2. Повышение достоверности результатов ультразвукового контроля в условиях влияния нестабильности акустического контакта и помех / В.Ф. Тарабрин, В.А. Ильин, Д.А. Главатский, О.Е. Чистякова, Д.А. Кононов // Контроль. Диагностика. 2010. № 11. С. 12-15.
3. Тарабрин В.Ф. Аппаратно-программное обеспечение мобильных средств рельсовой дефектоскопии // Контроль. Диагностика. 2020. Т. 23, № 12. С. 34—43.
4. Автоматическая регулировка чувствительности каналов дефектоскопа с использованием адаптивного порога // В.Ф. Тарабрин, О.Е. Чистякова, О.Н. Кисляковский, Д.А. Кононов // В мире неразрушающего контроля. 2016. Т. 19, № 3. С. 77—80.
5. Пат. № 2686409 РФ G01N 29/04, В61К 9/08. Дефектоскоп для контроля рельсов / В.Ф. Тарабрин, О.Е. Чистякова, Д.А. Кононов, С.А. Зайцев, М.В. Тарабрин, Е.В. Юрченко, С.А. Одынец; патентообладатель АО «Фирма ТВЕМА». № 2018139322; заявл. 08.11.2018; опубл. 25.04.2019; Бюл. № 12.
6. Пат. № 2472143 РФ G01N 29/04. Способ ультразвукового контроля / В.Ф. Тарабрин, С.А. Одынец, Е.В. Юрченко, Д.А. Кононов, О.Е. Чистякова, Д.А. Главатский, С.А. Зайцев; патентообладатель АО «Фирма ТВЕМА». № 2011134009; заявл. 16.08.2011; опубл. 10.01.2013; Бюл. № 1.
7. Пат. № 2662464 РФ G01N 29/04. Способ ультразвукового контроля / В.Ф. Тарабрин, С.А. Одынец, Е.В. Юрченко, О.Е. Чистякова, Д.А. Кононов, С.А. Зайцев; патентообладатель АО «Фирма ТВЕМА». № 2017138765; заявл. 08.11.2017; опубл. 26.07.2018. Бюл. № 21.
8. Программа и методика функциональных испытаний системы высокоскоростного неразрушающего контроля рельсов «ЭХО-КОМПЛЕКС-3.1» ВДМА.663500.206ПМ.
9. СТО РЖД 1.11.006-2010. Система неразрушающего контроля в ОАО «РЖД». Порядок разработки и ввода в эксплуатацию средств неразрушающего контроля. Введ. 01.09.2010. М., 2010. 23 с.



TECHNOLOGY OF CONTINUOUS ULTRASONIC CONTROL OF RAILS BY A SINGLE REFLECTED BEAM
Tarabrin Vladimir — Ph. D., General Director of JSC «Firm TVEMA». Russia, Moscow, tarabrin@tvema.ru
Kislyakovsky Oleg — Head of the Laboratory of Non-destructive Testing and Technical Diagnostics of JSC «Firm TVEMA”. Russia, Moscow. kislyakovsky@tvema.ru
Chistyakova Olga — Head of the Department for the Development of Non-destructive Testing Tools of JSC «Firm TVEMA». Russia, Moscow. chistyackova@yandex.ru
Kononov Dmitry — Project Manager of JSC «Firm TVEMA». Russia, Moscow, kononov@tvema.ru
Abstract. Contains the rationale for the need to implement a new technology for rail’s testing in the area of the first bolt hole of bolted joints by the ultrasonic beam, single-reflected from the surface of rail foot. The specified technology is described. The results of new technology testing on the specific vehicle are presented.
Keywords: single-reflected ultrasonic beam, detection of defects, bolted joint, ultrasonic input surfaces.