Приборы для контроля сварных стыков в рельсах: виды и характеристика ультразвуковых и магнитных устройств

К характерным дефектам стыков рельсов относятся:

• поперечные трещины в головке и трещины в подошве (причина – дефекты технологии контактной сварки рельсов);
• продольные или косые трещины в шейке (причина – дефекты контактной сварки и обработки сварного соединения);
• по всему сечению рельса – горячие трещины, пережоги (рыхлости), свищи (пузыри), непровары, кратерные усадки, силикатные скопления.

Методы дефектоскопии рельсов

Неразрушающий контроль, предназначенный для выявления несплошностей и структурных неоднородностей сварных стыков в рельсах, называется дефектоскопией. Существует несколько методов дефектоскопии, основные из которых:

• ультразвуковой;
• магнитный.

Исследование осуществляется с использованием ультразвуковых и магнитных приборов неразрушающего контроля.

Общие требования к приборам

Согласно нормативам, обеспечение нормальной эксплуатации дефектоскопов зависит от температуры и влажности воздуха, его загрязненности микроорганизмами, газами, пылью, а также от воздействия на приборы ударов и вибраций.

Условия эксплуатации устройств:

• нормальная температура воздуха: 20-30°С;
• диапазон температур контроля рельсов в пути составляет от -40 до +50°С;
• относительная влажность: 30-80% при давлении 83993-106657 Па.

Дефектоскопы для контроля рельсов должны обладать устойчивостью к воздействию влажности 92-98% при температуре +35°С без конденсации влаги. Приборы необходимо защищать от пыли и воздействия влаги. Допустимое воздействие вибрации для приборов обыкновенного исполнения составляет 25 Гц при амплитуде до 0.1 мм.

Транспортировка дефектоскопов должна проводиться в упаковке. Средний срок службы составляет от 6 до 8 лет.

Ультразвуковая дефектоскопия рельсов

Метод относится к категории акустического неразрушающего контроля качества материалов и изделий. В зависимости от признаков обнаружения дефекта ультразвуковая дефектоскопия рельсов выполняется способами:

• зеркально-теневым;
• эхо-методом.

Зеркально-теневой способ основан на уменьшении амплитуды ультразвуковой волны (донного сигнала), отраженной от донной (противоположной) поверхности объекта. Этот метод не нуждается в двустороннем доступе к контрольному образцу. Чем дефект крупнее, тем слабее донные импульсы. Зеркально-теневая дефектоскопия – основной способ обнаружения вертикальных расслоений в подошве и шейке рельса. Подходит для контроля плоскопараллельных объектов.

Эхо-метод заключается в излучении в исследуемый образец кратких зондирующих ультразвуковых импульсов и регистрации отраженного от дефекта эхо-сигнала. Применение: выявление дефектов сварки и поперечных трещин в головке рельсов в процессе эксплуатации.

Ультразвуковой контроль осуществляется на рельсосварочных предприятиях (в стационарных условиях) и в пути (в полевых условиях). Ультразвуковому исследованию подвержены стыки рельсов после полной механической и термической обработки и чистовой зачистки стыка.

Температура металла в контрольной зоне составляет от 60 до 20°С. Температура окружающего воздуха – выше +10°С.

Приборы

Работа ультразвуковых дефектоскопов основана на зеркально-теневом и эхо-методе контроля.

Контроль сварных стыков рельсов может выполняться ультразвуковыми дефектоскопами с экраном (ЭЛТ – электронно-лучевой трубкой или ЖКД – жидкокристаллическим дисплеем):

• ДУК-66ПМ (П);
• РДМ3;
• УД2-12;
• УД11-ПУ;
• Рельс-6;
• Авикон-02.

Портативный прибор ДУК-66ПМ предназначен для выявления внутренних дефектов видов 26.3, 56.3, 66.3 в сварных стыках рельсов. Калиброванный регулятор чувствительности позволяет с достаточной точностью оценить и сравнить амплитуды эхо-сигналов. Координаты обнаруженных изъянов отсчитываются по электронному глубиномеру.

Прибором Рельс-6 выполняется исследование сварных стыков рельсов как на рельсосварочных предприятиях, так и в пути. Рельс-6 работоспособен в интервале температур от -40 до +50°С. Благодаря двухканальному дефектоскопическому блоку, существует возможность контроля двумя преобразователями, имеющими разные углы ввода без перенастройки прибора. Электронно-лучевой индикатор имеет высокую яркость свечения, температурный диапазон работы устройства расширенный, что позволяет применять его в разных климатических условиях.

Технология ультразвуковой дефектоскопии

Контролируемая поверхность сварного шва подготавливается – очищается и покрывается контактирующей жидкостью. Дефектоскоп проверяется и настраивается на заданные параметры и требуемую чувствительность.

Последовательность проведения прозвучивания сварного стыка:

1. Перья подошвы (сверху и снизу).
2. Шейка рельса сбоку.
3. Головка сверху и с боков.
4. Шейка и зона подошвы под шейкой с поверхности катания головки рельса.

Магнитный метод

Магнитодинамический метод дефектоскопии сварных швов меньше привязан к внешним условиям и более прост в использовании. Подходит для применения во всех климатических зонах при любой погоде. Отличается высокой достоверностью измерений, возможностью работы на любой скорости транспортного средства.

Суть способа состоит в исследовании состояния рельсов железнодорожного пути в результате воздействия движущего источника постоянного магнитного поля (намагничивающей системы) на рельсы и выявления внутренних структурных дефектов по искажениям картины поля.

Магнитный метод сварных стыков рельсового пути заключается в устанавливании на дефектоскопическом средстве устройства, создающего в рельсе магнитное поле, перемещении дефектоскопического средства и фиксировании датчиком, скользящим по поверхности рельса, магнитного поля.

Обнаруживаются сигналы (четкие двухполярные импульсы) от зон сварных стыков рельсового пути и дефектов (поперечных и продольных трещин головки рельсов). Сохраняются их координаты. Сигналы от участков сварных стыков рельсов являются наиболее стабильными в течение большого периода времени и повторяются от проезда к проезду.

Приборы

В качестве дефектоскопического средства магнитного метода контроля сварных швов рельсов выступает вагон-дефектоскоп. Устройство МРД-66 (магнитный рельсовый дефектоскоп) предназначено для сплошного контроля рельсов в пути. Также существует совмещенный вагон-дефектоскоп с дефектоскопическим комплексом на базе магнитных и ультразвуковых методов контроля – Авикон-03.

С помощью МРД-66 выявляются поперечные дефекты в головке рельса. На тележке над каждой нитью установлены постоянные магниты, которые намагничивают рельсы в продольном направлении. Магнитное поле над головкой намагниченного рельса принимается искателем с магниточувствительным элементом феррозондового вида. Искательных устройств – два (для правой и левой нитей).

Прибор Авикон-03 обеспечивает комплексный достоверный контроль рельсового пути (до 250 км за один проезд) при скорости до 60 км/ч. Магнитный канал представляет собой систему с динамичным намагничиванием рельсов. Электромагниты, расположенные на осях колесных пар дефектоскопической тележки, обеспечивают стабильный магнитный поток мощностью от 9 мВб. С помощью прибора обнаруживаются сварные дефекты глубиной до 8 мм при температуре от -40 до + 50°С. Разграничиваются поверхностные повреждения опасных изъянов.