ЖУРНАЛ СТА №1/2000

СТА 1/2000 www.cta.ru 54 Автоматизированная дефектоскопия рельсов Дмитрий Бабиков, Виталий Грибов, Алексей Кириллов, Николай Крикуненко, Сергей Ксенофонтов, Александр Рейман, Александр Шишков В статье описаны решения, направленные на повышение качества контроля рельсов на основе автоматизации обработки, регистрации и визуализации эхографической информации. Н ЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ Основные методы и идеи неразрушающего контроля, применяемого в путевом хозяйстве, стары, как само это хозяйство. Среди известных методов, пожалуй, опти- мальным, с точки зрения достоверности результатов и возможности их вторичной обработки, является ульт- развуковой контроль [1]. Он дает достаточно высокую степень выявления внутренних дефектов (трещин, из- ломов, пережогов), позволяет оценить размеры и мес- торасположение дефектов и, таким образом, устано- вить степень риска и необходимость немедленной за- мены рельса. Несмотря на некоторые различия, все ультразвуковые методы дефектоскопии базируются на общих принци- пах. Высоковольтный электрический импульс от гене- ратора возбуждает колебания ультразвуковой частоты в пьезоэлектрическом преобразователе ПЭП1, находя- щемся в акустическом контакте с исследуемой средой. В среде распространяются ультразвуковые волны, кото- рые отражаются от препятствий (как от естественных — стыков, подошвы, болтовых отверстий, так и от дефек- тов) и могут быть приняты пьезоэлектрическим преоб- разователем ПЭП2. После усиления сигналы отобража- ются на экране в виде осциллограммы, синхронизиро- ванной с излученным импульсом, в координатах «амп- литуда — время задержки» (так называемый Арежим, рис. 1). Считая скорость звуковой волны в среде ( с ) по- стоянной и известной и зная время задержки импульса ( τ ), можно откалибровать шкалу в единицах расстоя- ния: l=c . τ/ 2 , а при известных углах наклона ультразвуково- го луча относительно гори- зонтали и продольной оси рельса можно оценить глуби- ну расположения отражателя. В некоторых схемах передаю- щий и приемный преобразо- ватели совмещают или при- меняют сложную систему пьезопреобразователей, из- лучающих и принимающих волны в разных направлениях. Описание разнообраз- ных схем, используемых в неразрушающем контроле, можно найти в [2]. Очевидно, что при обследовании пути, когда нет до- статочного времени для детального анализа осцилло- грамм, применяются простейшие методы обработки сигналов. Пороговый метод заключается в селекции сигнала в некотором интервале времени и сравнении амплитуды этого сигнала с пороговым значением. По- явление сигнала с амплитудой выше порогового значе- ния (или ниже — зависит от способа определения поро- га) свидетельствует о наличии дефекта и сопровождает- ся звуковым или световым сигналом, воспринимаемым оператором. Еще одно существенное замечание: ультразвуковые методы являются контактными. Контакт между ПЭП и поверхностью катания рельса осуществляется через тонкую пленку жидкости (при положительных темпера- турах это вода, при отрицательных — водноспиртовая смесь или спирт). Жидкость подается самотеком под поверхность ПЭП. Конечно, это весьма существенный недостаток ультразвукового неразрушающего контроля, однако с ним приходится мириться, так как до сих пор ничего более надежного не придумано. Наличие хоро- шего акустического контакта — одна из проблем кон- троля (например, практически не удается обследовать перья подошвы рельса изза невозможности обеспечить сплошной надежный контакт ПЭП с рельсом вне по- верхности катания). Нарушение кон- такта может происходить (и происхо- дит) изза грязи, снега, льда, а также изза неровного прилегания ПЭП к рельсу, вызванного, например, изно- сом поверхности. Р У ч НАЯ И АВТОМАТИ ч ЕСКАЯ ДЕ - ФЕКТОСКОПИЯ Ультразвуковые дефектоскопы раз- ных видов выпускаются и применя- ются на железных дорогах мира деся- тилетиями. Среди них следует выде- лить два больших и практически не РАЗРАБОТКИ/ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ Рис. 1. Осциллограмма ультразвуковых сигналов (А-режим)