ТВЕМА Контроль стыковых накладок

Контроль стыковых накладок

В последнее время на ряде дорог сети ОАО «РЖД» сложилась крайне неприятная ситуация, а именно возросло количество изломов накладок на станционных путях, из-за чего происходят сходы электропоездов. На станционных путях скорости движения незначительны, поэтому сходы не приводят к печальным последствиям. Однако сама по себе статистика настораживает: два излома в месяц.

Думаем, никому не нужно объяснять, что означает такой излом на главном пути.

Для решения проблемы необходимо изучить стыковые накладки. Они подразделяются на двухголовые к рельсам типа Р65 и Р75 по ГОСТ 8193—73 и к рельсам типа Р50 по ГОСТ 19128—73 [3] и композитные накладки из стеклопластика по ОСТ 32.169-2000 [4]. Двухголовые, в свою очередь, делятся на четырех- и шестидырные. Место зарождения трещин в таких накладках показано на рис. 1.

Вихретоковый, магнитный методы и метод контроля проникающими жидкостями применимы далеко не во всех случаях. На рис. 2 представлена конструкция медного соединителя фартучного типа, препятствующая проведению контроля указанными методами.

Специалисты группы компаний ТВЕМА предложили использовать ультразвук для решения описанной выше проблемы.

Перечислим оборудование, необходимое для ультразвукового контроля стыковых металлических накладок (рис. 3):

• ультразвуковой портативный дефектоскоп «ЭХО-ПУЛЬС»;

• ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи типа П111-2,5-0°-К12 и П121-2,5-50°;

• контрольный образец СО-3Р.

Дефектоскоп «ЭХО-ПУЛЬС» реализует два режима работы: классический (принятие решение о браковке накладки по превышению амплитудой эхосигнала порогового уровня) и автоматизированный, когда прибор сам индицирует наличие недопустимого сигнала, превысившего уровень шума на некоторое количество децибел. Автоматизированный режим обеспечивается благодаря использованию в приемном тракте дефектоскопа логарифмического усилителя, существенно увеличивающего динамический диапазон отображаемых эхосигналов, и наличием адаптивной схемы формирования порога в зависимости от уровня шумов, значительно повышающей достоверность контроля не только в условиях нестабильного акустического контакта, но и в случае некорректной установки чувствительности. По сути дела, для работы с таким дефектоскопом требования к квалификации оператора существенно снижаются, поскольку наиболее сложной процедурой, связанной с подготовкой прибора к контролю, является его настройка, которую согласно большинству инструкций необходимо проводить в начале каждой смены. На результаты проверки дефектоскопом «ЭХО-ПУЛЬС» периодичность настройки не влияет. Кроме того, устройство обладает уникальными массогабаритными характеристиками и просто в эксплуатации. Электронный блок можно использовать в диапазоне температур от -40 до +50 °С. Персональный компьютер промышленного исполнения типа Pocket PC входит в состав дефектоскопа.

Металлические стыковые накладки проверяют, вводя ультразвуковые колебания с торцевых поверхностей накладок или с их боковых наружных поверхностей. Контроль вторым способом затрудняют выступающие знаки клеймений (рис. 4), отслаивающаяся краска или значительные загрязнения на поверхности ввода ультразвуковых колебаний (рис. 5). В таких случаях предпочтительно выполнять контроль первым способом, а именно вводить ультразвуковые колебания с торцевых поверхностей накладок. Технология такого контроля показана на рис. 6.

Результаты выявления трещины в указанной на рис. 1 зоне при контроле первым способом (введение ультразвуковых колебаний с торцевых поверхностей накладок, изъятых из пути) показаны на рис. 7.

Только отсутствие доступа к торцевым поверхностям накладок может ограничить использование первого способа. Состояние же этих поверхностей не является препятствием для контроля, поскольку дефектоскоп, как было сказано ранее, имеет автоматизированный режим с адаптивной схемой формирования порога в зависимости от уровня шумов. Технология контроля наклонным ПЭП показана на рис. 8.

Результаты выявления трещины в указанной на рис. 1 зоне при контроле вторым способом (введение ультразвуковых колебаний с боковых поверхностей накладок, изъятых из пути) показаны на рис. 9.

А теперь рассмотрим композитные накладки из стеклопластика. С целью исследования возможности ультразвукового контроля таких накладок эхо-импульсным методом использовали прямые и наклонные ультразвуковые преобразователи с частотой 0,6; 0,8; 1,0, 1,25 и 2,5 МГц. Однако эксперименты результата не дали из-за значительного коэффициента затухания, и главное, слоистой структуры материала накладок (и связанной с этим неоднородностью акустических свойств), а также в силу особенностей хрупкого разрушения накладок без образования усталостных трещин.

Метод контроля проникающими жидкостями также не дает никакого результата по указанной причине: отсутствие трещин.

Рассматривали применение тепловизионного метода, предположив, что под нагрузкой в месте возможного разрушения будет более интенсивное тепловое излучение. Однако, учитывая высокую стоимость и значительные габаритные размеры тепловизионных установок, использование такого метода на пути вызывает серьезные сомнения.

Также не реализуем в полевых условиях метод контроля углеродных и других композитных материалов с использованием лазерно-акустического метода возбуждения. Сущность его состоит в том, что ультразвуковые волны возбуждаются лазером с длительностью импульса не более 0,05 мс, после чего принятые сигналы анализируют в широком диапазоне — от 0,1 до 10,0 МГц. Данный метод позволяет определять упругие и прочностные параметры материала, пористость, плотность, содержание матрицы и связующего, степень полимеризации матрицы. При этом требуется громоздкое и сложное в эксплуатации оборудование. Если прием ультразвука осуществляется методом лазерной интерферометрии, то необходима точная установка оборудования и не допускаются вибрации, что трудоемко в условиях пути.

На 10-й Европейской конференции по неразрушающему контролю в Москве на заседании секции «Неразрушающий контроль на транспорте» был сделан доклад о диагностике физических и механических свойств конструкционных углепластиков методом акустической эмиссии [5]. Для реализации этого метода требуется предварительно установить на рельсовый стык несколько преобразователей, после чего нагрузить его, пропуская по участку подвижной состав, а затем проанализировать получаемые импульсы акустической эмиссии. Однако сравнение спектра собственных частот сигналов, излучаемых накладкой, и спектра частот сигналов от прохода подвижного состава подлежит отдельному исследованию.

Наиболее перспективным с точки зрения применимости в полевых условиях контроля стыковых накладок из стеклопластика, а также разработки серийного оборудования представляется использование импедансного метода. Самым сложным при реализации его может стать большой объем исследований для определения зависимости между акустическими и механическими свойствами материала накладки с целью определения такого уровня механических свойств, который следует считать недопустимым. Такие исследования возможны в рамках договоров с заинтересованными организациями.

ВЛАДИМИР ТАРАБРИН генеральный директор ЗАО«Фирма ТВЕМА», к.т.н.
СЕРГЕЙ ОДЫНЕЦ технический директор ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ДМИТРИЙ ГЛАВАТСКИЙ инженер-конструктор ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ОЛЬГА ЧИСТЯКОВА ведущий специалист ЗАО «Фирма ТВЕМА»
ДМИТРИЙ КОНОНОВ начальник лаборатирии ЗАО «Фирма ТВЕМА»

Журнал «Путь и путевое хозяйство» №7 2011 год

Рис.1 Зона образования дефектов в накладках (показана красным)