Содержание материала

17. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫX ДЕФЕКТОСКОПОВ
Дефектоскопы для ультразвукового контроля рельсов основаны на зеркально-теневом и эхо-методах. Ультразвуковые колебания из искателя в металл вводятся через поверхность катания головки рельса. В рельсах (с точки зрения специфики ультразвукового контроля) различают три зоны, сварных стыков, болтовых стыков и основного металла. Дефекты основного металла в шейке и продолжении ее в головку и подошву представляют собой, как правило, вертикальные и горизонтальные трещины и расслоения (дефекты типа 27.2; 30В.2; 30Г.2; 50.2; 55.2; 60.2).
Дефекты в виде вертикальных продольных трещин и расслоений, существенно рассеивая распространяющиеся ультразвуковые колебания, практически не отражают волну в направлении к искателю. Поэтому дефекты этой группы выявляют зеркально-теневым методом. В рельсовых дефектоскопах практическое применение получили способы контроля прямым искателем по первому и второму донным импульсам. Разрабатываются дефектоскопы, реализующие способ отношений второго и первого донных импульсов.
В зоне болтовых стыков часто возникают трещины, развивающиеся в стенках болтовых отверстий, поэтому болтовые стыки контролируют так же, как и основной металл. Чтобы предотвратить возникновение «ложных» срабатываний индикатора при прохождении искателя над болтовым отверстием, дефектоскоп оборудуют дополнительным прямым искателем, который включают только при проходе болтовых стыков.
Рассмотрим функциональную схему дефектоскопа для контроля болтовых стыков и основного металла в зоне шейки и продолжения ее в головку и подошву (рис. 97).

Схема прозвучивания рельса
Рис. 100. Схема прозвучивания рельса при выявлении дефектов видов 20 и 21

Координаты отражающей поверхности в контролируемом слое определяют глубиномером. Сварные стыки контролируют наклонными искателями, которые перемещают вручную по периметру рельса в зоне сварки. Основной металл головки по всей длине рельса проверяют наклонным искателем с углом ввода луча α≈60. Искатель перемещают вдоль рельса по поверхности катания над шейкой.
Для выявления дефектов типов 20 и 21 искатель поворачивают относительно продольной оси рельса на угол γ≈35'. При этом дефекты обнаруживаются лучом, отраженным от нижней поверхности головки рельса (рис. 100). Эхо-сигналы от дефектов второй группы оказываются сдвинутыми относительно зондирующего импульса на 30—90 мкс. Для падежного обнаружения дефектов этого вида условная чувствительность дефектоскопа должна быть приблизительно 25—35 мм по стандартному образцу № 1. Даже при правильной настройке дефектоскопа торцы новых рельсов, но существу имитирующие дефекты второй группы, могут не обнаруживаться. Объясняется это тем, что ультразвуковые колебания, отраженные от верхнего угла торца, не возвращаются на искатель (рис. 101). По мере износа рельса амплитуда эхо-сигнала от торца растет.

Рис. 101. Схема формирования эхо-сигнала от торца рельса в зависимости от износа последнего

Между амплитудой эхо-сигнала от дефекта второй группы и его размерами не существует определенной зависимости: в ряде случаев амплитуда эхо-сигнала от дефекта на ранней стадии развития намного превышает амплитуду эхо-сигнала от более развитого дефекта. Некоторые сильно развитые контактно-усталостные дефекты с зеркальной поверхностью могут быть не выявлены эхо-методом, так как амплитуда эхо-сигнала от них оказывается недостаточной. Эти дефекты обнаруживаются зеркальнотеневым методом, если они охватывают зону головки над шейкой рельса.
Функциональные схемы зеркально-теневого и эхо-импульсного дефектоскопов содержат ряд аналогичных узлов. Целесообразно для одновременного контроля основного металла в зоне головки и шейки рельса, болтовых и сварных стыков в одном приборе совместить дефектоскопы, работающие по зеркально-теневому и эхо-методам. Такими приборами многоцелевого назначения являются дефектоскопы УЗД-НИИМ-6М и «Рельс-5». Электрические схемы современных дефектоскопов построены на основании последних достижений радиоэлектроники. Поэтому для изучения устройства дефектоскопов необходимо хорошо знать принципы работы вакуумных и полупроводниковых приборов и основы импульсной радиотехники.