ПОДГОТОВКА ДЕФЕКТОСКОПА К РАБОТЕ. КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ В ПУТИ
Балансировка и определение чувствительности искателей.
Подготовка дефектоскопов к работе включает в себя проверку исправности действия элементов их электрических схем, источников питания и настройку аппаратуры на образцах рельсов с поперечными трещинами усталости в головке.
Чувствительность и избирательность дефектоскопов МРД-66 к дефектам в рельсах в значительной степени зависят от напряжения небаланса иска тельных устройств. Напряжение небаланса — это напряжение второй гармоники, возникающее в феррозондовых искателях при установке их между полюсами магнита на участке поверхности рельса, где отсутствуют дефекты и поверхностные повреждения металла.
С уменьшением напряжения небаланса иска гелей повышается чувствительность и избирательность прибора к дефектам. Напряжение небаланса вызывает помехи в работе дефектоскопов и затрудняет использование в полной мере их чувствительности. Это напряжение измеряется между средними точками вторичной обмотки трансформатора и искателя при дифференциальном соединении феррозондов искателей, а также между средними точками искателей при мостовом соединении феррозондов.
Рассмотрим основные причины изменения напряжения небаланса. Одной из них может быть низкое качество изготовления искателей на заводе (расхождение катушек феррозондов по активному и индуктивному сопротивлению и пермаллоевых сердечников по размерам и магнитным свойствам). Кроме того, даже при правильно подобранных катушках феррозондов и одинаковых сердечниках в схеме искателя может быть значительный небаланс из-за неточного положения сердечников в катушках феррозондов. Другая причина — влияние поля магнита на феррозонды искателя. Это происходит, если искатели установлены на поверхности катания головки между полюсами магнита. В этом случае, несмотря на установку искателя посередине между полюсами магнита и частичную экранировку феррозондов, поле, где расположен искатель, остается все же недостаточно однородным. Сердечник одного феррозонда находится в поле с напряженностью, отличающейся от напряженности ноля, в котором установлен сердечник второго феррозонда. Это вызывает напряжение удвоенной частоты на выходе искателя лаже в том случае, если последние находятся на здоровом участке рельса.
Напряжение небаланса зависит также от формы кривой напряжения усилителя мощности генератора, питающего катушку феррозондов искателей, которая не является строго синусоидальной и содержит, хотя и незначительные, гармонические составляющие четного порядка, в том числе удвоенной частоты. Следовательно, обмотки феррозондов будут, во-первых, под напряжением второй гармоники, поступающей от генератора, и, во- вторых, под напряжением второй гармоники, возбужденным в самих феррозондах.
Напряжения могут быть в фазе или в противофазе в зависимости от фазы питающего напряжения и положения искателей относительно полюсов магнита. При совпадении фаз напряжения суммируются — напряжение небаланса растет. В случае несовпадения фаз они вычитаются — напряжение небаланса уменьшается.
Переключая концы, соединяющие вторичную обмотку трансформатора с феррозондом (поворотом трехштырьковой вилки искателя), изменяют фазу напряжения второй гармоники усилителя мощности генератора, а поворачивая на 180 феррозондовый искатель (искательной лыжи) по отношению к полюсам магнита — фазу напряжения второй гармоники феррозондов. При этом изменяется напряжение небаланса.
Балансировка искателей сводится к тому, чтобы подбором положения лыж относительно полюсов магнита, поворотом трехштырьковых вилок и перемещением скоб (экранов) относительно феррозондов уменьшить напряжение небаланса до минимума. Для балансировки между полюсами магнита устанавливают сначала только одну лыжу искателя с симметричным положением экрана. Затем поворотом трехштырьковой вилки и изменением положения искателя по отношению к полюсам магнита добиваются минимального напряжения небаланса. Напряжение небаланса определяют по показаниям миллиамперметра. Оно прямо пропорционально напряжению удвоенной частоты.
При балансировке искателей рекомендуется пользоваться небольшим усилением, что значительно облегчает наблюдение за изменениями напряжения небаланса. Усиление уменьшается до возможного минимума, а ручкой «Смещение» устанавливается показание стрелки миллиамперметра примерно на 0,6—0,7 мА.
Характерным признаком того, что искатель сбалансирован правильно, является одинаковый уровень напряжения небаланса в схеме искателя при передвижении дефектоскопа вперед и назад с одной и той же скоростью. Поэтому, передвигая дефектоскоп по рельсам эталонного тупика, наблюдают за показаниями миллиамперметра. Одинаковые показания этого прибора при передвижении дефектоскопа в одном и другом направлениях указывают на то, что искатель сбалансирован правильно. Если показания миллиамперметра разные, их выравнивают, слегка перемещая скобу (экран) относительно феррозондов искателя. Направление перемещения скобы видно по миллиамперметру. Сбалансировав один искатель, замечают положение трехштырьковой вилки в розетке искательной лыжи по отношению к полюсам магнита, затем проверяют чувствительность однониточного искателя, для чего выбирают такое значение смещающего напряжения, при котором стрелка миллиамперметра при подходе искателя к дефекту находилась бы примерно посередине шкалы. Второй искатель балансируют независимо от первого, после чего проверяют его чувствительность. Кроме того, периодически нс реже одного раза в квартал выполняется проверочное измерение чувствительности искателей дефектоскопов.
Чувствительность искателей каждого дефектоскопа измеряют на проводнике с юком по схеме на рис. 133. На деревянную или другую неметаллическую планку накладывают проводник из медной проволоки диаметром 0,5—0,6 мм. К нему подключают источник постоянного тока. Ток, протекающий по проводнику, должен быть равен 1А. Напряжение на второй обмотке трансформатора при нагрузке должно быть 6 В, если частота генератора 6500—7000 Гц. Контур LC (полностью соответствующий параметрам входного контура дефектоскопа МРД) необходимо настраивать в резонанс на частоту 2f При проверке чувствительности лыжу с искателем перемещают поперек проводника с током. Сравнивая напряжения второй гармоники, измеряемые катодным вольтметром на индуктивности L, делают вывод о чувствительности проверяемых искателей. Напряжение небаланса перед проверкой чувствительности искателя не должно превышать 35 мВ. Искатель, обладающий достаточной чувствительностью, при перемещении его по проводнику с током 1 А вызовет увеличение напряжения второй гармоники на индуктивность L до 200 мВ и более.
Рис. 133. Схема устройства для проверки чувствительности искателей МРД-66
Чувствительность двух искательных лыж одной стороны дефектоскопа МРД должна быть одинаковой. Если у дефектоскопа для одной рельсовой нити две искательные лыжи имеют неодинаковую чувствительность, то одна будет всегда контролировать с пониженной чувствительностью. Повысить чувствительность контроля этой половины ширины головки рельса увеличением усиления нельзя, так как при чрезмерном повышении усиления появляются большие помехи, улавливаемые искательной лыжей, обладающей более высокой чувствительностью. При неодинаковой чувствительности искательных лыж на одной из сторон практически трудно хорошо сбалансировать всю искательную систему дефектоскопа.
Наибольшее число случаев понижения чувствительности искателей объясняется увеличением зазоров между феррозондом и поверхностью катания головки рельса. Чем ближе располагается феррозонд к поверхности катания головки рельса, тем выше будет чувствительность искателя. Зазор между феррозондом и поверхностью катания рельса равен суммарной толщине предохранительной пластины, донышка лыжи и половины диаметра феррозондовой катушки. Любое увеличение этого зазора резко снижает чувствительность искателя. Необходимо следить, чтобы на предохранительной пластине не скапливались мазут и грязь, не было даже незначительного промежутка между дном лыжи и предохранительной пластиной; нельзя допускать прогибы дна внутри лыжи, перекосы колодочки искателя и т. д. Искатели можно включать для совместной работы, если уровень небаланса и чувствительность обоих искателей одинаковы. Для каждой рельсовой нити подбирают парные искатели с одинаковой чувствительностью и уровнем небаланса.
Проверка чувствительности дефектоскопа на образцах рельсов с поперечными трещинами усталости.
Чувствительность дефектоскопа к дефектам проверяют на тупиках с образцами рельсов, имеющих дефекты в виде поперечных трещин усталости в головке. Чувствительность дефектоскопа — это отношение показывающее, какой ток возникает в цепи миллиамперметра, когда один из феррозондов искателя находится под воздействием постоянного поля Н напряженностью 1 А/см.
Удовлетворительной считается чувствительность дефектоскопа, при которой в цепи миллиамперметра возникает ток 3 мА в момент прохода искателей в поле дефекта напряженностью 1 А/см. Экспериментально установлено, что при намагничивании рельса П-образным магнитом дефектоскопа МРД над внутренней поперечной трещиной усталости, находящейся под слоем металла толщиной 4 — 5 мм и занимающей 25% площади поперечного сечения головки, напряженность горизонтальной составляющей поля II}1 = 0,8 А/см. Следовательно, эталоном для настройки дефектоскопа может быть любой рельс с поперечной трещиной усталости, не имеющей выхода на поверхность катания, над которой при намагничивании напряженность горизонтальной составляющей поля дефекта равна 0,8 А/см.
В зависимости от размеров и приближения трещин усталости к поверхности катания рельса напряженность горизонтальной составляющей поля дефекта над трещиной по ширине головки будет различна. Поэтому эталонирование дефекта в рельсе заключается в том, чтобы определить точку на поверхности катания над дефектом, где напряженность горизонтальной составляющей поля дефекта равна 0,8 А/см. Для определения такой точки над дефектом необходимо иметь поле рассеяния с известным значением напряженности.
Сравнивая показания дефектоскопа над известной напряженностью поля с показанием его в различных точках над дефектом, определяют напряженность поля дефекта в этих точках. Практически известную напряженность поля можно получить при помощи проводника, по которому протекает постоянный ток. Вокруг проводника с током образуется круговое магнитное поле, напряженность которого при прочих равных условиях зависит от значения тока, протекающего по проводнику.
Изменяя значение тока в проводнике, можно получить необходимое значение магнитного ноля. Для этого на расстоянии 0,4—0,5 м от места дефекта (на «чистом» месте) вокруг образца рельса в плоскости его поперечного сечения накладывают виток хорошо изолированной проволоки (диаметром не более 0,2 мм) так, чтобы часть витка на поверхности катания головки рельса была строго перпендикулярна продольной оси рельса и плотно прижата к нему. Для предохранения витка от повреждения колесами дефектоскопа всю его часть на поверхности катания головки заклеивают листом плотной тонкой бумаги (калькой, пергаментом и т. п.). К витку подключают аккумуляторную батарею и реостатом устанавливают ток, равный 1 А (рис. 134). При токе 1 А напряженность горизонтальной составляющей поля над витком будет приблизительно равна 0,8 А/см, что соответствует напряженности поля дефекта над поперечной трещиной усталости, площадь которой равна 25 % площади поперечного сечения головки рельса, расположенной на глубине 4 мм.
Для определения точки на поверхности катания рельса над поперечной трещиной усталости, где напряженность горизонтальной составляющей поля дефекта равна 0,8 А/см, на эталонируемый рельс устанавливают дефектоскоп МРД-66 с одной искательной лыжей и выключенной дифференцирующей ячейкой. Затем дефектоскоп надвигают на виток до получения максимального показания миллиамперметра, после чего ручкой «Смещение» показание миллиамперметра уменьшают примерно до 1,5 мА. Не меняя положения ручек «Смещение» и «Усиление», дефектоскоп перемещают над трещиной усталости. Если при заданном положении искательной лыжи над трещиной показание миллиамперметра будет такое же, как и над витком (1,5 мА), то в такой точке над поверхностью катания рельса напряженность горизонтальной составляющей поля дефекта равна 0,8 А/см. Следовательно, данный образец рельса при положении искательной лыжи в указанной точке пригоден для настройки дефектоскопа. Если же показания миллиамперметра в рассматриваемой точке больше 1,5 мА, искательную лыжу перемещают к середине поверхности катания головки рельса до тех пор, пока прибор не покажет 1,5 мА. После этого место положения искательной лыжи по ширине поверхности катания выбранного образца рельса отмечают масляной краской. Рельс укладывают в испытательный тупик. Чувствительность дефектоскопов МРД проверяют при положении искательных лыж на отмеченном месте рельса.
Рис. 134. Виток с током
Напряженность поля 0,8 А/см над витком с током 1 А возможно получить при согласованном направлении поля витка и поля магнита дефектоскопа. Для согласования направления магнитного поля, вызванного током, в витке с основным полем магнита дефектоскоп с одиночной искательной лыжей (с двумя зондами) устанавливают над витком по максимуму показаний миллиамперметра до 1,5 мА. Наблюдая за показанием миллиамперметра, изменяют направление тока в витке. При согласованном направлении полей витка и магнита показание миллиамперметра будет оставаться равным 1,5 мА или увеличиваться, а при несогласованном — несколько уменьшить. Если на дистанции пути нет рельсов с поперечными трещинами усталости в головке, то чувствительность дефектоскопов МРД проверяют на витке с током.
Чувствительность проверяют на образце рельса с поперечной трещиной усталости в головке или витке с током для того, чтобы определить исправность дефектоскопа и выбрать режимы работы основных его элементов. Необходимо устанавливать такой режим работы, при котором индикаторные устройства дефектоскопа не срабатывают от сигналов помех и в то же время дают четкие показания над дефектом в рельсе или над витком с током.
Это выполняется следующим образом: дефектоскоп приводят в рабочий режим на постоянном токе (дифференцирующий контур выключен), устанавливают усиление на максимум, ручку «Смещение» переводят на чувствительность, при которой нет показаний на «здоровых» местах рельсов, дефектоскоп передвигают вперед и назад так, чтобы его искатель проходил над витком с гоком или дефектом, и наблюдают за показанием стрелки миллиамперметра. Если в момент прохода искателя над дефектом стрелка миллиамперметра отклоняется до упора — у искателя достаточная чувствительность.
Определив чувствительность в режиме работы на постоянном токе, аналогично проверяют ее на переменном токе (с включением дифференцирующего контура). Ручку «Смещение» устанавливают на максимальную чувствительность, при которой дефектоскоп на «чистых» местах рельсов еще не дает показаний. С такой чувствительностью его передвигают по рельсам со скоростью 3—4 км/ч так, чтобы искатели проходили над дефектом. При правильной балансировке искателей дефектоскоп четко срабатывает в обоих направлениях. В телефонах при этом будет слышен щелчок, а стрелка миллиамперметра даст небольшие броски (примерно 0,6—0,7 мА). Иногда при опробовании дефектоскопа с включенным дифференцирующим контуром чувствительность может быть различна при движении в одну или другую сторону. Так как в обычных условиях эксплуатации прибор передвигают вперед, несколько повышенная чувствительность искателей в этом направлении считается нормальной. Если же чувствительность искателя при движении вперед окажется меньше, чем назад ее выравнивают небольшим перемещением обоих экранов.
Дефектоскоп с правильной балансировкой и достаточной чувствительностью к дефектам удовлетворяет следующим требованиям: при положении ручки «Смещение» от первого до пятого деления в режиме работы на «Переменном токе» в момент трогания с места не происходит резких отклонений стрелки миллиамперметра (толчков тока); на дефекте четко срабатывает при движении в обе стороны; при положении ручки «Смещение» на нулевом делении в режиме работы «Постоянный ток» на том же дефекте дает показания свыше 3 мА; в режимах «Переменный ток» и «Постоянный ток» не срабатывает на здоровых местах рельсов. Небольшие отклонения от перечисленных требований могут быть из-за изменения сопротивлений регуляторов усиления.
При проверке чувствительности в режиме работы на постоянном токе в начале движения дефектоскопа в искателях возникают большие напряжения небаланса (стрелка миллиамперметра доходит до упора). Напряжение небаланса уменьшается при дальнейшем движении до первоначального значения и стрелка миллиамперметра возвращается на нуль. Это объясняется следующим. Когда дефектоскоп был неподвижен, головка рельса под полюсами магнитов намагничивалась больше, чем та ее часть, которая находилась между полюсами магнита. У границы перехода от менее намагниченной к более намагниченной части рельса происходил резкий перепад поля.
В начальный момент движения дефектоскопа феррозонды искателей, перемещаясь с менее намагниченной на более намагниченную часть рельса, входят в зону резкого перепада ноля, что увеличивает напряжение небаланса. При дальнейшем перемещении дефектоскопа зонды искателей сходят с намагниченной части рельса, а стрелка миллиамперметра показывает нуль. Такие толчки напряжения небаланса в момент трогания дефектоскопа с места практически не мешают нормальной работе дефектоскопа, но это следует учитывать при уточнении положения дефекта в рельсе.
Контроль рельсов в пути.
На перегоне дефектоскоп работает при включенном дифференцирующем контуре и максимальном усилении резонансного усилителя. При таком положении элементов управления дефектоскоп перемещают по рельсовой колес, а ручкой «Смещение» устанавливают необходимую чувствительность. Установить необходимую чувствительность дефектоскопа — это значит выбрать такое запирающее напряжение на сетке оконечной лампы, при котором он не будет срабатывать на «чистых» местах рельсов и при незначительных поверхностных изъянах. Действие дефектоскопа на перегоне проверяют в момент прохода искателей над стыковым зазором.
На некоторых рельсах иногда резко повышается уровень напряжения небаланса. Это объясняется тем, что металл таких рельсов отличается по своим магнитным свойствам от металла других рельсов. На этих «особых» рельсах установленная ранее чувствительность становится излишней. Как показал опыт, такие «особые» рельсы необходимо проверять в два заезда: при первом рельс намагничивается, при втором — уровень напряжения небаланса понижается — рельс контролируется при нормальной чувствительности. Если же и при втором заезде напряжение небаланса остается высоким, чувствительность дефектоскопа понижают до нормальной, что не исключает возможность обнаружить внутренние дефекты в виде светлого пятна в этих «особых» рельсах.
Лыжи искателей при передвижении дефектоскопа по пути должны быть расположены на поверхности катания головки рельса симметрично относительно его продольной оси. Это особенно важно при контроле рельсов с большими наплывами у внешней боковой грани (рис. 135) и в кривых участках пути.
Рис. 135. Положение лыжи искателей на поверхности катания рельса
Дефектоскопом контролируют элементы стрелочных переводов: остряки, усовики. рамные соединительные рельсы. Последние проверяют по всей длине, усовики — только в рельсовой части переднего вылета крестовин до начала литой врезки. Остряки контролируют искателями основным, одиночным и боковым. Основным искателем — но всей длине, за исключением той части, где ширина головки остряка меньше ширины искателя, а боковым — по всей длине, кроме участка острия под головкой рамного рельса. Соединительные рельсы и рельсовую часть усовиков проверяют аналогично обычным рельсам. Рамные рельсы контролируют дважды при двух ориентациях полюсов магнита (или развороте тележки на 180) относительно рельса. Дефектоскопируют остряки двумя искателями — основным (одиночным) и боковым. В обоих случаях контролируют 2 раза при двух ориентациях полюсов магнита.
На нижней поверхности лыж часто налипает грязь и мазут. Из-за этого феррозонды искателей отдаляются от поверхности катания, что ухудшает балансировку искателей и их чувствительность к дефектам. Поэтому дно лыж периодически осматривают и очищают от грязи и мазута.
На поверхности катания рельсов легких и тяжелых типов с большим боковым износом головки две лыжи не размещаются — нарушается балансировка искателей и их зонды не могут пройти над дефектом в центральной части головки рельса. Поэтому такие рельсы лучше всего проверять одиночным искателем. Его устанавливают в центральной части поверхности катания головки рельса. Работают с дефектоскопом обычным порядком.
Оценка показаний дефектоскопа.
Опыт эксплуатации дефектоскопов МРД показал, что усталостные поперечные трещины приходится отыскивать среди многочисленных изъянов поверхности катания головки рельса — вмятин от ударов, выкрашиваний, отслоений, плен и т. д. Кроме того, у металла на поверхности качания может быть местная ярко выраженная неоднородность структуры, вызванная наклепом или термическим воздействием при боксовании колес подвижного состава.
Эти неопасные повреждения металла рельса и местная неоднородность его структуры вызывают потоки рассеяния, которые влияют на искатель дефектоскопа так же, как и усталостные опасные трещины. Иногда в одном и том же месте рельса может быть скрытый опасный дефект и поверхностное повреждение или структурная неоднородность металла. На таких участках пути приходится отыскивать как бы «дефект в дефекте». Правильная оценка показаний дефектоскопа имеет решающее значение в обеспечении высокого качества контроля рельсов в пути.
При появлении звукового сигнала дефектоскоп останавливают и по отмеченному месту делают два-три повторных заезда с нормальной рабочей скоростью. Затем при повторных заездах следят, чтобы полюсы магнита проходили через отмеченное место и заходили дальше не менее чем на 0,5 м. Если при повторных заездах дефектоскоп устойчиво срабатывает на том же месте, то его необходимо внимательно осмотреть
Дефектоскоп позволяет устанавливать координаты дефекта с точностью до 3—5 мм. До осмотра рельса уточняют, какой именно искатель срабатывает в данном месте, и тем самым узнают, в какой части по ширине головки рельса находится дефект. Выключив один искатель, делают повторные заезды по отмеченному месту. Если дефект расположен под выключенной лыжей искателя, прибор не срабатывает, а если под включенной, то устойчиво отмечает это место. Затем точно определяют место дефекта. Для этого выключают дифференцирующий контур. С выключением дифференцирующего контура чувствительность дефектоскопа несколько повышается. Поэтому, прежде чем приступить к уточнению места дефекта, ручкой «Смещение» несколько уменьшают чувствительность и медленно передвигают дефектоскоп; точно дефект фиксируется по максимальному отклонению стрелки миллиамперметра. Его координаты совпадают с геометрической серединой лыжи искателя. Место дефекта тщательно осматривают. Если не обнаруживают явно выраженного выхода трещины на поверхность, то соответствующую боковую грань очищают от мазута и сплошных пластинок рваного металла на длине 300—400 мм. Место, отмеченное прибором, должно быть посередине очищенной части боковой грани.
Рис. 136. Размеры и глубина залегания поперечных трещин усталости, выявляемых МРД-66:
а — выявление «пятна»; б — «пятна», которые могут быть не обнаружены
Очищать боковую грань необходимо, гак как мазут и грязь смешаны с металлической пылью от тормозных колодок, которая, намагничиваясь, создает дополнительные поля, мешающие нормальной работе искателя.
На очищенную часть боковой грани рельса устанавливают боковой искатель. Обычные искатели выключают и в освободившуюся трехштырьковую розетку включают вилку бокового искателя. Дефектоскоп переводят в режим «Постоянный ток». Чувствительность его должна быть предельно высокой, т. е. такой, при которой еще отсутствуют его показания на «здоровой» части поверхности боковой грани. Перемещая прибор вперед и назад, наблюдают за показанием миллиамперметра. Если в отмеченном ранее месте есть усталостная поперечная трещина, то в момент прохода бокового искателя по этому месту стрелка миллиамперметра отклонится. Возможны случаи, когда из-за отсутствия балансировочных устройств боковой искатель будет срабатывать над усталостной трещиной только при движении дефектоскопа в одном каком-либо направлении. Такая односторонняя работа искателя считается достоверной.
При работе с боковым искателем так же, как с обычным, в момент трогания дефектоскопа стрелка миллиамперметра отклоняется и затем возвращается в нулевое положение. Поэтому нельзя выполнять вторичный контроль в процессе возвратно-поступательного движения дефектоскопа непосредственно на отмеченном месте: боковой искатель следует передвигать над отмеченным местом только после того, как стрелка миллиамперметра возвратится в пулевое положение. Если на боковой грани искатель никаких показаний не дает, го его закрепляют под головкой рельса (зажимным и шарнирным устройством) и в такой же последовательности повторно контролируют отмеченное место.
Отсутствие показаний искателя со стороны боковой и подголовочной частей отмеченною дефектоскопом участка указывает на то, что в этом месте пет опасной усталостной трещины. Показания прибора были вызваны структурной неоднородностью или повреждениями металла на поверхности катания рельса.
Каждая поперечная усталостная трещина может вырасти до критической (рис. 136).