О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97898 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа / А.А. Сельский, В.И. Горделий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 61-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-97898 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-978982016-04-05T03:02:52Z О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа Сельский, А.А. Горделий, В.И. Хроника и информация 2006 Article О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа / А.А. Сельский, В.И. Горделий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 61-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97898 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Хроника и информация Хроника и информация |
| spellingShingle |
Хроника и информация Хроника и информация Сельский, А.А. Горделий, В.И. О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| format |
Article |
| author |
Сельский, А.А. Горделий, В.И. |
| author_facet |
Сельский, А.А. Горделий, В.И. |
| author_sort |
Сельский, А.А. |
| title |
О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа |
| title_short |
О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа |
| title_full |
О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа |
| title_fullStr |
О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа |
| title_full_unstemmed |
О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа |
| title_sort |
о контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Хроника и информация |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97898 |
| citation_txt |
О контроле железнодорожных рельсов низкочастотными волнами нормального типа / А.А. Сельский, В.И. Горделий // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 61-62. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| work_keys_str_mv |
AT selʹskijaa okontroleželeznodorožnyhrelʹsovnizkočastotnymivolnaminormalʹnogotipa AT gordelijvi okontroleželeznodorožnyhrelʹsovnizkočastotnymivolnaminormalʹnogotipa |
| first_indexed |
2025-07-07T05:41:31Z |
| last_indexed |
2025-07-07T05:41:31Z |
| _version_ |
1836965578544250880 |
| fulltext |
О КОНТРОЛЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ
НИЗКОЧАСТОТНЫМИ ВОЛНАМИ НОРМАЛЬНОГО ТИПА
А. А. СЕЛЬСКИЙ, В. И. ГОРДЕЛИЙ
Исследования в области применения низкочастотных волн для контроля железнодорожных рельсов
в Советском Союзе начались еще в 1970-х годах [1—3], но позднее (начало 1990-х годов) были прерваны
ввиду известных общих политико-экономических коллизий. В настоящее время этот вопрос вновь вы-
зывает интерес, и некоторые научные и производственные организации (в том числе НПП «Вигор» в
содружестве с красноярским холдингом «Регионтехсервис-НК») обратились к этой теме.
Известно, что наиболее устойчивая к ослаблению на акустическом тракте изгибная мода волн Лэмба
а0 чаще всего может быть получена вырождением рэлеевской волны, если толщина плоскопараллель-
ного объекта существенно меньше длины волны.
Вместе с тем головка железнодорожного рельса имеет такие размеры сечения, при которых даже на
очень низких частотах сложно говорить о вырождении волн Рэлея в нулевую изгибную моду волн Лэмба.
Но, тем не менее, неоднородная нормальная волна образуется и, как показывают эксперименты и прак-
тика [3, 4], ее фронт весьма надежно охватывает все сечение рельса.
На частоте 0,1 МГц при угле ввода больше второго критического в стальном объекте вырабатывается
рэлеевская волна длиной 30 мм. Уже вблизи ПЭП эта волна в целом охватит приповерхностный слой
металла, по толщине близкий к ее длине, но интенсивность колебаний в пределах этого слоя будет
убывающей от поверхности по глубине. Приведем классические функции, связывающие амплитуды про-
дольных и поперечных составляющих колебаний точек и глубину их расположения при прохождении волн
Рэлея:
ul
A = e–y √⎯⎯⎯⎯⎯ks
2 – kl
2
, (1) ,
ul
B = e–y √⎯⎯⎯⎯⎯ks
2 – kt
2
, (2),
где ul, ut – соответственно амплитуды продольной и поперечной составляющих на глубине y; А, В – то
же, на поверхности; ks = 2πf/CR – волновое число для волн Рэлея; kl = 2πf/CR, kt = 2πf/Ct – волновые
числа для продольных и поперечных волн Рэлея соответственно.
Расчет по данным формулам показывает, что в пределах ослабления энергии по фронту до 6 дБ
толщина такого слоя составит приблизительно 20 мм.
Но главный интерес представляет расхождение фронта волны в плоскости поверхности по мере ее
движения от преобразователя. Вследствие низкой частоты расчетный угол раскрытия диаграммы нап-
равленности в плоскости поверхности объекта оказывается очень большим (рис. 1), т. е. фронт быстро
увеличивается по ширине при малых амплитудных потерях от затухания. Поэтому если расположить
источник на середине поверхности катания (рис. 2, а), то из-за широкого расхождения фронта по про-
филю поверхности рельса уже на весьма малом удалении от него получается захват площадью активного
фронта большей части головки (рис. 2, б—г), а еще дальше – выход в шейку (рис. 2, д, е), затем – в
подошву (рис. 2, ж, з). К моменту выхода в шейку сердцевина головки охвачена фронтом волны слабее
приповерхностных слоев, поэтому выбранный предел допустимого ослабления (6 дБ) недостаточен, и
это должно быть учтено некоторым повышением чувствительности поиска. А вот момент выхода фронта
в шейку (рис. 2, г) весьма интересен.
Пока фронт волн занимал только головку, интерференция его фланговых частей, идущих по поверх-
ности катания, боковым и подголовочным
поверхностям, слабо способствовала
«утилизации» волновой энергии. При этом
волны, синхронно идущие по левой и пра-
вой боковым поверхностям, в сердцевине
головки еще не налагались одна на другую
(рис. 2, в), так как стандартная ширина го-
ловки железнодорожного рельса 76 мм
значительно превышает удвоенную зону
активного влияния рэлеевской волны по
глубине.
Однако на входе флангов фронта волны
в шейку (рис. 2, г) происходит их взаимное
строго синфазное наложение, из-за чего в
шейке возникает идеальная мода растяже-
НПП «ВИГОР» ПРЕДСТАВЛЯЕТ
Рис. 1. Диаграмма направленности излучения—приема рэле-
евских волн в плоскости поверхности ввода (материал ОК
– сталь, ширина источника 14 мм, частота 0,1 МГц)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 61
ния—сжатия «S0». Причем, эта мода – очень мощ-
ная, поскольку низкая частота по-прежнему спо-
собствует малому затуханию, наложение двух вза-
имно независимых сильных флангов синфазное, а
потери от рас- хождения фронта минимальны: про-
филь рельса пространственно ограничен, и расши-
рение фронта теперь будет устремлено только
вниз, к подошве рельса (рис. 2, д, е). Если на каж-
дом из этих флангов в момент их схождения в шей-
ке сигнал по амплитуде составлял более половины
амплитуды на акустической оси в том же сечении,
то совокупная амплитуда в шейке вследствие уд-
воения становится больше амплитуды на поверх-
ности катания. Поэтому чувствительность контроля
шейки всегда окажется выше таковой для головки.
Поскольку к приходу в основание шейки (рис. 2,
ж) колебания выродились в чистое пуассоновское
растяжение—сжатие, то эта же мода передается и
в плечи подошвы (рис. 2, з), после чего говорить
об амплитудных потерях из-за фактора расхожде-
ния фронта вообще не имеет смысла.
Таким образом, в определенный момент расп-
ространения сигнала вдоль рельса наступает неко-
торый рубеж, за которым фактор потерь от расхождения фронта исключается полностью. То же самое
относится и к отраженному от дефекта сигналу. Задавшись предельным уровнем ослабления по диаг-
рамме направленности (т. е. углом отклонения краевого луча) и зная размеры профиля рельса, нетрудно
рассчитать, на каком удалении фронт волны заполнит весь профиль (за исключением малой зоны в
сердцевине головки). С учетом стандартных размеров профиля рельса для угла отклонения краевого
луча 31° (на уровне ослабления излучаемого сигнала 3 дБ по рис. 1, т. е. 6 дБ для излучения—приема)
такое удаление составит приблизительно 500 мм. Для прибора УДС1-20, на котором в 1980-х годах
проводили первые исследования такого рода, полученный размер поглощается паспортной «ближней»
зоной недостоверности (1 м), поэтому, пользуясь этим прибором или его аналогом, мы вправе говорить
о том, что далее в рабочей зоне с одной установки преобразователя зондируем сразу весь профиль
рельса.
Как видно из рис. 2, сердцевина головки в итоге остается слабо охваченной фронтом поверхностной
волны Рэлея. По расчетам, проведенным по формулам (1), (2) с переводом итога в децибелы, ослабление
амплитуды сигнала в центре головки (на глубине 20 мм) относительно поверхности составляет 14 дБ (т.
е. в 5 раз). В свете того, что смоделировать исключительно внутренний дефект в сердцевине головки
на удалении от торца рельса крайне трудно, и модели дефектов выполняются обычно с выходом на
поверхность (засверловка, зарубка, надпил, фрезерование), это означает, что при контроле железно-
дорожных рельсов нормальными волнами на частоте 0,1 МГц шаг между браковочным уровнем чувстви-
тельности, устанавливаемым по отражению от модели предельно допустимого дефекта, и поисковым
уровнем должен быть не менее 14 дБ.
Опыт эксплуатации установок входного контроля рельсов УД-ЭМА-РСП разработки НПП «ВИГОР»
показал, что представленный здесь фактор «обтекания» фронтом поверхностной волны профиля желез-
нодорожного рельса существует и способствует сохранению высокой чувствительности сигнала по от-
ражению на весьма большом удалении от источника даже на частоте 0,5 МГц, т. е. в 5 раз выше той, на
которой проводили первичные исследования.
Харитонов А. В. Развитие и проблемы теории нормальных волн в ультразвуковой дефектоскопии // Дефектоскопия. –
1979. – № 7. – С. 59—67.
Соседов В. Н., Пасси С. Х. Состояние и перспективы развития разработок средств ультразвукового неразрушающего контроля
// Там же. – 1988. – № 8. – С. 3—9.
Дымкин Г. Я. Теоретические основы, методология и принципы построения аппаратуры низкочастотного ультразвукового
контроля металлопродукции / Дис. на соискание уч. степени докт. техн. наук. – М: ЦНИИТМАШ, 1991.
Сельский А. А. Обзор неразрушающих методов контроля механического оборудования Красноярского наклонного рельсового
судоподъемника // Информ.-техн. сб. «Водные пути и сооружения». – М: Мин. реч. флота РСФСР. – 1990. – С. 10—14.
За более подробной информацией просим обращаться по адресу:
107174, г. Москва, ул. Новая Басманная, д. 2; а/я 25, НПП «ВИГОР».
Тел./факс: (095) 262—85—35; е-mail: cevig@rambler.ru
Рис. 2. Постепенное обтекание фронтом волн Рэлея
профиля рельса
62 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006
|