ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕФЕКТОСКОП

Полезная модель относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использована для сплошного, выборочного и вторичного ультразвукового контроля нити железнодорожного пути, одиночно лежащих рельсов и других длинномерных изделий в условиях умеренного климата, а также в условиях низких температур.
Известно устройство ультразвукового обнаружения дефектов в головке рельса, которое содержит два наклонных ультразвуковых преобразователей, установленных симметрично относительно продольной оси на поверхности катания головки рельса и перемещаемых с постоянной скоростью вдоль рельса. Пара преобразователей осуществляет поочередное импульсное излучение ультразвуковых колебаний под углом 60°-80° к поверхности катания в стороны боковых граней головки рельса под углами 10°-25° относительно продольной оси рельса. При наличии в головке рельса "смещенных овальных поперечных трещин" указанными преобразователями осуществляют прием эхо-сигналов и по их временному положению оценивают местоположение (в левой или в правой боковой части головки) и примерную ориентацию трещины (см. US 4700754, G 01 N 29/04,20.10.1987)
Недостатками известного устройства являются низкая надежность и достоверность контроля, вызванная тем, что оно не позволяет обеспечивать прозвучивание всего сечения головки рельса. Это вызвано тем, что формируемые преобразователями ультразвуковые лучи после переотражения от нижней поверхности (нижней "полки") головки рельса продолжают распространяться по боковым частям головки практически параллельно продольной оси (вдоль рельса) не пресекая ось симметрии рельса. По этой причине отсутствуют эхо-сигналы от поперечных трещин под поверхностью катания на продольной оси рельса. В тоже время указанные трещины являются весьма опасными, быстро развивающимися под динамическим воздействием колес проходящих поездов. Кроме того, в
известном устройстве пары наклонных преобразователей размещены с противоположных сторон "средней плоскости симметрии рельса", что обуславливает значительные габариты системы из двух преобразователей в поперечном рельсу направлении.
Анализ эхо-сигналов от искомых дефектов в известном устройстве осуществляется в двух временных зонах, соответствующих озвучиванию плоскости дефекта прямым ультразвуковым лучом (от преобразователя до нижней плоскости головки рельса) и однократно-отраженным лучом (при распространении луча от нижней плоскости до поверхности катания). Из-за особенностей выбранной схемы прозвучивания в известном устройстве эхо-сигналы от дефектов, залегающих под поверхностью катания на продольной оси рельса, не анализируются, что обуславливает пропуск дефектов определенной конфигурации и дополнительное снижение надежности и достоверности контроля.
Устройство ультразвукового обнаружения дефектов в головке рельса, принятое в качестве прототипа, содержит систему из двух наклонных электроакустических преобразователей, развернутых под острыми одинаковыми углами относительно продольной оси рельса к противоположным боковым граням головки рельса. Углы ввода ультразвуковых колебаний в металл рельса и углы разворота преобразователей относительно продольной оси рельса выбирают таким образом, чтобы оси ультразвуковых лучей, падая под наклонным углом к зонам радиусного перехода боковой и нижней граней головки рельса, переотразившись от них пересекались на продольной оси поверхности катания головки рельса. При этом проекция траектории лучей внутри металла на поверхность катания образует геометрическую фигуру ромб. По мере перемещения пары преобразователей вдоль продольной оси рельса излучают ультразвуковые колебания и принимают отраженные от возможных дефектов в головке рельсов эхо-сигналы. По временному положению эхо-сигналов относительно зондирующих (излученных) колебаний и по их амплитудам судят о наличии дефекта и его ориентации внутри головки рельса. Причем при анализе сигналов принимают во внимание все сигналы, поступившие на преобразователи.
Для упрощения анализа эхо-сигналов, последующей автоматизации процесса расшифровки сигналов и процедуры контроля осуществляют временную селекцию
эхо-сигналов в трех временных зонах, две из которых предназначены для селекции сигналов от трещин в боковых частях головки рельса, а третья, дополнительная, - для селекции сигналов от поперечных трещин в центральной части головки под поверхностью катания. Причем сигналы от этих дефектов образуются за счет переотражения ультразвуковых колебаний от уголкового отражателя, сформированного плоскостью трещины и поверхностью катания (или плоскостью подповерхностной горизонтальной трещины). При обнаружении этих дефектов, в отличие от выявления трещин в боковых частях головки, ультразвуковые колебания излучаются одним преобразователем и принимаются другим по траектории луча внутри головки рельса, проекция которой на поверхность катания образует геометрическую фигуру ромб. Все мешающие сигналы, в частности от неровностей нижних углов (зон радиусного перехода), не попадают в зоны временной селекции и не участвуют в дальнейшем анализе (см. RU 2184960, G 01 N 29/04, 10.07.02). Известное устройство обладает относительно высокой надежностью, достоверностью и производительностью ультразвукового контроля головки рельсов за счет эффективного обнаружения поперечных трещин в центральной части головки рельса, в том числе залегающих под отслоениями металла и горизонтальными трещинами на небольшой глубине от поверхности катания, при одновременном выявлении дефектов в боковых частях головки рельса.
К недостаткам известного устройства следует отнести невозможность осуществления контроля всего объема рельса, поскольку используемая схема прозвучивания позволяет обеспечить надежный и достоверный ультразвуковой контроль только головки рельсов.
Технический результат заключается в обеспечении контроля всего сечения рельса за исключением перьев подошвы рельса в условиях низких температур.
Технический результат достигается тем, что в электромагнитно-акустическом дефектоскопе содержащем установленные на подвижном средстве акустический блок с подключенным к нему генераторным блоком, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам генераторного блока и блока обработки и отображения информации, информационные входы которого соединены с выходами усилительного блока, подключенного к
акустическому блоку, акустический блок состоит из двух комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей, установленных с возможностью обеспечения ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и под углом 45°, а генераторный блок состоит из двух генераторов зондирующих импульсов с разными несущими частотами, выходы которых подключены к излучающим катушкам соответственно первого и второго комбинированных электромагнитно - акустических преобразователей, выходы приемных катушек комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей подключены к входам соответствующих каналов усилительного блока.
Несущая частота первого генератора зондирующих импульсов выбирается в два раза больше несущей частоты второго генератора зондирующих импульсов.
На рис.1 представлена функциональная схема электромагнитно - акустического дефектоскопа.
Электромагнитно-акустический дефектоскоп содержит установленные на подвижном средстве (на чертеже не показано) акустический блок 1 с подключенным к нему генераторным блоком 2, блок 3 управления, выходы которого подключены к управляющим входам генераторного блока 2 и блока 4 обработки и отображения информации, информационные входы которого соединены с выходами усилительного блока 5, подключенного к акустическому блоку 1, акустический блок 1 состоит из двух комбинированных электромагнитно - акустических преобразователей 6 и 7, установленных с возможностью обеспечения ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и под углом 45°, генераторный блок 2 состоит из двух генераторов 8 и 9 зондирующих импульсов с разными несущими частотами, выходы которых подключены к излучающим катушкам соответственно первого и второго комбинированных электромагнитно - акустических преобразователей 6 и 7, выходы приемных катушек комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 подключены к входам соответствующих каналов усилительного блока 5. Излучающие и приемные катушки комбинированных электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 на чертеже не показаны.
Электромагнитно-акустический дефектоскоп работает следующим образом.
Контроль рельса осуществляется посредством четырех каналов ультразвуковых колебаний. Генераторов 8 и 9 вырабатывают зондирующие импульсы заданной длительности и амплитуды с разными несущими частотами. В частности, несущие частоты могут быть выбраны равными 1Мгц и 2 Мгц. Синхроимпульсы, поступающие на управляющие входы генераторов 8 и 9 для их запуска и синхронизации, вырабатываются в блоке 3 управления, на который поступают импульсы от датчика пути и скорости. Сформированные зондирующие импульсы с заданными параметрами поступают в излучающие катушки электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7, которые обеспечивают возбуждение ультразвуковых колебаний в контролируемом объекте. Ввод сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний осуществляется по нормали к поверхности рельса и под углом 45°. Излученные ультразвуковые колебания отражаются от неоднородностей металла или подошвы рельса и принимаются приемными катушками этих же электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7. Принятые отраженные импульсы с электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 поступают на входы соответствующих каналов усилительного блока 5, где они усиливаются до заданного значения и далее поступают в блок 4 обработки и отображения информации, в котором они подвергаются дальнейшему усилению, детектированию и преобразованию к виду, необходимому для их записи в блок памяти и для отображения на индикаторе. Сигналы синхронизации и управления, необходимые для осуществления преобразования, записи и отображения на индикаторе в блоке 4 обработки и отображения информации вырабатываются и поступают из блока 3 управления.
Положенный в основу работы электромагнитно-акустического дефектоскопа бесконтактный электромагнитно-акустический принцип контроля позволяет обходиться без применения контактной жидкости, что особенно актуально в условиях низких температур. Расположение электромагнитно-акустических преобразователей 6 и 7 со стороны поверхности катания и со стороны рабочей грани головки рельса с обеспечением ввода сдвиговых поляризованных ультразвуковых колебаний по нормали к поверхности рельса и
под углом 45°, позволяет осуществить хорошее прозвучивание рельса и контроль практически всего сечения рельса за исключением перьев подошвы.
Эффективность выявления дефектов в предлагаемом дефектоскопе обусловлена также и не критичностью искательной системы к загрязненности и шероховатости рельсов.