СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ПОДОШВЫ РЕЛЬСА
METHOD FOR ULTRASONIC TESTING OF RAIL BASE

Изобретение относится к неразрушающему контролю железнодорожных рельсов ультразвуковым методом и может быть использовано для обнаружения дефектов в подошвах рельсов, уложенных в железнодорожный путь, или на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта и метрополитенов.
Известен способ ультразвукового контроля рельсов, заключающийся в том, что излучают в рельс с поверхности катания лучи ультразвуковых колебаний, принимают в той же или другой точке отраженные дефектом в подошве рельса ультразвуковые колебания, измеряют амплитуду принятых сигналов и по ним определяют качество рельса (Марков А.А., Шпагин Д.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. СПб.: Образование - Культура. 1999, 230 с.).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности обнаружения дефектов в зоне перьев подошвы рельса, так как обнаруживаются только дефекты, расположенные в зоне проекции шейки рельса на подошву рельса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ ультразвукового контроля пера подошвы рельса, заключающийся в том, что излучают в перо подошвы с поверхности радиусного перехода от шейки рельса к его подошве луч поперечных ультразвуковых колебаний под углом к оси симметрии рельса, направленный в угол кромки пера подошвы, принимают в той же точке отраженные дефектом ультразвуковые колебания, измеряют параметры принятых сигналов и по ним определяют качество рельса (Способ ультразвукового контроля пера подошвы железнодорожных рельсов. В.И.Урбах, В.А.Ильин, М.Л.Котляров, В.Б.Козлов. Авт. свид. на изобретение SU 1732260 A1, G01N 29/10, опубл. в БИ №17 от 07.05.92).
Недостатком этого способа является недостаточно широкая область его применения вследствие невозможности сплошного контроля зоны пера подошвы, так как обеспечивается обнаружение только тех дефектов, которые развиваются непосредственно от кромки пера подошвы. Другим недостатком этого способа является низкое качество акустического контакта ультразвукового преобразователя с криволинейной поверхностью контролируемого рельса, как правило, покрытой загрязнениями при эксплуатации, требующей тщательной предварительной зачистки, имеющей нестабильную величину кривизны радиусного перехода от шейки к подошве рельса в пределах допусков.
При этом акустический контакт прерывается на поверхностях рельсов, частично закрытых противоугонными устройствами, установленными на перьях подошв в рельсовом пути.
Целью изобретения является повышение качества контроля подошвы рельса путем расширения контролируемой области подошвы, повышения достоверности и производительности контроля при обеспечении его непрерывности.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе ультразвукового контроля подошвы рельса, при котором излучают в рельс луч поперечных ультразвуковых колебаний, принимают отраженные ультразвуковые колебания и измеряют их параметры на предмет обнаружения дефектов, согласно заявляемому изобретению ультразвуковые колебания излучают с поверхности катания рельса лучом, угол раскрытия которого обеспечивает облучение радиусных переходов от шейки рельса к подошве отраженными от опорной плоскости подошвы ультразвуковыми колебаниями, при этом ультразвуковые колебания, последовательно переотраженные опорной плоскостью подошвы, радиусным переходом от шейки рельса к подошве, возможным дефектом в подошве, кромкой пера подошвы, принимают группой принимающих преобразователей, включая излучающий, расположенных вдоль продольной оси рельса.
Возможность контроля подошвы рельса путем осуществления излучения и приема отраженных ультразвуковых колебаний с высококачественной поверхности катания рельса, характеризующейся стабильной чистотой и существенно меньшей шероховатостью, чем другие поверхности рельса, обеспечивает высокое качество акустических контактов ультразвуковых излучающего и принимающих преобразователей с поверхностью рельса, создает необходимые условия для непрерывного сплошного контроля подошвы рельса, повышает достоверность и производительность контроля за счет повышения скорости перемещения ультразвуковых преобразователей вдоль рельса, уложенного в железнодорожный путь.
Повышение производительности контроля обеспечивается за счет исключения затрат труда и времени на необходимость очистки контактных поверхностей рельса от ржавчины и других загрязнений.
Луч ультразвуковых колебаний излучающего преобразователя, угол раскрытия которого обеспечивает облучение радиусного перехода от шейки рельса к подошве отраженными от опорной плоскости подошвы ультразвуковыми колебаниями, обеспечивает возможность рассеивания отраженных ультразвуковых колебаний в подошве от радиусного перехода, создавая группу последовательно переотраженных ультразвуковых колебаний для последующего измерения их параметров на предмет обнаружения дефектов и повышая вероятность обнаружения возможного дефекта в любой части тела подошвы, включая трудноконтролируемые зоны перьев подошвы рельса, расширяя тем самым область обнаружения дефектов, развивающихся не только от кромок перьев, но и в любой зоне перьев подошвы.
Ультразвуковые колебания, последовательно переотраженные опорной плоскостью подошвы, радиусным переходом от шейки к подошве рельса, кромкой пера подошвы, а также возможным дефектом в любой части тела подошвы, согласно заявляемому способу принимают группой ультразвуковых преобразователей, расположенных вдоль продольной оси рельса, позволяющих расширить область применения заявляемого способа за счет обеспечения сплошного непрерывного контроля всех зон подошвы рельса.
Группа преобразователей, состоящая из N принимающих преобразователей ультразвуковых колебаний, создает возможность оптимизировать схему прозвучивания подошвы рельса таким образом, что отраженный сигнал от возможного дефекта, расположенного в любой конкретной зоне подошвы, определяемой расстоянием от оси поперечного сечения рельса, принимается соответствующим ультразвуковым преобразователем, настроенным на получение отраженного сигнала из этой зоны, что обеспечивает группой последовательно расположенных преобразователей обнаружение дефекта в любой зоне тела подошвы, повышая качество и достоверность контроля рельса в целом.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Существенные признаки заявляемого изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
Сущность рассматриваемого способа ультразвукового контроля подошвы рельса поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен общий вид размещения на рельсе группы преобразователей и схема последовательного переотражения ультразвуковых колебаний;
на фиг.2 - схема последовательно переотраженных ультразвуковых колебаний в поперечном сечении рельса;
на фиг.3 - схема последовательно переотраженных ультразвуковых колебаний на виде в плане.
На фиг.1 представлен вариант схемы ультразвукового контроля подошвы рельса, при котором излучающий преобразователь изображен под номером 1 в группе из N ультразвуковых преобразователей. Излучающий преобразователь может быть размещен под любым номером в группе преобразователей от 1 до N.
На схеме (фиг.1) обозначена группа, состоящая условно из ультразвуковых преобразователей - поз.1, 2, 3, 4, 5…N. Точки 6 являются точками отражения ультразвуковых колебаний преобразователей от опорной плоскости подошвы рельса; точки 7 - точки падения отраженных от опорной плоскости подошвы ультразвуковых колебаний на поверхность радиусного перехода от шейки к подошве; лучи 8 - переотраженные ультразвуковые колебания, рассеянные в тело подошвы рельса поверхностью радиусного перехода; дефект Д - возможный дефект в пере подошвы рельса; лучи 9 - ультразвуковые колебания, отраженные дефектом Д с дальнейшим их переотражением кромкой пера подошвы, радиусным переходом от шейки к подошве, с последующим их отражением опорной плоскостью подошвы в сторону группы принимающих ультразвуковых преобразователей.
Способ ультразвукового контроля подошвы рельса заключается в том, что излучающим ультразвуковым преобразователем 1 с поверхности катания рельса излучают поперечные ультразвуковые колебания, которые проходят сверху вниз внутри рельса, и затем они отражаются от опорной плоскости подошвы рельса в точках 6. Угол раскрытия луча излучаемых с поверхности катания ультразвуковых колебаний обеспечивает облучение в точках 7 радиусного перехода от шейки к подошве отраженными от опорной плоскости подошвы ультразвуковыми колебаниями, которые затем, в свою очередь, с поверхности радиусного перехода рассеиваются лучами 8 по всему телу подошвы под различными углами. При наличии, например, в пере подошвы рельса дефекта Д ультразвуковые колебания лучами 9 отражаются дефектом в сторону кромки пера подошвы, затем от нее - в сторону радиусного перехода, снова в опорную плоскость подошвы и затем - в сторону группы принимающих ультразвуковых преобразователей, размещенных на поверхности катания рельса. В зависимости от удаления дефекта от оси симметрии поперечного сечения рельса отраженный луч воспринимается одним из ультразвуковых преобразователей 1÷N, с помощью которого получают отраженный сигнал, измеряют его параметры и по ним определяют наличие и локализацию дефекта в подошве рельса.
Для осуществления заявляемого способа ультразвукового контроля подошвы рельса к многоканальному дефектоскопу, имеющему N каналов, подключают однотипные наклонные ультразвуковые преобразователи, излучающие в рельс с поверхности катания поперечные ультразвуковые колебания лучом, имеющим угол раскрытия, достаточный для облучения радиусных переходов шейки в подошву отраженными от опорной плоскости подошвы сигналами. Осуществляют настройку дефектоскопа так, чтобы значения границ зон контроля всех каналов соответствовали типоразмеру рельса. Ультразвуковой преобразователь 1 используют в совмещенном режиме для излучения и приема сигналов, остальные преобразователи - только в режиме приема. Группу ультразвуковых преобразователей, конструктивно объединенную в один блок, устанавливают на предварительно покрытую контактной жидкостью поверхность катания рельса так, чтобы оси лучей преобразователей лежали в плоскости симметрии рельса. При этом контролю подвергают одновременно все тело подошвы, включая оба пера подошвы рельса. При обнаружении в любом из каналов сигнала, параметры которого соответствуют сигналу от дефекта в подошве рельса, принимают решение о его дефектности. При этом сигналы в канале ультразвукового преобразователя 1 в данном варианте исполнения могут быть использованы для обнаружения дефектов в подошве, лежащих в зонах, расположенных как в проекции шейки, так и в зонах, прилегающих к кромкам перьев подошвы. Сигналы в каналах других преобразователей (2, 3, 4, 5…N) используют для обнаружения дефектов, расположенных в других зонах подошвы - между осью симметрии поперечного сечения рельса и кромками перьев подошвы. В процессе контроля блок преобразователей перемещают по поверхности катания рельса, обеспечивая тем самым сплошной контроль подошвы рельса по всему поперечному сечению.
Таким образом, заявляемый способ ультразвукового контроля подошвы рельсов путем создания внутри рельса группы переотраженных ультразвуковых сигналов, излучаемых и принимаемых с поверхности катания рельса, с последующим их анализом позволяет не только увеличить производительность, непрерывность и достоверность контроля, но и расширить область применения, повышая качество контроля любой точки поперечного сечения подошвы рельса, включая трудноконтролируемые зоны перьев подошвы рельса, а также позволяет успешно применить этот способ в скоростных системах сплошного контроля - в автомотрисах, вагонах и других средствах контроля, способствуя дальнейшему повышению безопасности движения поездов на железных дорогах и метрополитенах.