RU2742599C1 - Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation - Google Patents
Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742599C1 RU2742599C1 RU2020100909A RU2020100909A RU2742599C1 RU 2742599 C1 RU2742599 C1 RU 2742599C1 RU 2020100909 A RU2020100909 A RU 2020100909A RU 2020100909 A RU2020100909 A RU 2020100909A RU 2742599 C1 RU2742599 C1 RU 2742599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- defects
- detecting
- searching
- mmm
- rail
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может использоваться для диагностики сварного шва рельсов бесстыкового пути.The invention relates to the field of instrumentation and can be used for diagnostics of the welded seam of continuous-welded rails.
На железнодорожных рельсах насчитывается 38 классифицированных видов дефектов. Характерно появление следующих дефектов: расслоения, трещины и выкрашивание шейки рельса, а также разлом и коррозия подошвы рельса. Наибольшее количество дефектов приходится на головку рельсов (дефекты 10.1-2; 11.1-2, …47.1, 49) в виде выкрашиваний и отслоений металла на поверхности катания, поперечных трещин и изломов, продольных трещин с расслоением головки, смятия и неравномерного износа. Классификации дефектов рельсов НДТ/ЦП-1-93.There are 38 classified types of defects on railway rails. The appearance of the following defects is characteristic: delamination, cracks and spalling of the rail neck, as well as fracture and corrosion of the rail base. The largest number of defects occurs on the rail head (defects 10.1-2; 11.1-2,… 47.1, 49) in the form of chipping and delamination of metal on the rolling surface, transverse cracks and fractures, longitudinal cracks with head delamination, crumpling and uneven wear. Classification of rail defects NDT / TsP-1-93.
Дефектоскопия рельсов осуществляется методом неразрушающего контроля и определяет:Flaw detection of rails is carried out by non-destructive testing and determines:
- нарушения однородности структуры;- violation of the homogeneity of the structure;
- однородность материала;- material homogeneity;
- места поражения коррозией;- places of damage by corrosion;
- несоответствие начальному химическому составу;- inconsistency with the initial chemical composition;
- отклонения в размере и другие дефекты.- deviations in size and other defects.
Ультразвуковая дефектоскопия рельсов и различных заготовок из металла проводится согласно требований ГОСТ 15467-79, ГОСТ 23667-85, ГОСТ 23829-85, а также других стандартов и нормативных актов.Ultrasonic flaw detection of rails and various metal blanks is carried out in accordance with the requirements of GOST 15467-79, GOST 23667-85, GOST 23829-85, as well as other standards and regulations.
Наиболее эффективным способом, позволяющим максимально достоверно определить наличие и выявить скрытые дефекты, является ультразвуковая (УЗ) дефектоскопия рельсов. Проводится она, в обязательном порядке, перед вводом рельсового полотна в эксплуатацию. Главным образом УЗ дефектоскопия рельсов направлена на контроль целостности рельсового полотна, которые нельзя обнаружить с помощью визуально-измерительного контроля (ВИК). Неразрушающий контроль рельсов представляет собой трехуровневую систему: первичный сплошной контроль - дефектоскопные автомотрисы и двухниточные съемные дефектоскопы; вторичный сплошной контроль - вагоны-дефектоскопы; средства локального контроля - переносные дефектоскопы для контроля сварных стыков, однониточные съемные дефектоскопы для контроля стрелочных переводов, выборочного контроля по показаниям дефектоскопных автомотрис и вагонов-дефектоскопов. Дефектоскопия рельсов на рельсо-сварочных поездах включает проведение входного контроля, а также пооперационного и приемочного контролен после обработки рельсов и сварных стыков. Средства первичного контроля используются в пределах дистанции пути, вторичного контроля в пределах железной дороги. Для эксплуатации дефектоскопных средств на дистанциях пути организуются участки дефектоскопии. Участок должен быть оборудован контрольным тупиком с эталонными дефектами в рельсах для проверки работоспособности дефектоскопов и обучения операторов дефектоскопных тележек. На дистанции пути выделяется также помещение для хранения, технического обслуживания и экипировки дефектоскопной автомотрисы, которая должна быть укомплектована однониточным съемным дефектоскопом и дефектоскопом для контроля сварных стыков. При контроле рельсов используют ультразвуковые колебания с частотой 2,5 МГц. При ультразвуковой дефектоскопии в зависимости от признака обнаружения дефекта в основном применяют три метода: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод. По теневому методу признак обнаружения дефекта - уменьшение интенсивности амплитуды ультразвуковой волны, прошедшей через изделие от излучающего искателя И к приемнику П. По зеркально-теневому методу признак обнаружения дефекта - уменьшение интенсивности амплитуды, отраженной от противоположной поверхности изделия: например, подошвы рельса ультразвуковой волны, излучаемой искателем И и принимаемой приемником П. Противоположную поверхность, зеркально отражающую ультразвук, называют донной поверхностью, а отраженный от нее импульс -донным импульсом. По эхо-методу признаком обнаружения дефекта является прием искателем П эхо-импульса, отраженного от данного дефекта.The most effective method for determining the presence and revealing hidden defects as reliably as possible is ultrasonic (US) flaw detection of rails. It is carried out, without fail, before putting the rail track into operation. Mainly, ultrasonic flaw detection of rails is aimed at monitoring the integrity of the railroad bed, which cannot be detected using visual measuring control (VIM). Non-destructive testing of rails is a three-level system: primary continuous testing - defectoscopic railcars and two-line removable defectoscopes; secondary continuous inspection - flaw detector cars; means of local control - portable flaw detectors for testing welded joints, single-line removable flaw detectors for controlling turnouts, selective testing according to the indications of flaw detector railcars and flaw detector cars. Defectoscopy of rails on rail-welding trains includes incoming inspection, as well as operational and acceptance inspections after processing rails and welded joints. Primary controls are used within the track distance, secondary controls are used within the railroad. For the operation of flaw detection equipment at the track distances, flaw detection sections are organized. The section should be equipped with a control dead-end with reference defects in the rails to check the performance of flaw detectors and train the operators of flaw detection trolleys. At the distance of the track, a room is also allocated for storage, maintenance and equipment of a flaw detector railcar, which must be equipped with a single-line removable flaw detector and a flaw detector for testing welded joints. When inspecting the rails, ultrasonic vibrations with a frequency of 2.5 MHz are used. In ultrasonic flaw detection, depending on the sign of defect detection, three methods are mainly used: shadow, mirror-shadow and echo method. According to the shadow method, a sign of defect detection is a decrease in the intensity of the amplitude of the ultrasonic wave transmitted through the product from the emitting seeker I to the receiver P. According to the mirror-shadow method, the sign of defect detection is a decrease in the intensity of the amplitude reflected from the opposite surface of the product: for example, the foot of an ultrasonic wave rail, emitted by the searcher I and received by the receiver P. The opposite surface, specularly reflecting ultrasound, is called the bottom surface, and the pulse reflected from it is called the bottom pulse. According to the echo method, a sign of a defect detection is the reception by the searcher P of an echo pulse reflected from this defect.
Вторым по значимости методом определения дефектов рельсов является магнитная дефектоскопия. Магнитный способ определения дефектов применяется на тех участках, где затруднена работа ультразвуковых средств контроля из-за отсутствия акустического контакта и при низких отрицательных температурах. При намагничивании рельсов в движении постоянным магнитным полем в них возникают вихревые токи и дефекты выявляются при одновременном действии двух физических факторов: изменения намагниченности магнитного потока в зоне дефекта и плотности вихревых токов, обтекающих трещину. На поверхности рельса в зоне дефекта появляется местное изменение магнитодинамического поля, которое называется магнитодинамическим полем дефекта. Дефектоскоп-вагон или автомотриса оснащен искательным устройством индукционного типа в виде одиночной катушки, реагирующей на изменение продольной составляющей магнитного поля над рельсом.The second most important method for determining rail defects is magnetic flaw detection. The magnetic method for detecting defects is used in those areas where the operation of ultrasonic control devices is difficult due to the lack of acoustic contact and at low negative temperatures. When the rails are magnetized in motion by a constant magnetic field, eddy currents arise in them and defects are detected under the simultaneous action of two physical factors: changes in the magnetization of the magnetic flux in the defect zone and the density of eddy currents flowing around the crack. A local change in the magnetodynamic field appears on the rail surface in the defect zone, which is called the magnetodynamic field of the defect. The flaw detector-car or railcar is equipped with an induction-type search device in the form of a single coil, which reacts to changes in the longitudinal component of the magnetic field above the rail.
Магнитный метод является скоростным методом дефектоскопии рельсов в пути. Максимальная рабочая скорость при существующей конструкции и параметрах дефектоскопической аппаратуры - 70 км/ч. Не выявляются дефекты в болтовых стыках в пределах металлических накладок, в шейке и подошве рельсов и в сварных стыках, за исключением сильно развитых поперечных трещин усталостного характера. Интернет ресурс: https://alfatest.ru/support/articles/vikhretokovyy-defektoskopThe magnetic method is a high-speed method for flaw detection of rails in transit. The maximum operating speed with the existing design and parameters of flaw detection equipment is 70 km / h. Defects are not detected in bolted joints within metal plates, in the neck and base of rails and in welded joints, with the exception of highly developed transverse fatigue cracks. Internet resource: https://alfatest.ru/support/articles/vikhretokovyy-defektoskop
Известен акустический способ обнаружения неисправности рельсового пути в процессе движения состава по железной дороге. Способ заключается в том, что в рельсы передают акустический сигнал и затем принимают отраженный сигнал пьезоэлектрическими преобразователями, установленными на подшипниках скольжения на валу колесной пары. Передачу и прием сигналов осуществляют попеременно. (Патент RU №2126339 по заявке 96109679 от 08.05.1996 г. МПК B61K 9/10).The known acoustic method for detecting a malfunction of a rail track during the movement of the train on the railroad. The method consists in the fact that an acoustic signal is transmitted to the rails and then the reflected signal is received by piezoelectric transducers mounted on slide bearings on the wheelset shaft. Signals are transmitted and received alternately. (Patent RU No. 2126339 on application 96109679 dated 05/08/1996, IPC B61K 9/10).
Данный способ позволяет организовать контроль в движении, однако, недостатком его является то, что он не исключает прямого физического контакта с пьезоэлектрическим приемником и требует дополнительного дорогостоящего оборудования для возбуждения ультразвука в рельсовом фрагменте.This method allows you to organize control in motion, however, its disadvantage is that it does not exclude direct physical contact with the piezoelectric receiver and requires additional expensive equipment to excite ultrasound in the rail fragment.
Известен бесконтактный способ неразрушающего контроля железнодорожных рельсов в движении, например, вихретоковый способ контроля для измерения износа боковой поверхности головки рельса. Для реализации данного способа применяется устройство, которое устанавливается в вагоне-путеизмерителе с ходовой тележкой. После установки на неподрессоренной раме ходовой тележки вагона-путеизмерителя датчиков в исходное положение и включения питания устройства генератор напряжения начинает вырабатывать высокочастотное напряжение, которое с его выхода одновременно поступает на вход датчика износа боковой поверхности головки рельса. Возникшее при этом электромагнитное поле, взаимодействует с контролируемым рельсом, создавая в приповерхностной области головки рельса вихревые токи, плотность которых зависит от геометрической формы и размеров головки рельса. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на датчик, наводя в нем пропорциональную этим токам ЭДС, в результате чего на выходах датчика появляется соответствующее выходное напряжение, величина которого позволяет судить о дефектности головки рельса. Данный способ позволяет производить контроль на любой скорости. (Патент RU №2236971 по заявке №2002118750 от 16.02.2002 г. МПК B61K 9/12).Known non-contact method of non-destructive testing of railway rails in motion, for example, eddy current control method for measuring the wear of the side surface of the rail head. To implement this method, a device is used that is installed in a track measuring car with a bogie. After the sensors are installed on the unsprung frame of the track measuring car bogie in the initial position and the device is powered on, the voltage generator begins to generate a high-frequency voltage, which from its output is simultaneously fed to the input of the rail head side surface wear sensor. The resulting electromagnetic field interacts with the controlled rail, creating eddy currents in the near-surface region of the rail head, the density of which depends on the geometric shape and dimensions of the rail head. The electromagnetic field of eddy currents acts on the sensor, inducing an EMF proportional to these currents, as a result of which a corresponding output voltage appears at the sensor outputs, the value of which makes it possible to judge the defectiveness of the rail head. This method allows control at any speed. (Patent RU No. 2236971 on application No. 2002118750 dated 16.02.2002, IPC B61K 9/12).
Недостатком способа является ограниченная способность определять дефекты в глубине рельса. Регистрируются дефекты на глубине не более 6-8 мм и имеющие размеры более одного миллиметра Преимуществами способа являются: отсутствие необходимости подносить прибор вплотную к измеряемой поверхности, достаточно высокая скорость диагностики дефектов, высокая точность получаемых данных.The disadvantage of this method is the limited ability to detect defects in the depth of the rail. Defects are registered at a depth of no more than 6-8 mm and having dimensions of more than one millimeter. The advantages of the method are: no need to bring the device close to the measured surface, a sufficiently high speed of defect diagnostics, high accuracy of the data obtained.
Известен способ комплексного контроля качества сварного шва рельсового стыка. Сущность способа заключается в том, что осуществляют проведение сплошного контроля сварных стыков ультразвуковым (УЗК) методом и выборочного контроля соблюдения заданного режима сварки путем испытания контрольных натурных образцов на статический поперечный изгиб на прессе и измерений твердости металла в сварных стыках рельсов, при этом дополнительно проводят сплошной контроль на наличие зон с мартенситной структурой металла в сварном шве, акустико-эмиссионным (АЭ) методом на стадии термообработки сварных стыков в процессе воздушно-водяного охлаждения сварного шва, одновременно контролируют температуру остывания сварного шва, и контроль, методом магнитной памяти металла (МПМ), сварных швов на головке и на перьях подошвы рельса, при этом заключение о режимах сварки рельсового стыка, параметрах термической обработки сварного стыка делают на основании анализа результатов, полученных от всех видов контроля, МПМ проводят определение зон концентрации напряжений (ЗКН) в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного шва, по собственному магнитному полю рассеяния (СМПР) путем сканирования датчиком магнитометра вдоль сварного шва поверхности головки рельса и перьев подошвы рельсов, в ЗКН определяют Hp - напряженность магнитного поля, А/м, и градиент магнитного поля рассеяния Hp (dHp/dx), где х - линия обследования в ЗКН, полученную информацию хранят как исходную, далее проводят повторную диагностику в плети в ЗКН с определением Hp и его градиента dH/dx, при прохождении по пути 50-150 млн. тонн груза, полученную информацию хранят как полученную после прохождения по пути 50-150 млн. тонн, сравнивают полученные данные с исходными данными, полученными ранее, в случае роста параметров МПМ данные определяют как максимально предрасположенные к разрушению, выявленные сварные швы подвергают дополнительному комплексному периодическому контролю, в случае устойчивого повышения параметров МПМ и при обнаружении дефекта другими методами неразрушающего контроля проводят вырезание шва. (Патент RU №2698510 по заявке 2018112986 от 10.04.2018 г. G01N 24/14). Данное техническое решение принято в качестве прототипа).The known method of integrated quality control of the weld seam of a rail joint. The essence of the method lies in the fact that carrying out continuous inspection of welded joints by the ultrasonic (UST) method and selective control of compliance with a given welding mode by testing control full-scale samples for static transverse bending on a press and measuring the metal hardness in welded joints of rails, while additionally carrying out continuous control for the presence of zones with a martensitic structure of the metal in the weld by the acoustic emission (AE) method at the stage of heat treatment of welded joints in the process of air-water cooling of the weld, simultaneously control the cooling temperature of the weld, and control by the metal magnetic memory (MMM) method , welds on the head and on the feathers of the rail foot, while the conclusion about the welding modes of the rail joint, the parameters of the heat treatment of the welded joint is made on the basis of the analysis of the results obtained from all types of control, the MMM determines the stress concentration zones (SCZ) in the heat affected zone iya (HAZ) of the weld, according to the intrinsic stray magnetic field (SMPR) by scanning the surface of the rail head and the feathers of the rail foot with a magnetometer sensor along the weld seam, Hp is determined in the SCZ - the magnetic field strength, A / m, and the gradient of the stray magnetic field Hp ( dHp / dx), where x is the line of inspection in the ZKN, the obtained information is stored as the initial one, then the repeated diagnostics is carried out in the lash in the ZKN with the determination of Hp and its gradient dH / dx, when passing 50-150 million tons of cargo along the way, the received the information is stored as obtained after passing 50-150 million tons along the path, the obtained data are compared with the initial data obtained earlier, in the case of an increase in the MMM parameters, the data is determined as the most prone to destruction, the identified welds are subjected to additional complex periodic control, in the case of stable increasing the MMM parameters and when a defect is detected by other methods of non-destructive testing, the seam is cut out. (Patent RU No. 2698510 on application 2018112986 dated April 10, 2018
Недостаток предлагаемого технического решения заключается в том, что он предполагает контроль сварных швов на предприятиях по изготовлению рельсовых плетей, и в сварных швах во вновь укладываемого бесстыкового рельсового пути. Остается множество рельсовых сварных стыков бестыкового пути, которые уложены в дорогу и требуют всестороннего контроля.The disadvantage of the proposed technical solution lies in the fact that it involves the control of welded seams at enterprises for the manufacture of rail strings, and in welded seams in a newly laid continuous-welded rail track. There remain a lot of rail welded joints of the open track, which are laid on the road and require comprehensive control.
По данным на 2015 год количество изломов рельсов находится на весьма низком уровне (не более 60 изломов в год), одним из главных источников риска для безопасности движения поездов являются случаи внезапных изломов рельсов из-за развития в них дефектов. По результатам последних статистических данных Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД» за период 2010-2015 годы наиболее проблемными являются случаи изломов рельсов в зоне сварных стыков рельсов (более 35%), из-за поперечных трещин в головке (25%), из-за трещин коррозионного происхождения в подошве рельсов по коду 69 (20%). Интернет ресурс http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2015-07a15According to data for 2015, the number of rail breaks is at a very low level (no more than 60 breaks per year), one of the main sources of risk for train traffic safety is cases of sudden rail breaks due to the development of defects in them. According to the results of the latest statistical data from the Central Directorate of Infrastructure of Russian Railways for the period 2010-2015, the most problematic are cases of rail breaks in the area of rail welded joints (more than 35%), due to transverse cracks in the head (25%), due to cracks of corrosion origin in the foot of the rails according to code 69 (20%). Internet resource http://www.eav.ru/publ1.php?publid=2015-07a15
Увеличенное количество изломов по сварке, можно объяснить ежегодным увеличением полигона бесстыковых путей (до 70% протяженности главных путей), а так же не возможностью существующих способах контроля, выявить все дефекты, в том числе скрытые дефекты сварного шва, которые проявляются в процессе эксплуатации и приводят к изломам рельсов.The increased number of welding fractures can be explained by the annual increase in the range of continuous welded tracks (up to 70% of the length of the main tracks), as well as by the impossibility of existing control methods, to identify all defects, including hidden defects in the weld, which appear during operation and lead to rail breaks.
Не каждый дефект, обнаруженный даже в головке рельсов, является потенциально опасным и требует немедленного изъятия из пути. Ряд поверхностных и подповерхностных дефектов не представляет непосредственной угрозы движению поездов. Однако под указанными повреждениями могут развиваться опасные поперечные трещины, требующие немедленного изъятия.Not every defect found even in the rail head is potentially dangerous and requires immediate removal from the track. A number of surface and subsurface defects do not pose an immediate threat to train traffic. However, dangerous transverse cracks may develop under these injuries, requiring immediate removal.
Эта задача решена и реализована способом диагностики и прибором для его осуществления. Прибор позволяет оценить размеры дефектов, в сварном шве рельсового стыка угрожающего движению поездов. Знание реальных размеров внутренних дефектов в головке позволяет оценить продолжительность возможной эксплуатации дефектного рельса для планирования сроков его замены и минимизации влияния на перевозочный процесс.This problem is solved and realized by the diagnostic method and the device for its implementation. The device allows you to estimate the size of defects in the welded seam of a rail joint that threaten the movement of trains. Knowing the real dimensions of internal defects in the head allows you to estimate the duration of the possible operation of a defective rail in order to plan the timing of its replacement and minimize the impact on the transportation process.
Известен диагностический комплекс магнитного контроля (ДКМК), представленный на сайте: http://scbist.com/scb/uploaded/21_1333478377.rar. См СЦБИСТ.Known diagnostic complex magnetic control (DCMC), presented on the site: http://scbist.com/scb/uploaded/21_1333478377.rar. See SCBIST.
Данный диагностический комплекс магнитного контроля (ДКМК) состоит из двух электронных блоков: блока контроля вихретоковым методом ЭМИТ-1М, с датчиком вихретокового контроля (ДВК) и блока контроля по методу магнитной памяти металла ИКНМ-2ФП, с датчиком магнитной памяти метала (МПМ), блоков питания, контрольного плоского образца. ДКМК предназначен для контроля плоских контрольных элементов установленных на последних моделях устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС) и не позволяет проводить контроль цилиндрических контрольных элементов УКСПС. Второй недостаток заключается в недостаточной чувствительности датчиков. Это обусловлено большими потерями «рабочего сигнала» снимаемого с датчика, при передаче его в электронный блок. Значительное время проведения диагностики одного элемента.This diagnostic magnetic control complex (DCMK) consists of two electronic units: an EMIT-1M eddy current control unit, with an eddy current control sensor (DVK) and a metal magnetic memory control unit IKNM-2FP, with a metal magnetic memory sensor (MMM), power supplies, control flat sample. DCMK is designed to control flat control elements installed on the latest models of rolling stock derailment control devices (UKSPS) and does not allow control of cylindrical control elements of UKSPS. The second drawback is the insufficient sensitivity of the sensors. This is due to the large losses of the "working signal" taken from the sensor when it is transmitted to the electronic unit. Significant time for diagnosing one element.
Известен прибор для диагностики контрольных элементов устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС), включающим электронный блок обнаружения и поиска дефектов на основе метода магнитной памяти металла (МПМ) с феррозондовым преобразователем (ФЗП), электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом с вихретоковым преобразователем (ВТП) при, этом прибор дополнительно имеет электронный блок регистрации, и обработки в состав которого входят корпус, источник питания, клавиатура, дисплей, энергонезависимая флеш-память, часы реального времени, микроконтроллер, интерфейс связи с блоками обнаружения и поиска дефектов и передачи данных в ПК, и щипцы изготовленные из немагнитного материала, а электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП, и закреплен на одной из губок щипцов, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов для возбуждения катушки ФЗП, фильтр, для выделения второй гармоники сигнала с катушки ФЗП, устройство выборки и хранения, вход которого подключен к выходу фильтра, формирователь импульсов который синхронизирует с генератором синусоидальных сигналов устройство выборки и хранения, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя и оптопара курвиметра, а к выходу вход интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки, а электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП и закреплен на одной из губок щипцов, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов, сигнал которого возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора ВТП, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора, фазовый детектор, определяющий разность фаз, вход которого соединен с усилителями сигналов поступающих с измерительной и опорной обмоток трансформатора, а выход с входом аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя, а к выходу вход интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки. Кроме этого, время непрерывной работы прибора, без подзарядки блока питания, составляет не менее 8 часов, клавиатура имеет как минимум клавиши цифр 0-9 и десятичную точку, 4 стрелки, клавиши ввод, отмена, вкл/выкл, дисплей имеет разрешение не менее 64×32 точек, и позволяет отображать 4 строки по 10 символов и пиктограммы, энергонезависимая флэш-память блока регистрации и обработки не менее 4 Мбайт, передача данных между блоками обнаружения и поиска дефектов и блоком регистрации и обработки происходит по интерфейсу RS-485 по двум независимым каналам, передача данных в ПК происходит по интерфейсу USB2.0, щипцы обеспечивают усилие прижатия на контрольном элементе УКСПС не менее 10Н, щипцы позволяют перемещать их по предполагаемой зоне разрушения, сохраняя при этом постоянным контакт между блоками обнаружения и поиска дефектов и контрольным элементом УКСПС, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП закреплены на одной губке щипцов электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП закреплены на разных щипцах, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП имеют светодиодную индикацию превышения пороговых значений, микроконтроллер блока обнаружения и поиска дефектов методом МПМ сохраняет калибровочные данные в своей энергонезависимой памяти, микроконтроллер блока обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом сохраняет калибровочные данные в своей энергонезависимой памяти, при диагностировании контрольного элемента, блоком обнаружения и поиска дефектов методом МПМ фиксируют напряженность магнитного поля на элементах цилиндрической формы не менее (4*104-5*104) А/м2, а на элементах плоской формы не менее (12*104-13*104) А/м2, при диагностировании контрольного элемента, блоком обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, фиксируют наличие микротрещин с раскрытием не менее 0,05 мм. (Патент на полезную модель №143884 по заявке 2014111087 от 25.03.2014 г. МПК B61D 49/09)/A known device for diagnosing control elements of a rolling stock defect control device (UKSPS), including an electronic unit for detecting and searching for defects based on the metal magnetic memory method (MMM) with a fluxgate converter (FZP), an electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method with an eddy current converter ( ECP), while the device additionally has an electronic registration unit, and processing, which includes a housing, a power supply, a keyboard, a display, a non-volatile flash memory, a real-time clock, a microcontroller, an interface for communication with units for detecting and searching for defects and transmitting data to PC, and forceps made of non-magnetic material, and the electronic unit for detecting and searching for defects by the MMM method, is placed in a common metal shielding case with a FZP, and is fixed on one of the jaws of the forceps, uses the power supply of the registration and processing unit as a power source, contains a generator sinusoidal signal c for excitation of the FZP coil, a filter for extracting the second harmonic of the signal from the FZP coil, a sampling and storage device, the input of which is connected to the filter output, a pulse shaper that synchronizes with the generator of sinusoidal signals a sampling and storage device, the output of which is connected to the analog-digital input converter, the microcontroller to the input of which the output of the analog-to-digital converter and the optocoupler of the curvimeter is connected, and to the output of the communication interface input for data transmission to the registration and processing unit, and the electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method, is located in a common metal shielding case with ECP and is fixed on one of the tongs jaws, uses the power supply of the recording and processing unit as a power source, contains a sinusoidal signal generator, the signal of which excites the middle winding of the three-winding ECP transformer, which in turn excites the measuring and reference windings of the transformer, a phase detector that determines the phase difference, the input of which is connected to the amplifiers of signals coming from the measuring and reference windings of the transformer, and the output to the input of the analog-to-digital converter, a microcontroller to the input of which the output of the analog-to-digital converter is connected, and to the output the input of the communication interface for transmission data to the registration and processing unit. In addition, the time of continuous operation of the device, without recharging the power supply, is at least 8 hours, the keyboard has at least keys for numbers 0-9 and a decimal point, 4 arrows, keys enter, cancel, on / off, the display has a resolution of at least 64 × 32 dots, and allows displaying 4 lines of 10 characters and icons each, non-volatile flash memory of the registration and processing unit at least 4 MB, data transfer between the defect detection and search units and the registration and processing unit occurs via the RS-485 interface via two independent channels, data is transferred to the PC via the USB2.0 interface, the forceps provide a pressing force on the UKSPS control element of at least 10N, the pliers allow you to move them along the alleged destruction zone, while maintaining constant contact between the units for detecting and searching for defects and the UKPSS control element, an electronic unit for detecting and searching for defects by the MMM method, located in a single building with a FZP and an electronic unit for detecting and searching defects by the eddy current method, placed in a single housing with an ECP, an electronic unit for detecting and searching for defects by the MMM method, placed in a single housing with a FZP, and an electronic unit for detecting and searching for defects by an eddy current method, located in a single body with an ECP, are fixed on different forceps , an electronic unit for detecting and searching for defects by the MMM method, located in a single housing with a FZP and an electronic unit for detecting and searching for defects by an eddy current method, located in a single housing with an ECP have LED indication of exceeding the threshold values, the microcontroller of the unit for detecting and searching for defects using the MMM method stores calibration data in its nonvolatile memory, the microcontroller of the unit for detecting and searching for defects by the eddy current method stores the calibration data in its nonvolatile memory, when diagnosing the control element, the unit for detecting and searching for defects using the MMM method fixes the magnetic field strength on the element max cylindrical shape not less (4 * 10 4 -5 * 10 4 ) A / m 2 , and on flat elements not less than (12 * 10 4 -13 * 10 4 ) A / m 2 , when diagnosing a control element, a block detecting and searching for defects by the eddy current method, the presence of microcracks with an opening of at least 0.05 mm is recorded. (Patent for utility model No. 143884 upon application 2014111087 dated March 25, 2014, IPC B61D 49/09) /
Недостаток данного технического решения заключается в невозможности его использование для обнаружения и анализа дефектов сварного шва на рельсах бесстыкового пути. Этот недостаток обусловлен отсутствием щупов со встроенными, в одном корпусе блоком обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, с ФЗП и электронного блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, с ВТП предназначенных для работы на криволинейных поверхностях.The disadvantage of this technical solution lies in the impossibility of its use for the detection and analysis of weld defects on the rails of a continuous welded track. This disadvantage is due to the lack of probes with built-in, in one case, a unit for detecting and searching for defects by the MMM method, with a FZP and an electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method, with an ECP designed to work on curved surfaces.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы бесстыкового рельсового пути.The objective of the proposed technical solution is to improve the reliability of the continuous welded rail track.
Расширение области применения прибора для диагностики контрольных элементов УКСПС, достигается за счет использования щипцов, которые позволяют подвижно закрепить датчик на контрольном элементе, практически, любой формы, а не только на элементах имеющих цилиндрическую и прямоугольную геометрическую форму.Expansion of the field of application of the device for diagnostics of UKSPS control elements is achieved through the use of forceps, which allow the sensor to be movably fixed on the control element, practically of any shape, and not only on elements with a cylindrical and rectangular geometric shape.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в выявлении дефектов образовавшихся в зоне возможного разрушения сварного шва рельсового стыка, уложенного в путь, возможности контроля развития данных дефектов до размеров предшествующих разрушению рельса, оценки возможной продолжительности эксплуатации дефектного рельса.In the process of solving the problem, the technical result is achieved, which consists in identifying defects formed in the zone of possible destruction of the welded seam of a rail joint laid in the track, the possibility of monitoring the development of these defects to the size preceding the destruction of the rail, and assessing the possible duration of operation of a defective rail.
Технический результат, достигаемый в процессе решение поставленной задачи достигается способом комплексной диагностики сварных швов бесстыкового пути, заключающийся в проведении регулярного сплошного контроля сварных швов с поверхности головки рельса методом магнитной памяти металла (МПМ), и контроля сварных швов с поверхности головки рельса методом вихретокового (МВТ) контроля, МПМ определяют максимально допустимую концентрации напряжений (КН) по собственному магнитному полю рассеяния (СМПР), путем сканирования датчиком магнитометра вдоль поверхности головки рельса, определяют Hp - напряженность магнитного поля, А/м, и градиент магнитного поля рассеяния dHp/dx, где х - линия обследования в зоне выявленного дефекта, напряженность магнитного поля Hp определяют с погрешностью Δх=5 А/м в диапазоне (2*10-3) - (2*103) А/м, МВТ контроля фиксируют дефекты типа микротрещин с раскрытием не менее 0,05 мм, при установлении в зоне контроля устойчивого повышения параметров МПМ, последующий контроль обнаруженных микротрещин и их развитие проводят МВТ контроля, проводят оценку возможной продолжительности эксплуатации дефектного рельса с учетом параметров аналогичного дефекта, полученного на контрольных образцах и контролируемого дополнительно другими методами неразрушающего и разрушающего контроля, планируют сроки замены дефектного сварного шва при минимизации влияния на перевозочный процесс. Кроме этого, параметры выявленного дефекта, для оценки возможной продолжительности эксплуатации дефектного рельса, оценивают на основе анализа параметров полученных методом МПМ, ультразвукового контроля (УЗК) и поперечного изгиба на прессе, при разрушении натурных контрольных образцов. Прибором для комплексной диагностики сварных швов бесстыкового пути, состоящего из электронный блок обнаружения и поиска дефектов на основе метода магнитной памяти металла (МПМ) с феррозондовым преобразователем (ФЗП), электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом с вихретоковым преобразователем (ВТП), при этом, устройство дополнительно имеет электронный блок регистрации, и обработки в состав которого входят корпус, источник питания, клавиатура, дисплей, энергонезависимая флеш-память, часы реального времени, микроконтроллер, интерфейс связи с блоками обнаружения и поиска дефектов и передачи данных в ПК, и щуп с курвиметром, изготовленный из немагнитного материала, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП, и закреплен щюпе, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов для возбуждения катушки ФЗП, фильтр, для выделения второй гармоники сигнала с катушки ФЗП, устройство выборки и хранения, вход которого подключен к выходу фильтра, формирователь импульсов который синхронизирует с генератором синусоидальных сигналов устройство выборки и хранения, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя и оптопара курвиметра, а к выходу вход интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки, электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП и закреплен на щупе, в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов, сигналы которого возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора ВТП, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора, фазовый детектор, определяющий разность фаз, вход которого соединен с усилителями сигналов поступающих с измерительной и опорной обмоток трансформатора, а выход с входом аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя, а к выходу вход интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки, щупы снабжены сменными защитными колпачками, выполненными из материала с высокой стойкостью к истиранию и малым коэффициентом трения, толщиной не более 0,8 мм, что позволяет перемещать их по предполагаемой зоне исследования, сохраняя постоянный контакт между блоками обнаружения и поиска дефектов и контролируемой поверхностью. Кроме этого, время непрерывной работы прибора, без подзарядки блока питания, составляет не менее 8 часов, клавиатура имеет как минимум клавиши цифр 0-9 и десятичную точку, 4 стрелки, клавиши ввод, отмена, вкл/выкл, дисплей имеет разрешение не менее 64×32 точек, и позволяет отображать 4 строки по 10 символов и пиктограммы, энергонезависимая флэш-память блока регистрации и обработки не менее 4 Мбайт, передача данных между блоками обнаружения и поиска дефектов и блоком регистрации и обработки происходит по интерфейсу RS-485 по двум независимым каналам, передача данных в ПК происходит по интерфейсу USB2.0, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП закреплены на одном щупе, электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ, размещенный в едином корпусе с ФЗП и электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенный в едином корпусе с ВТП имеют светодиодную индикацию превышения пороговых значений, микроконтроллер блока обнаружения и поиска дефектов методом МПМ сохраняет калибровочные данные в своей энергонезависимой памяти, микроконтроллер блока обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом сохраняет калибровочные данные в своей энергонезависимой памяти.The technical result achieved in the process of solving the problem is achieved by the method of complex diagnostics of welded joints of a continuous path, which consists in carrying out regular continuous inspection of welded seams from the surface of the rail head by the method of magnetic memory of metal (MMM), and inspection of welds from the surface of the rail head by the method of eddy current (MVT ) control, MMM determine the maximum allowable stress concentration (KN) by the intrinsic stray magnetic field (SMPR), by scanning the magnetometer sensor along the rail head surface, determine Hp - magnetic field strength, A / m, and the stray magnetic field gradient dHp / dx, where x is the line of inspection in the area of the detected defect, the magnetic field strength Hp is determined with an error of Δ x = 5 A / m in the range (2 * 10 -3 ) - (2 * 10 3 ) A / m, MVT control fixes defects such as microcracks with an opening of at least 0.05 mm, when a stable increase in the MMM parameters is established in the control zone, the subsequent The control of the detected microcracks and their development is carried out by MW control, an assessment of the possible duration of operation of a defective rail is carried out, taking into account the parameters of a similar defect obtained on control samples and additionally controlled by other methods of non-destructive and destructive testing, the timing of replacing a defective weld is planned while minimizing the impact on the transportation process. In addition, the parameters of the detected defect, in order to assess the possible duration of operation of the defective rail, are estimated based on the analysis of the parameters obtained by the MMM method, ultrasonic testing (UST) and transverse bending on the press, upon destruction of full-scale control samples. A device for complex diagnostics of welded seams of a continuous path, consisting of an electronic unit for detecting and searching for defects based on the metal magnetic memory method (MMM) with a fluxgate converter (FZP), an electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method with an eddy current converter (ECP), while , the device additionally has an electronic registration and processing unit, which includes a housing, a power supply, a keyboard, a display, a non-volatile flash memory, a real-time clock, a microcontroller, an interface for communication with units for detecting and searching for defects and transferring data to a PC, and a probe with a curvimeter made of a non-magnetic material, an electronic unit for detecting and searching for defects by the MMM method, placed in a common metal shielding case with a FZP, and fixed to a probe, uses the power supply of the registration and processing unit as a power source, contains a sinusoidal signal generator for exciting the FZP coil , filter, d To isolate the second harmonic of the signal from the FZP coil, a sampling and storage device, the input of which is connected to the output of the filter, a pulse shaper that synchronizes with the generator of sinusoidal signals, a sampling and storage device, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, the microcontroller to the input of which the output is connected an analog-to-digital converter and an optocoupler of the curvimeter, and to the output the input of the communication interface for transmitting data to the registration and processing unit, the electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method, is placed in a common metal shielding case with an ECP and fixed on the probe, uses as a power source the power supply of the registration and processing unit contains a sinusoidal signal generator, the signals of which excite the middle winding of the three-winding ECP transformer, which in turn excites the measuring and reference windings of the transformer, a phase detector that determines the phase difference, the input of which o is connected to amplifiers of signals coming from the measuring and reference windings of the transformer, and the output to the input of the analog-to-digital converter, the microcontroller, to the input of which the output of the analog-to-digital converter is connected, and to the output of the communication interface input for transferring data to the registration and processing unit, probes equipped with replaceable protective caps made of a material with high abrasion resistance and low coefficient of friction, no more than 0.8 mm thick, which allows them to be moved around the proposed study area, while maintaining constant contact between the units for detecting and searching for defects and the controlled surface. In addition, the time of continuous operation of the device, without recharging the power supply, is at least 8 hours, the keyboard has at least keys for numbers 0-9 and a decimal point, 4 arrows, keys enter, cancel, on / off, the display has a resolution of at least 64 × 32 dots, and allows displaying 4 lines of 10 characters and icons each, non-volatile flash memory of the registration and processing unit at least 4 MB, data transfer between the defect detection and search units and the registration and processing unit occurs via the RS-485 interface via two independent channels, data transfer to the PC occurs via the USB2.0 interface, an electronic unit for detecting and searching for defects by the MMM method, located in a single housing with a FZP and an electronic unit for detecting and searching for defects by an eddy current method, located in a single housing with an ECP are fixed on one probe, an electronic a unit for detecting and searching for defects by the MMM method, located in a single housing with a FZP and an electronic unit for detecting and searching for defects by the eddy current method m, placed in a single housing with an ECP have LED indication of exceeding the threshold values, the microcontroller of the unit for detecting and searching for defects using the MMM method saves the calibration data in its non-volatile memory, the microcontroller of the unit for detecting and searching for defects using the eddy-current method stores the calibration data in its non-volatile memory.
В отличие от других методов исследования, таких как УЗК, ВТМ, метод МПМ направлен на определение структурных дефектов, вызванных недопустимыми внутренними напряжениями. Метод основан наUnlike other research methods, such as ultrasonic inspection, HTM, the MMM method is aimed at determining structural defects caused by unacceptable internal stresses. The method is based on
использовании эффекта возникновения высокой намагниченности металла в зонах больших деформаций металла элементов конструкций, обусловленных действием рабочих нагрузок, при этом никакого источника искусственного, намагничивания нет. Такой контроль, по мнению авторов, при диагностике сварных швов рельсовых стыков должен быть первоочередным по отношению к другим методам неразрушающего контроля. Проведенные авторами исследования механизмов разрушения контрольных образцов, полученных в условия многоцикловых нагрузок, анологичным нагрузкам, которым подвергается рельс при прохождении железнодорожного состава, (см. фиг. 1) позволили выявить основной механизм разрушения контрольных образцов. Контрольные образцы, подверженные постоянному воздействию переменным механическим усилиям, разрушаются вследствие - усталости материала. Установлено, в зоне предполагаемого разрушения контрольного образца, через некоторое время, при воздействии переменных сил и вибрации, на поверхности появляются микротрещины. До появления (зарождения) микротрещин, внутренние напряжения в зоне предполагаемого разрушения растут до определенной величины, после чего зарождаются микротрещины. Появление микротрещин приводит к частичной релаксации внутренних напряжений, параметр Hp - напряженность магнитного поля падает, так как механические напряжения снизились с появлением микротрещины. При дальнейшем механическом воздействии на образец, дефекты продолжают развиваться (увеличивается ширина устья микротрещины и глубина ее проникновения в тело образца) приводя контрольный элемент к разрушению. Но прежде чем произойти такому явлению, как зарождение микротрещины и выход ее на поверхность, в материале происходят структурные изменения, которые приводят к появлению значительных механических напряжений в локальных объемах. Данные явления происходят не мгновенно, а растянуты во времени, поэтому время работы контрольного образца, до его разрушения можно, условно, разбить на несколько периодов. В первый период идет накопление механических внутренних напряжений в материале контрольного образца с образованием локальных объемов с высокими механическими напряжениями. Во втором периоде появляются внутренние микротрещины и выход их на поверхность в контролируемой зоне контрольного образца. В третьем периоде продолжается появление новых и развитие ранее появившихся микротрещин до критических размеров и разрушения контрольного образца. Каждая стадия характеризуется появлением дефектов определенного вида, которые можно диагностировать, используя различные методы. В данном случае, исследования проводили с использование предлагаемого устройства.the use of the effect of the emergence of high magnetization of the metal in the zones of large metal deformations of structural elements caused by the action of working loads, while there is no source of artificial magnetization. Such control, in the opinion of the authors, in diagnostics of welded joints of rail joints should be of primary importance in relation to other methods of non-destructive testing. The authors' studies of the mechanisms of destruction of control samples obtained under high-cycle loads, similar loads to which the rail is subjected to the passage of a train, (see Fig. 1) allowed us to identify the main mechanism of destruction of control samples. Control specimens exposed to constant varying mechanical stresses are destroyed due to - material fatigue. It was found that in the zone of the supposed destruction of the control sample, after a while, under the influence of variable forces and vibration, microcracks appear on the surface. Before the appearance (initiation) of microcracks, the internal stresses in the zone of the supposed destruction grow to a certain value, after which microcracks arise. The appearance of microcracks leads to a partial relaxation of internal stresses, the parameter Hp - the magnetic field strength decreases, since the mechanical stresses decreased with the appearance of microcracks. With further mechanical action on the sample, defects continue to develop (the width of the mouth of the microcrack and the depth of its penetration into the sample body increase), leading the control element to destruction. But before such a phenomenon as the initiation of a microcrack and its emergence to the surface occurs, structural changes occur in the material, which lead to the appearance of significant mechanical stresses in local volumes. These phenomena do not occur instantly, but are stretched in time, therefore, the operating time of the control sample, before its destruction, can be conventionally divided into several periods. In the first period, there is an accumulation of mechanical internal stresses in the material of the control sample with the formation of local volumes with high mechanical stresses. In the second period, internal microcracks appear and their emergence on the surface in the controlled area of the control sample. In the third period, the emergence of new and the development of previously appeared microcracks to critical sizes and destruction of the control sample continues. Each stage is characterized by the appearance of defects of a certain type, which can be diagnosed using various methods. In this case, the research was carried out using the proposed device.
Экспериментально установлено при разрушении контрольных образцов, дефекты, в виде локальных зон с высокой концентрацией напряжений, с появлением микротрещин появляются, если магнитная напряженность собственных магнитных полей рассеяния Нр достигает значений в пределах 1*102 - 2*102 А/м.It was experimentally established during the destruction of control samples, defects in the form of local zones with a high concentration of stresses, with the appearance of microcracks, appear if the magnetic strength of the intrinsic magnetic fields of stray H p reaches values within 1 * 10 2 - 2 * 10 2 A / m.
Выход микротрещин на поверхность, скорость подрастания, увеличение количества микротрещин, оценивали по электромагнитному полю наводимому вихревыми токами. Метод вихретокового контроля заключается в анализе изменении параметров взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем контрольном объекте этим полем. В качестве источника электромагнитного поля используется индуктивная катушка, которая встроена в вихретоковый преобразователь. Ток, в катушке вихретокового преобразователя, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в исследуемом контролируемом объекте. При наличии микротрещин в контролируемом элементе более 0,05 мм, электромагнитное поле вихревых токов изменяется и соответственно меняется и воздействие на катушку преобразователя и наводящаяся в ней электродвижущая сила. Сигнал с вихретокового датчика (преобразователя) анализируется и по полученным данным делается вывод о наличии или отсутствии трещины в объекте контроля. Связь между величиной напряженности электромагнитного поля и величиной дефекта (микротрещины) устанавливали опытным путем. Контроль разрушаемого контрольного элемента проводили по поверхности специализированным вихретоковым преобразователем, позволяющий определить микротрещину в разрушаемом образце с раскрытием более 0,05 мм.The emergence of microcracks on the surface, the rate of growth, an increase in the number of microcracks, were estimated by the electromagnetic field induced by eddy currents. The eddy current control method consists in analyzing the change in the parameters of the interaction of an external electromagnetic field with the electromagnetic field of eddy currents induced by a driving coil in an electrically conductive control object by this field. An inductive coil is used as a source of the electromagnetic field, which is built into the eddy-current transducer. The current in the coil of the eddy-current transducer creates an electromagnetic field that excites eddy currents in the investigated controlled object. In the presence of microcracks in the controlled element more than 0.05 mm, the electromagnetic field of eddy currents changes and, accordingly, the effect on the transducer coil and the electromotive force induced in it changes. The signal from the eddy current sensor (transducer) is analyzed and, based on the data obtained, a conclusion is made about the presence or absence of a crack in the test object. The relationship between the magnitude of the electromagnetic field strength and the magnitude of the defect (microcrack) was established empirically. The control of the destructible control element was carried out on the surface with a specialized eddy current transducer, which makes it possible to determine a microcrack in a destructible sample with an opening of more than 0.05 mm.
Остаточный ресурс оценивали по параметрам, полученным со всего периметра предполагаемой зоны разрушения контрольного элемента. Закрепление блока обнаружения и поиска дефектов на основе метода МПМ размещенного в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП и блока обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом, размещенного в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП на щупах позволяют обеспечивать при перемещении по зоне предполагаемого разрушения одинаковое усилия прижатия на всех контрольных элементах, это позволяет минимизировать диапазон разброса получаемых значений напряженности магнитного поля. А так как датчик и электронный блок выполнены на одной плате и непосредственно находятся в зоне контакта с контрольным элементом, то снимаемый «рабочий» сигнал не теряется при передаче от ФЗП и ВТП к электронному блоку. Кроме этого использование в приборе аналого-цифровых преобразователей, микроконтроллера и цифрового интерфейса связи для передачи данных в блок регистрации и обработки позволяет исключить влияние помех вызванных взаимовлиянием сигналов в кабельных соединениях, электромагнитными помехами, непостоянной паразитной емкостью в кабельных соединениях. Возможность диагностировать всю зону по периметру, позволяет выявить все возможные очаги напряжений и оценку ресурса работоспособности проводить по максимальным значениям напряжения магнитного поля. Выявленные дефекты в виде микротрещин, или их отсутствие, в совокупности с полученными параметрам напряженности магнитного поля диагностируемой зоны контрольного элемента, и сравнение их с данными более раннего обследования, которые хранятся в энергонезависимой флэш-памяти блока регистрации и обработки, по разработанной программе позволяют определить остаточный ресурс работоспособности рельсового стыка и при необходимости заменить дефектный образец, исключив ложное срабатывания.The residual life was assessed by the parameters obtained from the entire perimeter of the supposed destruction zone of the control element. Fastening the unit for detecting and searching for defects based on the MMM method located in a common metal shielding case with FZP and a unit for detecting and searching for defects by the eddy current method, placed in a common metal shielding case with ECP on the probes allow to ensure the same pressing force when moving along the zone of the alleged destruction control elements, this allows you to minimize the range of scatter of the obtained values of the magnetic field strength. And since the sensor and the electronic unit are made on the same board and are directly in the contact area with the control element, the removed "working" signal is not lost during transmission from the FZP and ECP to the electronic unit. In addition, the use of analog-to-digital converters, a microcontroller and a digital communication interface in the device for transmitting data to the recording and processing unit allows eliminating the influence of interference caused by the mutual influence of signals in cable connections, electromagnetic interference, and variable parasitic capacitance in cable connections. The ability to diagnose the entire area around the perimeter allows you to identify all possible stress centers and evaluate the service life based on the maximum values of the magnetic field voltage. The detected defects in the form of microcracks, or their absence, in conjunction with the obtained parameters of the magnetic field strength of the diagnosed zone of the control element, and their comparison with the data of an earlier examination, which are stored in the non-volatile flash memory of the registration and processing unit, according to the developed program, make it possible to determine the residual service life of the rail joint and, if necessary, replace the defective sample, eliminating false triggering.
Расширение области применения прибора для достигается за счет использования щупов, которые позволяют подвижно закрепить датчик на контрольном элементе, практически, любой формы и размеров.Expansion of the field of application of the device is achieved through the use of probes, which allow the sensor to be movably fixed to the control element, practically of any shape and size.
После набора определенной статистики результатов диагностики при разрушении контрольных образцов рельсов, предлагаемый прибор, позволяет выявить наличие скрытых дефектов в исходном состоянии контрольного сварного шва, когда образование дефекта происходит в процессе изготовления (сваривания) рельсов или наличия скрытого дефекта в сварном шве уложенного в путь сварных рельсов а также определить максимальную величину дефекта, когда эксплуатация железнодорожного пути становится не безопасным.After collecting certain statistics of the diagnostic results during the destruction of control samples of rails, the proposed device allows you to reveal the presence of hidden defects in the initial state of the control weld, when the formation of a defect occurs during the manufacture (welding) of rails or the presence of a hidden defect in the welded seam of welded rails laid in the track and also to determine the maximum defect size when the operation of the railway track becomes unsafe.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана схема действующих сил при движении железнодорожного колеса по рельсу, приводящих к разрушению в результате усталостных явлений, на фиг. 2 показана схема комплексного обследования сварного шва рельсового стык, на фиг. 3 показаны диаграммы параметров контроля сварного шва не имеющего дефект, на фиг. 4 показаны диаграммы параметров контроля сварного шва имеющего дефект, на фиг. 5 показана схема электрическая структурная прибора для диагностики сварных швов, на фиг. 6, показан общий вид прибора для диагностики сварных швов рельсов.The invention is illustrated in the drawings, where FIG. 1 shows a diagram of the acting forces during the movement of a railway wheel along a rail, leading to destruction as a result of fatigue phenomena; FIG. 2 shows a diagram of a comprehensive examination of a rail joint weld; Fig. 3 shows diagrams of parameters of control of a welded seam without a defect; Fig. 4 shows diagrams of parameters for testing a welded seam with a defect; FIG. 5 shows a diagram of an electrical structural device for diagnostics of welded seams; FIG. 6 shows a general view of the device for diagnostics of rail welds.
Прибор для диагностики сварных швов рельсового стыка состоит из электронного блок регистрации и обработки 1 в состав которого входят энергонезависимая флэш-память 1.1, часы реального времени 1.2, дисплей 1.3, клавиатур 1.4, и микроконтроллер 1.5, интерфейс связи 1.6 и 1.7, блок расположен в жестком корпусе (на фиг. не показан) с элементом питания (на фиг. не показаны). Электронный блок обнаружения и поиска дефектов методом МПМ 2, размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ФЗП, и закреплен на щупе (на фиг. не показан), в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки на (фиг. не показан), содержит генератор синусоидальных сигналов 2.2 для возбуждения катушки ФЗП 2.1, фильтр 2.3, для выделения второй гармоники сигнала с катушки ФЗП 2.1, устройство выборки и хранения 2.4, вход которого подключен к выходу фильтра 2.3, формирователь импульсов 2.5 который синхронизирует с генератором синусоидальных сигналов устройство выборки и хранения 2.4 выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 2.6, микроконтроллер 2.7 к входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя 2.6 и оптопара курвиметра 2.8, а к выходу вход интерфейса связи 2.9 для передачи данных в блок регистрации и обработки 1. Электронный блок обнаружения и поиска дефектов вихретоковым методом 3, размещен в общем металлическом экранирующем корпусе с ВТП 3.1 и закреплен на щупе (на фиг. не показан), в качестве источника питания использует источник питания блока регистрации и обработки, содержит генератор синусоидальных сигналов 3.2, сигнал которого возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора ВТП 3.1, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора, фазовый детектор 3.3, определяющий разность фаз, усилитель сигналов 3.4 поступающих с измерительной обмотки и усилитель сигналов 3.5 поступающих с опорной обмоток трансформатора, аналого-цифровой преобразователя 3.6, микроконтроллер 3.7, интерфейс связи 3.8 для передачи данных в блок регистрации и обработки. Щупы изготовлены из немагнитного материала, позволяют перемещать датчики по предполагаемой зоне разрушения, сохраняя при этом постоянным контакт между датчиком и рельсом.The device for diagnostics of welded seams of a rail joint consists of an electronic recording and
Способ с помощью прибора реализуется следующим образом.The method using the device is implemented as follows.
С помощью клавиатуры 1.4 оператор вводит величину браковочных признаков (градиент напряженности магнитного поля и условную глубину трещины), а также другую необходимую служебную информацию (текущие время и дата, примечание), контролируя свои действия с помощью дисплея 1.3. Заносимая информация сохраняется в энергонезависимой флэш-памяти 1.1.Using the keyboard 1.4, the operator enters the value of the rejection signs (gradient of the magnetic field strength and the conditional depth of the crack), as well as other necessary service information (current time and date, note), controlling his actions using the display 1.3. The entered information is stored in non-volatile flash memory 1.1.
Щуп размещаются на предполагаемой зоне разрушения сварного шва перемещается вдоль параллельной оси рельса захватывая все зоны сварного шва, сохраняя, при этом постоянным контакт между блоками обнаружения и поиска дефектов 2 и 3, и рельсом.The probe is placed on the expected fracture zone of the weld, moves along the rail parallel to the axis of the rail, capturing all the zones of the weld, while maintaining constant contact between the units for detecting and searching for
Генератор синусоидального сигнала 3.2 возбуждает среднюю обмотку трехобмоточного трансформатора 15, которая в свою очередь возбуждает измерительную и опорную обмотки трансформатора 15. Через усилитель измерительный канала 3.4 и усилитель опорного канал 3.5 сигналы с соответствующих обмоток поступают на фазовый детектор 3.3, сигнал с которого поступает на аналого-цифровой преобразователь 3.6 а от туда на микроконтроллер 3.7, который фиксирует разность фаз сигналов с измерительной и опорной обмоток трансформатора 3.1. В интерфейсе связи 3.8 данные о разности фаз преобразуются по протоколу обмена с блоком регистрации и обработки 1 и передаются на блок интерфейса 1.7 блок регистрации и обработки, в котором производится преобразование данных по протоколу обмена с микроконтроллером 1.5. Микроконтроллер 1.5 преобразует данные о разности фаз в условную глубину трещины, сравнивает полученные значения с браковочными значениями, хранящимися во флэш-памяти 1.1 и выводит результаты на дисплей 1.3. В случаи превышения пороговых значений срабатывает светодиодная индикация, что говорит о наличии в зоне испытания микротрещины, сварной шов считается опасным дальнейшему исследованию подвергается другими методами. Генератор синусоидального тока 2.2 возбуждает катушку ФЗП 2.1, вторая гармоника сигнала с которого выделяется фильтром 2.3 и поступает в устройство выборки-хранения 2.4, которое синхронизировано с генератором синусоидального тока 2.2 посредством формирователя импульсов 2.5. Величина выделяемой второй гармоники зависит от напряженности внешнего магнитного поля, таким образом, зная эту величину, можно определить напряженность внешнего магнитного поля. С устройства выборки-хранения 2.4 сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь 2.6 откуда цифровой сигнал попадает на вход микроконтроллера 2.7, который фиксирует величину второй гармоники и передает ее в интерфейса связи 2.9. Одновременно с этим с оптопары курвиметра 2.8 поступают сигналы о перемещении ФЗП 2.1. В интерфейсе связи 2.9 сигналы о перемещении ФЗП 2.1 и величине второй гармоники преобразуются по протоколу обмена и передаются на интерфейс связи 1.7 блока регистрации, и обработки 1, в котором производится преобразование данных по протоколу связи с микроконтроллером 1.5. Микроконтроллер 1.5 преобразует данные о величине второй гармоники в величину напряженности внешнего магнитного поля и, используя информацию о перемещении ФЗП, вычисляет величину градиента напряженности внешнего магнитного поля. После сравнения полученных значений с браковочными значениями, хранящимися во флэш-памяти 1.1, полученные данные выводятся на дисплей 1.3. В случаи превышения пороговых значений срабатывает светодиодная индикация, что говорит о наличии в зоне испытания микротрещины, шов считается дефектным и дальнейшие исследовании проводятся другими методами.The sinusoidal signal generator 3.2 excites the middle winding of the three-winding
Прибор предназначен для контроля сварных швов рельсов при производстве в заводских условиях (на РСП), а также для периодической плановой проверки состояния сварных швов бесстыкового пути в процессе эксплуатации.The device is designed for inspection of rail welds during production at the factory (at the RSP), as well as for periodic scheduled inspection of the condition of welded seams of a continuous welded track during operation.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020100909A RU2742599C1 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020100909A RU2742599C1 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742599C1 true RU2742599C1 (en) | 2021-02-08 |
Family
ID=74554670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020100909A RU2742599C1 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742599C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113418984A (en) * | 2021-08-05 | 2021-09-21 | 重庆大学 | Become oar bearing high strength steel crack detecting system |
| CN113720910A (en) * | 2021-08-25 | 2021-11-30 | 深圳市比一比网络科技有限公司 | Steel rail defect intelligent detection method and system based on ultrasonic signals |
| CN114441617A (en) * | 2022-01-13 | 2022-05-06 | 天津大学 | Ganglioside GD2 mobile detection device based on plasma modified electrode |
| CN116698961A (en) * | 2023-06-25 | 2023-09-05 | 中建二局安装工程有限公司 | Weld joint internal damage detection method and system based on metal magnetic memory method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4144766A (en) * | 1977-05-02 | 1979-03-20 | The Babcock & Wilcox Company | Apparatus for the in-situ detection and location of flaws in welds |
| JPS6243565A (en) * | 1985-08-21 | 1987-02-25 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Real time monitoring of welding defect |
| SU1629837A1 (en) * | 1989-03-20 | 1991-02-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта | Method of quality control of welded rail joints |
| RU2102740C1 (en) * | 1994-05-26 | 1998-01-20 | Научно-производственное предприятие "АЭ-системы" | Method of complex quality inspection of welds |
| RU2528586C2 (en) * | 2012-08-21 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Acoustic emission control over rail weld quality and device to this end |
| RU2698510C1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные технологии" (ООО "ИнфоТех") | Method of integrated control of rail joint weld quality |
-
2020
- 2020-01-14 RU RU2020100909A patent/RU2742599C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4144766A (en) * | 1977-05-02 | 1979-03-20 | The Babcock & Wilcox Company | Apparatus for the in-situ detection and location of flaws in welds |
| JPS6243565A (en) * | 1985-08-21 | 1987-02-25 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Real time monitoring of welding defect |
| SU1629837A1 (en) * | 1989-03-20 | 1991-02-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта | Method of quality control of welded rail joints |
| RU2102740C1 (en) * | 1994-05-26 | 1998-01-20 | Научно-производственное предприятие "АЭ-системы" | Method of complex quality inspection of welds |
| RU2528586C2 (en) * | 2012-08-21 | 2014-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Acoustic emission control over rail weld quality and device to this end |
| RU2698510C1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-08-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Информационные технологии" (ООО "ИнфоТех") | Method of integrated control of rail joint weld quality |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113418984A (en) * | 2021-08-05 | 2021-09-21 | 重庆大学 | Become oar bearing high strength steel crack detecting system |
| CN113720910A (en) * | 2021-08-25 | 2021-11-30 | 深圳市比一比网络科技有限公司 | Steel rail defect intelligent detection method and system based on ultrasonic signals |
| CN113720910B (en) * | 2021-08-25 | 2024-01-02 | 深圳市比一比网络科技有限公司 | Intelligent rail defect detection method and system based on ultrasonic signals |
| CN114441617A (en) * | 2022-01-13 | 2022-05-06 | 天津大学 | Ganglioside GD2 mobile detection device based on plasma modified electrode |
| CN116698961A (en) * | 2023-06-25 | 2023-09-05 | 中建二局安装工程有限公司 | Weld joint internal damage detection method and system based on metal magnetic memory method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2742599C1 (en) | Method for comprehensive diagnostics of welded seams of butless rails and device for its implementation | |
| Pohl et al. | NDT techniques for railroad wheel and gauge corner inspection | |
| Kumar et al. | Recent trends in industrial and other engineering applications of non destructive testing: a review | |
| US20200400542A1 (en) | Evaluating Railway Ties | |
| Li et al. | Rail inspection meets big data: Methods and trends | |
| Mićić et al. | Inspection of RCF rail defects–Review of NDT methods | |
| US20130276539A1 (en) | Method for non-destructive condition assessment and structural monitoring of concrete railroad ties in track | |
| Rizzo | Sensing solutions for assessing and monitoring railroad tracks | |
| RU2586090C1 (en) | Method for magnetic inspection of weld joints of rails | |
| Rudlin et al. | New methods of rail axle inspection and assessment | |
| Kappes et al. | Non-destructive testing of wheel-sets as a contribution to safety of rail traffic | |
| Vallely | A holistic approach to remote condition monitoring for the accurate evaluation of railway infrastructure and rolling stock | |
| Hoelzl et al. | Weld condition monitoring using expert informed extreme value analysis | |
| Ramzan et al. | Railroads surface crack detection using active thermography | |
| RU2652511C1 (en) | Method of micro cracks on the rail head rolling surface ultrasonic detection | |
| Papaelias et al. | Detection and quantification of rail contact fatigue cracks in rails using ACFM technology | |
| Fadaeifard et al. | Rail inspection technique employing advanced nondestructive testing and Structural Health Monitoring (SHM) approaches—A review | |
| RU2184373C1 (en) | Noninvasive method for controlling products | |
| Han et al. | Development of novel rail non-destructive inspection technologies | |
| Li | Rail crack monitoring using acoustic emission technique | |
| RU2642687C1 (en) | Method of complex rail diagnostics | |
| Alahakoon et al. | Use of laser ultrasonics for rail flaw detection—an insight into preliminary experiments | |
| Kappatos et al. | Safe Rail Transport via Nondestructive Testing Inspection of Rails and Communications-Based Train Control Systems | |
| RU2703802C1 (en) | Method for determination of distances between rail-track sleepers | |
| RU2764571C1 (en) | Ultrasonic method for detecting and evaluating rail welded joints in high-speed inspection |