Преимущества и недостатки ЗТМ
Основные измеряемые характеристики дефекта при контроле ЗТМ
К основным измеряемым характеристикам выявленных при зеркально-теневом методе контроля дефектов относят коэффициент выявляемости дефекта Кд и условную протяженность ΔL дефекта при заданной условной чувствительности дефектоскопа Ку. Условной протяженностью ΔL дефекта называют длину пути ПЭП над дефектом, где коэффициент выявляемости Кд меньше заданного порогового значения.
Преимущества:
· сигнализирует о нарушении акустического контакта и центровки искательной системы
Недостатки:
· не позволяет определять координаты залегания дефекта;
· чувствителен к помехам;
· не позволяет надежно обнаруживать поперечные трещины;
· приводит к пропуску дефектов, расположенных на определенной глубине (примерно до половины рельса) из-за попадания многократно отраженных сигналов от дефектов в зону строба (рисунок 73)
Рисунок 73 – Пропуск дефекта из-за попадания многократно переотраженного от дефекта и поверхности
катания эхо-сигнала в зону стробирования донного сигнала
Зеркально-теневой метод является одним из основных способов, применяемых для обнаружения дефектов в виде вертикальных расслоений в шейке и подошве рельса.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите физические основы метода ЗТМ.
2. Перечислите достоинства и недостатки метода.
3. В каких случаях может быть реализован ЗТМ?
4. Что такое коэффициент ослабления и коэффициент выявляемости?
Для измерения и эталонирования условной чувствительности зеркально-теневого дефектоскопа целесообразно применить калиброванный аттенюатор на входе приемного тракта дефектоскопа.
Особенности настройки условной чувствительности при реализации зеркально-теневого метода следующие:
· для настройки не требуется специальный образец. Достаточно поставить ПЭП на бездефектный рельс и получить донный сигнал;
· для настройки необходим калиброванный ослабитель, проградуированный в децибелах или разах (десятых долях). Амплитуда донного сигнала на бездефектном участке принимается Ио = 1, а при наличии дефекта донный сигнал может уменьшиться до 0 (0 < КУ < 1). При контроле рельсов часто устанавливают Ку = 0,2 (или Ку = 14 дБ), т. е. индикаторы дефектоскопа срабатывают, если амплитуда донного сигнала над дефектом уменьшится более чем в 5 раз;
· в процессе контроля изделия всегда можно проверить нормальное функционирование дефектоскопа и правильность его настройки кратковременным нажатием кнопки имитатора дефектов или кнопки аттенюатора;
· выявляемость дефекта тем лучше, чем больше по абсолютному значению условная чувствительность.
Экспериментальное значение DLmin, фиксируемое индикатором дефектоскопа при заданной скорости, определяется на образце рельса с моделью дефекта или с имитацией специальной радиотехнической аппаратурой сигналов от дефектов с заданным условным размером. При контроле рельсов дефектоскопными тележками при рабочей скорости примерно 4 км/ч считается достаточным уверенное обнаружение отверстий от контактных соединителей диаметром
6–10 мм.
Частота f возбуждаемых ультразвуковых колебаний в процессе контроля рельсов остается неизменной. В большинстве дефектоскопных средств для контроля рельсов в России, как указывалось выше, она составляет fо = 2,5 МГц. Допускается отклонение ±10%. Значение fо определяется не только параметрами электронного блока, но и характеристиками ПЭП, а также условиями ввода и приема ультразвуковых колебаний в СО-3Р. Поэтому при смене ПЭП всегда целесообразно измерять частоту ультразвуковых колебаний. От нее зависит ответственный параметр – длина λ ультразвуковой волны. Процесс проверки значения f требует использования специальной радиотехнической аппаратуры. В производственных условиях проверка f затруднительна и осуществляется один раз в 6 месяцев в дорожной лаборатории дефектоскопии.
Длительность зондирующего импульса τ определяет длительность эхосигнала от дефекта и влияет на реальную чувствительность дефектоскопного канала при обнаружении дефекта с диффузной поверхностью. В рельсовых дефектоскопах τ = 4–5 мкс. Чем больше τ, тем больше «мертвая» зона и хуже разрешающая способность дефектоскопа. Но при слишком коротком импульсе мощность излучаемых колебаний может оказаться слишком малой для полного прозвучивания изделия. Проверяется величина τ на специальной установке в основном в дорожной лаборатории дефектоскопии через каждые 6 месяцев.
4.10.2. Развертка типа В, В-скан (B-scan presentation, B-scan):
1. Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта
контроля, перпендикулярной поверхности ввода и параллельной плоскости
падения волны. Для оценки амплитуды эхосигналов часто связывают эту
амплитуду с яркостью или цветом изображения.
2. Представление результатов ультразвукового контроля в виде поперечного
сечения объекта контроля, перпендикулярного поверхности ввода и параллельного
направлению прозвучивания. Поперечное сечение обычно представляет собой
объединение А-сканов [10].
4.10.3. Развертка типа С, С-скан (С-scan presentation, C-scan):
1. Изображение информативных сигналов в плоскости сечения объекта
контроля, параллельной поверхности сканирования. Для оценки амплитуды
эхосигналов часто связывают эту амплитуду с яркостью или цветом изображения.
2. Представление результатов ультразвукового контроля в виде поперечного
сечения объекта контроля, параллельного поверхности сканирования [10].
Рис. 12.Развертки типа В, С, D, F.
В - развертка типа В; С - развертка типа С; D - развертка типа D; F - развертка типа
F; q - поперечное перемещение преобразователя; l - продольное перемещение
преобразователя; х - толщина стробируемой зоны
4.10.4. Развертка типа D, D-скан (D-scan presentation) - изображение
информативных сигналов в плоскости сечения объекта контроля,
перпендикулярной как к поверхности сканирования, так и к плоскости падения
волны. Обычно изображение D-скан перпендикулярно изображению В-скан [10].
4.10.5. Развертка типа Р, Р-скан (P-scan presentation) - проекция нескольких B-сканов или С-сканов [10].
Рис. 13.Развертка типа Р:
1 - вид сверху; 2 - вид спереди; 3 - вид сбоку; 4 - эхосигналы
4.10.6. Развертка типа F, F-скан (F-scan presentation) - модификация
развертки типа С. Вместо амплитуд сигналов представляются и регистрируются
другие их параметры, например центральные частоты импульсов [10].
Схема «РОМБ» для контроля головки рельса
Схема реализуется специализированным преобразователем, содержащим две пьезопластины в одном корпусе (рис. 1), причем углы ввода ультразвуковых колебании и углы разворота пьезопластин относительно продольной оси рельса выбраны традиционными, равными углам типового эхо-метода контроля головки рельса φ=34˚.
Рисунок 1
По существу преобразователь реализует одновременно две схемы «змейка», ориентированные на контроль рабочей и нерабочей граней головки рельса. Однако в отличие от известной схемы, совместная работа двух преобразователей позволяет обнаруживать поперечные трещины и в центральной части головки рельса, реализуя в этой зоне дополнительно зеркальный метод контроля.
Фиксация поперечной трещины, залегающей под горизонтальным расслоением, в данном случае производится при распространении ультразвукового луча по следующей траектории (рис. 1):
- излучение одной из пьезопластин импульса с последующим отражением от подголовочной грани;
- отражение от угла, образованного плоскостью трещины и горизонтальным расслоением;
- прием второй пьезопластиной отраженного от дефекта и переотраженного от другой подголовочной грани рельса ультразвукового импульса.
Естественно, схему можно реализовать и в совмещенном режиме, когда каждая из пьезопластин одновременно излучает и принимает упругие колебания.
По виду геометрической фигуры схемы прозвучивания, проецируемой на поверхность катания, данная схема впоследствии названа схемой «РОМБ». Прозвучивание головки рельса схемой типа «РОМБ» позволяет одновременно и достаточно надежно озвучивать рабочую и нерабочую грани эхо-методом и не пропустить трещины в центральной части головки рельса зеркальным методом.
Настройку на условную чувствительность при такой схеме достаточно производить по любой из пластин, а вторую только проверить. Однако при отборе резонатора необходимо следить, чтобы амплитуды эхо-сигналов от эталонного отверстия в стандартном образце для обеих пластин отличались не более чем на 2 - 4 дБ.
Уже первые эксперименты по использованию схемы «РОМБ» при контроле рельсов показали ряд практических досТоинств нововведения:
- сигналы от торцов рельсов фиксируются более четко, количество эхо-сигналов в 2 - 3раза больше, чем при контроле стыка только эхо-методом (схемой «змейка»);
- производится одновременный контроль рабочей и нерабочей граней головки рельса;
- схема менее критична к нарушению центровки искательной системы относительно продольной оси рельса. Это особенно важно для автоматизированных систем контроля (автомотрисы и вагоны-дефектоскопы), где регулировка искательной системы может производиться только при остановке мобильного средства, что в процессе рабочего проезда (на скоростях 40 - 60км/ч) не всегда возможно;
- одновременно с надежным контролем боковых частей головки, благодаря зеркальному переотражению ультразвуковых колебаний от плоскости трещины, производится и контроль центральной верхней части головки рельса, что позволяет обнаруживать ранее не выявляемые дефекты в этой области;
- при наличии горизонтальных расслоений протяженностью до 200 ммдве схемы «РОМБ», направленные по и против хода искательной системы, позволяют «заглянуть» под расслоение и обнаружить возможные вертикальные трещины.
Несмотря на все преимущества указанной схемы, поперечные трещины в боковых частях головки, имеющие гладкие зеркальные поверхности, могут быть пропущены.