Современные средства ультразвукового контроля.

Введение

Неразрушающий контроль - наиболее эффективное, а в ряде случаев - единственно возможное средство предотвращения чрезвычайных ситуаций из-за излома рельсов, причиной которых являются их внешние и внутренние дефекты. Поэтому создание эффективной системы неразрушающего контроля рельсов и эксплуатации средств рельсовой дефектоскопии - задача, значимость которой в последнее десятилетие возросла многократно, и с годами будет только расти. В 1992-м году на железных дорогах страны неразрушающим контролем рельсов в пути было занято свыше 18 тысяч специалистов.
В эксплуатации находилось свыше 4000 съемных ультразвуковых дефектоскопов для сплошного контроля рельсов в пути, около 2000 переносных дефектоскопов, более 50 магнитных вагонов-дефектоскопов и 9 опытных образцов ультразвуковых вагонов-дефектоскопов с регистрацией результатов контроля на термическую бумагу и даже на кинопленку.
Весь рельсовый путь проверялся в среднем четыре раза в месяц. Например, в 1992 году было обнаружено около остродефектных рельсов, что составило 99,2 % от всех потенциально опасных дефектов, выявленных в рельсах. При этом число допущенных изломов в рельсах по дефектам в них составило 522 штук, из них 120 (23 %) - по дефектам, пропущенным операторами.
Столь высокая надежность выявления дефектов достигалась не за счет высокого качества работы средств дефектоскопии, а лишь за счет избыточной частоты проверок рельсов: до 48 раз в год и выше на любом одном и том же участке пути.
В настоящее время возникла необходимость повысить надежность обнаружения потенциально опасных дефектов средствами неразрушающего контроля за один проход, что, в свою очередь, позволит значительно сократить частоту проверок рельсов, численность операторов, а, соответственно, и затрат на контроль.
Современные средства ультразвукового контроля
В последние годы в связи с развитием микропроцессорной и цифровой техники, в практике ультразвукового контроля все чаще применяются микропроцессорные дефектоскопы и системы автоматизированного контроля. Они имеют ряд преимуществ перед аналоговыми дефектоскопами: широкие метрологические и функциональные возможности, высокую степень адаптации к конкретным условиям контроля, долговременное хранение и документирование результатов контроля.
Встроенный микропроцессор позволяет осуществлять первичную статистическую обработку результатов, сохранять информацию о режимах и результатах контроля, документировать ее, обмениваться информацией с ЭВМ более высокого уровня.
По принципам построения все приборы и автоматизированные системы можно разделить на три группы. К приборам первой группы можно отнести дефектоскопы со встроенным микропроцессорным блоком. Они компактны, имеют высокие потребительские свойства, удобны в обращении, с широкими функциональными возможностями.
Применение таких приборов наиболее эффективно при массовом контроле в экологически чистых производствах. Однако данные контроля представляются в виде изображений А-типа.Введение

дополнительных алгоритмов обработки данных, их модификация связаны с определенными трудностями, что ограничивает возможности приборов.
Расширить возможности таких приборов позволяет разработка специализированных электронных блоков, которые совместно с необходимым программным обеспечением превращают компьютер стандартной конфигурации в ультразвуковой дефектоскоп

.
Эти приборы представляют собой автоматизированные системы с получением изображения внутреннего объема контролируемого изделия. Эта группа объединяет системы, в которых компьютер используется как основная часть единого блока прибора.
В таких системах обычно применяются сканеры с точным позиционированием преобразователя, что дает возможность представлять результаты контроля не только в виде изображений А-типа, но также типов В и С.
Использование достаточно мощных компьютеров представляет большую возможность для предварительной обработки данных, таких как различные виды цифровой фильтрации, когерентной обработки данных.
Они весьма эффективны для выполнения задач классификации, так как снабжены богатым арсеналом методов и средств контроля. Но контроль в экологически вредных условиях, например, в условиях радиационного фона с их помощью затруднен. Применение сложных, многоканальных алгоритмов сбора и обработки данных, требующих более мощных и производительных компьютеров, так же ограничивает возможности таких систем.
Этих недостатков лишены приборы третьей группы, в которых компьютер подключается к аппаратуре, которая осуществляет активное зондирование изделий и сбор данных о рассеянном акустическом поле.
По такому принципу построены приборы, осуществляющие контроль изделий в экологически неблагоприятных условиях, при осуществлении высокоэффективного многопараметрового контроля.
Способы построения данных приборов допускают создание широкой номенклатуры средств неразрушающего контроля, которые бы охватывали самые различные задачи контроля и имели очень большие возможности для адаптации к конкретным условиям контроля без существенного изменения аппаратной части. Рассмотрим некоторые виды современных дефектоскопов.
Дефектоскоп УЗД-НИИМ-6М предназначен для сплошного ультразвукового контроля эхо-импульсным и зеркально-теневым методами обеих нитей железнодорожного пути.

Рисунок 1.2.2 – Ультразвуковая установка УЗД-НИИМ-6М
Предназначен для замены эксплуатируемого на сети дорог дефектоскопа типа ПОИСК, по сравнению с которым обладает следующими преимуществами:
повышена чувствительность эхометода и улучшена ее стабильность в интервале рабочих температур;
улучшена выявляемость дефектов вида 53 и 69;
введена нормированная регулировка усиления приемников;
введена возможность определения коэффициентов выявляемости дефектов как в эхо-, так и в зеркально-теневом методе;
уменьшена погрешность измерения координат дефектов;
повышены производительность и достоверность контроля за счет увеличения числа независимых каналов и применения специальных программ настройки режимов контроля.

Рисунок 1.2.3 – Ультразвуковая двухниточная установка для контроля рельсов УДС2- РДМ-2
В электронный блок дефектоскопа вмонтирован интерфейс с разъёмом для подключения регистратора результатов контроля типа УР-3Р Одним из дефектоскопов обладающих рядом преимуществ является АВИКОН-01, который отличается от аналогичных дефектоскопов:
– применением трех методов контроля: эхо, зеркального и зеркально-теневого;
– возможностью одновременного контроля рабочей и нерабочей граней головки рельса;
– принципиально новой схемой прозвучивания с 6-ю (в том числе специализированными для контроля болтовых стыков рельсов и для контроля головки рельса) преобразователями ультразвуковых колебаний для контроля каждой рельсовой нити;
– возможностью сплошного контроля рельсов по одному из двух подготовленных вариантов настройки;
– гарантией обнаружения дефектов, не выявляемых эксплуатируемыми дефектоскопами при сплошном контроле рельсов, а именно:
– сильно развитых поперечных трещин с зеркальной поверхностью в головке рельса (коды дефектов 20.1-2 и 21.1-2);
– трещин от болтовых отверстий (код дефекта 53.1-2) на ранней стадии;
– продольных горизонтальных трещин (коды дефектов З0Г.2, 52.2 и 55), если в своем развитии они не достигли оси рельса;
– продольных горизонтальных трещин (код дефекта 55), расположенных посередине высоты рельса;
– коррозионных поперечных трещин в подошве (код дефекта 69);
– специальными каналами для ручного контроля сварных стыков и отдельных сечений рельсов;

Рисунок 1.2.4 –Ультразвуковая двухниточная установка для контроля рельсов АВИКОН01
По своим эргономическим и функциональным возможностям дефектоскоп АВИКОН 01 на тот период времени превзошел все известные двухниточные дефектоскопы для контроля рельсов, в том числе наиболее совершенный из них - американский дефектоскоп SYS-10 (фирма Pandrol Jacksons Technologies)