Методы выявления дефектов рельсов

Язык труда и переводы:
УДК:
620.18
Дата публикации:
19 мая 2022, 12:11
Категория:
Контроль и диагностика деталей и оборудования в машиностроении
Аннотация:
Рассмотрены дефекты рельсов и перспективные методы их выявления. Дефекты в рельсах могут возникнуть как при изготовлении прокатного передела (неметаллические включения, окалины, неоднородность материала и т. д.), так и во время эксплуатации (контакт колеса с рельсом приводит к механическому абразивному износу, взаимодействие с окружающей средой приводит к возникновению коррозии, рельс повержен усталостному разрушению и т. д.). Статистика показывает, что существует множество дефектов рельс, как внутренних, так и внешних. В связи с этим существует необходимость комплексного анализа дефектов не только при помощи стандартных методов рассмотренных в данной работе, но и с использованием перспективно развивающихся: электронной микроскопией и шумами Баркгаузена.
Ключевые слова:
методы контроля, дефекты, дефектоскопия, рельсы
Основной текст труда

Введение

Рельсы предназначены для направления движения составов железнодорожного транспорта. Они должны обладать такими свойствами как прочность, долговечность, износоустойчивость, износостойкость, также должны принимать ударную-динамическую нагрузку [1]. Поэтому необходимо осуществлять контроль дефектов, которые могут оказать влияние на длительность эксплуатации и безопасность.

Дефекты в рельсах могут возникнуть как при изготовлении прокатного передела, так и во время эксплуатации. Обнаружение дефектов рельсов на железных дорогах является одним из важных методов обеспечения безопасного движения поездов. В настоящее время для повышения срока службы изделий применяют и внедряют передовые технология контроля и анализа технологических параметров.  В работе рассмотрены различные методы выявления дефектов.

Методы

Рассмотрим методы выявления дефектов неразрущающим контролем:

Ультразвуковой контроль. Ультразвуковая дефектоскопия [2, 3] широко используется на протяжении нескольких десятилетий. Принцип данного контроля заключается в том, что колебания с высокой частотой (на ультразвуковых частотах) могут проникать в изделия, при наличии дефектов волна распространяется с отклонениями, которые фиксируются на экране дефектоскопа. Данным методом можно оценить размер, а иногда и характеристики дефекта, выявить очаги коррозии, определить неоднородность структуры материала, также оценить качество сварных соединений.

Существуют различные виды ультразвукового контроля:

  • эхо-импульсный – самый популярный метод;
  • теневой;
  • зеркально-теневой;
  • эхо-зеркальный.

Магнитный метод. Метод утечки магнитного потока является современным методом и используется для оценки состояния рельсов, и выявления дефектов [4]. Система намагничивания создает магнитный поток в испытуемом объекте, который возникает на его поверхности в местах, где в материале присутствуют внутренние неоднородности. Основываясь на характере изменений магнитного поля вблизи поверхности тестируемого объекта, можно судить о наличии дефекта и оценивать его характеристики.

Шумы Баркгаузена. Метод эффекта Баркгаузена является одним из перспективных методов и используется для оценки качества не только после сварки рельсов, но и во время эксплуатации железнодорожных путей [3]. 

К разрушающим методам по ГОСТ Р 51685–2013 [1] относят:

Оптическая микроскопия. При данном методе используется оптический микроскоп, с помощью которого контролируется микроструктура материала, глубина обезуглероженного слоя, загрязнения оксидными включениями.

Контроль твердости. Твердость должна соответствовать требованиям ГОСТ [1]. Определяется с помощью приборов Бринелля.  

Однако в ГОСТ Р 51685–2013 многие нормы устарели. И необходимо определять качество рельсов с учетом межпластинчатого расстояния, что невозможно при описанных в ГОСТ методиках. Необходимо использование современных технологий, например метод электронной микроскопии [4], которая позволяет получать увеличение до 1 000 000 раз,  исследовать микроструктуру тела вплоть до атомно-молекулярного уровня.

Безаварийная эксплуатация железнодорожного пути невозможна без постоянного совершенствования технологий производства рельс, новых методик диагностики дефектов и комплексных инструментов дефектоскопии рельсов. Это требует проведения дополнительных исследований, и внедрение организационных мер для поэтапного ввода современных технологий дефектоскопии в железнодорожном транспорте. При контроле качества при аттестации рельсов на предприятии, во время их эксплуатации, необходимо применять как стандартные (ультразвук, магнитный) методы, так и инновационные (эл. микроскопия и шумы Баркгаузена) [5–8] методы контроля дефектов.

Заключение

Статистика показывает, что существует множество дефектов рельс, как внутренних, так и внешних. В связи с этим существует необходимость комплексного анализа дефектов не только при помощи стандартных методов рассмотренных в данной работе, но и с использованием перспективно развивающихся: электронной микроскопией и шумами Баркгаузена. 

 

Литература
  1. ГОСТ Р 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. Москва, Стандартинформ, 2014.
  2. Balanovsky A.E., Shtaiger M.G., Kondratev V.V., Karlina A.I., Govorcov A.S. Comparative analysis of structural state of welded joints rails using method of Barkhausen effect and ultrasound. Journal of physics: conference series, Saint-Petersburg, 17–19 июля 2018 г. Saint-Petersburg, Institute of Physics Publishing, 2018, pp. 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1118/1/012006
  3. Cannon D., Edel K.-O., Grassie S., Sawley K. Rail defects: An overview. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2003, vol. 26, pp. 865–886. https://doi.org/10.1046/j.1460-2695.2003.00693.x
  4. Antipov A.G., Markov A.A. Detectability of Rail Defects by Magnetic Flux Leakage Method. Russ J Nondestruct Test, vol. 55, pp. 277–285. https://doi.org/10.1134/S1061830919040028
  5. Shtayger M.G., Balanovsky A.E., Kondratev V.V., Kargapoltsev S.K., Karlina A.I., Shtayger M.G., Guseva E.A., Kuznetsov B.O. Application of scanning electronic microscopy for metallography of welded joints of rails. Advances in Engineering Research: Proceedings of the International Conference "Aviamechanical engineering and transport". Irkutsk, 21–26 мая 2018 г. Irkutsk, Atlantis Press, 2018, pp. 360–364.
  6. Konstantinova M.V., Balanovskiy A.E., Gozbenko V.E., Kargapoltsev S.K., Karlina A.I., Shtayger M.G., Guseva E.A., Kuznetsov B.O. Application of plasma surface quenching to reduce rail side wear. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk, 2019, pp. 012146. https://doi.org/10.1088/1757-899X/560/1/012146
  7. Guseva E.A., Kargapoltsev S.K., Balanovskiy A.E., Karlina A.I., Shtayger M.G., Gozbenko V.E., Konstantinova M.V., Sivtsov A.V. Comparative evaluation of corrosion resistance of wheel and rail steels in various media. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk, 12–14 декабря 2018 г. Novosibirsk, Institute of Physics Publishing, 2019, p. 012181. https://doi.org/10.1088/1757-899X/560/1/012181
  8. Kolosov A.D., Gozbenko V.E., Shtayger M.G., Kargapoltsev S.K., Balanovskiy A.E., Karlina A.I., Sivtsov A.V., Nebogin S.A. Comparative evaluation of austenite grain in high-strength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Novosibirsk, 12–14 декабря 2018 г. Novosibirsk, Institute of Physics Publishing, 2019, p. 012185. https://doi.org/10.1088/1757-899X/560/1/012185
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.