Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Устройства автоматизированной диагностики





Устройства автоматизированной диагностики

Состояния пути и стрелочных переводов

Дефектоскопические методы контроля пути

Неразрушающий контроль, выявляющий дефекты типа несплошностей и структурных неоднородностей, называют дефек­тоскопией. Существуют различные физические методы неразрушаю­щего контроля, базирующиеся на проникающих полях и веществах. Эти методы разделены на десять основ­ных видов, каждому из них и соответствующим средствам неразрушающего конт­роля присущи определенные параметры. Параметры, обусловливающие достоверность результатов контроля, составляют группу основных параметров. Варианты метода отличаются значениями основных па­раметров. В общем случае для дефектоскопии объектов могут быть применены различные методы контроля и их варианты.

Совокупность вариантов одного или различных методов, используемых по определенной программе для оценки качества конкретного объекта контроля, образует систему неразрушающего контроля. При этом важно достичь оптимального соотношения эффективности систем контроля, обеспечивающих максимально возможный полезный ре­зультат, при возможно минимальных затратах на систему. Одним из эффективных средств контроля за состоянием рельс и стрелочных переводов являются дефектоскопы, которые позволяют обнаруживать дефекты при эксплуатации. Принцип действия дефектоскопов основан на использовании магнитных и ультразвуковых методов.

 

Физические основы магнитных методов дефектоскопии

Скрытые дефекты в стальных железнодорожных рельсах обнаруживаются магнитными и электромагнитными методами. Для этого рельсы намагничивают электромагни­том или постоянным магнитом. Характер намагниченности рельсовых нитей, как и методы обнаружения внутренних дефектов, отличаются при разных скоростях перемещения намагничивающего поля. Для большей надежности выявления дефек­тов в рельсах один и тот же участок пути периодически контролируют при двух скоростях перемещения магнитного поля относительно рельса: 4 – 5 и 60 – 70 км/ч. Поэтому каждый из них может классифицироваться как метод, имеющий самостоятельное значение.

В случае перемещения магнитного поля относительно рельса со ско­ростью 4 – 5 км/ч условия намагничивания рельсов близки к статическим. Над головкой рельса с внутренним поперечным дефектом возникает местное магнитное поле – поле рассеяния дефекта.

Метод, основан­ный на индикации поля рассеяния дефекта при статическом намагничи­вании рельсов в пути, называется магнитным.

Перемещение магнитного поля относительно рельсов со скоростью 60 – 70 км/ч вызывает появление в них замкнутых контуров вихревых токов. Поэтому наличие дефекта приводит не только к местному изме­нению намагниченности рельса, но и к местному изменению в нем контуров вихревых токов и их плотности. При совместном действии этих факторов в зоне дефекта над поверхностью рельса возникает местное изменение поля – магнитодинамическое поле дефекта.

Ме­тод дефектоскопирования рельсов в пути, основанный на индикации магнитодинамического поля, называется магнитодинамическим.

Принцип работы электромагнитного дефектоскопа для обнаружения дефектов (например, волосовин или закатов с недопустимыми размерами) основан на вихретоковом методе, при котором анализируется изменение параметров возбуждающей системы, находящейся в переменном магнитном поле при помещении ее вблизи дефекта рельса.

Магнитный метод

В основу маг­нитного метода обнаружения дефектов положено явление возникновения собственного магнитногополя дефектной области Н д, предварительно намагни­ченной детали, имеющей нормальный уровень намагниченности Н о. Над головкой продольно намагниченного рельса с внутренней попереч­ной трещиной усталости возникает поле рассеяния дефекта. Собственное поле дефекта, пропорциональное намаг­ниченности вещества внутри дефекта, возникаетза счёт магнит­ной поляризации боковых поверхностейдефекта. Дефект (трещины, полости и т.п.) представляется в форме сжатого эллип­соида, расположенного в безграничной магнитной среде. Графически это представлено на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Схема поляризации стенок дефекта и линии поля

 

В среде, где действует внешнее однородное магнитное поле Но, направленное вдоль главной оси эллипсоида, дефект добавляет собствен­ное поле, поэтому его называют полем дефекта и обозначают Нд.

В действительных условиях магнитное поле сильно сжатой поперечной трещины усталости сильно влияет на формирование поля над ра­бочей поверхностью головки продольно намагниченного рельса.

Наряду с магнитными зарядами, возникающими на боковых поверх­ностях дефекта, возможно появление магнитных зарядов в среде, окружа­ющей дефект. Эти магнитные заряды называют объемными. Появлению объемных магнитных зарядов способствует также неоднородная намагни­ченность среды, находящейся в зоне дефекта.

При реализации этого метода используются различные способы намагничивания проверяемых деталей и приемы индикации поля Н д. Дефектоскопирование магнитным методом выполняется в приложенном магнитном поле. Опыт показал, что в поле с напряженностью, вполне доступной в практических условиях, уровень магнитных полей от внутренних трещин усталости средних размеров значительно выше уровня мешающих полей.Лишь при таком соотношенииуровней полей над головкой намагничен­ного рельса можно рассчитывать на приемлемую чувствительность маг­нитного метода к внутренним трещи­нам усталости в головке рельса. Что же касается направления приложен­ного поля, то для более четкого обна­ружения поперечных трещин рельсы должны намагничиваться в продоль­ном направлении.

Рельсы в пути проверяют этими дефектоскопами, не нарушая движения поездов (не занимают перегон, а в случае прохождения поезда дефекто­скоп снимают с рельсов). Дефектоскоп для намагничивания рельсов имеет постоянные магниты. Между полюсами магнитов в головке рельсов раз­лич-ных типов создается продольное поле со средней напряженностью 8 – 10 А/см. Измерение уровня сосредоточенного поля Но, созданного предварительным намагничиванием, выявляют искателями. Простейший иска­тель представляет собой многовитковую катушку с сердечником или без него. Если такая катушка с намагничивающим устройством дефектоскопа перемещается над рабочей поверхностью головки рельса, то на участке с полем Н д на ее зажимах появится импульс электродвижущей силы. В практике широкое распространение получили искатели, в которых магниточувствительным элементом служат феррозонды.

Феррозондом называется устройство, чувствительное к внешним магнитным полям, постоянным или медленно изменяющимся. Действие феррозондов основано на использовании нелинейного характера процесса намагничивания сердечника при взаимодействии в нем двух магнитных полей – внешнего измеряемого (постоянного) и некоторого вспомогатель­ного (переменного). Существует несколько разновидностей феррозондов. Рельсы дефектоскопируют наиболее простым типом феррозонда с одним прямым сердечником и одной обмоткой, которая одновременно служит для возбуждения вспомогательного переменного поля и измерения ЭДС на выходе феррозонда.

Магнитодинамический метод

Этот метод используется для скоростного дефектоскопировапия рель­сов, лежащих в пути. Постоянное магнитное поле перемещается относи­тельно рельса со скоростью 60 – 70 км/ч. Оно возбуждается П-образными электромагнитами – по одному на каждую рельсовую нить пути. Намаг­ничивающие обмотки электромагнитов подключены к источнику постоян­ного тока. Между полюсами движущегося электромагнита и рабочей по­верхностью рельса есть воздушные зазоры 8 – 10 мм. Полюсные магнит­ные потоки (рис. 10.4) частично рассеиваются, а в рельсе разветвляются на две части – межполюсную и заполюсную.

 

 

Рис. 10.4. Схема разделения магнитного потока в рельсе на две части –

межполюсную и заполюсную

 

Для обнаружения дефектов в рельсах используется межполюсной магнитный поток, составляющий примерно 60 % общего магнитного потока электро­магнита. Характерные свойства магнитодинамического метода, в основном, обусловлены особенностью намагничивания рельсов в дви­жущемся поле электромагнита. Магнитный поток, возникающий в рельсе в зоне влияния одного из полюсов движущегося электро­магнита, возрастает, а в зоне влияния другого полюса убывает.

Этот непрерывный процесс перемагничивания рельса полем движущегося электромагнита связан с явлением гистерезиса и образованием вихревых токов. Дефект в виде поперечной трещины в головке рельса служит пре­пятствием для продольной составляющей вихревых токов. Трещины изменяют контуры замкнутых вихревых токов и уменьшают их плотность. В зоне дефекта это приводит к изменению магнитного поля вихревых токов внутри головки рельса и над ее поверхностью. Местное изменение поля вихревых токов над рабочей поверхностью головки рельса представляет собой вихретоковую составляющую магнитодинамического поля дефекта. При низких скоростях движения, когда интенсивность наводимых в рельсе вихревых токов невелика, определяющее значение в формировании магнитодинамического поля дефектов имеет фактор намагниченности. С увеличением скорости движения растет интенсивность наводимых в рель­сах вихревых токов, повышается их роль в формировании магнитодинамических полей дефектов, что сказывается на их значении и форме.

 

Вихретоковый метод

Обнаружение дефектов в металлических деталях вихретоковым мето­дом базируется на законе электромагнитной индукции. Рассматривая вихретоковый ме­тод, следует иметь ввиду, что переменное поле, даже при относительно небольшой частоте, проникает только в поверхностный слой детали. По закону электромагнитной индукции в поверхностном слое металлавозникнут вихревые токи, замкнутые контуры их охватывают линии переменного магнитного поля. Вихревые токи, как и всякие электрические токи, создают свое магнитное поле, которое, в отличие от поля катушки, вторично. По правилу Ленца вторичное переменное поле в каждый момент времени противоположно первичному, то есть противо­действует ему.

Взаимодействие поля вихревых токов (вторичного поля) с полем ка­тушки (первичное) изменяет ее электрические параметры. Увеличиваются потери энергии на нагревание детали вихревыми токами и возрастает ак­тивное сопротивление катушки. В зависимости от материала (магнитный или немагнитный), в котором возбуждаются вихревые токи, возрастает или уменьшается индуктивное сопротивление катушки. Следовательно, уровень вих­ревых токов в контролируемой детали косвенным образом может быть установлен по изменению электрических параметров намагничивающей катушки.

Трещина или другой дефект, нарушающие сплошности поверхностного слоя металла, – препятствие для вихревых токов (рис. 10.5). Оно оказывает действие, аналогичное резкому уменьшению электрической про­водимости металла, что отражается на электрических параметрах намаг­ничивающей катушки.

Рис. 10.5. Распределение вихревых токов в контролируемом изделии

а – на участке без дефектов; б – на участке с поперечной трещиной

 

Изменение электрических параметров намагничивающей катушки зави­сит от электрической проводимости и магнитной проницаемости ме­талла, над который устанавливается катушка, от частоты намагничиваю­щего тока, толщины слоя металла под катушкой. Чем больше электри­ческая проводимость металла и частота тока, тем в большей степени изменяются параметры катушки. Вместе с этим, чем больше частота тока и электрическая проводимость металла, тем меньше глубина проникновения вихревых токов.

Так как контролируется только слой металла, прилегающий к поверхности детали, то для обнаружения трещин с минимальной глубиной залегания используют достаточно большую час­тоту для того, чтобы глубина проникания вихревых токов не превышала долей миллиметра. Недостаток метода при накладной намагничивающей катушке – большая чувствительность к изменению расстояния между ка­тушкой и поверхностью детали. Поэтому наличие промежуточных слоев (окисные пленки, защитные покрытия и др.), неровности на поверхности испытуемой детали существенно изменяет электрические параметры на­магничивающей катушки. Среди других известных схем практическую ценность для дефектоскопирования токовихревым методом представляет схема с двумя катушка­ми — намагничивающей и измерительной. Катушки жестко связаны и в целом представляют устройство, напоминающее обычную катушку нак­ладного типа. На поверхности метал­лической детали, при установке на ней такого устройства, возникают вихревые токи. Витки намагничиваю­щей катушки охватывают результирующий поток, вызванный взаимодей­ствием намагничивающего поля и поля вихревых токов. Система, состоящая из двух катушек, как и мостовая, позволяет дефектоскопировать на основании значения и фазы ЭДС в измерительной катушке. Опыт показал, что при контроле изделий из ферромагнитных материалов токовихревыми системами накладного типа могут возникать помехи, снижающие надежность выявления недопустимых дефектов. По­мехи наблюдаются, главным образом, в местах, где нарушена структура металла, например из-за обезуглероженности или наклепа. То и другое приводит к заметным изменениям электрических и ферромагнитных свойств металла. Применительно к контролю изделий из ферромагнитных металлов более надежный способ отстройки от помех, вызванных структурнойнеоднородностью материала, – использование особенностей, возникающих в результате воздействия трещины на распределение вихревых токов в металле. Целесообразно в связи с особенностями вихретокового поля в зоне трещины применять токовихревую систему, вытянутую вдоль трещины. Измерительная катушка системы, ориентированная на вертикальную сос­тавляющую поля, должна быть встроена в сердечник намагничивающей катушки и иметь небольшие размеры в поперечном к трещине направ­лении.

Магнитодинамические поля дефекта определяют искателем. В условиях перемещения электромагнита относительно рельса в качестве искателя может служить многовитковая катушка без магнитного сердечника. Ка­тушку устанавливают в полюсном пространстве электромагнита и вместе с ним перемещают над рабочей поверхностью головки рельса.

Дефектоскоп РДМ-1

Работа дефектоскопа основана на ультразвуковом методе с возможностью контроля одной рельсовой нити. Одновременная работа двух каналов, контролирующих головку рельса наклонными преобразователями, реализующих эхо-метод, и канала, контролирующего шейку рельса раздельно-совмещенным преобразователем, реализующим зеркально-теневой метод, удобная конструкция прибора, позволяют выполнять эффективный и высокопроизводительный контроль одной нити пути. Получение нужной информации обеспечивается при температуре окружающего воздуха от – 30 °С до + 50 °С.

Подготовленный оператор может выявлять дефекты следующих видов дефектов рельс по классификатору НТД/ЦП-1-93: 20.1-2; 21.1-2; 24.1-2; 25.1-2; 26.3; 27.1-2; ЗОВ.1-2; ЗОГ.1-2; 38.1; 50.1-2; 52.1-2; 53.1-2; 56.3; 60.1-2; 66.3; 69.1-2; 70.1-2; 79.1-2 (расшифровка цифр по видам дефектов приведена в п.10.3) и аналогичные дефекты в рельсах стрелочных переводов.

Все органы управления дефектоскопом расположены на электрон-ном блоке, что позволяет персоналу оперативно управлять режимами и параметрами контроля. Сведения об установленной чувствительности контроля и информация, полученная в процессе дефектоскопирования, представлены в цифровом виде на светодиодных индикаторах. Информация об обнаружении дефекта в конкретном канале контроля подается на головные телефоны в виде звуковых сигналов различной тональности и выводится на цифровое табло. Все составные части дефектоскопа закреплены на штанге, размер которой для удобства оператора можно. Масса дефектоскопа в рабочем состоянии (без технологической жидкости и ЗИП) – не более 3,5 кг. Время непрерывной работы без подзарядки аккумуляторов – не менее 20 ч. Весь комплект поставки прибора размещен в удобной для переноски сумке. Дефектоскоп обслуживается одним оператором. Внешний вид дефектоскопа в рабочем состоянии показан на рис.10.15.

 

 

 


Рис. 10.15. Дефектоскоп РДМ-1

Устройства автоматизированной диагностики







Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.