Неразрушающий контроль рельсов при их эксплуатации и ремонте - Гурвич А.К.

Автор: Гурвич А.К.
Теги: железные дороги в целом железнодорожные линии железнодорожное строительство испытания материалов товароведение силовые станции общая энергетика железнодорожный транспорт неразрушающий контроль
Год: 1983
Похожие
Неразрушающий контроль. Том 2
Неразрушающий контроль и диагностика
Неразрушающий контроль. Справочник. Ультразвуковой контроль. Том 3
Контроль неразрушающий акустический, термины и определения.
Текст
                    

ДЕФЕКТОСКОП
-РЫЬС-5-
ДЕФЕКТОСКОП
ДУК13ИМ
7?-
8	7	6 5 4
1 1,3 РУЧКИ 'КООРДИНАТЫ ДЕФЕКТА", "ГЛУБИ
НА К ОНТ РОЛИ", "ЧУИСТНИТЕЛЬНОСТЬ”;
4 PA3I.* М ДЛИ ПОДКЛЮЧЕНИИ ИСКАТЕЛЯ;
Ь РУЧКА “|И’Ч";
6. 7. 6 ТУМЬТПРЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЧАС
ГОТЫ Д1 Ф1 КIOCKO1IA. НКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕ
НИН НРИЬОРА, НЫЬОРА РЕЖИМА КОНТРОЛЯ
ДЕФЕКТОСКОП
РЕЛЬС-6-
ДУН13ИМ
1	2	3	4
1, 3, 4 - ТУМБЛЕРЫ: "СЕТЬ - ВЫКЛ.”; ПЕРЕКЛЮЧЕ-
НИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА;
"АКК. — СТАБИЛ.”; 2 - ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИВбр;
5 - РЕГУЛЯТОР "РЕЧ. 12 В";
6 - ПРЕДОХРАНИТЕЛИ НА 2 А
ВОЗВРАТИТЕ КНИГУ НЕ ПОЗЖЕ
обозначенного здесь срока
			(	
		,/1 "		
	—•*	L		
	J'II	ill / '		
				
				
				
				
Тип. им. Котлякова. 7 — 7000000. 1981 г. Л Г-087-01-589.
Иена 0 р. 58 к. за 1000 шт.
неразрмщии
ном
РЕЛЬСОВ
ПРИ их
ЭКСППУДШЦИИ
И РЕМОНТЕ
Под редакцией
А. К. Гурвича
МОСКВА
’’ТРАНСПОРТ”
1983
1да
ех-
бо-
ей-
не-
)ек-
пы,
:ва-
ICT- |
вых
:оз-
4ЫХ
3, а
ной
1ать
для
ipo-
<то-
ков,
-58).
,но-
сов,
На
жние
4М,
(ОГО
вые
юго
। за
юен
ати-
ипа
оды
из-
вер-
УДК 625.143.3:620.179.16
Неразрушающий контроль рельсов при их эк-
сплуатации и ремонте/А. К. Гурвич, Б. П. Довнар,
В. Б. Козлов, Г. А. Круг, Л. И. Кузьмина, А. Н. Мат-
веев; Под ред. канд. техн, наук А. К. Гурвича.—
М.: Транспорт, 1983,- 318 с.
Изложены сведения о дефектах в рельсах и
общая теория неразрушаюшего контроля, физи-
ческие основы методов магнитной и ультразву-
ковой дефектоскопии- Рассмотрены приборы нераз-
рушающего контроля рельсов, принципы их работы
и эксплуа гании, организация контроля рельсов
на рельсосварочных предприятиях и в пути. Для
инженерно-технических работников путевого хозяй-
ства; рекомендована в качестве учебника для тех-
нических школ железнодорожного транспорта.
Ил. 220, табл. 23, библиогр. 20 назв.
Книгу написали:
А. К. Гурвич - главы II, IV, X, § 31, 47; Б. П. Дов-
иар — главу VII; В. Б. Козлов —главы I, XI, XII;
Г. А. Кру,?-главы V, IX, § 48-51; Л. И. Кузь-
мина — главы XIV, XV, § 32; А. Н. Матвеев —
главы III и VI.
Рецензенты: канд. гехн. наук Н. П. Алешин,
инж. В. М. Бугаенко.
Заведующий редакцией А. Е. Вичеревин
Редактор И. А. Натовская
н 3602020000-043
' 049(01 Г-83
43-83
© Издательство «Транспорт». 1983
ОТ АВТОРОВ
Осуществляемое в соответствии с историческими решениями XXVI съезда
КПСС дальнейшее развитие железнодорожного транспорта на основе тех-
нического прогресса предусматривает в числе других мер внедрение наибо-
лее прогрессивных конструкций верхнего строения пути.' Рельсы — важней-
ший элемент пути. От их состояния во многом зависит обеспечение не-
обходимых скоростей и безопасности движения поездов. Одним из эффек-
тивных средств контроля за состоянием рельсов являются дефектоскопы,
позволяющие обнаруживать дефекты в рельсах при сварке их на рельсосва-
рочных предприятиях и в процессе эксплуатации в пути. Принцип дейст- |
вия дефектоскопов основан на использовании магнитных и ультразвуковых
методов.
Вначале отечественная дефектоскопия рельсов развивалась по пути соз-
дания специализированных приборов. В середине 30-х годов на железных
дорогах СССР появились съемные вихретоковые дефектоскопы ДС-13, а
в 1952 г. — феррозондовые МРД-52. Развитие физических основ скоростной
электромагнитной дефектоскопии позволило в начале 50-х годов создать
первые магнитные вагоны-дефектоскопы с фотозаписью показаний для
контроля рельсов со скоростью до 70 км/ч. В 1952 г. впервые в миро-
вой практике стали применять зеркально-теневые ультразвуковые дефекто-
скопы УРД-52 для массового контроля рельсов в зоне болтовых стыков,
а в 1956 г. — для контроля рельсов по всей длине (УРД-56, УРД-58).
В последующие годы проведены теоретические исследования зеркально-
теневого и эхо-методов контроля и новых схем прозвучивания рельсов,
обоснованы принципы эталонирования основных параметров контроля. На
базе этих работ в 1960— 1970 г г. созданы и нашли широкое применение
ультразвуковые дефектоскопы типа УЗД-НИИМ-5 (УЗД-59, ДУК-1114М,
ДУК-13ИМ) для контроля сварных стыков и УРД-63 — для вторичного
контроля отдельных участков рельсов, а также первые ультразвуковые
дефектоскопы многоцелевого назначения УЗД-НИИМ-6М для сплошного
контроля рельсов в нуги но всей их длине, не имеющие аналогов за
рубежом. В целях унификации средств дефектоскопии разработан и освоен
в серийном производстве взамен ранее выпущенных приборов агрегати-
рованный комплекс из трех съемных ультразвуковых дефектоскопов типа
«Рельс».	ч
Советский Союз — единственная страна в мире, где разработаны методы
и организован ультразвуковой контроль сварных стыков рельсов при из-
готовлении и в процессе их эксплуатации в пути. Повышению достовер-
3
ности и надежности дефектоскопии способствовало внедрение Государст-
венного стандарта на ультразвуковой контроль рельсов (ГОСТ 18576—73),
а также единой системы службы дефектоскопии рельсов, подготовки, по-
вышения квалификации и аттестации операторов. Единая система дефекто-
скопии базируется на комплексном использовании магнитных и ультра-
звуковых съемных приборов и вагонов-дефектоскопов. По научно-техни-
ческому уровню и объемам применения неразрушающего контроля рель-
сов наша страна занимает ведущее место. Неразрушающим контролем
рельсов при их эксплуатации, восстановлении и сварке занято более
15 тыс. специалистов различных квалификационных групп.
Качество контроля рельсов при комплексном применении дефектоско-
пов в большой степени зависит от правильной организации этого дела
на дистанциях пути и на дорогах в целом, что невозможно без глубокого
и всестороннего изучения существующих методов дефектоскопии рельсов
и аппаратуры.
Настоящий коллективный труд отражает современное состояние техни-
ки дефектоскопии рельсов на железнодорожном транспорте. Книга напи-
сана с учетом результатов последних научных исследований и разработок
ВНИИЖТа, НИИмостов ЛИИЖТа и Всесоюзного научно-исследователь-
ского института по разработке неразрушающих средств контроля качества
материалов (ВНИИНКа), накопленного в ЛИИЖТе опыта переподготовки
и подготовки инженеров и операторов по дефектоскопии на железно-
дорожном транспорте; она построена так, что ею можно пользоваться
не только при подготовке операторов, механиков, дефектоскопистов
в дорожных технических школах и на производстве, но и специалистов
в вузах и техникумах.
ГЛАВА I.
ТИПЫ РЕЛЬСОВ.
КЛАССИФИКАЦИЯ
ДЕФЕКТОВ
1.	ТИПЫ И МАРКИРОВКА РЕЛЬСОВ
Внедрение на металлургических заводах закалки в масле по всему объему
рельсов, поверхностной закалки головки и других прогрессивных способов
термической обработки повысило их надежность и долговечность. Каждый
рельс, выпускаемый заводом, маркируют. Это облегчает контроль за ка-
чеством при изготовлении и эксплуатации рельсов в пути.
Установлен такой порядок маркировки рельсов:
1.	На шейке каждого рельса при прокате выкатывают выпуклыми бук-
вами высотой не менее 20 мм знаки (рис. 1): а) марку завода-изготови-
теля, например КМК (Кузнецкий металлургический комбинат); б) род
стали, например М (мартеновская сталь); в) год и месяц изготовления
рельса, например 1960 г., V (1960 г., май); г) тип рельса, например
Р50; д) род термической обработки, например 3 — 0 (замедленное охлаж-
дение). Указанные в пунктах а — д обозначения выказывают по длине
рельса в четырех-пяти местах.
2.	На расстоянии 1 м от конца рельса в двух — пяти местах по его
длине выбивают номер плавки и порядковый номер рельса; на шейке
первого рельса (головного) — цифру 1. По окончании отделки рельса но-
мер плавки и порядковый номер рельса выбивают в холодном состоянии
соответственно на торце подошвы и шейки рельса.
3.	Рельсы с закаленными концами маркируют в торце подошвы бук-
вами КЗ.
Кроме указанной маркировки, на рельсы наносят условные обозначения
масляной краской белого, красного, синего, зеленого и желтого цветов.
Эта дополнительная маркировка обозначает следующее: окраска контура
Рис. 2. Профиль отечественных рельсов
торца головки белой краской — рельсы первого сорта; окраска торца по-
дошвы и части шейки красной краской — рельсы второго сорта; окраска
всего торца рельса синей краской — рельсы бракованные, предназначен-
ные для промышленных предприятий. Белая полоса шириной 20 — 40 мм
на поверхности катания и боковых гранях головки рельса па расстоянии
150 — 200 мм о г торца указывает, что рельсы с закаленными концами.
Таблица 1
Заводская маркировка рельсов
Рельсопрокатные заводы	До 1917 г.	После 1917 г.	В настоящее время
Кузнецкий металлургический	—	кмк	к
комбинат			
«Азовсталь»	—	Керч. ГМЗ	А
Ново-Тагильский	—	НТМЗ	Г
Енакиевский	РБМО	РГЗ	
		ЕГЗ	ЕГЗ
		ОГЗ	
Им. Петровского	АЮРЗБО	ГЗ и ТП	П
Им. Дзержинского	ЮРДМО	Югосталь ДГЗ	д
		Сталь ДГЗ	
Надеждинский	Надежд. БГО	Надежд. НКМРТ	—
Металлургический завод (Дон-		ЮГЗ УССР	—
басе)	Юзовск	Югосталь	
6
Таблица 2
Основные размеры рельсов, мм (см. рис. 2)
Тин рельса	н	В	а	/>	С	d	т	п	к	р	ч
Р75	192	160	48,5	75	20	88,5	96	220	—	30	38
Р65	180	150	45	75	18	78,5	95	200	—	36	36
Р50	152	132	42	70	15,5	68 5	66	150	140	27	35
Р43	140	114	42	70	14,5	62,5	56	ПО	160	25	33
1-а	140	125	44	70	14	60,5	56	110	160	25	33
П-а	135	114	40	68	13	59,5	56	110	160	25	33
Ш-а	128	110	37	60	12	57	56	но	160	25	33
IV-a	120,5	100	40	58,5	12	51	56	110	160	23	31
Таблица 3
Распределение металла но площади профили рельса, см2
Тип рельса	Масса 1 м рельса, кг	Площадь поперечного сечения, см2	Головка	Шейка	Подошва
Р75	75,10	95,80	31,00	27,30	37,50
Р65	65,08	83,12	28,36	23,96	30,80
Р50	51,514	65,80	25,45	15,64	24,71
Р43	44,653	57,00	24,40	12,20	20,40
1-а	43,567	55,64	25,55	10,73	19,36
П-а	38,416	49,06	22,27	9,72	17,07
Ш-а	33,48	42,77	18,39	8,51	15,87
IV-a	30,89	39,45	17,71	9,35	12,39
Таблица 4
Длина рельса, м
Тип рельса	Нормальная	Укороченная для кривых
Р75, Р65, Р50, Р43 Р50, Р43, 1-а, П-а, Ш-а, IV-a	25,0 12,50	24,96; 24,92; 24,84 12,46; 12,42; 12,38
Примечание. Цифра в обозначениях типов рельсов, например, 50 в Р50, указывает
массу (округленно) I м рельса.
Если верхние поверхности подошвы рельса на длине не менее 200 мм
окрашены желтой краской — рельсы твердые.
В объемнозакаленных рельсах первого сорта контур торца головки
окрашивают зеленой краской и на расстоянии 1 м от торца наносят по-
лосу зеленого цвета по головке и шейке рельса. Контур торца закален-
ных рельсов второго сорта окрашивают в желтый цвет с той же поло-
сой зеленого цвета, что и в рельсах первого сорта. На шейке и голов-
ке поверхностно-закаленных рельсов на расстоянии 1 м от торца наносят
две полосы красного и зеленого цветов. Выбитые у одного из торцов
7
рельсов ключ с молотком и серп с молотом являются клеймами
заводского инспектора Главного управления материально-технического
снабжения МПС по технической приемке рельсов на металлургических
заводах.
Поперечное сечение рельсов отечественного производства показано на
рис. 2, а элементы маркировки и основные размеры рельсов даны в
табл. 1—4.
2.	УСЛОВИЯ РАБОТЫ
РЕЛЬСОВ В ПУТИ
На рельсы при движении поездов воздействуют разнообразные силы, вы-
зывающие в них значительные напряжения и деформации. Напряжения
могут резко изменяться в зависимости от состояния пути, поверхности
катания бандажей колес подвижного состава, действия рессор и т. п.
Основная причина повреждений рельсов — неудовлетворительное текущее
содержание пути (плохая подбивка шпал, недоброкачественное содержание
стыков, толчки и перекосы, недостаточное закрепление пути от угона),
неплавные отводы положения пути в плане и профиле и другие неисправ-
ности![ 12, 18, 20].
Свдевременное предупреждение расстройств и неисправностей пути —
основное условие нормальной работы рельсов. Уход за рельсами начи-
нается с момента их погрузки и разгрузки с платформ. При сбрасыва-
нии рельсов с платформ они подвергаются ударам и часто искривляются.
На их поверхности образуются вмятины и задиры металла, которые раз-
виваются в опасные трещины. В процессе службы рельсов их необходимо
оберегать от ударов костыльными молотками и другим путевым инстру-
ментом, так как острые вмятины на кромках подошвы или головке рельса
нередко служат причиной возникновения поперечных трещин. Нормальная
работа рельсов может быть обеспечена при соблюдении всех технических
правил укладки в путь и ухода за ними при эксплуатации. Рельсы сни-
мают с пути при предельном износе, который наступает в течение не-
скольких лет, или при обнаружении опасных для движения поездов де-
фектов. Наибольшему износу подвергается головка рельса из-за одновре-
менного истирания и смятия металла при трении бандажей колес о по-
верхность катания рельса.
Опыт отечественных и зарубежных дорог доказал высокую эффектив-
ность рельсосмазывателей. Смазка рельсов на кривых участках пути в
3 — 4 раза уменьшает интенсивность их износа и значительно увеличивает
пробеги между обточками бандажей. Рельсы из мягкой стали сплющи-
ваются на большую глубину. Слои металла на поверхности и в глубине
перемещаются — рельсовая сталь как бы течет. В результате головка
сминается и теряет первоначальную форму. На участках с кривыми ма-
лых радиусов, крутыми спусками и подъемами рельсы изнашиваются
значительно быстрее, чем на прямых отрезках пути.
Под действием сжимающих сил бандажей колес подвижного состава
металл на поверхности катания головки претерпевает значительные измене-
ния: зерна металла сплющиваются и приобретают большую твердость.
8
Такое увеличение твердости металла называется наклепом. Благодаря
наклепу с увеличением срока службы рельсов интенсивность их износа
постепенно уменьшается. Наклеп поверхности катания по длине рельса
может быть равномерным и неравномерным. На рельсах с неравномер-
ным наклепом работа дефектоскопов осложняется. Стойкость рельсов про-
тив износа можно повысить закалкой, которая позволяет значительно
увеличить твердость металла на поверхности головки. Глубина закалки
5 — 10 мм. Новые рельсы закаляют на заводе по всей длине или только
по концам [18].
3.	ИЗЛОМЫ И ДЕФЕКТЫ РЕЛЬСОВ,
ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Причины образования изломов и дефектов. Главные показатели эксплуа-
тации дорог, от которых в наибольшей степени зависит выход рельсов
по изломам и другим дефектам, — число тонн груза брутто, перевезенного
по рельсам, нагрузка на ось подвижного состава, скорость движения
поездов. Выход рельсов по дефектам и изломам зависит и от времени
года: минимальным он бывает летом, осенью всегда повышается, зимой
достигает максимума, что связано с повышением хрупкости металла рель-
сов при понижении температуры. Максимальный выход рельсов по дефек-
там приходится на месяцы паинизших темггератур. Второй максимум вы-
хода рельсов падает на март в европейской части СССР и на апрель на
дорогах Востока и Сибири. Он совпадает со временем оттаивания бал-
ласта и обусловлен весенним расстройством пути.
В зависимости от плана и профиля пути наибольший выход рельсов
по дефектам на спусках, подъемах и на кривых участках. Наибольшее
число дефектов в рельсах возникает на упорных рельсовых нитях кривых
участков пути малых радиусов? Причины возникновения изломов и дефек-
тов в рельсах, лежащих в пути, весьма разнообразны. Длительные наблю-
дения и изучение условий работы рельсов позволили установить неко-
торые обгцие причины, которые можно разделить на две группы:
эксплуатационные (например, неудовлетворительное состояние пути и
подвижного состава) и заводские (дефекты при изготовлении рельсов).
Неудовлетворительное состояние пути и подвижного состава способствует
ускорению выхода рельсов по заводским причинам.,]’
[^Рассмотрим наиболее А-чаето1 встречающиесг! дефекты и повреждения
рельсов иЧпричины их образования и развития,, /yux^-я
\’ 1. Отслоение и выкрашивание металла на поверхности катания головки
рельса (рис. 3) появляются обычно при нарушеггии технологии изготовления
рельсов. В процессе остывания слитка, который прокатывается и приоб-
ретает форму рельса, во всем его объеме образуготся пузыри невыделив-
шегося газа. Такие газовые пузыри бывают и внутри слитка, и у его
поверхности. При прокатке рельсов газовые пузыри, расположенные у са-
мой поверхности слитка, во многих случаях выходят на поверхность рель-
са в виде волосовин, закатов и плен. Эти дефекты, не замеченные при
приемке рельсов на заводе, приводят к образованию отслоений и выкра-
шиваний металла на поверхности катания после того, как по рельсам
9
Рис. 3. Образцы отслоения и выкра-
шивания металла на поверхности ката-
ния головки рельса
Рис. 4. Выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки рельса
Рис. 5. Выбоксовины и закалочные
трещины в местах боксования ко-
лес
Рис. 6. Выкрашивание и отслоение
металла на поверхности катания в за-
каленном слое головки рельса
10
начинает обращаться подвижной состав. Такие повреждения рельсов хо-
рошо выявляются при обычном (визуальном) осмотре.
2.	Выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки рельса
(рис. 4) происходит в основном из-за недостаточной контактной прочности
рельса при загрязненности металла неметаллическими включениями, вытя-
нутыми вдоль направления прокатки в виде дорожек, расположенных на
глубине 3 — 8,5 мм от поверхности катания. Возникающие в этих местах
микротрещины развиваются медленно (усталостно) в виде овальных пятен,
переходящих в продольно-наклонную трещину. В процессе службы рель-
сов верхний слой металла над трещиной претерпевает перенаклеп и вы-
крашивается. Этот дефект чаще всего обнаруживается на рабочей грани
рельсов наружных нитей в кривых участках пути. В начальной стадии
развития такие дефекты могут быть выявлены ультразвуковым дефекто-
скопом, в более поздней стадии развития — визуально.
3.	Выбоксовины и закалочные трещины в местах боксования колес
(рис. 5) образуются на рельсах, расположенных перед входными сигнала-
ми на станционных путях, особенно у водонаборных колонок, на тормоз-
ных участках пути и т. п. При резком торможении или трогании с мес-
та колеса локомотивов и вагонов с большой силой трутся о рельс. По-
верхностный слой металла интенсивно нагревается. Благодаря большой
теплопроводности раскаленный поверхностный слой головки рельса очень
быстро охлаждается и закаляется. Такая резкая закалка тонкого слоя ме-
талла способствует возникновению закалочных трещин на поверхности
катания головки. В процессе работы рельса эти трещины постепенно рас-
пространяются в глубину. Будучи очень тонкими, они концентрируют зна-
чительные напряжения. При ударном воздействии колес, особенно при
низких температурах, рельсы с такими дефектами легко ломаются. Этот
вид дефектов выявляется при внешнем осмотре.
4.	Выкрашивание и отслоение металла на поверхности катания в за-
каленном слое головки рельса (рис. 6) возникают и развиваются из-за
неудовлетворительного качества закалки рельсов. Часто в закаленном слое
образуются участки со структурой металла, обладающей большой твер-
достью и хрупкостью, или местные неравномерные переходы по твердости
от закаленного к незакаленному металлу. При воздействии колес подвиж-
ного состава на рельсы в этих местах происходит выкрашивание и отслое-
ние. Аналогичные повреждения могут быть у концов рельсов из-за не-
доброкачественной наплавки. Неравнопрочное сварное соединение между
наплавленным и основным металлом приводит к выкрашиванию или от-
слоению наплавленного слоя. Такие дефекты выявляются внешним осмот-
ром и ультразвуковыми дефектоскопами.
5.	Поперечные трещины усталости в головке (светлые или темные пят-
на) и изломы из-за них — наиболее опасный дефект контактно-усталостного
происхождения. Возникает и развивается внутри головки рельса без ка-
ких-либо внешних признаков. Даже тогда, когда эта трещина выходит
на поверхность, заметить ее почти невозможно из-за чрезвычайно малого
раскрытия.
Существуют две основные причины образования и развития поперечных
трещин усталости. Первая — наличие микроскопических надрывов (флоке-
нов) внутри головки, которые обычно располагаются на глубине не бо-
11
лее 10 мм от поверхности катания рельса. Флокены — зернистые над-
рывы, от которых под воздействием нагрузки от подвижного состава ра-
диально развиваются усталостные трещины (рис. 7, а, 6). Особенно много
таких надрывов в рельсах, которые после прокатки не подвергались за-
медленному охлаждению или выдержке в специальных печах или подвер-
гались, но с нарушением технологии.
На металлургических заводах для предотвращения образования флоке-
нов рельсы замедленно охлаждаются следующим образом. После прокатки
и разрезки их сначала охлаждают на стеллажах до 520 —540 “С. При
этой температуре сталь приобретает магнитные свойства, что позволяет
магнитными кранами укладывать рельсы в теплоизолированные короба,
в которых они находятся не менее 10 ч. В течение этого времени не
выделившиеся ранее газы, главным образом водород, успевают улетучиться
(диффундировать), так как при этой температуре металл рельса сохраняет
еще пластические свойства. Загружают и разгружают короба осторожно,
чтобы избежать искривления рельсов и свести к минимуму холодную
правку. Правильное выполнение всех этих операций позволяет получить
рельсы почти прямыми с минимальным внутренним напряжением. В рель-
сах, изготовленных в СССР после 1949 г., благодаря введению замедлен-
ного охлаждения после прокатки флокены встречаются весьма редко.
Вторая причина образования и развития поперечных трещин усталос-
ти — малоразвитые внутренние продольно-наклонные трещины (рис. 7, в, д).
Они возникают при больших контактных напряжениях, которые испыты-
вает поверхность катания головки рельса при воздействии колес пол-
Рис. 7. Поперечные трещины в головке рельса, вызванные флокенами («), газовыми
пузырями (б) и возникшие из-за недостаточной контактно-усталостной прочности
металла (в, г)
12
Рис. 8. Поперечные тре-
щины в головке из-за
механических поврежде-
ний колесами и ползунами
(а) и от ударов путевым
инструментом и рельса
о рельс (б)
вижного состава. Поперечные надрывы развиваются из тех продольно-
наклонных трещин, которые оказываются в зоне растягивающих остаточ-
ных напряжений на глубине от 3 до 12 мм. Поперечные трещины уста-
лости, возникающие в результате высоких контактных напряжений, раз-
виваются преимущественно со стороны внутренней грани головки рельса.
(Трещины из-за флокенов в подавляющем большинстве развиваются со
стороны наружной грани головки рельсов.) В начальный период развития
поперечные трещины усталости имеют форму эллипса, а затем приобре-
тают конфигурацию, приближающуюся к очертанию профиля головки
рельса. В изломе поверхность светлых пятен серебристая, что резко от-
личает ее от остального зернистого излома рельса. Если такая трещина
в процессе развития выходит на поверхность, то под воздействием воз-
духа стенки ее, окисляясь, темнеют. В изломе поверхность стенок трещины
покрыта темными пятнами.
Анализируя изломы рельсов по перечисленным дефектам, можно опре-
делить причину, вызвавшую развитие того или иного пятна усталости.
На поверхности пятен, образовавшихся о г флокенов, хорошо видны округ-
лые зернистые надрывы, а на поверхности излома от трешип, развива-
ющихся от воздействия высоких контактных напряжений, — линия про-
дольно-наклонной трещины в юловке рельса. Поверхность поперечной
усталостной трещины, возникшей в результате контактных напряжений,
не имеет видимых очагов начального надрыва металла (флокенов).
Поперечные трещины в головке рельсов могут развиваться также в зоне
сварных стыков о г внутренних дефектов сварки и в зоне болтовых стыков
от мест приварки электросоединителей. На однопутных участках такие тре-
щины ориентированы нормально к поверхности катания рельса, а на
двухпутном они обычно наклонены в сторону, противоположную движе-
нию поездов. В общем случае поперечные конгактно-усталостные трещи-
ны выявляются ультразвуковыми дефектоскопами. Если дефект выходит
на поверхность или глубина его расположения не превышает 5 мм,
то он может быть обнаружен и магнитными дефектоскопами. Такие же
дефекты в сварном стыке выявляются только ультразвуковыми дефекто-
скопами.
6.	Поперечные трещины в головке возникают из-за различных меха-
нических повреждений (рис. 8, а, б): при проходе колес с большими пол-
зунами, от ударов по головке рельса путевым инструментом, рельса о
рельс и т. п. На поверхности катания рельса появляются насечки, кото-
13
рые концентрируют напряжения и могут быть
причиной образования трещин даже при нор-
мальной нагрузке. Трещина быстро развива-
ется и приводит к излому рельса. Эти де-
фекты выявляются при внешнем осмотре и
дефектоскопии.
7. Вертикальное расслоение головки и шей-
ки рельса (рис. 9, 10) — одна из групп опасных
дефектов. Они чаще всего возникают в сред-
ней части головки в любом месте по длине
рельса. Подобные трещины нередко обнару-
Основные причины вертикального расслое-
Рис. 9. Вертикальное рас-
слоение головки рельса
живаются в шейке рельса.
ния головки и шейки — остатки усадочной раковины в рельсе, неме-
таллические включения и скопления примесей серы и фосфора. Эти за-
водские пороки обычно присущи головным рельсам, т. е. рельсам, выре-
занным из головного конца рельсовой полосы, соответствующей верхней
части слитка. .Вертикальные расслоения головки нередко возникают в пер-
вые годы Службы рельсов в пути. Этот дефект сравнительно легко об-
наруживается визуально по темной полосе поверхности катания.
Под воздействием колес на поверхности головки рельса возникает
блестящая продольная полоса катания. Если рельс бездефектный, то по-
лоса катания по всей длине и ширине имеет одинаковый цвет. При пра-
вильной подуклонке рельса полоса катания проходит по середине голов-
ки. Если в головке рельса образовалась внутренняя вертикальная трещина,
то над ней появляется темная полоса, которая резко выделяется на се-
ребристой полосе катания и может быть легко обнаружена невооружен-
ным глазом. Это объясняется тем, что при качении колес по рельсу
тонкий слой металла над трещиной под давлением бандажей продавли-
вается и на поверхности головки появляется длинный желоб в виде темной
полоски. Со временем полоса уширяется, так как стенки трещины под
давлением колес подвижного состава расходятся в стороны и трещина
становится клиновидной. На темной полосе уширения головки наблю-
даются иногда пленки от сдавленного металла, под которым обнаружи-
ваются продольные трещины. Развитие таких дефектов ускоряется при
неудовлетворительном содержании пути (толчки, перекосы, неправильное
Рис. 10. Вертикальное расслоение шейки
рельса
Рис. 11. Г оризон гальное
расслоение головки рельса
14
Рис. 12. Косые или продольные трещины в шейке от болтовых (а) и других
отверстий (б) и вне стыковой части рельса (в, г)
возвышение наружного рельса в кривых). В начальной стадии развития
такие дефекты обнаруживаются дефектоскопами; при выходе на поверх-
ность они могут быть обнаружены визуально.
8.	Горизонтальные расслоения головки рельса возникают и развиваются
обычно в средней части по высоте головки (рис. 11). Этот дефект может
быть в любом месте по длине рельса. Основная причина горизонталь-
ного расслоения головки, кроме загрязнения металла неметаллическими
включениями,—газовые пузыри и флокены, вытянутые вдоль прокатки.
Определяются такие дефекты дефектоскопами. Сильно развитые горизон-
тальные трещины обнаруживаются визуально.
9	Косые или продольные трещины в шейке от болтовых и других
отверстий (рис. 12, а) образуются в том случае, когда стык — наименее
прочная чаегь рельсовой нити — подвергается наибольшим воздействиям,
вызываемым ударами колес при проходе стыковых зазоров. На участках
пути где рельсовые стыки содержатся плохо (толчки, выплески, прови-
сают концы рельсов, ненормальные стыковые зазоры, лопнувшие наклад-
ки. неплотная зат яжка гаек у стыковых болтов и т. п.), напряжения в
стыковых частях рельсов в несколько раз больше, чем в хорошо содер-
жащихся стыках. Особенно высокое напряжение возникает на кромках
болтовых отверстий. Надрывы, вызванные сверлением, и коррозия уско-
ряют процесс трещипообразования. Опыт показал, что во всех случаях
изломов стыковой части рельсов причиной излома служила старая трещина.
(Под старой трещиной подразумевается зона постепенного развития уста-
лостной трещины, подвергшаяся коррозии.) Торцовая трещина под головкой
сначала распространяется вдоль шейки в месте сопряжения ее с головкой,
а затем на расстоянии 50 — 60 мм от торца поворачивает вверх наклонно
к поверхности катания головки рельса и вызывает откол куска головки.
15
Трещины, проходящие через болтовые отверстия, всегда начинаются в
определенных местах у поверхности отверстий и идут по шейке под углом
примерно 45е к продольной оси рельса.
Число изломов рельсов в стыках в значительной степени зависит от
срока службы рельсов. В первые годы службы рельсов изломы в стыках
встречаются очень редко. С увеличением срока службы этот вид дефекта
становится все более распространенным; для старых рельсов он наиболее
типичен. Резко увеличивается выход рельсов по стыковым изломам весной
при оттаивании балласта, а также осенью при его замерзании. На кри-
вых участках пути дефекты в стыковой части рельсов образуются чаще
на внутренней рельсовой нити. На двухпутных участках они встречаются
преимущественно на принимающем конце рельса. Наиболее часты трещины
и отколы, развивающиеся от первого болтового отверстия, отколы головки
рельса по трещине вне болтового отверстия.
Своевременное обнаружение трещин в стыковой части рельсов в пре-
делах накладок имеет большое значение, так как изломы рельсов по этим
трещинам вызывают аварии или крушения поездов. Развитые трещины
от болтовых отверстий в торец рельса и трещины с торца рельса под
головкой могут быть выявлены при простукивании рельсовых концов мо-
лотком. Более надежно проверять рельсовые стыки ультразвуковыми де-
фектоскопами.
10.	Косые или продольные трещины в шейке вне стыковой части
рельса (рис. 12, б, г) возникают и развиваются в шейке в местах марки-
ровочных знаков или повреждений от ударов путевым инструментом. Раз
витые дефекты такого вида можно обнаружить при внимательном внешнем
осмотре. В ранней стадии развития трещины выявляются только ультра-
звуковыми дефектоскопами.
11.	Волосовины в подошве, трещины и выколы части подошвы (рис. 13) —
один из распространенных и опасных дефектов. Продольные трещины
в подошве часто приводят к выколу подошвы рельса или внезапному
хрупкому его излому при движении поезда. Хрупкие изломы рельсов про-
исходят вблизи шпалы у края подкладки, а выколы подошвы — обычно
на шпале. Это объясняется тем, что трещина вдоль подошвы развивается
главным образом там, где подошва опирается на подкладку. Причина
Рис. 13. Волосовины в подошве, трещины и выколы
16
возникновения трещин вдоль подош-
вы рельсов — волосовины и поверх-
ностные закаты, которые образуются
при прокате средней трети ширины
подошвы рельса: волосовины — при
раскатывании подкорковых газовых
пузырей в слитках, закаты вдоль се-
редины подошвы — из-за неправиль-
ной калибровки прокатных валков.
По внешнему виду и степени опас-
Рис. 14. Закалочные трещины в головке
закаленных рельсов
ности закаты напоминают волосови-
ны. Волосовинные трещины обычно
настолько закатаны, что при наруж-
ном осмотре на,заводах их заметить
невозможно. При эксплуатации под воздействием нагрузок от движущихся
поездов волосовины или закаты быстро переходят из продольных в по-
перечные трещины, ослабляют сечепие рельса и приводят к излому. Осо-
бенно быстро эти трещины развиваются при неплотном прилегании по-
дошвы рельса к подкладке, так как при этом подошва подвергается
поперечному изгибу.
Неплотное и неправильное прилегание подошвы рельса к подкладке
может быть из-за вогнутости верхней опорной поверхности подкладки
или самой подошвы рельса, скрученности рельса или перекошенного по-
ложения подкладки, неправильной затески отдельных шпал (рельс опира-
ется одним краем подошвы), потайных толчков и т. п. Аналогичные раз-
рушения подошвы могут возникать из-за профиля рельса: при недоста-
точной толщине подошвы и при сопряжении подошвы с шейкой малым
радиусом. Наибольший выход рельсов по трещинам в подошве проис-
ходит в первые годы службы рельсов, особенно зимой и весной. Сильно
развитые трещины иногда могут быть обнаружены при тщательном
осмотре рельсов в местах сопряжения шейки с подошвой у подкладки.
Если видна светло-бурая полоса, рельс из пути снимают и тщательно
осматривают нижнюю поверхность подошвы. Трещины глубиной 5 мм
и более, возникшие в средней части подошвы в пределах толщины шейки,
могут быть обнаружены ультразвуковыми дефектоскопами.
12.	Закалочные трещины (рис. 14) возникают в основном в головке
рельсов из-за нарушения технологии закалки на металлур! ических заводах,
например при неравномерном нагреве и охлаждении их в процессе закалки.
Выявить такие трещины можно только магнитными дефектоскопами. Вы-
ход рельсов из-за закалочных трещин происходит в первые годы службы,
особенно зимой и весной. В целях предупреждения изломов рельсов по
закалочным трещинам уложенные в путь новые закаленные рельсы
должны быть проверены дефектоскопами до пропуска по ним по-
ездов.
13.	Трещины в головке из-за приварки рельсовых соединителей (рис. 15)
возникают и развиваются из-за неправильно выполненных сварочных
работ. В местах приварки образуются небольшие сварочные трещины,
которые впоследствии развиваются в поперечные, а иногда в продольные,
приводящие к излому или отколам головки рельсов. Выявляются такие
17
Рис. 15. Трещины в головке из-за
приварки рельсовых соединителей
Рис. 17. Коррозионно-усталостные трещины в подошве рельса
Рис. 16. Продольные трещины в местах
перехода головки в шейку и шейки
в подошву
Рис. 18. Трещины в сварных стыках
18
трещины ультразвуковыми дефектоскопами и при внешнем осмотре рель-
совых стыков.
14.	Продольные трещины в местах перехода головки в шейку и шей-
ки в подошву (рис. 16) наиболее часто встречаются в старых типах рельсов.
Трещины очень тонкие и в начальной стадии развития представляют
собой серию небольших надрывов пилообразного вида. По мере развития
тонкие надрывы соединяются и образуют под головкой рельса очень
длинную тонкую трещину. Иногда эта трещина идет внутри головки —
в этом случае она возникает в результате образования в головке вну-
треннего вертикального расслоения — усадочной раковины. Большинство
же трещин у места сопряжения головки и шейки не связано с усадочной
раковиной в головке рельса. Эти трещины распространяются с поверхности
в глубь шейки рельса в горизонтальной плоскости. Они обычно развиваются
в рельсах после многих лет службы. Это трещины коррозионной уста-
лости, возникающие при концентрации напряжений в месте сопряжения
шейки с головкой.
Напряжения в рельсе распространяются неравномерно. Они всегда кон-
центрируются в местах с надрезами, отверстиями или резкими переходами
одного сечения в другое и тем больше, чем острее надрез или меньше
радиус сопряжения при переходе от одного сечения к другому. Напряжения,
сконцентрированные у места сопряжения головки с шейкой, значительно
увеличиваются при неправильных подуклонке рельсов (нецентральной пе-
редаче давления от колес па головку), содержании пути по уровню и
шаблону, рихтовке пути, а также сильных боковых ударах ребра банда-
жей и т. п. Возникающие в этих условиях местные перенапряжения и
коррозия металла способствуют постепенному развитию коррозиопно-уста-
лостных трещин. Коррозионно-усталостные трещины в местах перехода
от шейки к подошве образуются значительно реже. Причина возникновения
их — концентрация напряжений, вызванных малым радиусом сопряжения.
Рассмотренный вид трещин сравнительно легко обнаружить при осмот-
ре рельсов: обычно у места образования трещины появляется красно-бурая
полоса (вдоль всей трещины), хорошо видная невооруженным глазом и
при помощи зеркала. Надежное обнаружение таких трещин обеспечивается
ультразвуковыми дефектоскопами.
15.	; Коррозионно-усталостные трещины в подошве рельса (рис. 17) —
новый и весьма опасный дефект. Этот вид повреждения возникает и
развивается на участках пути с раздельным скреплением в местах, где
между подкладкой и подошвой рельса уложены прокладки, обладающие
большой влагоемкостью, например деревянные. Впитывающаяся в про-
кладку влага вызывает интенсивную коррозию иодошвы рельса: на ней
образуются каверны, концентрирующие напряжения и, как следствие, —
поперечные трещины усталости. Опасность таких трещин особенно велика,
так как они находятся в растянутой зоне, что приводит к излому рельса
даже при небольших по площади трещинах. Коррозионно-усталостные по-
перечные трещины, расположенные в подошве под шейкой, могут быть
выявлены при ультразвуковом контроле рельсов.
16.	Трещины в сварных стыках (рис. 18) возникают из-за наличия в
сварных соединениях силикатных включений, пузырей, рыхлостей, непро-
варов, кратерных усадок и неудовлетворительной обработки сварного шва.
19
Рис. 19. Поперечные трещины в головке и подошве
рельса из-за ударов и других механических повреж-
дений
При эксплуатации сварных стыков в пути под воздействием знакопере-
менных нагрузок наиболее часто развиваются поперечные трещины в го-
ловке, косые и продольные трещины в шейке и трещины в подошве.
Контролируют сварные стыки на рельсосварочных предприятиях и в пути
ультразвуковыми дефектоскопами.
С. 17. Поперечные трещины в подошве рельса возникают из-за различных
механических повреждений (рис. 19). При ударах инструментом, рельса
о рельс и других механических повреждениях на их поверхности появ-
ляются насечки. Механические повреждения — концентраторы напряже-
ний — способствуют образованию трещин даже при нормальной нагрузке.
Такие трещины быстро развиваются и нередко приводят к излому рельса,
особенно при низких температурах.
Рис. 20. Поперечные изло-
мы рельсов без видимых
дефектов в изломе
18. Поперечные хрупкие изломы рельсов без
видимых дефектов в изломе (рис. 20) происходят
главным образом в первые годы службы рель-
сов, обычно под поездами внезапно, поэтому
предупредить их заблаговременно изъятием из
пути опасных рельсов невозможно. Основная
причина — нарушение нормального процесса их
изготовления. Наибольшее число хрупких изло-
мов рельсов происходит зимой при температуре
—15 Си ниже, особенно после прохода поезда,
в составе которого были вагоны с выбоинами
и ползунами на бандажах. Хрупкие изломы рель-
сов отличаются от других изломов свежей
блестящей зернистой поверхностью без гладких
светлых или темных начальных трещин уста-
лости. От места возникновения хрупкого излома
на его поверхности веерообразно распространя-
ются выпуклые лучи-рубчики, создающие вол-
20
нистое строение излома. Такое строение хрупкого излома позволяет
безошибочно определить место его возникновения. Опыт показал, что
для большинства хрупких изломов типично наличие топких волосовинных
трещин вдоль середины подошвы рельсов. Эти трещины, как весьма
острые концентраторы напряжений, служат началом хрупкого излома.
Классификация дефектов. Для правильного ведения отчетности об изъя-
тии дефектных рельсов из пути, организации оперативной рельсовой ста-
тистики и повышения контроля за учетом дефектных рельсов в 1934 г.
была введена классификация дефектов и повреждений рельсов. Все разно-
видности дефектов были сгруппированы в девять основных типов. Такая
группировка (классификация) дефектных рельсов была основала на общ-
ности форм и главных причин разрушения. В классификации каждый
типичный дефект рельсов занумерован двузначным числом. Первая цифра
указывала на общность одной группы дефектов, определяя тип дефекта,
вторая — индивидуальная для каждого дефекта — разновидность или после-
довательные стадии развития дефекта. По такой классификации учиты-
вались дефектные рельсы на железных дорогах нашей страны до 1 ян-
варя 1967 г.
По новой классификации 1975 г. первая цифра номера определяет тип
дефекта или повреждения рельса, а также место расположения порока
по сечению рельса (головка, шейка, подошва). Типы дефектов или
повреждений рельсов (обозначаемые первой цифрой) подразделяются сле-
дующим образом:
1	,2,3,4 - дефект расположен в головке рельса: 1 — отслоение или вык-
рашивание металла на поверхности катания головки рельса; 2 — поперечные
трещины в головке и изломы по ним; J — продольные, вертикальные и
горизонтальные трещины в i оловкс; 4 — смятие и неравномерный износ
головки;
5	— дефект или повреждение в шейке;
6	— дефект в подошве;
7	— излом по всему сечению профиля рельса;
8	— изгиб рельса в вертикальной или горизонтальной плоскости;
9	— прочие дефекты и повреждения.
Вторая цифра обозначает разновидность дефекта или повреждения с
учетом основной причины, вызвавшей дефект этой разновидности. Разно-
видности дефектов (обозначаемые второй цифрой) классифицируются так:
О	— дефекты и повреждения, возникшие из-за недостатков в технолоиш
изготовления рельсов;
1	— недостаточная контактно-усталостная прочность металла:
2	— недостатки в профиле рельсов или в конструкции стыковою
скрепления;
3	— недостатки в текущем содержании пути;
4	— ненормальное воздействие на рельсы подвижною состава (боксо-
вание, ползуны и др.);
5	— удары инструментом и другие механические воздействия;
6	— нарушена техполотя сварки;
7	— дефекты в технологии закалки;
8	— недостатки в технологии наплавки рельсов или в приварке рель-
совых соединителей;
21
I группа. Отслоение и выкрашивание металла на поверхности катания головки рельса										
		11.12^||				17. ©				
Выкрашивание из-за волоса- вин, закатов, плен и других дефектов металла		Выкрашивание из-за недоста- точной контактно - усталост- ной прочности металла		Пробоксодка колесами локомотива		Выкрашивание закаленного слоя (при отсутствии наплавки)			Выкрашивание наплавлен- ного слоя	
*	группа. Поперечные f трещины в соло Вне рельса и изломы: f										
голг^ ©К/^Т^од	од		од		к		ОД			Ж'НОГ «
Трещины и изломы из-за Вну- тренних надрывов (флокенов, газовых пузырей и др. пороков)	Трещины и изломы из-за не- достаточной контактно-ус- талостной прочности металла		Трещины, вызванные прохо- дом колес с ползунами, юзом и боксованием (без излома;		Трещины и изломы, вызван- ные уварами по рельсу или другими повреждениями		Трещины и изломы в сварном стыке			Закалочные трещины в за- каленном слое металла и изломы из-за них
Ш группа. Продольные трещины в головке						Д группа. Смятие и неравномерный износ головки (начало)				
30 В. 1-2 ©	од		30 Г. 1-2 ©	ОД		38.1 од				41.1-2		
Вертикально е расслоение головки		Горизонтальное расслоение головки		Трещины, вызванные привар- кой стыкового соединителя		волнообразная деформация головки (длинные волны)		Смятие и вертикальный износ из за недостаточной прочности металла		
Д группа.
Смятие и неравномерный износ головки (окончание^
43..
Смятие головки внутреннего рель-
са в кривой из-за его перегрузки
44
Боковой износ сверх допуска-
емых норм
52.1-2
50.1-2
Расслоение шейки
52.1 ОД
52.2 при 1>ЪОнн ЦД
Продольная трещина в
шейке под головкой________
46.3
Смятие В Виде седловины в мес-
те сварного стыка
47.1
Смятие в виде седловины в
болтовом стыке
49
волнообразная деформация
головни (короткие волны)
55
ОД
од
Коррозия шеики
и повреждения подошвы
Трещина в шейке д
сварном стыке
Трещина от болтовых
отверстий__________
Продольная трещина по-
середине шейки______
Ж гриппа. Дефекты
60.1-2
лого шва
79
ОД
74
70.1-2
од
ОД
Прочие дефекты
Изгиб в с барн on стыке
Без видимых пороков
в изломе __________
Изгиб рельсов в любой
плоскости
Продольные трещины и выкол по-
дошвы из-за волосовин___________
уц; гоиппа. Изломы рельса по
од
Выкол подошвы Вез видимых
дефектов металла______________
всему сечению (кроме изломов по Игруппе)
ОД
Трещины и выкол подошвы из- Трещины В подошве свар-
за повреждения ударами и вр. J_________________
---------'	группа. Изгибы рельсов
$>8мм
Коррозия подошвы
ТХ. гриппа
Из-за шлаковых включений
и других дефектов металла
Вызванные проходом колес с
ползунами, движением юзом
Рис. 21. Сводная классификация дефектов и повреждений рельса
9	— дефекты и повреждения, вызванные другими, не перечисленными
выше причинами.
Часто дефект или повреждение рельса возникает из-за нескольких
причин. В связи с этим разновидности дефектов и повреждений класси-
фицированы по основной причине. Например, трещина в подошве рельса,
развившаяся из-за волосовины, классифицируется 0. Цифра 0 указывает
на недостаток технологии изготовления.
Первые две цифры отделены точкой, после которой стоит третья, ука-
зывающая на место дефекта по длине рельса. Цифровые обозначения
места дефекта или повреждения но длине рельса, а также вида сварки
стыков приняты следующими:
1	— в стыке (на расстоянии до 75 см от торца);
2	— вне стыка;
3	—в месте электрокопгактной сварки рельсов.
Дефекты, возникшие в рельсе на расстоянии до 10 см в ту или иную
сторону от сварного шва, считаются дефектами сварного стыка.
Всего в классификации 38 типов дефектов, а с учетом разделения их
по месту расположения по длине рельса и по видам сварки насчитывается
100 разновидностей. Согласно классификации (рис. 21), например, дефект
рельса под номером 11.2 может быть расшифрован так: отслоение или
выкрашивание па поверхности катания головки (на это указывает 1),
связанное с недостаточной контактно-усталостной прочностью металла (1);
дефект расположен вне стыка (2). После изъятия из пути дефектного
рельса дефект внимательно осматривают и устанавливают для пего по-
мер по классификации. Номер дефекта (тип) записывают в учетную фор-
му ПУ-4.
ГЛАВА II.
ОСНОВЫ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО
КОНТРОЛЯ
4.	КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
ПРОДУКЦИИ
Каждому виду продукции, в том числе и рельсам, присущи определен-
ные свойства. Свойство продукции — это объективная особенность продук-
ции, проявляющаяся при ее создании, эксплуатации и потреблении [4].
Совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удов-
летворять определенные потребности в соответствии с ее назначением,
определяет качество п р о д у к ц и и/В изложенной трактовке качество
продукции не поддается измерению. Для количественной оценки качества
введены показатели качества. Различают единичный, комплексный и ин-
тегральный показатели качества. Единичный показатель количественно
характеризует одно из свойств продукции, входящих в состав ее качества,
а комплексный показатель — одновременно несколько свойств. Интеграль-
ный показатель качества продукции отражает соотношение суммарного
полезного эффекта от эксплуатации продукции (комплексного показателя
качества продукции) и суммарных затрат на ее создание и эксплуатацию.
По этому показателю оценивают эффективность систем перазрушающего
контроля.
Создавая продукцию, следует стремиться к тому, чтобы показатели
качества максимально приближались к заданным, т. е. к базовым,
показателям качества. Качество продукции оценивают по уровню ее
качества. Уровень качества продукции — это относительная ха-
рактеристика качества продукции, основанная на сравнении совокупности
показателей ее качества с соответствующей совокупностью базовых пока-
зателей. Поэтому любой продукции, в том числе и рельсам, присущ оп-
ределенный уровень качества, например, новые рельсы по уровню качества
разделяют на первый, второй и третий сорт. «Некачественной» продукции
не бывает.
В нормативной документации при создании продукции устанавливают
номинальные (заданные) показатели качества продукции и разрешаемые,
т. е. допустимые отклонения действительных значений показателей от но-
минальных. Каждое отдельное несоответствие продукции требованиям,
установленным нормативной документацией, является дефект ом.-В за-
висимости от степени их влияния на эффективность и безопасность
эксплуатации продукции с учетом ее назначения [8] дефекты могут быть
критическими, значительными и малозначительными. Дефект, при нали-
чии которого эксплуатация продукции по назначению практически невоз-
можна или исключается в соответствии с требованиями безопасности,
относится к критическим. К критическим дефектам в рельсах, например,
25
следует отнести излом, эксплуатация рельса из-за которого невозможна,
или поперечную контактно-усталостную трещину (дефект типа 20.1-2,
21.1-2, 26.3), площадью 30% и более сечения головки, эксплуатация
рельса с которой возможна, но небезопасна.
К значительным относят дефекты, существенно влияющие на эксплу-
атацию продукции по назначению, но не являющиеся критическими, на-
пример, дефект типа 21.2 на ранней стадии развития. Малозначительные
дефекты, в отличие от рассмотренных, не оказывают большого влияния
на использование продукции и на ее долговечность, например, одно
силикатное включение площадью менее 15 мм2 в сварном стыке рельса.
Однако совокупность значительных или малозначительных дефектов мо-
жет быть эквивалентна критическому дефекту. Так, силикатные включения,
каждое площадью 10 мм2 (малозначительные дефекты), могут составить
суммарную площадь, превышающую 25 мм2, что образует критический
дефект.
 В отдельных отраслях промышленности более детально или укрупненно
классифицируют дефекты по степени их влияния на эксплуатационные
характеристики продукции. Например, по классификации [3] рельсы с де-
фектами в зависимости от типа последних разделяют на остродефектные
(критически дефектные) и дефектные (значительно дефектные).
Для оценки уровня качества продукции и степени ее соответствия
требованиям нормативной документации продукцию подвергают техниче-
скому контролю (далее контролю) и испытаниям [4]. Проверка количест-
венных или качественных характеристик свойств продукции называется
• контролем качества продукции.
Цель испытания продукции — экспериментально определить количест-
венные характеристики свойств объекта. Испытание может быть составной
частью контроля качества. Например, контроль качества рельсов при их
сварке на рельсосварочных предприятиях (РСП) включает в себя проверку
качества механической обработки и сплошности металла каждого сварно-
го стыка и испытание образцов рельсов на гидравлическом прессе для
определения нагрузки и стрелы прогиба, при которых происходит стати-
ческий излом сварного стыка.
Дефекты, для выявления которых в нормативной документации указа-
( ны методы и средства, называют явными, в противном случае — скры-
тыми. Дефекты типа 30. В на оси рельса, которые можно обнаружить
средствами дефектоскопии, относятся к явным, а те же дефекты, смещенные
от оси рельса более чем на 10 мм, — к скрытым. Для их выявления
действующей нормативной документацией не предусмотрены методы и
средства контроля (рис. 22).
Контролируют качество продукции на стадии ее изготовления —
производственный контроль и в процессе ее эксплуатации —
эксплуатационный контроль. Контроль продукции, поступаю-
fi) ( ; a и г ;	>
Рис. 22. Дефект типа ЗОВ:
а — явный; б — скрытый
26
Таблица 5
Классификация методов иеразрушаюшего контроля
по ГОСТ 18353-79
Индекс	Методы	Индекс	Методы
01	Акустические	06	Радиоволновые
02	Капиллярные	07	Тепловые
03	Магнитные	08	Течеискания
04	Оптические	09	Электрические
05	Радиационные	10	Электромагнитные
щей потребителю и предназначенной к использованию при изготовлении и
ремонте изделий или эксплуатации, называют входным, а в процессе
или после завершения определенной операции — операционным. Кон-
троль продукции, по результатам которого принимают решение о ее при-
годности к поставке и (или) эксплуатации, называется приемочным.
Так, контроль рельсов на выходе из металлургического завода — это
производственный приемочный контроль, а контроль тех
же рельсов, уложенных в пути, — эксплуатационный приемочный контроль;
контроль рельсов на комплектовочной площадке РСП — п р о и з в о д ст-
венный входной контроль, а сварных стыков после сварки —
приемочный контроль.
Любой вид контроля продукции можно выполнять по заранее уста-
новленному плану (плановый контроль) или в случайные моменты
времени (летучий). Очевидно, что в ряде случаев необходимо проверять
не только качество продукции, но и эффективность контроля качества
этой продукции. Проверка специально уполномоченными исполнителями
эффективности ранее выполнявшегося контроля называется инспекци-
онным контролем. Инспекционный контроль может быть плановым или
летучим, производственным или эксплуатационным. Контроль называется
неразрушающим, если после него можно использовать продукцию
по назначению.
В процессе контроля получают информацию о состоянии контроли-
руемого объекта. При производственном контроле на основании его дан-
ных можно не только оценивать качество продукции, но и управлять
процессом производства. В этом случае контроль — активный. Прак-
тически нет активного неразрушающего контроля продукции машиностро-
ения. Тем не менее в ряде случаев результаты неразрушаюше! о кон i роля
удается использовать для воздействия на технологический процесс изго-
товления продукции с целью поддержания необходимого ее качества, т. е.
для управления качеством продукции.
Неразрушающий контроль, в процессе которого выявляют дефекты
типа несплошностей и структурных неоднородностей, называют дефек-
тоскопией. Существуют различные физические методы неразрушаю-
щего контроля, базирующиеся на проникающих полях и веществах. Фи-
зические методы неразрушающего контроля разделены на десять основ-
ных видов (табл. 5).
Каждому методу и соответствующим средствам неразрушающего конт-
роля присущи определенные параметры. Параметры, обусловливающие
27
достоверность результатов контроля, составляют группу основных
параметров. Варианты метода отличаются значениями основных па-
раметров. В общем случае для дефектоскопии обьектов могут быть
применены различные методы контроля и их варианты.
Совокупность вариантов одного или различных методов, используемых
по определенной прогр мму для опенки качества конкретного объекта
контроля, образует с и с тч: м у неразрушающего контроля. В
~частном~случае система может включать один вариант одного метода.
При весьма больших объемах применения систем перазрушающего конт-
роля на базе различных методов весьма важно формирование эффективных
систем контроля, обеспечивающих максимально возможный полезный ре-
зультат от применения при возможно минимальных затратах на систему.
Обоснование критерия эффективности систем неразрушающего контроля
требует уточнения и формализации понятий дефект, дефектность, надеж-
ность и эффективность неразрушающего контроля.
5.	ДЕФЕКТ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ
При дефектоскопировании рельсов под дефектом условимся понимать
одну несплошность (структурную неоднородность) или группу сосредо-
точенных несплошностей (структурных неоднородностей), не предусмот-
ренную конструкторско-технологической документацией и независимую по
воздействию на рельс от других несплошностей (структурных неоднород-
ностей) (рис. 23).. Такое определение дефекта [3] обусловливает возмож-
ность формализации процесса дефектоскопирования. В рельсе могут об-
разовываться дефекты различного типа к (трещина, расслоение, непровар,
газовое включение и т. п.), где к = 1, к0.
В общем случае дефект потенциально опасен. Это проявляется в воз-
можности возникновения из-за дефекта аварийной ситуации в рельсе при
его эксплуатации. Под
Рис 23. Иллюстрация по-
нятия «дефект»:
/, 2 и 3 — дефекты одного
типа и вида; 4 — дефект,
отличный от дефектов /,
2 и 3
аварийной ситуацией следует подразуме-
вать такое состояние рельса, когда его дальней-
шая нормальная эксплуатация невозможна или
небезопасна. Гак как потенциальная опасность
дефекта зависит от многих случайных факторов,
то возникновение аварийной ситуации из-за де-
фекта данного типа и размеров является собы-
тием случайным. Обозначим это событие через
А, а вероятность его наступления — Р (И). В со-
ответствии с этим потенциальную опас-
ность дефекта будем характеризовать ве-
роятностью Р(А) возникновения аварийной си-
туации в рельсе из-за дефекта при регламенти-
рованных режимах и условиях его эксплуатации
в течение заданного отрезка времени, если в
рельсе этот дефект единственный. Очевидно, что
дефекты одного и того же типа и размеров
будут обладать различной потенциальной опас-
ностью в зависимости от места расположения
28
Рис. 24. Классификация характеристик дефектов
их по сечению и условий работы рельса; в то же время дефекты раз-
личного типа могут иметь одинаковую потенциальную опасность.
В ряде случаев удобно абстрагироваться от типа и размеров дефекта
и характеризовать дефект только его потенциальной опасностью. Введем
понятие вид дефекта, подразумевая, что дефекты различного вида от-
личаются только значением потенциальной опасности Р(Д). В рельсе мо-
гут быть дефекты различного вида i, где i — 1, i. Каждому дефекту
вида I независимо от типа к соответствует своя потенциальная опасность
Р(Л;).* Так, два дефекта одного типа, например две поры диаметром d,
расположенные в сварном стыке на расстоянии I должны рассматри-
ваться как два дефекта одного вида (например, первого). Если же / % d,
то эти же два дефекта одного вида образуют один дефект качественно
нового вида с потенциальной опасносгью большей, чем потенциальная
опасность каждого из упомянутых двух дефектов первого вида. Дефекты
различного типа и дефекты конкретного типа к. но отличающиеся по гео-
метрическим размерам, могут принадлежать к одному виду i. Дефекты
одного и того же типа к и размеров в зависимости от расположения
по сечению и длине рельса и условий работы (эксплуатации) его могут
относиться к различным видам i.
Согласно [Зфдефекты по их. виду условно разделены па малозначи-
тельные, значительные и. критические. При Р(Л) -> 1 — дефекты определенно
критические, при Р (Л) -> 0 — дефекты определенно малозначительные.
В дальнейшем к недопустимым дефектам будем относить те из
критических и значительных, которые подлежат обязательному обнаруже-
нию с целью их устранения (исправления) или изъятия рельса с такими
дефектами.
При любом методе неразрушающего контроля о дефектах судя г по
косвенным признакам (характеристикам), свойственным данному методу.
Некоторые признаки поддаются измерениям, на основании которых иден-
тифицируют дефекты. Величины, измеряемые при выявлении дефекта
чанным методом и в совокупности позволяющие с определенной досто-
верностью оценивать образ дефектов и идентифицировать выявленные де-
фекты на допустимые и недопустимые в соответствии с заданными гра-
* Далее будем обозначать дефекты типа к через Dh, вида i — через Df,
псфекгы чипа к и вида i — через Dki.
29
ничными значениями этих величин, образуют измеряемые харак-
теристики дефектов.
Измеряемая характеристика дефекта, по значению которой при данном
методе контроля принимают решение об отсутствии или о возможном
обнаружении дефекта, называется главной измеряемой характе-
ристикой, а значение S этой характеристики для данного дефекта —
характеристическим размером дефекта. При контроле каж-
дый дефект независимо от его вида или типа проявляет. себя как не-
сплошность (структурная неоднородность) с конкретным характеристиче-
ским размером S. Таким образом, следует различать три группы харак-
теристик дефекта: технологические, эксплуатационные и дефектоскопи-
ческие (рис. 24).
6.	ДЕФЕКТНОСТЬ
Образование дефектов в объектах следует рассматривать как поток слу-
чайных событий. Поэтому дефектность рельсов удобно описывать со-
вокупностью распределений вероятностей (т) числа т дефектов Dy в этих
туо
рельсах, где у = к, i или (ki). Укажем, что т = О, тУ0 и '^fy(m)=[.
о
Тогда вероятность наличия в рельсе хотя бы одного дефекта Dy опре-
т„
Уо
деляется суммой (т), а вероятность отсутствия — значением /у(0).
1
Эти распределения должны рассчитываться применительно к участку пути
определенной длины. Например, для участка длиной 10 км в зависимости
от типа рельсов, пропущенного по ним тоннажа, состояния и профиля
пути и т. п. вероятность наличия дефекта в рельсах приблизительно рав-
на 0,001—0,999. При этом вероятности образования дефектов различного
типа неодинаковы и зависят от условий эксплуатации рельсов (рис. 25).
Накопление статистических данных для расчета распределений fk (т)
числа т дефектов различного типа к и определения их потенциальной
опасности применительно к конкретным установившимся условиям экс-
30
нлуатации рельсов весьма важно для выбора эффективных систем нераз-
рушающего контроля рельсов. Если абстрагироваться от возможных
нарушений механических характеристик металла рельсов и условий их
жсплуатации, то правомерно полагать, что аварийная ситуация в рельсах
может возникнуть лишь из-за дефектов в виде нссплошностей или
с । руктурных неоднородностей.
Вероятность безаварийной работы рельса, в котором дефект тина к
и вида i единственный, составит Но = \ — Р (Aki). Если дефектов Dki
н рельсе т, то Но = [1 — Р(Ли)]т. Естественно, что на каждом участке
длины рельса может быть только одно конкретное число т дефектов Dki
одного типа и вида в интервале значений 0, ..., tnki .
Вероятность безотказной работы рельса при наличии одного или двух,
или трех и т. д. дефектов Dki равна сумме вероятностей безотказной
работы при наличии одного какого-то числа т дефектов, т. е.
"*•<)
Но= I [1 -Р(Аи)Г/и(т).
т = 0
В общем случае на рассматриваемом участке рельса возможно образо-
вание (ki)0 дефектов различного типа и вида с соответствующими им
распределениями fki(m) и потенциальными опасностями P(Aki). Безава-
рийность участка рельса будет обеспечена, если аварийная ситуация
не наступила иЗ-за дефектов D(kl) и D{kiK, и D(jW) и т. д. Поэтому веро-
ягность безаварийной работы участка рельса
1*1)0 ’"*‘0
но= п Z П --РИн)]тЛ.(*и).	(1)
*i=l т О
Значение Но, определяемое по выражению (1), является мерой надеж-
ности участка рельсов при их эксплуатации в заданных условиях в те-
чение установленного отрезка времени. Надежность рельсового пути
может быть повышена своевременным выявлением недопустимых дефек-
тов и их устранением или заменой дефектных участков рельсов новыми.
Для выявления дефектов используют системы неразрушающего контроля.
7.	НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ
Неразрушающий контроль не всегда обеспечивает выявление дефекта.
Поэтому обнаружение дефекта Dy есть событие случайное. Обозначим
это событие через Ву, а вероятность наступления этого события — Р (Ву).
Для выявления дефектов в рельсе может быть применен ряд систем
контроля, использующих различные варианты методов. Обозначим ва-
рианту t любого метода контроля через М„ а систему j — через Cj
(t = 1, t0; j = 1, j0).
Варианты одного метода контроля могут отличаться только значе-
ниями основных параметров. Под основными параметрами контроля
31
будем понимать регулируемые параметры процесса и аппаратуры конт-
роля, обусловливающие достоверность обнаружения дефектов и воспро-
изводимость результатов измерений их характеристик.
Вероятность выявления дефекта Ds с характеристическим размером S,
априорно находящегося в рельсе в единственном числе, при варианте Mt
и строгом (с вероятностью не ниже 0,99) соблюдении основных парамет-
ров контроля назовем априорной вероятностью выявления дефекта D„
вариантом М, и обозначим через P,(BS/Mt).
Вероятность Pt (Bs/Mt) при прочих равных условиях — функция харак-
теристического размера S. Минимальное значение характеристического
размера S дефекта, уверенно [Р, (Bs/Mt) 0,99] фиксируемого при конт-
роле, определяет предельную чувствительность варианта t
метода контроля (Sn/). Предельная чувствительность S,, обусловливает
минимальные размеры дефекта, оптимального с точки зрения выявляе-
мости, который еще может быть обнаружен с вероятностью не менее
0,99 в рельсе при данной настройке аппаратуры, т. е. при данном
варианте метода.
Приводим априорную оперативную характеристику выявления дефекта
Ds вариантом Г, предельная чувствительность которого S„, (рис. 26).
Априорные оперативные характеристики (В,/М,) определяют надежность
вариантов t контроля рельсов в идеализированных условиях без учета
надежности комплекса «дефектоскоп — оператор», в свою очередь зави-
сящего от надежности аппаратуры (дефектоскопа) и надежности оператора.
Надежность дефектоскопа будем характеризовать вероятностью PA(tp)
сохранения аппаратурой заданных основных параметров в течение плани-
руемого времени tp выполнения контроля в заданных условиях. Высокую
надежность [Рд (£р) л 1] можно обеспечить, если систематически проверять
основные параметры, а при автоматизированном процессе — вводить
в аппаратуру устройства самоконтроля за основными параметрами.
Надежность оператора будем характеризовать вероятностью Роп (?,,)
точного выполнения им в течение времени tp возложенных на него
функций контроля рельсов в заданных условиях. При любом методе
контроля рельсов оператор выбирает основные параметры контроля,
настраивает аппаратуру, выполняет большую часть контроля и почти
все операции по обработке и использованию информации. Алгоритм
обработки, выбранный оператором, может непрерывно им оптимизиро-
Рис. 26. Априорные оперативные харак-
теристики выявления дефекта с харак-
теристическим размером S:
1 — вариант метода 2 — комплекс <<де-
фектоскоп — оператор», использующий ва-
риант метода Mt для дефектов большой
протяженности; 3 — то же, для коротких
дефектов
32

вагься в соответствии со сложившейся ситуацией, допускающей, что очень
важно, оперативную перепроверку. К сожалению, используемые операто-
ром алгоритм обработки и умозрительная функция эффективности зави-
ся! от многих субъективных факторов оператора; более того, этими
факторами определяется, насколько верно он выбрал основные параметры
контроля и воспроизвел их в процессе проверки качества рельсов.
Надежность оператора независимо от метода контроля обусловлива-
ется: квалификацией и опытностью; интеллектуальными и психофизио-
логическими качествами, работоспособностью; режимом работы (напря-
женностью работы); длительностью работы; средним уровнем качества
контролируемых объектов (частостью обнаружения искомых дефектов).
Повышению надежности оператора способствует введение в алгоритм
ci о работы операций самоконтроля, а в систему контроля рельсов —
инспекционного контроля. Естественно, что надежность оператора зави-
сит от деловой комфортности среды, в которой осуществляется контроль.
Поэтому характеристику PB„(tp) надежности оператора следует относить
к определенной среде, в которой будет выполняться контроль.
Полное воспроизведение заданной среды в течение всего времени tp
контроля, для которой предопределено значение PolI(tp), есть событие слу-
чайное. Обозначим вероятность этого события через Рср(7р). Изложенное
приводит к выводу о необходимости впредь рассматривать надежность
метода (варианта метода) неразрушающего контроля как надежность
комплекса «дефектоскоп — оператор — среда» (рис. 27). Критерием надеж-
ности этого комплекса может служить вероятность Рд_вп (tp) выполнения
возложенных на комплекс функций контроля в заданных условиях и
времени гр контроля. Не исключено, что низкая надежность дефекто-
скопа будет отрицательно влиять на надежность оператора, и наоборот.
Однако, полагая, что квалификация, психофизиологические и волевые
33
2 Зак. 713
качества оператора достаточно велики, можно абстрагироваться от взаим-
ной зависимости Рл(Гр) и Pon(tp) и принять, что
Вд-о„ (tp) « Ра (М РОП (tp'f РеГ (fp)-	(2)
Тогда априорная вероятность обнаружения дефекта Ds комплексом
«дефектоскоп — оператор», использующим вариант t при условии, что
Pon(tp) и Pa(tp) не зависят от Pt(BJMt), будет
Рд-оп (B,/Mt) = Р, (BJM,) Рв_оп (tp),
или
Рд-on (BJM.) = Р, Ра (tp) Роп (t„) Рср (Q	(3)
Априорная оперативная характеристика выявления дефекта комплексом
«дефектоскоп — оператор» в общем случае зависит от типа дефекта
(см. рис. 26). В связи с этим априорную вероятность обнаружения
дефекта комплексом целесообразно устанавливать для дефектов определен-
ного типа и вида, т. е. определять значения Рд_о„ (Bki/Mt). При контроле
рельсов системой с7-, использующей t0 вариантов, дефект Du может
быть пропущен каждым из вариантов Mt. Невыявление дефекта каждым
из вариантов — событие случайное и независимое. Вероятность этого
события Рд_оп (Bki/M.) = 1 — Рд^оп (Ви/М,). Вероятность того, что дефект
Dki не будет выявлен ни одним из t0 вариантов, т. е. системой q,
составляет	_ <о
P«-on(Bw/q)= II Рд_о..(вм/м,).
Тогда априорная вероятность выявления одного дефекта Dki в рельсе
системой будет определяться выражением
'о
Р;, -0„ (Bki/Cj) = 1 - Рд _он (Bki/Cj) = 1 - П [1 - Рд о.. (Bki/Mt)]. (4)
Рассуждая аналогично, нетрудно получить выражение для вероятности
Вд-ou (Вц,/</) обнаружения системой Cj дефекта Dki с распределением /ь(т)
числа т дефектов в рельсе:
'"‘‘о
Р*д-оп (В„/сД = 1 - £ [1 - Рд-о„ (ВЫ/9)Г/ь (Щ).	(5)
т~- О
В общем случае в рельсе одновременно может быть (ki)0 дефектов Du,
каждому из которых соответствует свое распределение fki (т) и вероят-
ность обнаружения системой Рл_оп (Bki/cj). Вероятность того, что рельс
по результатам контроля будет изъят из пути (или из потока на рельсо-
сварочных предприятиях), определяется вероятностью обнаружения в рель-
се системой Cj хотя бы одного дефекта. Вероятность необнаружения
дефектов системой с;
1	_ «о
В*д*-од (Ви/Cj) = П D - В*_оп (ВИ/9)].	(6)
ki=l
34
С учетом выражений (4)—(6) вероятность обнаружения дефекта
П* on (Bki/Cj) = 1 - Р**т (Вы/с}) =.
*'О Г Г-«О Г 'о	) m
= 1 - П	Z П D “ РД-ОП(ВМЩ АН
ki—1	= O G=1	J
(7)
Из выражений (1) и (7) следует, что с увеличением вероятного числа
различных дефектов в рельсе, с одной стороны, снижается вероятность
безаварийной эксплуатации рельса, а с другой — возрастает вероятность
своевременного изъятия этого рельса по данным неразрушающего
контроля.
8.	ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ
Весьма большие объемы применения систем неразрушающего контроля
на базе различных методов делают очевидным актуальность разработки
общего подхода к формированию эффективных систем. В основу этого
подхода должен быть положен учет полезного результата применения
систем, а также затрат на систему. Учитывая, что конечная цель исполь-
ювания системы неразрушающего контроля — повышение__качества про-
дукции, применительно к железнодорожному транспорту мерой полезного
результата может быть принято приращение надежности контролируемого
обьекта, обязанное устранению дефектов, выявленных данной системой.
Затраты на систему должны учитывать не только стоимость собственно
контроля и сопутствующих операций, но и убытки, связанные с возмож-
ной перебраковкой.
Изложенное понятие эффективности системы неразрушающего конт-
роля отображается интегральным критерием эффективности Qj, характери-
>ующим соотношение меры Gj соответствия системы Cj упомянутой цели
(техническая эффективность) и указанных затрат 3Zj, символическая запись
которого
Qi = Gj/Эц.	(8)
Для расчета значения G, как приращения АН; вероятности невозник-
новения аварийной ситуации относительно исходного значения Но не-
обходимо знать: типы и виды дефектов Dki, которые могут встретиться
в объекте, и их потенциальную опасность P(.4W); распределения fu(m)
числа т дефектов Dki в объекте; вероятности Рд_о11 (Bki/Mt) обнаружения
дефектов £>ы методами М„ входящими в систему, с учетом надежности
комплекса «дефектоскоп — оператор».
В практике контроля в общем случае может возникнуть одна или
одновременно несколько ситуаций, при которых неизвестны:
а)	распределение/ь (/и). Оно заменяется значениями fki (0) и fki(m), где
т — наиболее вероятное для данного объекта число дефектов Dki;
б)	точные значения потенциальных опасностей Р(АЫ), но известны
коэффициенты опасности г. В данном случае P(Aki) заменяется прибли-
женными значениями Р* (Аи):
Р* (А„) = Р* (А„) гк/гтт
где гк — коэффициент опасности для дефектов £)ы;
— то же, для дефекта с максимальной потенциальной опасностью Р* (4га);
в)	P(Aki) и ги; все дефекты условно распределяются на два вида:
допустимые и недопустимые. Первым приписывается Р (Л) = 0, а вторым
Р(Л)« 1;
г)	значения вероятностей Pa-on(Bki/Mt) для рассматриваемых объектов
и аналогичных. Значения P,lv,,(Bki/Mt) для каждого метода необходимо
определять экспериментально.
Выражения для расчета Gj с учетом изложенных ситуаций сведены
в табл. 6. Затраты 3Zj- на систему с, контроля равны сумме стоимостей
собственно контроля (Эк/), вспомогательных операций, сопутствующих
контролю (Эв/), и убытка из-за перебраковки (3nJ):
= ЭК7. + Эв/ + Эп/.	(9)
В ряде случаев в равенстве (9) могут быть убытки ЭН7, вызванные
возникновением аварийной ситуации из-за недобраковки изделия. Первые
два слагаемых в выражении (9) определяются расходами на контроль
и для данной системы должны устанавливаться при хронометраже
конкретного процесса контроля и последующем расчете.
Затраты Э„7, вызванные ошибочным забракованием объекта, могут
быть обусловлены такими причинами:
1) случайной перебраковкой объекта, не содержащего никаких дефек-
тов, из-за недостаточной защиты от помех системы контроля; вероятность
перебраковки обозначим через Р(П');
2) вынужденной перебраковкой объекта, содержащего допустимые де-
фекты, которые, однако, по данным системы контроля не могут быть
однозначно отнесены к допустимым; при этом вероятность перебраковки
Р (П/1) определяется вероятностью образования таких дефектов в объекте.
Вероятности Р(Л*), Р(П^) могут быть установлены статистической обра-
боткой данных контроля и металлографического анализа.
Очевидно, объект можно не перебраковать и по первой, и по второй
причинам. Вероятность неперебраковки объекта при контроле системой
РГ(П7) = [1-Р(П})] [1-Р(пуп,
а вероятность ложной браковки
ps UL) = 1 - [1 - р (п})] [1 - р (луд.
Если среднюю стоимость ремонта объекта (или стоимость всего
объекта при неисправимых дефектах), в котором обнаружен недопусти-
мый дефект, обозначить через F, то вероятные убытки из-за перебраковки
Э1У = F {1 - [1 - Р (Л/)] [1 - Р (П/1)]}.	(10)
36
Таблица 6
К расчету технической эффективности системы
Исходные данные	Расчетные формулы	Примечания
Потенциальные опас- ности Р(А) дефектов типа к; к = I, ~к0 Распределения числа in дефектов fAm). где ш = 0. mi(> Априорные вероятно- с‘ч РЯ.ОП(В/<Ж) выяв- ления дефекта т ипа к методами М , входя- щими в систему с/, где t = 1, /0 Коэффициенты >7 опасности дефектов । ина к: к =1, к0, l’n-on(Bk/M^t=Vto, /'*('«), т = 0, тк() гк. к = У, к0 MW, 1 = Ь /а(0) И fk(mk) Потенциальные опас- ности Р*(А„) = 0 до- пустимых (к = д) и Р*МН) ~ 0,9... недо- пустимых (к — и) де- фектов с распределе- нием/п(иг„), /ин = 1, тт р^МЮ, t=i, t0	Gj = AHj = Hj - Hn к0 ее•% Н,= Пр Е {1 -Р(А)[1 - -Рд-ои №/</)] Г А ‘о ('"‘о	) йо = п 1 Z [1 -P(A)]mA(»i)S fc= 1 ч>м = 0	> где ^д—оп	“ = 1 - П [1 - Рд-оп (Вк/М,)1 1 = 1 Gj = АН* = Н* - Н% Hf = Hj при замене Р(А) па Р*(Ак) Н* = Но при замене Р(А) на Р*(А), где Р* (Ак) = —— Р* (Атах), причем Р*(Итак) = 0,99, ..., 0,99999 Gj = AW* = Н* - //?, я? = n{!A(0)+./UwJ{i- -Р*(А)[1 -РЛ_О11(ВД|Г}} *0 Hi = П {А (0) + А (»>„) [1 - Р* (А)]} к 1 Gj = AW* = Hf - Hl 'Ч Hf= z {1-P*(A)[1- "'ll-1 “ ^д- on (^H /cj)]! H fu (^h) w»0 £ [1 -Р*Мн)Гн/нН)	Hj — вероя гное гь не- возникновения ава~ рийной ситуации в объекте после устра- нения дефектов, выяв- ленных системой Cj Hq — то же, до конт- роля; Рд-<ш(РлА) - априор- ная вероятность вы- явления дефекта типа к системой с( Н* — вероятность не- возникновения услов- ной аварийной ситуа- ции после устранения дефектов, выявлен- ных системой cj Hf — то же, до конт- роля В*(Ак) — вероятность возникновения услов- ной аварийной ситуа- ции из-за дефекта ти- па к, если он один в объекте ink — вероятное число дефектов типа к в объекте
37
Продолжение табл. 6
Исходные данные	Расчетные формулы	Примечания
Потенциальная опас- ность Р*(ЛЙ) = 0.9... недопустимого дефек- та, причем т„ = 0,Г. Известны /п(1) н Ра-ММ,), /=1, t0.	G, = ля* = н* - я* н* = !-/„(!) [1 ~ Рд-рц(Вн/с,)]	*
В каждом объекте возникает один недо- пустимый дефект, т.е. ./»(>) = 1; т„= 1; Р*(Л„) = 0.9... Известны 1 = К 0)	Cj = дя; = я; - я* = = {» -[1 -JVon(WI) -0; &j ~ ^д-оп {Bk/Cj)	Техническая эффек- тивность системы Cj определяется априор- ной вероятностью выявления недопусти- мых дефектов в объ- екте этой системой
Вероятные убытки Э,у, связанные с недобраковкой объекта, при
известной стоимости J аварийной ситуации
Э„, = J (1 - Hj) = J [1 - (Но + ДНД	(11)
где Hj — вероятность псвозникиовсния аварийной ситуации в объекте после устра-
нения в нем дефектов, выявленных системой Cj (см. формулы табл. 6).
Рассмотрим применение интегрального критерия при решении ряда
задач но выбору или формированию эффективной системы контроля.
1.	Возникновение аварийной ситуации в объекте сопровождается
катастрофой или убытками, несопоставимыми с убытками от перебра-
ковки; задано некоторое экономически приемлемое значение Э£. системы
контроля. В этом случае значение Э„ неизвестно, так как неизвестны
убытки J. Решение задачи сводится к максимизации технической эффек-
тивности при ограниченных затратах Эх = Эк + Э„ + Э„:
ДНрац = max ДН;
(Эк + Эц + Э„) рац < ЭЕ..
2.	В связи с особой ответственностью объектов задано некоторое
минимальное значение Нр вероятности безаварийной работы. Затраты
Эн постоянны и задача решается путем минимизации функции Э£, =
= Эк,- + Эц + Эц при технической эффективности не ниже заданного уровня:
эхра11 = minP* + э» + эп);
ДНрац>Н,.-Н0.
38
3.	Убытки Эн от возникновения аварийной ситуации в объектах соиз-
меримы с убытками Эп от перебраковки объекта.
Из числа систем с равными или близкими минимальными значениями
Rj = ЭЕ| + 3„j оптимальной будет обладающая максимальной технической
эффективностью AHj. Таким образом:
Крац = min (Эх + Э„) и далее
ДНрац = max ДН;
R « Ярац.
Может оказаться, что данному условию удовлетворяют две или более
систем. Тогда для выбора оптимальной из них следует воспользоваться
дополнительными экспертными оценками, например показателем обобщен-
ной функции желательности. К данному классу задач относится также
задача оптимизации параметров конкретного метода, когда затраты
(Эк + Эв) не критичны к значениям параметров. При этом допустимо
ограничиться минимизацией функции R = Э„ + Эн. Очевидно, что выбор
эффективных систем неразрушающего контроля рельсов относится к пер-
вому классу задач. По изложенной для этого класса задач методике
можно будет определять рациональные планы контроля рельсов имею-
щимся парком съемных и вагонов-дефектоскопов.
ГЛАВА III.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
МЕТОДЫ
ДЕФЕКТОСКО ПИИ
9. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
Сведения о ферромагнетизме. Рельсовая сталь, сильно намагничивающаяся в срав-
нительно слабом магнитном ноле и сохраняющая значительную долю того
намагничивания, которое было ей ранее сообщено, по своим свойствам относится
к группе ферромагнитных материалов [10]. Ферромагнитные свойства возникают
благодаря наличию в атоме стали элементарных носителей магиитизма — дви-
жущихся внутри атома электронов — и особому взаимодействию между некото-
рыми электронами соседних атомов. Последнее свойш во тесно связано с кристал-
лической структурой ферромагнитных материалов. По современным представле-
ниям, атом любого вещества имеет сложную структуру, состоящую из ядра,
заряженного положительно, и вращающихся вокруг пего и собственной оси
отрицательно заряженных электронов. Всякое движение электронов представля?!
собой электрический ток, а прохождение тока сопровождается возникновением
магнитного поля. При вращении электрона по орбите радиусом г возникает
магнитный момент т (обозначается вектором), величина которого равна произ-
ведению тока i и площади S, ограниченной контуром этого тока, т. е. т = iS.
Направление вектора магнитного момента совпадает с перпендикуляром к пло-
щади S и связано с направлением тока в контуре по правилу правого винта.
Электрой, вращающийся вокруг атомного ядра, обладает орбитальным магнитным
моментом. Вращение электрона вокруг собственной оси приводит к образованию
магнитного момента — спинового момента.
В создании магнитного момента отдельного атома, а следовательно, и маг-
нитных свойств вещества принимают участие не все электроны, а только не-
большая их часть. Это обьяспястся гем. что магнитные моменты большинства
электронов имеют противоположное направление и взаимно компенсируют друг
друга, вследствие чего эти электроны делаются центральными в магнитном
отношении. При этом свойства атомов ферромаг нет пого вещества полностью
определяются электронами с нескомпенсировапными спиновыми моментами. Для
ферромагнитного вещества наличие нсскомпепсироваппых спиновых моментов —
необходимое условие, по недостаточное. Второе условие относится к микро-
объему вещества и определяется электрическим взаимодействием между электро-
нами соседних атомов с нескомпенсировапными спиновыми моментами. Под
влиянием этих сил спиновые моменты в микрообьсме вещества образуют
намагниченные до насыщения микроскопические области — домены, или области
самопроизвольного (спонтанного) намагничивания.
В размагниченном ферромагнитном образце магнитные моменты отдельных
областей самопроизвольного намагничивания имеют различное направление и
взаимно компенсируют друг друга. Поэтому результирующий магнитный момент
у такого образца равен нулю. Направление магнитных моментов отдельных
доменов в основном определяется структурными особенностями ферромат нигных
материалов. Эта особенность состоит в том, что обычный кусок ферромагнит-
ного материала представляет собой конгломерат большого количества отдельных
40
кристаллов с неправильной граничной поверхностью — кристаллитов. При отсут-
ствии внешнего магнитного ноля каждый кристаллит разбит на большое число
областей самопроизвольного намагничивания. Внутри каждой такой области
материал намагничен до насыщения вдоль одного из кристаллографических
направлений, которое является направлением легкого намагничивания. Реальное
существование областей самопроизвольного намагничивания подтверждается опы-
том. В хорошо размагниченном ферромагнитном образце области самопроиз-
вольного намагничивания расположены так, что результирующий магнитный
момент образца равен нулю.
Под действием внешнего поля происходит изменение размеров, а затем
направления намагниченности отдельных областей самопроизвольного намагничи-
вания, что сопровождается изменением их магнитных моментов. С ростом внеш-
него магнитного поля наступает такая стадия намагничивания (состояние техни-
ческого насыщения), когда сумма магнитных моментов областей самопроизвольно-
го намагничивания дает добавочное (внутреннее) иоле, кот орое складывается с внеш-
ним полем и усиливает его. Благодаря добавочному (собственному) полю
ферромагнитные материалы приобретают свойство сильно намагничиваться в срав-
нительно слабом магнитном поле.
Если после насыщения ферромагнитного материала начать уменьшение внеш
него поля, то вектор мат нитного момента каждой области будет постепенно
отходить от положения, совпадающего с направлением внешнего поля, к поло-
жению легкого намагничивания, ось которого составляет наименьший угол с внеш-
ним полем. Таким образом, при нулевом значении Biieiunei о поля магнитные
моменты областей сохраняют определенную ориентацию, при которой суммарный
магнитный момент ферромагнитного образца не равен нулю. Следовательно,
ферромагнитный образец сохраняет остаточное намагничивание. Чтобы уменьшить
его, необходимо приложить поле произвольного напряжения, которое будет умень-
шать размеры (объемы) одних областей и увеличивать объемы других.
Благодаря добавочному (внутреннему) полю ферромагнитные материалы при-
обретают очень цепные свойства: сильно намагничиваются в относительно сла-
бом магнитном поле; магнитная восприимчивость зависит от напряженности
намагничивающего (внешнего) поля. Поэтому при неизменной напряженности этого
поля местное изменение магнитной восприимчивости ферромагнитного материала,
например из-за нарушения его однородности или сплошности, сопровождается
изменением его намагниченности. Наличием областей самопроизвольного намагни-
чивания объясняются также многие другие свойства и характеристики ферро-
магнитных материалов при воздействии па них статических и динамических нолей.
Рассмотрим основные магнитные величины и единицы их в системе СИ.
В качестве меры намагничивания ферромагнитного тела ггриггяг вектор намагни-
ченности J, равный магнитному моменту М единицы объема рассматриваемого
тела. Следует различать слова «намагничивание» и «намагниченность». Под
«намагничиванием» подразумевают процесс увеличения магнитного момента тела
или образна, а под «намагниченностью» — состояние тела (образца), характеризуе-
мое вектором J. Для однородного намагниченного образца с объемом V вектор
намагниченности J = М/V. В принятой системе единиц намагниченность измеря-
ется в амперах на метр (А/м).
Намагничсппость J зависит от напряженности магнитного поля II. Напря
жешюсть магнитного поля характеризует намагничивающее поле в ферромагнит-
ном материале или в замкнутом кольцевом образце, создаваемое электрическим
током внешнего источника энергии. Для получения однородного магнитного поля
в замкнутом кольцевом образце пользуются тороидальной катушкой с числом
витков тг, через которую протекает ток г. Напряженность поля, создаваемого
током в тороидальной катушке при условии, что ее диаметр значительно пре-
восходит средний диаметр витка,
41
где i — ток, А;
Rtp — средний радиус катушки, м.
Напряженность магнитного поля — векторная величина. В принятой системе СИ
напряженность магнитного поля измеряется в тех же единицах, что и намагни-
ченность, т. е. в амперах на метр.
Между напряженностью поля И и намагниченностью вещества J существует
прямая пропорциональность j _	_ д//
где х — магнитная восприимчивость, характеризующая физические свойства мате-
риала.
Для ферромагнитных материалов х гораздо больше нуля и зависит от напря-
женности поля и температуры.
Намагниченность J можно рассматривать как добавочное (собственное) поле,
возникающее при суммарном действии магнитных моментов областей самопро-
извольного намагничивания. Намагничивающее (внешнее) поле, создаваемое в фер-
ромагнитном материале или в замкнутом кольцевом образце из ферромагнит-
ного материала, и добавочное (собственное) поле, возникающее в этом материале
при суммарном действии магнитных моментов областей самопроизвольного
намагничивания, дают результирующее поле В, называемое магнитной ин-
дукцией. Магнитная индукция в ферромагнитом материале или в замкнутом
кольцевом образце из этого материала
В = |т0 (Н + J),
где р0 — магнитная постоянная, или проницаемость вакуума, а практически воз-
духа. В системе единиц СИ р0 = 4тг • 10 7 г/м.
Мапштная индукция измеряется в всберах па квадратный метр (Вб/м2) или
теслах (Т). Если в формулу, определяющую В, подставит значение J, то
В = р0 (Н + 4тгхН) = р0 (И + кН) = ц„Н,
где ра = (I + /<)р0 — абсолютная магнитная проницаемость, измеряемая, Т• м/А.
Магнитная индукция, как и напряженность магнитного поля,— векюрная
величина.
Удобно пользова1ьея понятием относительной проницаемости, под
которой подразумевается отношение абсолютной проницаемости к проницаемости
вакуума. Относительная проницаемость — отвлеченная величина. Пользуясь поня-
тием относительной проницаемости, уравнение для В можно представить в виде
В = р.,П = рорН.
При рассмотрении магнитного поля вводят понятия магнитный . поток Ф
и намагничивающая (магнитодвижущая) сила F. Магнитный поюк определяется
только числовым значением, т. е. является величиной скалярной. В однородном
поле для сечения s, перпендикулярного направлению вектора индукции В, поток
Ф = Вх.
Магнитный поток измеряется в вольт-секупдах (В • с) или в веберах (Вб).
По закону Ома для магнитной цепи магнитный поток Ф равен отношению
магнитодвижущей силы (м. д. с.) F к магнитному сопротивлению Вм:
Ф = F/Rn.
В однородном поле для пути /, совпадающего по направлению с Н, получим
F = HI.
Намагничивающая сила — скалярная величина, измеряется в амперах (А).
42

1
Во многих руководствах по дефектоскопии рельсов размерность магнитных
величин указана в абсолютной электромагнитной системе единиц СГСМ, в ко-
торой индукция В измеряется в гауссах (Гс), магнитный иогок Ф в максвеллах
(Мкс) и напряженность поля Я в эрстедах (Э). Перевести единицы системы СГСМ
в СИ можно следующим образом:
1 Мкс = 10” Вб:
1 Гс = 10“4 Т;
1 Э = 103/4п А/м = 10/4п А/см.
На основе ферромагнитных свойств создаются магнитные и электромагнитные
методы обнаружения дефектов.
О процессе намагничивания ферромагнитных материалов. Практическое приме-
нение получил способ намагничивания рельсов в приложенном магнитном поле
движущегося электромагнита или постоянного магнита. Намагничивание в дви-
жущемся поле (динамическое намагничивание) обычнр сравнивают со статическим
намагничиванием, при котором электромагнит или постоянный магнит неподвижен
относительно рельса. Рассмотрим процесс намагничивания ферромагнитных мате-
риалов в статическом магнитном поле.
Статическим магнитным называется поле, возбуждаемое постоянным
или медленно меняющимся электрическим током. Процесс намагничивания фер-
ромагнитного материала в таком поле характеризуется кривой первоначального
намагничивания, представляющей зависимость индукции В от напряженности
намагничивающего поля Н. Эту кривую можно получить экспериментально для
кольцевого ферромагнитного сердечника с равномерно распределенной намагни-
чивающей обмоткой. Сердечник предварительно размагничивается, т. е. приводится
в такое состояние, когда суммарный магнитный момент областей произвольного
намагничивания равен нулю.
При построении кривой первоначального намагничивания (рис. 28) по гори-
зонтальной оси (ось абсцисс) отложены значения напряженности поля И, а но
вертикальной (ось ординат) — магнитной индукции В. Кривая разделена на два
участка, каждый из которых характеризует определенную стадию намагничивания.
Начальная пологая часть кривой намагничивания соответствует обратимому сме-
щению областей самопроизвольного намагничивания материала. Процесс называ-
ется обратимым, если намагниченный материал может возвратиться в перво-
начальное состояние с индукцией В при восстановлении исходной напряженности
поля Н. На крутом (/) участке кривой ма1ериал намагничивается в результате
необратимых смещений границ областей самопроизвольного намагничивания. При
необратимых процессах восстановление исходного значения напряженности Н
не приводи! материал к исходному значению индукции В.
возникают из-за ряда причин. К числу таких причин
возникающие от механических повреждений, инород-
ные включения, пустоты и другие дефекты в кристал-
лах ферромагнитного материала. Верхний перегиб
кривой, переходящий в полей ий участок (II), где
материал приближается к состоянию технического
насыщения, соответствует обратимому процессу вра-
щения магнитных моментов указанных областей.
Процесс намагничивания ферромагнитного мате-
риала в значительной часзи необратим. Поэтому сни-
Необратимые процессы
относятся напряжения,
Рис. 28. Кривая первона-
чального намагничивания
ферромагнитного мате-
риала
жение напряженности поля от максимального значения
для данной кривой намагничивания до исходного
значения II = 0 не приводит к исходному значению
индукции В. В более широком понимании это значит,
43
что характер изменения индукции для постепенного увеличения напряженности поля
не совпадает с характером изменения индукции для постепенного уменьшения
этого поля до исходного значения. Экспериментально эту зависимость подтвержда-
ет замкнутая кривая намагничивания кольцевого ферромагнитного сердечника
с равномерно распределенной намагничивающей обмоткой при полном цикле
изменения Н.
Постепенное увеличение тока в намагничивающей обмотке сопровож-
дается постепенным ростом напряженности поля от исходного значения Н = О
до максимального Н (рис. 29). Полученная в результате этого ветвь ОА соот-
ветствует кривой первоначального намагничивания. Постепенно снижая напряжен-
ность поля вплоть до исходного значения Н = 0, легко убедиться в том, что
вновь полученная кривая не совпадает с прежней, оказывается выше нее и Вместо
нуля приходит в точку Вг. В точке О, соответствующей нулевому значению
напряженности поля, магнитная индукция не обращается в нуль, а сохраняет
некоторое положительное значение. Следовательно, индукция в сердечнике изме-
няется медленнее, чем напряженность поля.
Чтобы положительную индукцию В обратить в нуль, необходимо приложить
поле противоположного направления, т. е. поле с отрицательными значениями Н.
Для этого достаточно направление тока в пама!ничивающей обмотке изменить
на обратное. Как только поле противоположного направления достигает напря-
женности Нс, индукция в сердечнике сведется к нулю (сердечник будет размаг-
ничен). При дальнейшем увеличении поля до напряженности — Hs кривая намаг-
ничивания достигает точки соответствующей насыщению сердечника в поле
с отрицательными значениями Н. С уменьшением величины этого поля кривая
пойдет по пути At — Вг. В точке, соответствующей пулевому значению напря-
женности поля, магнитная индукция, как и прежде, не обращается в пуль, а при-
нимает отрицательное значение — Вг. Чтобы обратить эту индукцию в нуль,
следует приложить поле с положительным значением 7YJ.. С усилением этого поля
кривая намагничивания достигает точки А, где закончится полный цикл намагни-
чивания. Таким образом, при изменении поля от максимального положительного
значения +HS до максимального отрицательного значения —Hs и обратно кривая
намагничивания образует петлю, которая называется симметричной петлей
гистерезиса.
Петля гистерезиса графически изображает отставание индукции от напряжен-
ности поля за полный цикл ее изменения. Площадь петли гистерезиса
равна потерям энергии на гистерезис в единице объема ферромагнитного мате-
Рис. 29. Симметричная петля гисте-
резиса ферромагнитного материала
Рис. 30. Семейство петель гистерезиса
и основная кривая намагничивания
44
риала за один цикл перемагничивания. Энергия,
затрачиваемая на гистерезис, преобразуется в теп-
ло, идущее па нагревание сердечника.
Установившийся цикл гистерезиса можно по-
лучить только после многократного изменения
поля в пределах принятых значений Hs. Для
при которых всякий раз достигается насыщение
материала, установившийся цикл гистерезиса назы-
вается предельной петлей гистерезиса.
Большое значение в технике имеет участок BrHs
предельной петли гистерезиса, характеризующий
Рис. 31. Зависимость магнит-
ной проницаемости от напря-
процесс размагничивания материалов. Участок BrHs жснности поля
предельной петли гистерезиса называется кривой
размагничивания. Точки пересечения предельной петли гистерезиса с осями
координат определяют 'значения магнитных величин, которые являются важней-
шими характеристиками ферромагнитного материала.
Если симметричную петлю гистерезиса (см. рис. 29) принять за предельную
петлю, то точка Вг ее пересечения с осью ординат определяет остаточную
индукцию в ферромагнитном материале, а точка Hs пересечения предельной петли
гистерезиса с осью абсцисс — коэрцитивную силу, равную напряженности поля,
при которой остаточная индукция Вг превращается в пуль. Кроме остаточной
индукции и коэрцитивной силы, к числу основных параметров, характеризующих
свойства ферромагнитных материалов при статическом намагничивании, относятся
начальная р„ач и максимальная дг„.,х магнитные проницаемости. Обе характеристики
определяются по основной кривой намагничивания, которая совпадает с геометри-
ческими вершинами установившихся петель гистерезиса (рис. 30), составляющих
семейство симметричных петель i пстерезиса. Начальная проницаемость характери-
зует свойства материала в очень слабых полях, а максимальная — в полях
с напряженностью, близкой к значению коэрцитивной силы.
Характерная особенность ферромагнитных материалов — нелинейная зависи-
мость магнитной проницаемости от напряженности созданного в них магнитного
поля. Эту зависимость строят по значению В и Н основной кривой намагни-
чивания (рис. 31). Относительная проницаемость для каждой точки основной
кривой намагничивания	— в/ и
где р0 — магнитная постоянная.
Все сказанное о магнитных свойствах материалов относилось к замкнутой
магнитной цепи, например к замкнутому кольцевому сердечнику. Однако на
практике часто используются разомкнутые цепи, т. е. цепи, содержащие воздуш-
ный зазор, представляющий большое магнитное сопротивление по сравнению с ос-
тальной частью цепи. Воздушный зазор может существенно измени ib ход кривых
намагничивания и значения проницаемости. В магнитной цепи или сердечнике
с воздушным зазором возникают свободные полюсы, создающие размагничиваю-
щее поле Но, направленное навстречу внешнему намагничивающему нолю Не. Маг-
нитные свойства такого сердечника определяются резуль тирующим (истинным) полем
Н, = Не - Но.
Размагничивающее поле Но приближенно можно считать пропорциональным
намагниченности J. Коэффициент пропорциональности N называется коэффи-
циентом размагничивания. Тогда РЦ = Не — NJ.
На практике в большинстве случаев пользуются некоторыми усредненными
значениями N, определенными по приближенным формулам или справочным
таблицам для тел заданной формы и размеров. Сравнивая кривые намагничи-
вания вещества и образца, можно сделать следующие замечания: чем больше
45
коэффициент размагничивания, т. е. чем короче и толще образец, тем более
пологий вид принимает его кривая намагничивания. Следовательно, при больших
воздушных зазорах ход кривой намагничивания определяется в основном не маг-
нитными свойствами материала, а формой магнитной цепи или сердечника.
Ферромагнитные материалы делятся на две обособленные группы — магнито-
мягкие и магнитотвердые. Характерными свойствами магнитомягких материалов
являются их способность намагничиваться до насыщения уже в слабых полях
и малые потери на перемагничивание. Магнито твердые материалы (материалы
для постоянных магнитов) отличаются большими значениями остаточной индук-
ции В, и коэрцитивной силы Нс. Сравнение петель гистерезиса, характерных
для обеих групп материалов, показало, что они значительно отличаются значением
коэрцитивной силы. Для промышленных магнитомягких материалов минимальная
коэрцитивная сила Яс = 0,004 А/см, а для магнитотвердых максимальная Нс =
= 3200 Л/см. Следовательно, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю
гистерезиса с небольшой коэрцитивной силой, а магнитотвердые — широкую с боль-
шой коэрцитивной силой.
Для магнитомягких материалов характерен крутой подьем кривой в интервале
слабых полей, что указывает на высокую их проницаемость в слабых полях.
К важнейшим магнитомягким материалам относятся технически чистое железо,
электротехнические стали, пермаллой, Mai питомя! кие ферри гы и др. Среди маг нито-
твердых материалов для изготовления литых постоянных магнитов наибольшее
применение получили сплавы на основе железо — никель — алюминий или железо —
никель — алюминий — кобальт, а также стали, закаливаемые на мартенсит (хромис-
тые, вольфрамовые и кобальтовые).
Ферромагнитные материалы могут оказаться в переменном магнитном поле,
периодически изменяющемся от положительного до отрицательного максимального
значения с одной и гой же амплитудой. Магнитное состояние материала и сер-
дечника в этом случае характеризуйся симметричной динамической петлей гисте-
резиса. В отличие от статической петли гистерезиса характер динамической петли
определяется не только гистерезисными явлениями (влияние предшествовавших
состояний), по и влиянием других факторов, особенно вихревых токов. Поэтому
динамическую петлю можно называть i истерезиспой лишь условно.
Площадь пег.пи гистерезиса всегда определяет рассеяние энергии за полный
цикл персма! пичивапия. Площадь динамической петли определяет рассеяние
энергии (превращение магнитной энергии в тепловую) не только вследствие
।истсрезиса, но и из-за потерь па вихревые токи. Поэтому для одного и того же
сердечника при одинаковых значениях магнитной индукции динамическая петля
всегда шире статической.
Форма динамической петли зависит от многих факторов, среди которых
основными являются магнитные свойства материала сердечника, частота намагни-
чивающего тока, максимальное значение индукции, размеры сердечника, толщина
листов, из которых собран сердечник. Поэтому в переменном магнитном поле
динамическая петля действительна только для рассматриваемого сердечника при
заданных условиях его работы. На форму динамической петли влияет также
песинусоидальность намагничивающего тока (песинусоидальность напряженности
ноля) или несинусоидалыюсть маиштного потока (индукции). Только в слабых
полях, т. е. при малых индукциях, динамическая петля имеет форму, близкую
к эллипсу. В этом случае синусоидальному изменению напряженности поля
соответствует синусоидальное изменение индукции.
Важная характеристика поведения сердечника в переменном магнитном ноле —
динамическая кривая индукции. Если динамическая петля имеет форму
эллипса, го динамическая кривая индукции выражает зависимость амплитудных
значений синусоидальной индукции Вм от амшпттудных значений синусоидальной
напряженности поля Нм Эта зависимость также представляет собой динами-
46
ческую характеристику сердечника, одна-
ко для усредненных значений Вм и Нм
за целый период их изменения. Для по-
строения динамической кривой индукции
значения Вм и Нм находят косвенным
путем на основании существующих свя-
зей между магнитными и электрическими
Рис. 32 Схема для определения дина-
мической кривой индукции кольцевого
сердечника
величинами в цепях переменного тока
с сердечниками и намагничивающими
обмотками.
Рассмотрим эти связи на примере
цепи переменного тока (рис. 32). Электри-
ческая цепь содержит замкнутый кольцевой сердечник с намагничивающей обмот-
кой wl и измерительной w2. Обе обмотки равномерно распределены по всей длине
кольцевого сердечника. Ток в намагничивающей обмотке wl регулирует авто-
трансформатор АТ, присоединенный к источнику синусоидального напряжения.
U = UM sin (2п/Т) t = UM sin ыт,
гдеТ— период переменного тока,
ы—круговая частота;
иы — амплитуда питающего напряжения.
Переменный ток в намагничивающей обмотке wl измеряют амперметром А,
а электродвижущую силу (э. д. с.) в измерительной обмотке — вольтметром V.
Магнитное состояние сердечника в переменном поле определяют на основании
двух электрических величин: переменного тока г в намагничивающей обмотке wl
и переменной э. д. с. е в измерительной обмотке w2. При слабом намагничивании
сердечника и синусоидальном питающем напряжении U ток 1 и э. д. с. е изме-
няются по синусоидальному закону.
Рассмотрим существующие связи между приведенными электрическими и теми
магнитными величинами, которые позволяют построить динамическую кривую
индукции при слабом намагничивании сердечника. Амплитуда Им синусоидальной
напряженности магнитного поля однозначно связана с действующим значением I
намагничивающет о тока в обмотке wl:
Нм = |/2 (w, 1/1),
где ( — средняя длина мат ни гной линии в кольцевом сердечнике;
W, — число витков намагничивающей обмотки.
Привеченная формула имеет наибольшее практическое значение, гак как ам-
перметры большинства систем (глектромат нитные, электродинамические, тепловые
и термоэлектрические) показывают действующее значение I синусоидального тока.
Амплитуда Вм синусоидальной индукции однозначно связана с действующим
значением Е синусоидальной э. д. с., индуктируемой в обмогке w2,
Вм = E/4,44fw2s.
где f — частота питающего напряжения;
w2 — число витков измерительной обмотки:
я —сечение кольцевого сердечника.
Связь между индукцией Вм и средним значением £ср синусоидальной э. д. с.
в обмотке w2 выражается формулой
вм = Ecp/4fw2s.
По этой формуле можно более точно вычислить Вм, так как среднее зна-
чение синусоидальной э. д. с. измеряют вольтметрами выпрямительного типа,
47
которые по сравнению с другими вольтметрами (исключая катодные) обладают
более высоким внутренним сопротивлением.
Важная характеристика поведения ферромагнитного сердечника в переменном
магнитном поле — амплитудная проницаемость. Она равна отношению максималь-
ной индукции к максимальной напряженности поля на динамической кривой
индукции. При синусоидальном изменении напряженности поля и индукции
амплитудная проницаемость
Им = “м/НоПм,
где До — магнитная постоянная.
Следует иметь в виду, что дм — средняя магнитная проницаемость за один
период питающего напряжения. В действительности магнитная проницаемость
сердечника непрерывно изменяется в течение всего периода питающего напря-
жения.
В сильных магнитных полях на формулу динамической петли оказывает
влияние пссинусоидальность намагничивающего гока (нссипусоидальность напря-
женности поля) или несинусоидальпость потока (индукции). Поэтому динами-
ческая петля при несинусоидалыюй напряженности поля при прочих равных
условиях отличается от динамической петли, полученной при несинусоидальиой
индукции.
Рассмотрим причины, вызывающие появление несинусоидалыюй индукции или
несинусоидальиой напряженности поля при намагничивании сердечника в электри-
ческой цепи с синусоидальным питающим напряжением, г. е. причины, не отно-
сящиеся к источнику питающего напряжения. С згой целью обратимся к рис. 32
и введем следующие обозначения: R — активное сопротивление намагничивающей
обмотки wl; XL = wL— индуктивное conpoiивлсиие гой же обмотки при разомкну-
той цепи измерительной обмотки w2.
Питающее напряжение U = 17м sin сот можно разложить па две составляющие,
из которых Uк преодолевав! активное падение напряжения па сопротивлении R,
a U L уравновешивает э. д. с. самоиндукции, равную
е, = — и’| (d№/dt) — — h’i.s (dB/dt}.
Предположим, что вес витки намагпичивающей обмотки пронизываются одним
и гем же магнитным потоком Ф = BS, г. е. нет магнитного рассеяния, а активное
сопротивление R гораздо меньше индуктивного X/, г. е. R<Xj. Эзо позволяет
пренебречь падением напряжения UK по сравнению с питающим напряжением
и принять
U = UM sin сот = 17/. = W|S (dB/dtj,
где из — число витков намагничивающей обмотки;
со — круговая частота;
s — сечение кольцевого сердечника.
Из этого соотношения следует, что
В = ((7м/2тг/й’|.ч) sin (епт — тс/2) = Вм sin (сот — п/2).
Таким образом, при синусоидальном изменении питающего напряжения и
R Xj индукция В в сердечнике меняется по закону синуса. Необходимо
учесть, что амплитуда синусоидальной индукции Вм 17м/27г:/и’1х не зависит от
величин, характеризующих магнитные свойства и геометрические размеры сердеч-
ника.
Убедившись в синусоидальности индукции В, рассмотрим закон изменения
напряжения поля И, или. что то же самое, закон изменения намагничивающего
48
8
тока в обмотке wl. Для решения этой части задачи построим график по упро-
щенной схеме процесса намагничивания, согласно которой динамическая петля
заменяется кривой намагничивания. Последовательность построения кривой изме-
нения напряженности поля Н (кривая /) при синусоидальном изменении индук-
ции В (кривая 2) можно проследить но рис. 33. В средней части графика про-
ходит кривая намагничивания со значениями индукции В, при которых кольцевой
сердечник достает насыщения. В правой части i рафика расположена синусои-
дальная кривая индукции за полный период Т. Линией времени для синусоиды
служит гори гениальная прямая Mt.
По кривой намагничивания можно определить каждое мгновенное значение
напряженности поля II для соответствующей miповеппой синусоидальной индук-
ции В. Например, для момента времени t mi повеппой индукции В, соответствует
мгновенная переменная напряженность поля //,. Найденное значение //, отклады-
вают па ординате, проходящей через точку t па вертикальной прямой «>(, которая
является линией времени для переменной напряженности поля. Точки I па двух
линиях Mt (горизонтальной и вертикальной) отображают один и тог же момент
времени. Аналогично можно найти и отложить ординаты, соотостующие дру-
гим мгновенным значениям синусоидальной индукции. Соединив концы этих
ординат, получим периодическую кривую напряженности поля II та время одного
периода Т (кривая I).
Периодическая кривая II при больших значениях индукции В, соопзстсгвующих
насыщению сердечника (см. рис. 33), приобретает песипусоидальную (заостренную)
форму. Из I рафика видно, что причина пссинусоидальпости II — нелинейность
кривой намагничивания в области больших значений В, Те же явления происхо-
дят в дсйсгви гелыюсги, когда процесс памш ничивання и разма! ничивапия сердеч-
ника в переменном ноле протекает по нелинейным ветвям динамической петли.
Если амплитуда синусоиды В не выходит за пределы линейной части кривой
намагничивания, то в кривой II нс будет отступлений от синусоиды.
Всякую несинусоидальпую кривую, изображающую закон периодического из-
менения какой-либо электрической или магнитной величины, можно раз пожить
49
па составляющие в виде синусоид различной частоты, амплитуды и начально":
фазы. В отдельных случаях при разложении наряду с синусоидами можно
получить еще и постоянную составляющую. Синусоидальные составляющие не-
синусоидальной кривой называются гармоническими составляющими,
или просто 1 армониками. Гармоника, у которой частота равна частоте
несипусоидальней кривой, называется первой или основной, гармони-
кой. Остальные т армопики имеют частоты в 2, 3, 4, 5, 6 .. раз больще частоты
основной । армопики. Поэтому частота отдельных гармоник может быть больше
частоты основной гармоники как в чспюе, гак и в нечетное число раз.
Существует несколько графических и апали i ических методов нахождения
амплитуд и фаз гармонических составляющих периодических нссипусоидалытых
кривых. Пользуясь одним из них методов, во-первых, можно убедиться в том,
что несипусоидальпая кривая // из-за ее симметричности относительно линии
времени от/ не содержит iармоник четною порядка и, во-вторых, кроме основной
гармоники, кривая содержит ярко выраженную третью гармонику, а также зна-
чительную по амплитуде пятую гармонику. Нечетные гармоники напряженности
поля влияют на форму динамической петли, отражающую процесс намагничи-
вания сердечника в электрической цепи с синусоидальным пи тающим напряжением
и R « XL.
В той же электрической цени возможно другое соотношение между пара-
метрами R и XL. Предположим, что активное сопротивление R гораздо больше
индуктивного XL, т. е. R > X/.. Это позволяет пренебречь падением напряжения
UL по сравнению с питающим напряжением U и принять г = U/R. В связи с тем
что U = (Ум sin тот, намат ничивающий ток i и напряженность ноля // также будут
изменяться по синусоидальному закону. Этот случай иллюстрирует трафик
(рис. 34), на котором видно построение периодической кривой индукции поля В
(кривая 1) при синусоидальном изменении напряженности ноля II (кривая 2).
Если не происходит подмагничивание сердечника постоянным магнитным
полем (Яо = 0), то линия времени сит синусоидальной кривой Н проходит через
50
начало координат кривой намагничивания. Моменту г мгновенной синусоидальной
напряженности поля Н, па кривой намагничивания соответствует мгновенная
индукция В,. Найденные значения В, откладывают на ординате, проходящей через
точку г на горизонтальной прямой cot, которая является линией времени для
переменной магнитной индукции В. Аналогично находят ординаты В для других
мгновенных значений Н, затем строят кривую 1 изменения магнитной индукции
за время полного периода Т. Кривая I несинусоидальной формы притуплена
в вершинах.
Симметричный характер кривой индукции относительно линии cot показывает,
что она не содержит четных гармоник. Среди нечетных гармоник в данном
случае значительное влияние оказывает основная гармоническая составляющая
индукции, амплитудное значение которой превышает максимальное значение
несинусоидальной кривой. Нечетные гармоники индукции воздействуют на форму
динамической петли иначе, чем нечетные гармоники напряженности поля. Оче-
видно, что несинусоидальность одной из магнитных величин также будет в какой-то
мере влиять па форму динамической кривой индукции.
На практике чаще приходится встречаться с гармониками в кривой напря-
женности поля. При этом переменный ток в намагничивающей обмотке, т. е.
намагничивающий ток, имеет i армоники того же порядка. В лом случае поль-
зуются действующими значениями / несинусоидального намагничивающего тока,
что позволяет определить действующее значение напряженности поля II, некоторой
синусоиды, эквивалентной действительной кривой напряженности поля, содержащей
гармонические составляющие. Тогда амплитудная проницаемость
Им — Вм/цоН, ]/2,
где Вм — амплитудная синусоидальная индукция;
Ро — магнитная постоянная;
Н, — действующая эквивалентная синусоида напряженности поля.
Амплитудная проницаемость — средняя магнитная характеристика за один
период питающего напряжения. Для мат пи гной и мат питодинамической дефекто-
скопии представляет большой интерес анализ работы сердечников в режиме одно-
временного памат пичивания переменным и постоянным магнитными полями, при-
чем амплитуда переменной составляющей напряженности поля оказывается го-
раздо больше напряженности постоянной составляющей поля.
Магнитное состояние сердечника, работающего в указанном режиме, изме-
няется по несимметричной динамической негде. Особенности такого намагничи-
вания могут быть выяснены па более простом примере, в котором динамическая
петля заменяется основной кривой намагничивания (рис. 35). Здесь режим одно-
временного намагничивания осуществляется постоянным полем с напряженностью
Но и переменным с синусоидальным изменением напряженности II (кривая 1),
амплитуда которой в 5 раз больше Но.
Линия времени для синусоидального поля - вертикальная прямая, проходящая
черет точку 110 па оси абсцисс кривой намагничивания. Поэтому каждая точка
синусоиды переменного ноля относительно начала кривой намагничивания дает
mi повениое значение результирующего поля. Для момента времени / результи-
рующее магнитное поле имеет напряженность Но -I- И,. Такой напряженности поля
по кривой намагничивания соответствует мгновенная индукция В„ значение кото-
рой откладывают на ординате, проходящей через точку t. В результате анало-
гичных построений для других мгновенных значений индукции определяется ряд
точек, позволяющих построить периодическую кривую индукцию В в кольцевом
сердечнике (кривая 2).
Средняя за период ордината этой кривой не равна нулю. Следовательно,
рассматриваемая несинусоидальпая кривая имеет постоянную составляющую.
Значение постоянной составляющей индукции Во определяется расстоянием между
51
осью абсцисс и линией то/, проведенной так, что относигслыю пес средняя
ордината рассматриваемой кривой за период равна пулю. Если пег переменного
поля, то постоянному полю с напряженностью //() соответствует постоянная
ипдукцитт Во. Опа уменьшается до В'() при совместном действии постоянного
и переменного полей, хотя напряженность II остается при этом неизменной.
Горизонтальная прямая то/—эго линия времени переменной составляющей
мат пинтой индукции. Периодическая кривая переменной составляющей индукции
несимметрична относительно липни то/, следовательно, опа содержит гармоники
четного и почетною порядка. Из гармоник четного порядка наибольшая по
амплитуде — вторая гармоника. При определенных условиях амплитуда
второй гармоники переменной составляющей индукции изменяется пропор-
ционально напряженности постоянно!
Рис. 36. Семейство характеристик <|>ер-
ромагнитпого материала при одновре-
менном намат ничивании полем с пере-
менной и постоянной составляющими
поля //().
Основной характеристикой ферромат-
питтюго материала или изготовленною
ит пето кольцевого сердечника, работаю-
щих в режиме одновременною намагни-
чивания нолем с переменной и постоян-
ной составляющими, является зависи-
мость максимальной переменной индук-
ции Вм от действующей переменной
напряженности ноля Н}, полученная при
напряженности II,, постоянной составляю-
щей поля (рис. 36). Чем больше значение
Но, тем более полотой делается началь-
ная часть характеристики, поэтому при
одновременном намагничивании с боль-
шими значениями //(, возникает очень
длительный режим медленного роста ин-
дукции Вм-
52
Классификация магнитных и электромагнитных методов дефектоскопии.
Скрытые дефекты в стальных железнодорожных рельсах обнаруживаются
магнитными и электромагнитными методами [10]. Для этого рельсы
намагничивают способом приложенного магнитного поля электромагни-
том или постоянным магнитом. Для большей надежности выявления дефек-
тов 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. Однако методы обнаружения внутренних дефектов
при разных скоростях перемещения намагничивающего поля существенно
отличаются. Поэтому каждый из них может классифицироваться как
метод, имеющий самостоятельное значение.
В случае перемещения магнитного ноля относительно рельса со ско-
ростью 4 — 5 км/ч условия намагничивания рельсов близки к статическим.
Над головкой рельса с внутренним поперечным дефектом возникает
местное Mai питное поле — поле рассеяния дефекта. Метод, основан-
ный на индикации поля рассеяния дефекта при статическом намагничи-
вании 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 изме-
нению намгн пичснности 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 — м а г и и т о д и н а м и ч е с к о е поле дефекта. Ме-
тод дефект оскопирования рельсов в пути, основанный на индикации этого
поля, называется магнитодинамическим. Разрабатывается элект-
ромагнитная аппаратура для выявления волосовин и закатов. Принцип
работы электромагнитного дефектоскопа для обнаружения волосовин
с недопустимыми размерами основан на вихретоковом методе —
анализируется изменение параметров возбуждающей системы (плоская
накладная катушка), находящейся в переменном магнитном ноле при
помещении ее вблизи дефекта рельса.
10.	МАГНИТНЫЙ МЕТОД
Над 1оловкой продольно намагниченного рельса с внутренней попереч-
ной трещиной усталости возникает поле рассеяния дефекта. Достаточно
полное и физически обоснованное представление о его образовании можно
получить расчетно-аналитическим методом, в котором для упрощения
принят ряд допущений. Дефект представляется в форме сжатого эллип-
соида, расположенного в безграничной магнитной среде. Материал
эллипсоида однороден с относительной магнитной проницаемостью щ.
Среда, окружающая эллипсоид, также однородна, относительная магнит-
ная проницаемость ее ц2.
Внешнее однородное магнитное поле /70 направлено вдоль главной
оси а эллипсоида. Предполагается, что магнитные свойства материала,
из которого состоит эллипсоид, и материала окружающей его среды
не зависят от внешнего магнитного поля. Однородное результирующее
53
поле внутри эллипсоида будет направлено вдоль оси а и иметь напря-
женность
Н( = Н0/[1 +No(M1-p2)],
где Но — напряженность однородного магнитного поля внешнего источника;
Na — коэффициент размагничивания для эллипсоида, намагниченного вдоль
его оси а.
Эта формула отвечает представлениям магнитостатики, по которым
появление внутреннего магнитного поля в эллипсоиде объясняется дей-
ствием магнитных зарядов, распределенных на границе между эллипсоидом
и окружающей его средой.
Эллипсоид из материала с магнитной проницаемостью р( в дальней-
шем рассматривается как дефект, вызывающий местное изменение поля
в окружающей его среде с магнитной проницаемостью р2.
Намат ниченность материала эллипсоида
Л =	(Ц1 - р2).
Эллипсоид значительного объема может бьпь преобразован в эллип-
соид, сжатый по его основной оси совпадающей с направлением внеш-
него ноля Но. Тем самым сжатый эллипсоид приобретает близкое
сходство с внутренней трещиной усталости, также сжатой вдоль направ-
ления намагничивания рельса.
Для сильно сжатою эллипсоида, намагничиваемого в направлении
оси а, коэффициент размагничивания Na — 4л. Напряженность результи-
рующего поля внутри сильно сжатого эллипсоида
и; = Но/[1 + 4л(ц, - ц2)].
Следовательно, при щ > р2 напряженность результирующего поля
внутри сильно сжатою эллипсоида меньше напряженное™ Но магнитного
поля внешнею источника. Однако в большинстве практических случаев
магнитные свойства (щ) среды, заполняющей дефект, значительно ниже
магнитных свойств (р2) окружающей его среды. При гаком соотношении
между Ц] и р2 напряженность результирующего поля внутри сжатого
эллипсоида
Н!' = Н0/[1 -47t(p2-p,)J.
Намагниченность материала внутри сжатого зллинсоида, соответствую-
щая результирующему полю Н" и удовлетворяющая условию щ < ц2,
будет Jf= -Н;'(И2-ц1) = Н0(ц2-р1)/[1 -4л(р2-И1)].
В данном конкретном случае при цх < р2 намагниченность материала
внутри сжатого эллипсоида (дефекта) является величиной отрицательной.
Попробуем оценить намагниченность Jo среды, окружающей дефект,
в виде сильно сжатого эллипсоида. С этой целью определим намагни-
ченность окружающей среды вблизи точек пересечения каждой боковой
поверхности сжатого эллипсоида с его основной осью а. Эти особые точки
54
расположены у «полюсов» дефекта. В каждой из них индукция магнит-
ного поля нормальна к боковой поверхности сжатого эллипсоида и,
следовательно, одна и та же по обе стороны этих поверхностей.
Поэтому для особых точек поля, находящихся в окружающей среде
у «полюсов» рассматриваемого дефекта, действительно равенство
(И'/ + J,) ц0 = (//<, + Jo) Во,
1де JG — намагниченность окружающей среды у «полюсов» дефекта;
go — Mai нитная постоянная
Из приведенного равенства с учетом того, что намагниченность J" для
данного случая — величина отрицательная,
70=(4л- l)j;'.
Намагниченность Jo окружающей среды у «полюсов» дефекта значи-
тельно больше J" материала, из которого состоит дефект. Боковые
поверхности дефекта в виде сильно сжатого эллипсоида имеют очень
малую кривизну. На основании этого можно предположить, что послед-
нее равенство действительно для всех точек окружающей среды, распо-
ложенных у боковых поверхностей дефекта. Следовательно, у поверх-
ностей, которые являются границей раздела двух магнитных сред, проис-
ходит скачкообразное изменение намагниченности. Здесь скачкообразно
изменяется не только намагниченность вещества, но и потоки вектора
намагниченности. На боковой поверхности, через которую внешнее поле
Но проникает в зело сжатого эллипсоида (дефекта), поток вектора
намагниченности скачкообразно уменьшается на
e=(j0-j,")s,
где S — площадь боковой поверхности дефекта.
На другой боковой поверхности поток вектора намагниченности скачко-
образно увеличивается на такое же значение. Эго указывает па то, что
часть линий вектора намагниченности обрывается у первой боковой по-
верхности дефекта и снова начинается у второй поверхности. По пред-
ставлениям магнитостатики, каждый конец линии вектора намагниченности
действует как некоторый положи тельный ма, питпый заряд, а каждое на-
чало ее — как отрицательный. В соответствии с этим первая боковая по-
верхность дефекта будет поляризована положительными магнитными за-
рядами, а вторая — отрицательными.
Благодаря магнитной поляризации боковых поверхностей дефекта в его
теле возникает внутреннее магнитное поле, в общем виде напряженность
которого
Н — — 4nJ.
Знак минус « —» указывает, что внутреннее магнитное поле в теле
дефекта направлено навстречу действующей здесь намат ничеппости J. В
конкретном случае при Ц! < ц2 намагниченность J-. действующая в теле
55
дефекта, — отрицательная величина. Напряженность внутреннего магпи г-
ного поля в теле дефекта
Н = 4лУ;'_
Эта формула подтверждает, что в рассматриваемом случае внутреннее
поле Н направлено в ту же сторону, что и внешнее поле Но, т. е. усили-
вает его действие. Поэтому результирующее поле Н" в геле дефекта рав-
но сумме двух составляющих:
Н'{ = Нп + 4лУЛ
Пользуясь этим соотношением, можно определить касательную состав-
ляющую напряженности поля в окружающей среде в точках, находящихся
вблизи экваториального сечения дефекта. «Экватор» дефекта —ли-
ния пересечения поверхности дефекта с плоскостью, проходящей через
центр дефекта перпендикулярно направлению внешнего поля Но. В ука-
занных выше точках внешней среды напряженность поля направлена вдоль
касательной к экваториальной поверхности дефекта и, следовательно, одна
и та же по обе стороны этой поверхности. Так как по одну сторону
этой поверхности (внутри дефекта) поле имеет напряженность Н", го та-
кая же напряженность будет и у касательной составляющей поля во
внешней среде вблизи экваториальной поверхности дефекта, г. е.
нс = н;' = н0 + 4nj; = нп + пл.
Во внешней среде, где действует поле По, дефект добавляет собствен-
ное поле 4л./", поэтому сто называют нолем дефекта и обозначают
Ид. Поле дефекта (касательная составляющая), пропорциональное намаг-
ниченности веществе! внутри дефекта, возникает только благодаря магнит-
ной поляризации боковых поверхностей дефекта. В действительных усло-
виях мантитное поле около экватора сильно сжатой поперечной трещины
усталости существенным образом влияет па формирование тюля над ра-
бочей поверхностью головки продольно намагниченного рельса. Это
влияние прежде всего объясняется близостью экваториальной части
внутренней трещины к рабочей поверхности головки рельса. Кроме л ото,
топография поля над головкой рельса в значительной мере определяется
градиентом напряженности ноля вблизи экваториальной части усталостной
трещины.
Наряду с мат питпыми зарядами, возникающими на боковых поверх-
ностях дефекта, возможно появление магнитных зарядов в среде, окружа-
ющей дефект. Э ти мат нитные заряды называю г о б ь е м п ы м и. В усло-
виях дефектоскопирования реальных объектов объемные заряды воятика-
ют вследствие нелинейной зависимости магнитных свойств среды, окру-
жающей дефект, от напряженности намагничивающет о поля. Появлению
объемных магнитных зарядов способствует также неоднородная намат ни-
ченность среды, находящейся в непосредственной близости от дефекта.
Установлено, что в сильных магнитных полях объемные заряды несколько
усиливают внешнее действие поверхностных зарядов, а в слабых дейст-
вие объемных зарядов по отношению к поверхностным изменяется па
56
обратное. В большинстве практических случаев сумма объемных зарядов
значительно меньше суммы поверхностных зарядов. Поэтому ограничива-
ются обычным учетом действия одних только поверхностных магнитных
зарядов.
Приведенный расчетно-аналитический метод исследования причин, по
которым дефект, находящийся в намагниченной детали, приводит к по-
явлению поля Нд, раскрывает только качественную сторону явления.
Однако выводы, полученные этим методом, позволяют правильно пред-
ставить схему распределения линий поля дефекта внутри намагниченной
детали и над ее поверхностью (рис. 37). Здесь показана деталь с одной
внешней граничной поверхностью. На некоторой глубине под этой поверх-
ностью находится внутренний (глубинный) дефект, сжатый в направлении
внешнего поля Но. Как и прежде, предполагаем, что магнитная прони-
цаемость Pi материала детали больше проницаемости ц2 материала внутри
дефекта.
Намагниченность J2 материала, заполняющего дефект, меньше намаг-
ниченности материала, его окружающего. Поэтому часть векторов намаг-
ниченности будет обрываться на границе деталь — дефект и снова начи-
наться на границе дефект — деталь На первой из указанных границ появ-
ляются положительные магнитные заряды, а на второй — отрицательные.
Каждый магнитный заряд создает магнитное поле, направленное из него
как из цетпра. Над участком намагниченной детали, в пределах которого
находи тся внутренняя трещина или иной дефект, суммарное ноле На маг-
нитных зарядов направлено в ту же сторону, что и внешнее поле Но
(усиливает действие). Возникновение поля //д над поверхностью намагни-
ченной детали — признак ее дефектности, что и положено в основу маг-
нитного метода обнаружения дефектов.
При реализации этого метода используются различные способы намаг-
ничивания проверяемых деталей и приемы индикации поля Нд. Дефекто-
скопировапис 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 гаком соотношении уров-
ней полей над головкой намагничен-
ного рельса можно рассчитывать на
приемлемую чувствительность маг-
нитного метода к внутренним трещи-
нам усталости в головке рельса. Что
же касается направления приложен-
ного поля, то для более четкого обна-
ружения поперечных трещин рельсы
должны намагничиваться в продоль-
ном направлении.
Рассмотрим основные параметры,
характеризующие магнитное поле Нп,
над рабочей поверхностью головки
рельса с внутренней поперечной тре-
щиной усталости. Они прежде всего
Рис. 37. Схема поляризации стенок
дефекта и липни поля
57
необходимБт для выбора тина искательной системы магнитного дефекто-
скопа. К основным параметрам, характеризующим поле Нп, следует
отнести значения напряженностей его двух составляющих — тангенциаль-
ной (продольной) и вертикальной. Первая из них направлена по длине
рельса и находится в плоскости, параллельной рабочей поверхности го-
ловки рельса, а вторая — перпендикулярно к длине рельса, в плоскости,
перпендикулярной к рабочей поверхности головки рельса.
Эти составляющие поля Нл зависят от напряженности приложенного
магнитного поля, размеров внутренней трещины и глубины ее залегания
под рабочей поверхностью головки рельса. Рассчитать точно составля-
ющие магнитного поля Ил для конкретных значений указанных факторов
пока не представляется возможным. Трудности расчета прежде всего выз-
ваны сложностью самого дефекта, имеющего форму тончайшей внутрен-
ней трещины, находящейся под слоем неоднородного металла, накатан-
ного колесами подвижного состава. Наряду с этим сохраняются трудности,
связанные с учетом нелинейной зависимости магнитных свойств рельсовой
стали от напряженности приложенного поля и влияния наружных границ
головки рельса, т. е. влияния ее рабочей и боковых поверхностей. Однако
для выбора типа и параметров искательной системы дефектоскопа необ-
ходимо знать величины, характеризующие зависимость поля Нп над внут-
ренними поперечными трещинами от перечисленных выше факторов. Из-за
сложности получения указанных значений расчетно-аналитическим мето-
дом все необходимые данные о нолях внутренних поперечных трещин
были найдены экспериментально.
Первые сведения о магнитных полях сильно сжатого поперечного де-
фекта были получены в Сибирском физико-техническом институте. Для
этого использовалась модель, которая имела форму трубы с внешним
диаметром 50 мм и осевым отверстием диаметром 15 мм. В отверстие
модели входили два точно ирит нанпых цилиндрических штока. Зазор d
между плоскими горцами иноков имитировал внутренний поперечный де-
фект под слоем металла толщиной 17,5 мм. Зазор изменяли немагнитными
прокладками (самая тонкая из них была толщиной 0,01 мм, а самая
толстая 5,6 мм). Модель в продольном направлении намагничивали
постоянным полем. Зазор </ = 0,01 мм имитировал внутреннюю попереч-
ную трещину в головке рельса; с увеличением толщины прокладки
(увеличение зазора </) искусственный дефект постепенно приобретал вид
внутренней раковины с довольно значительным объемом и большим раз-
мером в направлении намагничивания. Баллистическим методом измеряли
продольную составляющую напряженности поля дефекта — измерительная
катушка реагировала только на составляющую поля дефекта, совпадаю-
щую с направлением намагничивания.
По данным измерений построены кривые продольной составляющей
напряженности поля дефекта (рис. 38). Каждая из них характеризует за-
висимость напряженности поля дефекта от напряженности Но намагничива-
ющего поля для разной ширины зазора. Интервалу значений Но (при-
близительно от 12 до 40 А/см) соответствует область крутого подъема
кривой намагничивания материала модели. Техническое насыщение мате-
58
Рис. 38. Зависимость напряженности
поля А/д над искусственным дефектом
от ширины зазора d
Рис. 39. Изменение продольной состав-
ляющей поля над головкой рельса
с поперечной усталостной трещиной
риала модели наступает при значениях Ио, превышающих 40 А/см. Три
нижние кривые показывают, что над дефектами в виде поперечных тре-
щин усталости с увеличением напряженности поля Н„ достигает некоторого
предельного значения, очень незначительного но своей абсолютной вели-
чине. Эти исследования показали, насколько трудно обнаружить внутрен-
ние трещины усталости магнитным методом, особенно когда они находятся
в слабом приложенном магнитном поле. В практике это наблюдается
при дефектоскопировании рельсов в слабом приложенном поле магнит-
'ных дефектоскопов съемного типа.
Рельсы в пути проверяют этими дефектоскопами, не нарушая движения
поездов (не занимают перегон, а в случае прохождения поезда дефекто-
скоп снимают с рельсов). Дефектоскоп для намагничивания рельсов имеет
постоянные магниты. Между полюсами магнитов в головке рельсов раз-
личных типов создается продольное поле со средней напряженностью
8—10 А/см. В качестве примера дан график изменения напряженности
продольной составляющей магнитного ноля над участком головки рельса,
находящимся между полюсами постоянного магнита (рис. 39). В головке
дефект — внутренняя поперечная трещина усталости (рис. 40). Горизонталь-
ная ось графика напряженности поля проходит через точку т параллельно
оси рельса. Под точкой т трещина
в рельсе находилась на глубине, равной
3 мм. Для данного участка рельса сред-
нее значение продольной составляющей
напряженности поля в воздухе над по-
верхностью головки рельса Но = 7,8 А/см
(горизонтальная пунктирная линия). Та-
кая же напряженность продольной со-
ставляющей поля будет в поверхност-
ном слое металла головки рельса. Над
головкой рельса поле с напряженностью
Но — поле рассеяния постоянного маг-
Рис. 40. Излом с поперечной уста-
лостной трещиной
59
нита. На фоне его довольно четко выделяется поле дефекта с максималь-
ной напряженностью Нл = 10,8 — 7,8 = 3 А/см. Такое же значение Н:1 в точ-
ке, расположенной над внутренней трещиной усталости. По мере удаления
от нее (в ту или другую сторону по длине рельса) напряженность поля
На быстро убывает.
Для графика (см. рис. 39) характерно следующее. Над поверхностью го-
ловки намагниченного рельса, кроме поля, вызванного дефектом, всюду
распространяется поле рассеяния постоянного магнита. Поэтому при де-
фектоскопировании рельсов в приложенном поле постоянного магнита
определение дефектов магнитным методом сводится к отысканию сосре-
доточенных полей Нл на фоне довольно значительного поля рассеяния Нп
постоянного магнита. На участке рельса с поперечной трещиной усталос-
ти поле обнаруживается не только над поверхностью головки рельса, но и
со стороны ее боковой грани.
График изменения напряженности продольной составляющей поля Нц
у боковой грани головки с той же поперечной трещиной (рис. 41, «)
построен по данным измерений, проведенных в точках, расположенных
в нижней части боковой грани, где трещина находилась на расстоянии
3 — 3,5 мм от поверхности. Но = 7,2 А/см; Н,л = 2,8 А/см. На всех графиках
значения Нл измерены на расстоянии 2,5 мм от поверхности головки
рельса. Над трещиной довольно значительных размеров внутри головки
на относительно большом расстоянии от поверхности катания и боковой
грани поле Нп вполне четко выделяется над уровнем поля рассеяния пос-
тоянного магнита Но, по по мере уменьшения трещины и увеличения
глубины ее залегания ноле Нп заметно ослабевает. Например, для попе-
речных трещин с площадью, раиной 25";, поперечного сечения головки
рельса и 'расположенной па глубине 5 мм, максимальная напряженность
поля 0,8 — 1 А/см. Поле рассеяния постоянного Mai нита сохраняет преж-
ний уровень.
Рассмотрим зависимость поля II л от расстояния до поверхности го-
ловки рельса (рис. 41, о). Точка I соответствует значениям Hlv измере.ям
Рис. 41. Изменение продольной составляющей поля у боковой 1 раин (а) и
на различных расстояниях (б) от рабочей поверхности i оловки с поперечной
усталостной трещиной
60
на расстоянии 2,5 мм от поверхности головки, точки 2, 3 — для //д на рас-
стоянии 4 и 6 мм от той же поверхности. По мере удаления от поверх-
ности головки уровень напряженности поля рассеяния магнита (Но, 1!'(,
и Но) увеличивается, а напряженность поля Ня заметно уменьшается.
Например (кривая 7), на расстоянии 2,5 мм от поверхности головки
максимальное значение Нд = 1,8 А/см (поперечная трещина меньше, чем
в предыдущем рельсе), на расстоянии до 6 мм (кривая 3) максимальное
Нд = 0,7 А/см. Следовательно, при контроле магнитным методом искатель
дефектоскопа должен находиться как можно ближе к поверхности рельса.
Поле дефекта при анализе графиков оценивалось с количественной сто-
роны напряженностью продольной составляющей поля в отдельных точ-
ках дефектного участка рельса.
Другой параметр, характеризующий изменение поля дефекта,— раз-
ность напряженности в двух соседних точках по длине рельса, т. е.
Нд — Нд = АНд. На АНД реагируют искательные системы магнитных рель-
совых дефектоскопов.
Рассмотрим, какая из этих величин имеет преимущество с точки зре-
ния обнаружения дефектов в рельсах магнитным методом. При дефекто-
скопии рельсов приходится встречаться с такими изменениями структуры
металла, которые не сопровождаются какими-либо внешними признаками,
а потому остаются незаметными для глаза. Магнитным же методом эти
изменения структуры обнаруживаются. Поэтому не исключены случаи, ког-
да ноле Нд над описанной поперечной трещиной, не имеющей выхода
на поверхность головки рельса, ошибочно расценивается как неоднород-
ность в структуре металла.
Проанализируем трафик (рис. 42) изменения продольной составляющей
напряженности поля над участком с поперечной трещиной и пал участ-
ком с неоднородной структурой металла. Участок, занимаемый полем
дефекта в виде поперечной трещины, обычно равен 2 — 2,4 см. В отли-
чие от этого местная неоднородность структуры металла занимает отно-
сительно большие участки по длине рельса. Несмотря па то что зги ноля
заметно отличаются но форме, они могут иметь одинаковую напряжен-
ность. Тогда максимальная Нд, в обоих случаях равная 5,2 А/см, не поз-
воляет определить, какое из двух полей вызвано трещиной.
Посмотрим, что в таком случае может дать для отыскания трещины
другой количественный показатель, характеризующий неоднородное маг-
нитное поле. Из рис. 42 видно, что па участках длиной 1 см при нали-
чии трещины АНд = 3,9 А/см, а в случае структурной неоднородности —
1,7 А/см. Как и следовало ожидать, сосредоточенное поле дефекта отли-
чается от другого поля более высоким значением АНД. Эго может слу-
жить признаком для обнаружения внутреннего дефекта в рельсе с неод-
нородной структурой металла. Поле над поперечной, трещиной может
иметь сосредоточенный характер не только по длине рельса, но и по
ширине его головки. Например (рис. 43), кривая изменения Нл над небольшой
трещиной, расположенной в боковой части поперечного сечения головки
рельса, получена для точек на расстоянии 2,5 мм от поверхности голов-
ки рельса. Поле, вызванное трещиной, сосредоточено над дефектной
частью поперечного сечения головки, а в ближайших точках по ширине
головки трещины практически не оказывают на поле никакого влияния.
61
Рис. 43. Изменение напря-
женности поля по ширине
головки с поперечной
усталостной трещиной
Рис. 42. Изменение продольной составляющей
напряженности поля па участке рельса с поперечной
усталое гной трещиной и мес тной неоднородностью
структуры
Сосредоточенные поля выявляют искателями. Простейший иска-
тель представляет собой многовитковую катушку с сердечником или без
него. Если такая катушка с намагничивающим устройст вом дефектоскопа
перемещается над рабочей поверхностью головки рельса, то на участке
с полем Нл на ее зажимах появится импульс электродвижущей силы, В
практике широкое распространение получили искатели, в которых магнито-
чувствительным 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 вспомогатель-
ного (переменного). Существует несколько разновидностей феррозондов.
Рельсы дефектоско пируют наиболее простым типом феррозонда с одним
прямым сердечником и одной обмоткой, которая одновременно служит для
возбуждения вспомогательного переменного поля и измерения э. д. с. па
выходе феррозонда.
У феррозонда (рис. 44) одна многовитковая обмотка /, внутри которой
находится сердечник из железоникслевого сплава. Обмотка присоединена
к генератору 2, вырабатывающему переменный ток частотой / Ток возбу-
ждает в сердечнике переменное магнитное поле (вспомогательное ноле)
частотой f К обмотке присоединен резонансный контур 3, настроенный
г
Рис. 44. Принципиальная схема одно-
обмоточною феррозонда с выделе-
нием э.д. с. удвоенной частоты
на частоту 2/'. За резонансным кон-
туром следует резонансный усили-
тель 4, на выходе которого находится
измерительный прибор. Резонансные
контур и усилитель служат для вы-
деления второй гармонической со-
ставляющей э. д. с. при определенных
условиях, возникающих в обмотке
феррозонда. Вторая гармоническая
составляющая э. д. с., или просто вто-
рая гармоника э. д. с., имеет частоту,
в два раза превышающую частоту
62
переменного тока генератора. Вторая гармо-
ника э. д. с. возникает только в тех случаях,
когда сердечник феррозонда рабогаег в ре-
жиме одновременного намагничивания двумя
магнитными полями — переменным и посто-
янным. Переменное ноле возбуждается пере-
менным током генератора, а постоянное поле
может представлять, например, поле дефекта
в намагниченном рельсе.
При известных условиях вторая гармоника
в обмотке феррозонда пропорциональна на-
пряженности постоянного поля. Поэтому схе-
ма (см. рис. 44) может служи гь для измерения
напряженности постоянного поля, действую-
щего одновременно с переменным нолем в
сердечнике феррозонда. Очевидно, вторая гар-
моника э. д. с. в обмотке феррозонда наво-
дится второй гармоникой магнитного потока в
Рис. 45. Зависимость
амплитуды второй гармо-
ники э.д. с. в одном витке
обмотки феррозонда от
напряженности внешнего
постоянного поля
сердечнике.
Амплитудное значение второй i армоники э. д. с. Ет в одном витке
обмотки феррозонда в зависимости от напряженности постоянного ноля
Но (рис. 45) получено для феррозонда с сердечником длиной 7 мм, диа-
метром 0,25 мм из железопикелевого сплава марки 80-НХС. Зависимость
Ет от Но прямолинейна, если переменное магнитное поле в сердечнике из
указанного сплава вызывает его периодическое насыщение. Электродви-
жущая сила удвоенной частоты изменяет фазу на 180' при изменении на-
правления постоянного поля па обратное.
В режиме одновременного намагничивания сердечника двумя поля-
ми — переменным и постоянным — в его обмотке возбуждается напряжение
удвоенной частоты. Напряжение выделяет резонансный контур, состоящий
из последовательно соединенных катушек самоиндукции и конденсатора.
Падение напряжения на одном из элементов контура усиливается; после
усиления его можно измерять вольтметром. Описанный феррозонд —ос-
новной элемент искателя дефектоскопа.
11.	МАГНИТОДИНАМИЧЕСКИЙ
МЕТОД
Этот метод используется для скоростного дефектосконирования рель-
сов, лежащих в нуги. Постоянное магнитное поле перемещается относи-
icjh.ho рельса со скоростью 60 — 70 км/ч. Оно возбуждается П-образными
>искгромагнитами — по одному на каждую рельсовую нить пути. Намаг-
ничивающие обмотки электромагнитов подключены к источнику постоян-
ною тока. Между полюсами движущегося электромагнита и рабочей по-
верхностью рельса есть воздушные зазоры 8—10 мм. Полюсные магнит-
ики по юки (рис. 46) частично рассеиваются, а в рельсе разветвляются на
две чаш и — межполюсную и заполюсную. Для обнаружения дефектов в
рельсах используется межполюсной магнитный поток, составляющий при-
63
Рис. 46. Схема разделения
магнитного потока в рельсе
на две части — межполюснуго
и заполюсную
F
К
*
ч
Pl
ОС
HI]
62
мерно 60 % общего потока, возбуждаемого
намагничивающим током в обмотках электро-
магнита. Характерные свойства магнитодина-
мического метода в основном обусловлены
особенностью намагничивания рельсов в дви-
жущемся поле электромагнита. Магнитный
поток, возникающий в рельсе в зоне влияния
одного из полюсов движущегося электро-
магнита, возрастает и убывает в зоне влияния
другого полюса. Этот непрерывный процесс
перемагничивания рельса полем движущегося
электромагнита связан с явлениями гистерезиса и образованием вихревых
токов. Степень влияния каждого из этих факторов можно оценивать при
сопоставлении кривых распределения мсжполюспого потока для разных
скоростей движения электромагнита.
Одна из кривых при таком сопоставлении должна соответствовать ста-
тическому случаю намагничивания, т. с. памаг пичивапию рельса при не-
подвижном электромагните. Степень влияния гистерезиса устанавливается
по кривой распределения магнитного потока в рельсе при весьма мед-
ленном движении электромагнита, когда вихревые токи настолько слабы,
что связанные с ними процессы можно не учитывать, а гистерезисные
явления, вызванные перемаг ничиванием рельса под полюсами, проявля-
ются в полной мере. Сопоставление кривой распределения магнитного
потока в рельсе при весьма медленном движении электромагнита с кривой
статического намагничивания показывает, что гистерезис заметного влия-
лия на процесс перемагничивания рельса пе оказывает. Следовательно,
те существенные особенности, которые наблюдаются при намагничивании
рельса в иоле движущегося электромагнита, вызываются г данным образо
вихревыми токами.
Рассмотрим некоторые характерные графики намагничивания головки
рельса в постоянном поле движущегося электромагнита. Кривые распре-
деления продольной составляющей магии гною потока в головке рельса
отггоси гельпо заштрихованных полюсов электромагнита, близкого по ха-
рактеристикам к применяемому в магнитных вагонах-дефектоскопах,
построены по средним значениям магнитного ггогока в головке рельса
Р50 (рис. 47). Кривая / соответствует статическому случаго намагни-
чивания. две другие характеризуют изменения магнитного ггогока отно-
сительно полюсов электромагнита, движущегося со скоростью v =
= 10 км/ч (2) и г = 40 км/ч (3). Показанное стрелкой направление дви-
жения по оси х определяет передний (первый) и задний (второй) полюсы
электромагнита. Из графика видно, что с увеличением скорости про-
дольная составляющая магнитного потока заметно уменьшается на всем
межполюсном участке рельса. Наиболее ярко это выражено за первым
полюсом, где поток при v = 40 км/ч составляет лишь 40% статического
потока.
Среднее значение ггогока в головке рельса не дает полного представ-
ления об особенностях намагничивания рельса в движущемся ноле. Ре-
зультаты исследований — процесс намагничивания головки рельса в ее от-
дельных слоях, в том числе и в глубинных, представлены графически
(рис. 48) в виде кривых распределения продольной составляющей векто-
ра индукции по длине рельса в поверхностном слое с нижней границей на
т губине 5 мм и в глубинном слое с верхней границей на глубине 15 мм
тт нижней — 18 мм. Кривая / соответствует среднему значению индукции
в г оловке при статическом намагничивании рельса, кривая 2 — распреде-
легшю индукции в поверхностном слое при движении электромагнита со
скоростью v = 41 км/ч. Из сопоставления кривых / и 2 видно, что продольная
составляющая магнитной индукции в поверхностном слое при v = 41 км/ч
сохраняет значения, близкие к статическим, и имеет между полюсами оди-
наковое направление (положительное). Таким образом, увеличение скорости
перемещения источника магнитного поля до 41 км/ч мало влияет на
распределение продольной составляющей индукции в поверхностном слое
г оловки рельса. Остальные кривые относятся к глубинному слою головки
с указанными для него границами и соответствуют следующим скорос-
тям движения электромагнита, км/ч: кривая 3—14; 4 —27; 5—27.
Эта серия кривых отличается от предыдущей не только значением
вектора индукции, но и его направлением в различных сечениях головки
рельса. Например, даже при относительно небольшой скорости электро-
м.н пита (кривая 3 — 14 км/ч) вектор магнитной индукции в зогге первого
полюса имеет отрицательное направление, т. е. противоположное тому,
которое для кривых 1 и 2 было принято положительным. Все кривые
ной серии пересекают ось х, т. е. проходят через точки, соответствую-
щие нулевым значениям магнитной индукции. Точки нулевых значений
индукции перемещаются в сторону второго полюса по мере увеличения
корости движения электромагнита относительно рельса.
В глубинном слое головки рельса точки нулевых значений индукции
уществуют одновременно с максимальной индукцией в поверхностном
;е головки рельса. Экспериментальные исследования процесса ггамагни-
нпгания рельса при более высоких скоростях, например рабочих скоростях
Рис. 47. Среднее значение продольной сосг являющей магнитного
потока в головке рельса между полюсами электромагнита
64
65
71
Рис. 48. Распределение продольной составляющей мт питпой индук-
ции в поверхностном и i дубинных слоях головки рельса
довагь эго явление. Некоторые расчетные параметры определили па ос-
новании опытных данных. Установили, что увеличение скорости переме-
щения электромагнита от 57 до 70 км/ч незначительно уменьшает индук-
цию в поверхностном слое г оловки рельса и вместе с тем вызывает рез-
кое уменьшение индукции в глубинных слоях головки. Такой сложный
характер намагничивания рельса, резко меняющийся с увеличением ско-
рости перемещения электромагнита относительно рельса, обусловлен
действием вихревых токов.
Дефект в виде поперечной трещины в головке рельса является пре-
пятствием для продольной составляющей вихревых токов. Трещины вызы-
вают изменение контуров замкнутых вихревых токов и уменьшают их
плотность. Это приводит в зоне дефекта к изменению магнитного ноля
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.
Магнитостатическая составляющая магнитодинамического поля дефекта
возникает из-за изменения намагниченности дефектного участка головки
рельса (по тем же причинам, что и поле дефекта при статическом намагни-
чивании рельса). Динамическое поле дефекта — векторная сумма состав-
ляющих: вихретоковой и магнитостатической, т. е.
Нд — Ндм + Ндв.
66
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 рель-
сах вихревых токов, повышается их роль в формировании магнитодина-
мических полей дефектов, что сказывается на их значении и форме.
Магнитодинамические поля дефекта определяют искателем. В условиях
перемещения электромагнита относительно рельса в качестве искателя
может служить многовитковая катушка без магнитного сердечника. Ка-
тушку устанавливают в полюсном пространстве электромагнита и вместе
с ним перемещают над рабочей поверхностью головки рельса.
12.	ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТОД
Обнаружение дефектов в металлических деталях вихретоковым мето-
дом базируется на законе электромагнитной индукции, по которому пе-
ременное магнитное поле возбуждает в них вихревые токи. Последние
замыкаются в толще металла и не могут быть использованы для обна-
ружения дефектов. Поэтому вихретоковый метод основан на наблюдении
за процессами, сопутствующими вихревым токам и наряду с этим про-
исходящими вне контролируемой детали. Переменное магнитное поле в
контролируемой детали создается намагничивающей катушкой, которая
питается от источника переменного тока. Рассматривая вихретоковый ме-
тод, следует иметь в виду, что переменное поле, даже при относительно
небольшой частоте, проникает только в поверхностный слой детали.
Представим для выяснения сущности вихретокового метода, что пло-
ская накладная катушка находится вдали от металлических объектов.
Основные параметры этой катушки: активное сопротивление Кп и индук-
I ивпое сопротивление Хо = a>L0. Намагничивающая катушка питается пе-
ременным током и возбуждает переменное магнитное поле определенно-
I о шачения и фазы. Поле первичное, зависит только от числа витков,
размеров катушки и значения переменного тока, который в ней протекает.
Допустим, что плоская накладная катушка торцом установлена на иоверх-
поеш металлической детали, размеры которой гораздо больше, чем у
мнушки.	с
11о закону электромагнитной индукции в поверхностном слое метал-
на возникнут вихревые токи, замкнутые контуры их охватывают линии
переменного магнитного поля. Вихревые токи, как и всякие электрические
1оки, создают свое магнитное поле, которое в отличие от поля катушки
явные гея вторичным. По правилу Ленца вторичное переменное поле в
каждый момент времени противоположно первичному, т. е. ему противо-
дспегвуег.
Взаимодействие поля вихревых токов (вторичного поля) с полем ка-
lyiiiKH (первичное) изменяет ее электрические параметры. Увеличиваются
попри шергии на нагревание детали вихревыми токами — возрастает ак-
iiiBiioe сопротивление катушки, значение которого становится равным R1.
В laiiiieiiMociH от материала (магнитный или немагнитный), в котором
возбуждаются вихревые токи, возрастает или уменьшается индуктивное
67
сопротивление катушки, величина которого Xt = &>L1. Следовательно, вих-
ревые токи в контролируемой детали косвенным образом могут быть
установлены по изменению электрических параметров намагничивающей
катушки.
Индуктивное сопротивление намагничивающей катушки при контроле
немагнитного материала (цветной металл) изменяется иначе, чем магнит-
ного. В немагнитном металле противодействующее поле вихревых токов
уменьшает первичное поле намагничивающей катушки, а в магнитном
результирующий поток в намагничивающей катушке практически больше,
чем первичный, благодаря магнитным свойствам вещества. Следовательно,
в первом случае индуктивное сопротивление катушки уменьшается, а во
втором — увеличивается.
Изменение электрических параметров намагничивающей катушки зави-
сит от электрической проводимости 8 и магнитной проницаемости р ме-
талла, на который устанавливается катушка, от частоты намагничиваю-
щего тока, толщины слоя металла под катушкой. Чем больше электри-
ческая 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. Трещина или другой дефект, нарушающие сплошности
поверхностного слоя металла, — препятствие для вихревых токов. Оно
оказывает действие, аналогичное резкому уменьшению электрической про-
водимости металла, что отражается на электрических параметрах намаг-
ничивающей катушки. Толщина металла имеет значение лишь в тех слу-
чаях, когда она меньше глубины проникания вихревых токов в данном
металле.*
Выбор оптимальной частоты намагничивающего поля для дефектоско-
пирования металла с определенной электрической проводимостью и маг-
нитными свойствами зависит в основном оч глубины залегания трещин,
которые должны быть обнаружены. Так как контролируется только слой
металла, прилегающий к поверхности детали, то для обнаружения трещин
с минимальной глубиной залегания принимают достаточно большую час-
тоту с тем, чтобы глубина проникания вихревых токов не превышала
долей миллиметра. Недостаток метода при накладной намагничивающей
катушке — большая чувствительность к изменению расстояния между ка-
тушкой и поверхностью детали. Поэтому наличие промежуточных слоев
(окисные пленки, защитные покрытия и др.), неровности на поверхности
испытуемой детали существенно изменяет электрические параметры на-
магничивающей катушки.
Для наблюдения за изменением электрических параметров накладной
катушки в процессе дефектоскопирования металлических деталей предло-
жены разнообразные схемы. В одной из этих схем накладная катушка
включается в плечо моста переменного тока последовательно с регулиру-
емой емкостью. Остальные плечи моста содержат активные сопротивле-
ния, одно из которых регулируется. Напряжение переменного тока пода-
ется в диагональ моста. Намагничивающая катушка (одновременно из-
мерительная) устанавливается торцом па поверхность детали в таком ее
месте, где нет дефектов. Затем под действием регулируемой емкости пле-
чо моста с намагничивающей катушкой приводится в состояние резонан-
68
са — полное сопротивление плеча становится чисто активным и ток в плече
находится в фазе с напряжением. После этого мост переменного тока
уравновешивается обычным способом.
Если деталь изготовлена из ферромагнитного материала, то переме-
щение катушки на дефектное место увеличит ее индуктивное сопротив-
ление. Следствием этого явится нарушение резонанса в плече моста с на-
магничивающей катушкой и емкостью. Полное сопротивление плеча бу-
дет иметь индуктивный характер, при котором ток отстает по фазе от
напряжения на некоторый угол. В мостовой схеме при незначительном
изменении индуктивного сопротивления намагничивающей катушки резко
нарастает напряжение небаланса моста и угла сдвига фаз между этим
напряжением генератора. Таким образом, эффект, состоящий в изменении
электрических параметров накладной катушки под действием вихревых
токов, позволяет дефектоскопировать, пользуясь двумя электрическими па-
раметрами — значением и фазой напряжения небаланса диагонали мосто-
вой схемы.
Среди других известных схем практическую ценность для дефектоско-
пирования токовихревым методом представляет схема с двумя катушка-
ми — намагничивающей и измерительной. Катушки жестко связаны и в
целом представляют устройство, напоминающее обычную катушку нак-
ладного типа. При установке такого устройства па поверхности метал-
лической детали в ней возникают вихревые токи. Витки намагничиваю-
щей катушки охватывают результирующий поток, вызванный взаимодей-
ствием намагничивающего поля и поля вихревых токов.
Система, состоящая из двух катушек, как и мостовая, позволяет де-
фектоскопировать на основании значения и фазы э. д. с. в измерительной
катушке. Опыт показал, что при контроле изделий из ферромагнитных
материалов токовихревыми системами накладного типа могут возникать
помехи, снижающие надежность выявления недопустимых дефектов. По-
мехи наблюдаются главным образом в местах, где нарушена структура
металла, например из-за обезуглерожепности или наклепа. То и другое
приводит к заметным изменениям электрических и ферромагнитных свойств
металла. Применительно к контролю изделий из ферромагнитных метал-
лов более надежный способ отстройки от помех, вызванных структурной
неоднородностью материала, — использование особенностей, возникающих
в результате воздействия трещины на распределение вихревых токов в
металле.
Рассмотрим формирование контуров вихревых гоков, наводимых в
плоском изделии системой накладного типа с прямоугольным сечением
магнитопровода. Внешнее переменное поле намагничивающей катушки та-
кой системы направлено по нормали к поверхности изделия. В этом
случае распределение вихревых токов на участке изделия без трещин мо-
жет быть представлено в виде одного замкнутого контура, охватываю-
Рпс. 49. Распределение
вихревых токов в контро-
лируемом изделии:
а на участке без дефектов;
6 па участке с поперечной
 рентной
69
щего переменное поле намагничивающей катушки (рис. 49, а). Допустим,
что для вихревых токов в поверхностном слое металла трещина пред-
ставляет бесконечно большое сопротивление, т. е. она рассекает замкнутый
контур тока. Один контур тока в металле преобразуется в два обособ-
ленных контура, расположенных по ту и другую сторону трещины
(рис. 49,6). Для двух контуров существенным является резкое увеличение
продольной по отношению к длине трещины плотности вихревых токов
в непосредственной близости к ней и по обе стороны от нее. Характерно
изменяется значение и фаза нормальной по отношению к поверхности
изделия составляющей магнитного поля. Наиболее сильно изменения про-
являются над трещиной и сравнительно быстро уменьшаются по обе сто-
роны от нее.
Целесообразно в связи с особенностями вихретокового поля в зоне
трещины применять токовихревую систему, вытянутую вдоль трещины.
Измерительная катушка системы, ориентированная на вертикальную сос-
тавляющую поля, должна быть встроена в сердечник намагничивающей
катушки и иметь небольшие размеры в поперечном к трещине направ-
лении.
ГЛАВА IV.
АКУСТИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ
ДЕФЕКТОСКОПИИ
13.	КЛАССИФИКАЦИЯ
МЕТОДОВ
Различают две группы акустических методов неразрушающего контроля:
ультразвуковой дефектоскопии и структуроскопии, основанные на исследо-
вании процесса распространения ультразвуковых упругих колебаний, спе-
циально вводимых в контролируемый объект; акустической эмиссии, ос-
нованные на исследовании упругих волн, возникающих в контролируемом
объекте в момент образования или развития в нем несплошностей [15].
Для излучения и регистрации упругих колебаний применяют электро-
акустические или электромагнитоакустические преобразователи. В практи-
ке контроля металлических конструкций используют теневой, зеркально-
теневой и эхо-импульсный методы ультразвуковой дефектоскопии и отно-
сительный метод ультразвукового структурного анализа. При ультразву-
ковой дефектоскопии признаком обнаружения дефекта является: для те-
невого метода — уменьшение ин гснсивности (амплитуды) ультразвуковой
волны, прошедшей через объект от излучающего (И) преобразователя к
приемному (П); для зеркально-теневого — уменьшение интенсивности (ам-
плитуды) ультразвуковой волны, отраженной от противоположной (донной)
поверхности объекта (уменьшение донного сигнала); для эхо-метода —
прием преобразователем волны, отраженной от дефекта (прием эхо-сиг-
нала). При ультразвуковом структурном анализе признак обнаружения
дефекта — превышение ослабления ультразвуковой волны, прошедшей че-
рез контролируемый обьект, над соответствующим ослаблением в конт-
рольном образце [19].
В практике контроля рельсов получили распространение зеркально-
теневой и эхо-методы ультразвуковой дефектоскопии.
14.	ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
ДЕФЕКТОСКОПИИ
Распространение упругих волн. Ультразвуковые колебания так же, как
и звуковые, представляют собой механические колебания частиц упругой
среды. Ультразвуковыми называются упругие колебания, частота
которых больше 20 кГц, т. е. выше частоты слышимого человеком звука.
Упругие колебания могут быть возбуждены в газообразной, жидкой и
твердой средах. Колебательное движение возбужденных частиц благодаря
71
наличию упругих связей вызывает ультразвуковые волны. Упругое сме-
щение частиц в волне из положения равновесия можно представить
в виде
u = Ue-j^~kx\	(12)
|де I/— амплитуда смещения и частицы;
j — мнимая единица;
к — волновое число;
t — время;
со — круговая частота;
х — расстояние;
е — основание натуральною логарифма (е = 2,718).
Иногда ограничиваются действительной частью комплексного числа
e~j (<,>t k.o таком случае (12) принимает вид
и = U cos (гот — кх).	(13)
Аналогичные выражения могут быть записаны для избыточного дав-
ления в жидкости или напряжения в твердом теле. Величина и есть
функция (cot — кх). Некоторому значению и = и0 соответствует определен-
ное значение (wt — кх) — const, откуда
х = const 4- (со//<) t.	(14)
Таким образом, точка, в которой смещение равно н0, движется вдоль оси х
со скоростью
с = (о/к.	(15)
Из (14) следует также, что в данный момет времени t геометрическое
место точек, в которых смещения равны, г. е. фронт волны является
плоскостью, х = const. Видно, что выражения (12) и (13) описывают плос-
кую волну, распространяющуюся вдоль оси х со скоростью <. Амплитуда
плоской волны с расстоянием не меняется. В волне со сферическим фрон-
том за счет расхождения энергии амплитуда падает обратно пропорцио-
нально пройденному расстоянию г:
u=(U/i)e~j(U1’ кг>.	(16)
Рассмотрим физический смысл основных параметров волн. Круговая
частота го = 2л/измеряется в радианах в секунду или (<• '). Частота /
характеризует число полных колебаний в секунду, измеряется в Гц. Про-
изводные единицы: кГц, МГц (106 Гц = I03 кГц= 1 МГц); / = 1/7’ где
Т — период колебаний. Волновое число к из (15) равно к = го/с = 2itf/c =
= 2л/Х, где X = <•//—длина волны. После преобразования (13) и =
= U cos 2л (t/T — х/Х). Следовательно, значения и повторяются в простран-
стве с интервалом X так же, как во времени, — с интервалом Т. Длина
волны зависит от скорости распространения звука и его частоты.
В общем случае колебания частиц среды около положения равновесия
могут происходить в различных направлениях. Вектор смещения можно
разложить на три составляющие: продольную, направление которой па-
72
раллельно направлению распространения волны, и две поперечные, пер-
пендикулярные направлению распространения волны. Соответственно рас-
сматривают продольные волны с колебанием частиц в направлении волны
и поперечные (сдвиговые) с колебанием частиц перпендикулярно направ-
лению волны.
Твердые среды обладают объемной упругостью и упругостью сдвига
(формы), поэтому способны передавать продольные и сдвиговые смеще-
ния, т. е. в них существуют оба типа волн. В жидких и газообразных
средах, которым присуща лишь объемная упругость, могут распростра-
няться только продольные ультразвуковые волны (волны расширения —
сжатия).
Скорость ультразвуковых волн — физический параметр среды. Для дан-
ного типа она определяется упругостью и плотностью среды. Скорость
продольной (с,) и поперечной (с,) волн можно выразить через модуль
нормальной упругости Е, коэффициент Пуассона v и плотность р:
с, = |/Е(1 — v)/[P(1 +v)(I — 2v)];	(17)
с, = /Ё/[2р(1 + v)].
Соот ношения между скоростями
с, = с, /(1 - 2v)/[2(l - V)].	(18)
Для металлов v % 0,3, поэтому с, «0,55 с( (табл. 7). Рассмотренные про-
дольные и поперечные волны относятся к объемным и независимо су-
ществуют в безграничных и нолубезграпичных средах. В ограниченных
твердых телах, помимо объемных, могут быть возбуждены упругие волны
и других типов. Вдоль свободной поверхности твердого тела распростра-
няются поверхностные волны Рэлея со скоростью <\.« 0,93 с(. Амплитуда
смещения частиц в рэлеевских волнах уменьшается с удалением от поверх-
ности и па глубине металла около 1,5\, практически равна пулю.
Траектория движения частиц эллиптическая. Кроме рэлеевских возникаю!
другие типы поверхностных волн, например вдоль криволинейных поверх-
ностей.
В ограниченных средах, поперечные размеры которых соизмеримы
с длиной волны, возбуждаются нормальные волны. Они отлича-
ются от объемных (продольной, поперечной) прежде всего тем, что ско-
рость их зависит от частоты (дисперсия) и толщины изделия (волно-
вода).
Наиболее изучены и широко применяются нормальные волны Лэмба
(один из типов нормальных воли), распространяющиеся в свободной
пластине. Важное свойство воли Лэмба — амплитуда импульса с увели-
чением расстояния спадает по закону 1/г1/2, т. е. медленней, чем ампли-
туды обьемпых волн в безграничной среде.
Ультразвуковая волна в направлении своего движения несет определен-
ную энергию. Плотность потока энергии волны
2
(19)
du
dl
W = рс
73
Средняя плотность потока энергии, т. е. количество энергии, перено-
симое волной за 1 с через 10-4 м2 (1 см2) площади, перпендикулярной
к направлению распространения, называется интенсивностью вол-
ны. Интенсивность волны:
плоской
I х 2it2f2pcU2;
сферической
I ss 2n2f2pc(U2/r2).
(21)
Произведение скорости с волны на плотность р среды, в которой она
распространяется, называется удельным акустическим сопро-
тивлением. По мере распространения волны, даже без какого-либо
расхождения (плоская волна), интенсивность ее падает по экспоненциаль-
ному закону
/г = /ое-26г,
здесь 1Г — интенсивность ультразвука на расстоянии г от места, где интенсивность
равна 10;
8 — коэффициент затухания, 1/см.
Для амплитуды U волны с учетом (20) и (21)
U, = Uoe &г.
(22)
Коэффициент затухания 5 определяет длину пути, на котором ампли-
туда волны ослабляется в е раз. Значение коэффициента определяется
поглощением и рассеянием, зависит о г типа волны, свойст в среды и
частоты упругих колебаний (габл. 7). Поглощение обусловлено переходом
звуковой энергии в тепловую. Оно определяет затухание акустических
волн в газах, жидкостях, аморфных твердых телах и монокристаллах.
Коэффициент поглощения в металлах пропорционален частоте и для про-
дольных волн больше, чем для поперечных.
В поликристаллических и неоднородных средах обычно преобладает
механизм рассеяния. При рассеянии энергия остается звуковой, но уходит
Таблица 7
Акустические характеристики некоторых сред
Среда	П цошоегь среды, 1 /см'	С корость волны, м/с		Длина волны при /’= 2,5 МГц, мм		Ко эффипиен г за iy- хания продольной волны при / = 2,5 МГц, 1/см
		'7	С,		X,	
Воздух	0,0012	330	—	0,13	—	1,0
Вода	1,0	1450	—	0,58	—	0,00004
Плексиглас	1,18	2670	1121	1,06	0,45	0,45
С таль	7,8	5850	3260	2,36	1,3	0,02
74
Децибелы +
6 7 8 S 77 72 13 7?? 76 17 № 19^
II | I I1! l/)llipllll»ll|llll|in|llll|lllll|ni,/pi^ll|
5,0 6,0 7,08,09010
ВО 80 100
500 800 1000
о о
605958 57 565559535251 50999897 96959993929190 90 91 92 93999596 97 98 9950515253595556 5758 5960
90 3938 373635393332 31 30 29 2827 26 2529 23 222120 20212223292526272829303132 33393536 3738 39 W
2\19 18 17 76^ 19 13 12 11 У 9 8 7 6 ? Q 3 2 1 ?	7	3 » 6 7 8 9 У И 12 137?? 76 77 78 19^
р1 I1! I I1! Г1 l| I l'l I rilll|Jllinill'|llll'|llll|llll|/lll|))J|)l)/|IUl| | I1 I 'l I1 I 1 I 1 j I I1! I/| I/| р1|||)Н|||||||||в||11| |||||г1тЛп|Ал»|
0.1	0.2	0,3	0,9 05 0,6 0,7 0,8021 1	20	3,0	9.0
0,01	0.02		0.09	0,06 Ц08 0.1 10	20		90
0,001	0.002		0,009	0.006 0,008 Ц01 100	200		900
Отношение амплитуд
Рис. 50. Номограмма перевода относительных единиц в децибелы
из направленно распространяющейся волны. Рассеяние происходит при
переходе ультразвуком границ кристаллов. В связи с тем, что скорость
звука зависит от направления его распространения в кристалле (упругая
анизотропия), а ориентация кристаллов в металле произвольна, на грани-
цах возникает частичное отражение энергии звука — рассеяние волны.
Коэффициент рассеяния сильно зависит от соотношения среднего значения
зерна D и длины волны ультразвука X и максимален при X а- (2 4-4) Ь.
Поэтому в материалах затухание с ростом частоты быстро увеличивается.
В дефектоскопии нет необходимости измерять U или / в абсолют-
ных единицах, достаточно определять их значения относительно некоторого
постоянного уровня Uo или /0. В этом случае относительные значения
1/10 и U/Uo измеряются в децибелах (дБ). Число децибел N = 101g//10 =
= 20 lg
Относительные значения амплитуд можно перевести в децибелы по
номограмме (рис. 50). Например, отношению 1//П0 = 2 (нижняя шкала
около оси) соответствует примерно +6 дБ (верхняя шкала около оси),
a U/Uo = 0,004 (крайняя нижняя шкала) — минус 48 дБ (крайняя верхняя
шкала).
Отражение ультразвуковых волн. Если на пути распространения ультра-
звуковой волны встречается инородная среда, то в общем случае часть
энергии проходит во вторую среду, а часть отражается в первую (рис. 51).
Инородной является такая среда, акустическое сопротивление которой от-
личается от акустического сопротивления среды, в которой распространя-
ется волна. Если волна падает перпендикулярно на границу раздела двух
сред, то отраженная и прошедшая волпы будут того же типа, как и
падающая. При падении ультразвуковой волны на границу раздела двух
полубезграпичпых твердых сред под некоторым углом р могут возникать
отраженные и прошедшие (преломленные) волны двух типов: продольные
сг и поперечные с,.
Рис. 51. Распространение волны в среде
/, в которой находится инородная
среда //:
П — падающая волна; От, Пр — отра-
женная и прошедшая волны
75
Например, переход плоской продольной волны с( из плексигласа в
сталь при падении ее под углом р на границу раздела сопровождается
в общем случае возникновением четырех волн (рис. 52): двух отражен-
ных (продольная с. и поперечная с,() и двух преломленных (продольная
Ci2 и поперечная с,2). Углы отражения и преломления, всегда отсчитывае-
мые от перпендикуляра к границе раздела двух сред, связаны с углом
падения плоской волны соотношением Снеллиуса:
sin р,/сг ( = sin P,/cfl = sin Р/сц; 1
sina/2/ci2 = sin «/c,2 = sin p/c,p (
rue сГ|, c, — скорости продольной и поперечной волн в первой твердой среде
(плексиглас);
с,2, с, — скорости продольной и поперечной воли во второй твердой среде;
Р(, Р, — углы отражения продольной и поперечной волн в первой среде;
a( a — углы преломления продольной и поперечной волн во второй среде.
Из формулы (23) следует, что угол отражения волны того же типа,
что и падающая, всегда равен углу падения волны (0( = Р); угол отраже-
ния волны другого типа, чем падающая, а также углы преломления волн
тем больше, чем выше скорость распространения этих волн. По мере
увеличения угла [3 падения плоской волны, начиная с некоторого его зна-
чения ркР1 (рис. 52, а, б), называемого первым критическим углом,
преломленная продольная волна не будет проникать во вторую среду
(% = 907
При дальнейшем увеличении ут ла падения наступает момент (рис. 52,«),
когда поперечная волна начнет скользить вдоль поверхности раздела;
соответствующий угол падения называется вторым критическим
углом.
Значения критических углов удовлетворяют равенствам:
sin РКР1 = Q,/cr2; sin Ркр, = Сц /с,2.
Для случая падения волны из плексигласа па сталь РКГ| «27° и
РКР2 « 55". При углах падения плоской волны, меньших, чем второй кри-
тический угол, и больших, чем первый критический, во второй среде
должна возбуждаться лишь поперечная волна. Однако при падении
сферической волны под первым критическим углом и более во второй
среде возникает также продольная волна. Продольная волна, распрост-
раняющаяся под углом а,2, несколько меньше прямого (а,2 « 8 Г j, назы-
вается головной.
Если падающая волна поперечная, а вторая среда — жидкость или газ
(воздух), то в первой твердой среде в общем случае возникают попереч-
ная и продольная отраженные волггы, а во второй — только продольная.
По мере увеличения угла падения плоской волны, начиная с некоторого
значения (Зкрз, продолы гая отраженная волна отсутствует в первой среде
(рис. 52, г). Этот угол называется третьим критическим и опре-
деляется из соотношения
sin Ркрз 4*Г1/с/г-
76
Рис. 52. Отражение и преломление продольной волны при падении се под углом
на границу раздела двух твердых сред (а, б. в) и отражение поперечной волны
при падении в твердой среде на границу с газообразной средой (г)
В действительности при падении поперечной волны под третьим
критическим углом в первой среде продольная волна скользит под не-
которым углом к поверхности ((3, «80"); эго волна скольжения.
Важные характеристики процесса отражения и прохождения ультразву-
ковых волн при падении их на границу раздела сред — коэффициенты отра-
жения и прозрачности. Выражения для коэффициентов отражения (R) и
прозрачности (D) плоской волны но интенсивности при падении ее пер-
пендикулярно на границу раздела сред имеют вид:
R — ЛпрДпад = [(Р1С'1 — p2r2)/(PjCi + р2С2)]2;	(24)
D
^npoill Мпал 1
(25)
где pjC] и р2с2 — удельные акустические сопротивления первой и второй сред
соответственно.
При равенстве акустических сопротивлений сред падающая волна без
потерь на отражение переходит из одной среды в другую. Чем больше
разница в акустических сопротивлениях, тем больше интенсивность отра-
женной волны.
77
При наклонном падении волн на границу раздела сред интенсивность
отраженных и прошедших волн зависит также от угла падения. Графики
коэффициентов прозрачности £)(0) для случая падения продольной волны
на границу плексиглас — сталь и коэффициента отражения при падении
поперечной волны на границу сталь — воздух приведены на рис. 53.
Согласно формуле (24) и забл. 7 коэффициент отражения ультразвуковой
волны от границы сталь — воздух и сталь — вода составляет соответст-
венно 1 и 0,88. Свойство ультразвука практически полностью отражаться
от границы стали с воздухом или водой, обычно заполняющих дефекты
в рельсах, использовано в дефектоскопии рельсов.
Излучатели и приемники ультразвука. Для возбуждения и регистрации
ультразвуковых колебаний применяют электроакустические преобразовате-
ли — пластины из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойст-
вами. Если пьезоэлектрическую пластину сжимать или растягивать, то
на ее поверхностях появляются электрические заряды. Знак заряда опре-
деляется характером деформации (сжатием или растяжением), а значе-
ние — приложенной силой.
Преобразование механических деформаций в электрическое напряжение
называется п р я м ы м пьезоэлектрическим эффектом. Пьезо-
электрический эффект обратим. Обратный пьезоэлектрический эффект про-
является в изменении размеров пластины под воздействием на нее элект-
рического напряжения. Характер деформации определяется полярностью
приложенного напряжения. Если напряжение переменное, то размеры плас-
тины будут изменяться с частотой приложенного напряжения.
Таким образом, можно при помощи пьезоэлектрической пластины
преобразовывать электрические колебания в ультразвуковые и наоборот.
Наибольший эффект преобразования удается получить в том случае, когда
собственная резонансная частота пластины соответствует частоте прикла-
дываемого электрического напряжения или частоте воздействующих ультра-
звуковых колебаний.
Собственная частота п ласти п ы/о зависит о г толщины плас-
тины </:
/о = Ш
пьезоэлектрической пластины.
где к — коэффициент, зависящий от материала
Рис. 53. Зависимость котффици-
ента прозрачности D,, (но энер-
гии) от угла падения продоль-
ной волны |3 на границу плекси-
глас — сталь (о) и коэффициен-
тов отражения R (по амплитуде)
от угла [i падения поперечной
волны на । рапиду сталь — воздух
(б); плоскость поляризации по-
перечной волны нормальна к гра-
нице
78
При дефектоскопии рельсов обычно используют пьезоэлектрические
пластины из керамики цирконата титаната свинца (ЦТС). Для ЦТС
к ~ 1,5 ч- 1,9 МГц-мм. Пластины из ЦТС при температуре 290 С теряют
пьезоэлектрические свойства; их можно восстановить поляризацией плас-
тин '.
Пьезоэлектрическими преобразователями ультразвуковые колебания
возбуждаются или регистрируются в металле, если между преобразова-
телем и металлом обеспечен акустический контакт, обусловливающий пе-
редачу ультразвуковых колебаний из преобразователя в металл и обратно.
Возбудить и принять ультразвуковые колебания, если нет акустического
кон такта между электроакустическим преобразователем и металлом, можно
электромагнитно-акустическим преобразователем (ЭМА-преобразовате-
лем).
Принцип возбуждения и регистрации ультразвуковой сдвиговой волны ЭМА
преобразователем поясняется на рис. 54, а. ЭМА-преобразователь обычно выпол-
няют в виде плоской катушки и располагают пал поверхностью объекта, в ко-
тором предполагается возбудить или зафиксировать ультразвуковые колебания.
Объект с ЭМА-преобразователем размещают в поле постоянного магнита. При
подаче в катушку преобразователя переменного тока возникающее вокруг нее
переменное магнитное поле будет пронизывать поверхностный слой обьекта и
наводить в нем переменный по направлению вихревой ток. В результате взаимо-
действия переменного вихревого тока и постоянного магнитного поля частицы
Рис. 54. Схема возбуждения и приема ультразвуковых колебаний ЭМА-
преобразователем (а) и иллюстрация зависимости чувствительности ЭМА-
преобразователя от зазора (6):
1 — образен; 2 — манит постоянный; 3 — излучающий ЭМА-преобразователь; 4 - кон-
тур вихревого тока; 5 — электродинамическая сила, действующая на частицу металла,
через которую течет вихревой ток; 6 — направление распространения поперечной
волны; 7- приемный ЭМА-преобразователь; 8 — ЭМА-преобра зователь
1 Для поляризации пласгипу выдерживают в течение 4 ч под воздействием
постоянного напряжения из расчета 1000 В на 1 мм толщины пластины. Эта
операция выполняется в специальных условиях.
79
металла, по которым течет вихревой ток, будут совершать колебательное движение
в плоскости, параллельной плоскости объекта, возбуждая поперечную волну, рас-
пространяющуюся перпендикулярно к этой плоскости. По достижении попереч-
ной волной поверхности объекта колебательное движение частиц в магнитном
поле приведет к возникновению вихревых токов. Электромагнитное поле этих то-
ков, пересекая катушку преобразователя, будет наводить в ней переменную
э. д. с. Из-за низкой чувствительности ЭМА-прсобразователей (но сравнению с пье-
зоэлектрическими) их применяют только в теневом и зеркально-теневом методах
дефектоскопии. Чувствительность ЭМА-прсобразова>еля падает с увеличением за-
зора между катушкой и контролируемым объектом (рис. 54,6).
В ультразвуковых рельсовых дефектоскопах в основном используют
электроакустические преобразователи на базе пьезоэлектрических материа-
лов. Пьезоэлектрические пластины (обычно в форме диска диаметром 2<т)
поляризованы по толщине и размещены в искателе (преобразователе). Под
искателем (преобразователем) понимают устройство, содержащее один или
несколько преобразователей и вспомогательные конструктивные элементы,
служащее для возбуждения и (или) приема упругих волн.
В наиболее распространенных прямых (нормальных) и наклонных (при-
зматических) искателях пьезоэлектрический преобразователь возбуждает
продольную волну I (рис. 55, а, б). При этом в контролируемом объекте
могут быть возбуждены продольная волна в случае применения прямого
искателя, распространяющаяся по нормали к контактной поверхности
(а!с = 0), продольная и поперечная волны — при наклонном искателе, рас-
пространяющиеся соответственно под углом а)с и а, от нормали к кон-
тактной поверхности. Углы а1с и а,ь. связаны с углом () призмы наклон-
ного ибкателя выражением Снеллиуса (23).
Рис. 55. Прямой («) и
наклонный (б) искатели
и соответствующие им
схемы расположения мни-
мого излучателя (в, .*):
1 — пьезоплас I ина; 2 — демп-
фер; 3 — корпус; 4 — iipoieK-
тор; 5 призма; 6 — мнимый
преобразователь
80
1
Поле излучения искателя характеризуется амплитудой давления, созда
ваемого искателем в произвольной точке объекта. Для расчета поля излу-
чения преобразователь радиусом а заменяют мнимым излучателем радиу-
сом возбуждающим в призме (протекторе) из контролируемого ме-
талла и в контролируемом металле упругую волну со скоростью с2, тип
которой определяется применяемым искателем. Такое допущение спра-
ведливо, если углы падения упругой волны не охватывают области кри-
тических углов. Геометрические характеристики мнимого излучателя для
искателей:
прямог о (рис. 55, в):
2«, = 2а; hr =
наклонного (рис. 59, г):
ас = arcsin [(c2/Gi) sin р];	(26)
2а, = 2а cos ас/ cos Р; Аг = г, (с, /с2) (cos ac/cos Р),	(27)
где 2а, — размер мнимого излучателя в плоскости падения луча; в плоскости,
перпендикулярной к плоскости падения, размер мнимого излучателя ра-
нен 2а.
В прямых искателях из-за малого пути ультразвука в протекторе при-
нимают Аг к, 0. В наклонных, призмы которых обычно выполнены из ор-
ганического стекла (плексигласа) или капролопа, г, = 5, ..., 30 мм. Гео-
метрические характеристики мнимых излучателей наклонных искателей при
контроле изделий из сталей поперечными волнами можно определить по
г рафикам (рис. 56), рассчитанным па основании данных табл. 7. В области,
прилегающей к преобразователю (ближняя
зона), излучаемая энергия сосредоточена
в пределах цилиндра, oi рапичеппого края-
ми преобразователя, а амплитуда поля
вдоль оси ультразвукового пучка и по его
сечению изменяется немонотонно.
Протяженность г6 ближней зоны (см.
рис. 55)
гб =	— u\.f Iе 2-
В дальней зоне поле может быть пред-
ставлено в виде пучка лучей, расходя-
щихся из центра мнимого излучателя.
В конусе, половина угла раствора кот орого
грр, сосредоточено около 85 % энергии:
<рг~ aresm 0,61 (Х2/о,) = arcsin 0,607 (с2/а, f).
(28)
Рис. 56. Номограмма для опре-
деления Ar/г, (сплошная линия)
и а‘)с (штриховая) мнимых пре-
образователей в искателях с
призмой из органического стек-
ла или капролона при контроле
изделий из сталей
Прямая, соединяющая точки в дальней
зоне искателя, в которых амплитуда поля
максимальна, называется акустиче-
ской осью. Амплитуда гголя в этом
копусе вдоль акустической оси излучателя
81
и по его сечению изменяется монотонно. Направленность поля гем выше,
чем больше произведение aj.
Направленность поля характеризуют нормированной функцией углово-
го распределения амплитуды поля. Графически ее можно представить диа-
граммой направленности. При построении этой диаграммы амплитуду по-
ля на акустической оси принимают за единицу.
Амплитуда U* колебаний, прошедших из призмы (протектора) искателя
в изделие,
U* = Н1£)(ас)ехр(-8|Г1).
Поле излучения — приема искателя характеризуется средней амплиту-
дой U акустического сигнала на искателе, возникающей в результате от-
ражения волн, излученных тем же искателем, от точечного рефлектора,
помещенного в некоторой точке поля и рассеивающего падающие па
него волны равномерно по всем направлениям.
По данным эксперимента для ближней зоны и расчета для дальней
[15] построено поле излучения — приема дискового преобразователя
(рис. 57). Величина I, пропорциональная представлена в функции от
двух безразмерных параметров: расстояния (г + Аг) от преобразователя до
произвольной точки вдоль оси, деленного на длину гб ближней зоны, и
расстояния х этой же точки от акустической оси, деленного на радиус
преобразователя. Заштрихованные области соответствуют разбросу значе-
ний I, обусловленному различной формой и длительностью излучаемых
импульсов (нижняя граница областей соответствует коротким импуль-
сам [ 15]). .
В процессе контроля оператор устанавливает искатель в положение,
соответствующее максимальной амплитуде 17так эхо-сигнала о г выявлеп-
82
Рис. 58. График для опре-
деления максимального
значения поля в зави-
симости от приведенного
раССГОЯНИЯ (г + Дг)/г6
ноте отражателя (дефекта). Амплитуда эхо-сигнала от компактных отра-
жателей (сфера, а также диск и цилиндр малых размеров)
Umax = [U1D(ac)J(/!/.2/5„)/mexp( —282/- - 281П),	(29)
где А — безразмерная величина, определяемая отражающими свойствами отража-
теля (дефекта);
— максимальное для данной формы и длительности излучаемых импульсов
значение I в сечении пучка, где расположен отражатель (рис. 58);
Sa — площадь преобразователя.
В дальней зоне поля
1в = ад(г + Лг)2].
Коэффициенты А для отражателей правильной формы дапы в табл. 8.
В общем случае для полного описания пространственной диаграммы
направленности последняя должна быть задана в сферических координа-
тах (рис. 59, а) [8]. В дефектоскопии достаточно знать диаграммы Ф(а),
Ф(у) направленности поля искателя в двух взаимно перпендикулярных
плоскостях, проходящих через акустическую ось искателя (рис. 59, б, в).
Графически они могут быть представлены как в полярных, так и в пря-
моугольных координатах. В последнем случае для диаграмм Ф(<р) в плос-
кости падения луча необходимо дополнительно указывать угол наклона
акустической оси а0 искателя, т. е. угол между акустической осью искателя
и пормалыо к контактной поверхности объекта контроля. Центральная
часть диаграммы направленности, в пределах которой амплитуда поля
изменяется от единицы до нуля, образует основной лепесток. Вне основ-
ного лепестка диаграммы направленности при определенных условиях
могут быть боковые лепестки (рис. 59, б, в). Уровень их характеризуется
отношением амплитуды поля на акустической оси к максимальной ампли-
туде поля вне' основного лепестка. При импульсном излучении с укороче-
нием длительности импульса осцилляции боковых лепестков сглаживаются
(рис. 59, в). В пределах (2nnsin тр)/Л2 < 2,5 импульсным характером излу-
чения пренебрегают.
Диаграмма направленности прямого искателя с дисковым преобразо-
вателем диаметром 1а имеет вид
Ф (<р) = | II! [(2тш/л2) sin <р)]/(2тга/Х2) sin <р | = 12Ц (х)/.х |.	(30)
83
I
Рис. 59. Диаграммы нап-
равленности в сфериче-
ских (а), полярных (б) и
прямоугольных (в) коор-
динатах:
1 и 2 ~ основной и боковые
лепестки при непрерывном
излучении; 3 — диаграмма
направленности при излуче-
нии коротких импульсов
1 — общий вид функции; 2 — для X < 4,5
84
Половина угла раскрытия основного лепестка определяется выраже-
нием (28). Половина угла раскрытия основного лепестка на уровне 0,8
<р0 = arcsin 0,214 (Z2/a) = arcsin 0,214 (c2/af).
Функция 111, (х) /х по которой может быть рассчитана диаграмма
направленности прямого искателя с дисковым преобразователем в стали
для заданного соотношения a/Z2, представлена графически на рис. 60.
В приведенных формулах К2 и с2 — длина и скорость распространения
упругой волны (продольной или поперечной) в контролируемом металле,
возбуждаемой прямым искателем. Диаграммы направленности поля попе-
речной волны наклонного искателя могут быть приближенно рассчитаны
по выражению (30) и рис. 60, если в качестве радиуса а преобразователя
принять радиус мнимого излучателя [8]. Методика более точного рас-
чета диаграмм направленности наклонных искателей дана в [8].
Рассмотрим диаграммы направленности поля продольной волны пря-
мого искателя и поля поперечной волны наклонного искателя в стали
(рис. 61). Основной лепесток диаграммы направленности Ф, (а) поля попе-
Рис. 61. Основной лепесток диаграммы направленности для стали:
а ~ поля продольной волны прямого искателя; б — поля поперечной волны наклонного
искателя в плоскости падения луча, (р = 45°) (расчет)
85
Рис. 62. Расчетные зависимости
угла наклона акустической
оси диаграммы направленности
поля поперечной волны в стали
наклонного искателя (сплошные
линии) и угла преломления по
Снеллиусу ог угла Р призмы из
органического стекла
Рис. 63. Основной лепесток диа-
грамм направленности Ф, (у)
поля поперечной волны в стали
для наклонных искателей с приз-
мой из органического стекла
(расчет)
86
речной волны наклонного искателя в
плоскости падения волны несимметричен,
преломленный пучок как бы прижимается
к границе контролируемого металла. По-
этому даже при углах призмы р > Ркр?
в металле формируется поле поперечной
волны определенной направленности. Пол-
ный угол раствора основного лепестка
2<рр = amax — amin увеличивается с ростом
угла призмы р. Угол наклона оси диаграм-
мы а0 зависит от параметра af и отли-
чается от угла ас преломления, обычно
рассчитываемого но выражению Снеллиуса
ас = arcsin [(с^/сц) sin Р] (рис. 62) [8].
Диаграмма направленности Ф( (у) на-
клонного искателя в плоскости, перпенди-
кулярной плоскости падения луча, при зна-
чениях параметра па]> 5, что наблю-
дается при дефектоскопии рельсов, практи-
чески не меняется с изменением угла приз-
мы р (рис. 63). Как показывают исследова-
ния, наклонный искатель с углом призмы
более первого критического, кроме поля
поперечной волны, формирует ноле про-
дольной волны. Диаграмма направленно-
сти поля продольной волны имеет много-
лепестковый характер (рис. 64). Среди них
при углах призмы Ркр| < Р < Ркрп наблю-
дается, как правило, один лепесток («глав-
ный»), амплитуда Um которого заметно
отличается oi амплитуды других лепестков.
Значение пой амплитуды монотонно
умепыпаегся с ростом угла р и па 10 -
25 дБ меньше, чем при р = О' (прямой
искатель). Угол а„ наклона оси «1лавного»
лепестка с ростом угла р умепыпаегся.
В связи с малой интенсивноетыо продоль-
ной волны ее при дефектоскопии рельсов
не учитывают. Таким обратом, улыра-
звуковые колебания распространяются в
виде незначительно расходящегося пучка —
ультразвуково! о луча. Графически
его принято условно изображать прямой
линией со стрелкой, совпадающей с акусти-
ческой осью ультразвукового пучка и
указывающей направление распростране-
ния волны, или тремя линиями, средняя
из которых совпадает с акустической осью
ультразвукового пучка.
Рис. 64. Расчетные диаграммы на
правленност и поля продольной
Ф,, (а) и поперечной Ф, (а) волн в
стали наклонного искателя с приз-
мой из органического стекла ((! =
= 40°, af = 15 мм • МГц)
Упругие волны в зависимости от режима работы генератора электри-
ческого переменного напряжения можно излучать в контролируемое из-
делие непрерывно (рис. 65, д) или в виде высокочастотных импульсов
заданной длительности (рис. 65, б, в). Импульсы ультразвуковых колебаний,
излучаемые в контролируемое изделие, называются зондирующими.
Ультразвуковая волна, излучаемая искателем с пьезоэлектрическим преоб-
разователем, не может быть введена в контролируемое изделие, если
между ним и искателем имеется прослойка воздуха, т. е. нет акусти-
ческого контакта. Этот контакт обычно обеспечивают заполнением
контактирующей жидкостью пространства мсж,ду излучающей плоскостью
искателя и изделием. Волна, введенная в изделие в виде импульса ультра-
звуковых колебаний, дойдя до внутренних несплопшостей или до поверх-
ностей, в общем случае будет отражаться и трансформироваться на них.
Угол отражения равен углу падения волны па отражающую поверхность
(рис. 66). Распространение ультразвуковой волны или ее многократные
отражения между двумя поверхностями в изделии будут продолжаться
до полного затухания колебаний. Часть ультразвуковой энергии после
отражения может вернуться па искатель в виде эхо-импульса.
Интервал времени Т между зондирующим импульсом и зхо-импульсом
(эхо-сигпалом) определяется длиной пути ультразвукового импульса в из-
делии и равен для искателя:
прямого
T=2//q;
наклонного
Т = (2//cr) + 2t„,
Рис. 65. Излучение:
а — непрерывное; б — в виде импульсов пря-
моуг ольной формы; в — экспоненциальной
формы
87
Рис. 66. Отражение ультразвуковой волны при возбуждении се в контролируемом
изделии:
о, б — прямым искателем; « — наклонным; 3 — зондирующий импульс; О - зхо-импульс,
отраженный от точки О
I
где с,, ct — скорости продольной и поперечной воли;
I — путь, проходимый ультразвуковой волной в металле от искателя до
поверхности, отражающей волну в обратном направлении;
(п — среднее время прохождения ультразвукового импульса через призму
искателя в одном направлении.
На рис. 66 виден ход улыразвуково! о луча в контролируемом металле
и соответствующие осциллограммы напряжений, при этом вместо высо-
кочастотных импульсов изображены их огибающие (продет ек тированные
импульсы), которые, как это будет показано далее, обычно наблюдаются
па экране дефектоскопов.
Отражение волны будет происходить только под углом, равным углу
падения, если неровности отражающей поверхности много меньше длины
волны в среде, из которой падает волна. Такая поверхность называется
зеркальной, а отражение от нее— зеркальным. Если неров-
ности поверхности соизмеримы с длиной волны, го отражение будет
диффузным, при котором отраженная волна рассеивается в разные
Рис. 67. Зеркальное и диффузное отражения при падении волны на отражающую
поверхность перпендикулярно («) и наклонно (б)
88
Рис. 68. Схемы нрозвучивания и распределение импульсов во времени t на
излучающем И и приемном П искателях при контроле по теневому (а),
зеркально-теневому (б) и эхо-мстодам (в). Искатели включены по раздельной
схеме
89
Рис. 69 Схемы прозвучивапия и распределения импульсов во времени I па
искателе ИП, включенном по совмещенной схеме при контроле по зеркально- ,
теневому («) и эхо-мстодам (б)
стороны под различными углами. Этим объясняется меньшая амплитуда
эхо-импульса от неровной поверхности, чем эхо-импульса от зеркальной
при падении ультразвуковой волны перпендикулярно поверхности
(рис. 67, а). В го же время при падении ультразвукового луча под неко-
торым углом к границе раздела интенсивность волны, отраженной в на-
правлении к искателю, будет гем больше, чем значительнее неровности
отражающей поверхности (рис. 67,6). Следовательно, прозвучивая изделие
и исследуя процесс распространения ультразвуковых колебаний в нем,
можно обнаружить внутренние дефекты.
Методы ультразвуковой дефектоскопии. Получили распространение три
основных метода ультразвуковой дефектоскопии в зависимости от приз-
нака обнаружения дефекта: теневой, зеркально-теневой, зхо-метол
(рис. 68, а, б, в). Для всех методов можно использовать два искателя, один
из которых выполняет функции излучения (И), а другой — приема (77).
Такая схема включения искателей называется раздельной. В го же
время при импульсном излучении для зеркально-теневого и эхо-методои
можно применять один искатель 7777, включенный по совмещенной схеме;
в ном случае один и тот же искатель выполняет функции излучения
зондирующих импульсов и приема эхо-импульсов (рис. 69). Контроль рель-
сов выполняют главным образом эхо-методом и зеркально-теневым ме-
тодом дефектоскопии.
15. ЭХО-МЕТОД
Основные измеряемые характеристики дефектов. Эхо-импульсный метод
ультразвуковой дефектоскопии основан на посылке в контролируемое из-
делие кратковременных зондирующих импульсов ультразвуковых колеба-
ний и регистрации отражений этих импульсов (эхо-сигналов) от выяв-
ляемых дефектов. Для получения информации о выявленном дефекте из-
меряют его основные характеристики. В ультразвуковой дефектоскопии
90
различают более 10 измеряемых характеристик выявленного дефекта. При
ультразвуковом контроле рельсов ограничиваются измерением следующих
основных характеристик выявленного дефекта: максимальная амплитуда
U эхо-сигнала или эквивалентная площадь .S',; координаты расположения
дефекта; условные размеры дефекта. ।
Амплитуда эхо-сигнала — наиболее простая измеряемая характеристика,
которая при прочих равных условиях определяется размерами, ориента-
цией, конфигурацией и шероховатостью отражающей поверхности, глу-
биной ее расположения. С увеличением размеров дефекта амплитуда эхо-
сигнала растет до чех пор, пока размеры дефекта не превысят ультра-
звуковой пучок в сечении, в котором расположен дефект (рис. 70,«).
Амплитуда эхо-сигналов от дефектов одного и того же размера ггадает по
мере увеличения расстояния г от искателя до дефекта (рис. 70, б). При
одной и той же глубине залегания дефекта опа в значительной степени
определяется конфигурацией отражающей поверхности дефекта (рис. 70, в)
и соотношением размеров неровности отражающей поверхности к длине
волны (рис. 70, г). Возможны случаи, когда амплитуда эхо-сигнала от
большого дефекта с зеркальной отражающей поверхностью существенно
меньше амплитуды эхо-сигнала от небольшого дефекта с диффузно отра-
жающей поверхностью (см. рис. 70, г). Для приближенной оценки ампли-
туды эхо-сигнала от реальных дефектов последние заменяют эквивалент-
ными моделями в виде отражателей правильной геометрической формы
(сферы, цилиндра, диска, полосы). Модели дефектов при экспериментах
имитируют искусственными отражателями с размерами ho и /о. Амплиту-
ды эхо-сигналов от моделей дефектов и соответствующих искусственных
отражателей практически одинаковы, если />о, /о > Х2.
Выражения для расчета амплитуд эхо-сигналов от большинства отра-
жателей, расположенных в дальней зоне ноля искателя, превышающих по
размерам длину падающей на них упругой волны, могут быть представ-
лены при контроле искателем:
прямым
U = UoDqS,, (А Ь”/^) (1/г) (l/r") е ’ 26/г,	(31)
наклонным
— 2(6[Г + Ь|Г j)
и = U0D, (Р) (Хя cos «о/cos Р) (А///X;) [(1/(г + Аг)] [ 1/(г + Аг)4] е
(32)
где Uo — амплитуда зондирующего импульса;
Pl(, Dit (Р) — коэффициенты прозрачности границы искателя с металлом (всегда
меньше единицы); при наклонном падении они зависят от угла
падения Р;
S„ — площадь пьезоэлектрического преобразователя в искателе;
b — размер отражателя (модели дефекта);
“о — угол наклона акустической оси;
Х.„ К — длины продольной и поперечной волн в контролируемом металле
соответственно;
г — путь ультразвука в металле от искателя до отражателя;
6,	, б, — коэффициенты затухания продольной и поперечной волн в контроли-
руемом металле соответственно;
б,	— коэффициент затухания продольной волны в материале призмы наклон-
ного искателя;
г(	— средний путь ультразвука в призме наклонного искателя;
91
Лг — приведенный путь ультразвука в призме наклонного искателя;
А, у, z, q — коэффициент и показатели, определяемые формой отражателя.
Из уравнения видно, что амплитуда эхо-сигнала пропорциональна площади
преобразователя So. Множитель cos ao/cos |3, всегда меньший единицы, показы-
вает, что амплитуда эхо-сигнала уменьшается с увеличением угла призмы [1 на-
клонного искателя; ЛЬУ/X, и Ab>l’k~t определяют зависимости амплитуды эхо-сиг-
нала от размеров b отражателя и соотношения этого размера к длине волны X;
1/г и 1/ (г + Дг) подчеркивают убывание амплитуды падающей на отражатель вол-
ны с увеличением пути из-за расхождения излучаемого в металл пучка; 1/г’ и
1/(г + Лг)’ характеризуют убывание амплитуды отраженной от дефекта волны с
увеличением расстояния г от пего. Убывание обязано расхождению отраженной
волны, причем показатель q зависит оз формы отражающей поверхности. Для
компактных отражателей (сферы, диска) </ = I: для протяженных (цилиндра, поло-
сы), превышающих но размеру ширину пучка, </ = 0,5.
ИП ИП	«7	ИП
Рис. 70. Зависимость амплитуды эхо-сигнала U от:
о размера дефекта; б — расстояний между дефектами и искателем; в — конфигурации
дефекта; г — шероховатости поверхности дефекта
92
Слагаемые 8,г или 6(г и 8,Г1 в показателе последнею множителя определя-
ют затухание продольной или поперечной волны в металле на пути от искателя
до отражателя и затухание продольной волны в призме искателя. Формулы для
расчета относительной амплитуды ил/иъ эхо-сигналов от моделей дефектов в полу-
безграничной среде приведены в табл. 8. При контроле прямым искателем Х2 =
= //., и б2 — 6i2, наклонным 12 = Х,2 и 62 = 8,2-
Рассчитать отношения Uа/иг (в децибелах) для некоторых отражателей раз-
мером Ьо, 10 > Х2 в полубезграпичпой среде можно по номограммам (рис. 71).
Для этого достаточно сложить соответствующие значения A, и, и Ц или В,
х2 и 12 (в децибелах). Значения х,, х2, А, В, It и 12 даны в табл. 8. Заштри-
хованные области (см. рис. 71) соответствуют разбросу значений /ь /2, обусловлен-
ному различной формой и длительностью излучаемых импульсов (нижняя грани-
ца соответствует коротким импульсам).
Пример. Определить отношение (в децибелах) максимальных амплитуд тхо-
сиг палов от диска (17д), нормального к акустической оси наклонного искателя, и
от бесконечного цилиндрического отражателя ((7Ц), расположенных в образце из
малоуглеродистой стали на глубине И — 44 мм. Искатель на частоту 2,5 МГц
с преобразователем радиусом а = 6 мм и призмой с углом 0 - 40 . Радиус дис-
ка 6Д = 2 мм, а радиус цилиндра /»ц = 3 мм.
Параметры мнимого преобразователя искателя находим по формулам (26)
и (27): ао = 50"; X, =1,3 мм; ц, = 5 мм; гб = 19 мм; Аг = 7 мм. При этом
/тдД,2 = *<52; ЬЦД,2 = 2,3; отношение (г + Дг)/гг, = (44/cos 50" + 7)/19 = 4.
Согласно табл. 8 (в дБ)
17 д — Uu = (Лл + х, + 11 + к) — (В„ + х2 + 12 + к) =
= Лд + 2х2 — 9.95 + 71 — В„ — х2 •— /2 “ Дд -Ь х2 + 7 < — Вд — 12 — 9,95.
По номограмме (рис. 71) находим численные значения величин, входящих
в последнее выражение, и вычисляем искомую величину: 117д | — | (7Ц | « 18 —
— 11,5 — 5 — 0,3 + 11,2 — 9,95 я; 2,45 дБ, т. е. (7л/и 1( гк 1,32. Рассчитывая отношение
по приближенным формулам (табл. 8), получим (7д/(7|( я: 1,3.
В ограниченных средах при выявлении дефектов (отражателей) эхо-
сигнал формируется в результате суперпозиции ряда отдельных эхо-сиг-
7
Примечание, a, = a cos a cos ₽; к = exp [-2 (S2r + 8,71)].
Рис. 72. Обобщенная расчетная схема акустического тракта при контроле листов
сдвиговыми волнами:
I, 2, 3. 5 и 6 — мнимые отражатели; 4 действительный снрнжггель
налов, амплитуда которых рассчишвается по изложенной выше методике.
Если лист толщиной 5 прозвучивать с плоскости лучом наклонною ис-
кателя, то эхо-сигнал от отражателя можно рассматривать как совокуп-
ность эхо-сигналов двух видов — от действительною и мнимого отража-
телей: 1 — падающая и отраженная волны распространяются по одному
и тому же лучу t; 2 — падающая волна распространяется по лучу i, а от-
раженная — по лучу к или наоборот (рис. 72). Из рисунка видно, что
при заданной диаграмме направленности число т действительного и мни-
мых отражателей в расчетной схеме акустического тракта независимо от
толщины листа 8 можно выразить как функцию приведенного расстоя-
ния L/8.
Схема (см. рис. 72) является обобщенной для расчета акустического
тракта при контроле листов любой толщины, в которых еще распростра-
няется сдвиговая волна, возбуждаемая искателем с заданной диа1раммой
направленности. При числе т действительного и мнимых отражателей
в расчетной схеме число эхо-сигналов первого вида с амплитудой П»(г,)
будет равно т, а число эхо-сигналов второго вида с амплитудой 17“ (г,*)
равно т\/{т — 2)!.
Результирующий эхо-сигнал 1/лХ от отражателя в листе будет равен
сумме сигналов первого и второго вида:
т	т т— 1
(зз)
i=l	i = l fc=l
95
Рис. 73. Зависимости максимальных
амплитуд эхо-сигналов от отражателя
в полубезграничной среде С',|т/С() и от
такого же отражателя в листе UnmIU„
8 = 12 и 36 мм, от расс тояния L между
точкой ввода луча и отражателем (л,„
д', — число отражений, претерпеваемых
центральным лучом на пути до отра-
жателя в листе 8=12 и 36 мм);
кривая — U,m/U„, расчет; вертикальные
прямые — Uln„/Uo, расчет (сплошные—
8=12 мм; штриховые — 8 = 36 мм);
О — UnmIUo, эксперимент; A— U.,m/Uo,
эксперимент для 8= 12 и 36 мм
Определенные эхо-сигнады первого и второго вида, совпадая во вре-
мени, будут интерферировать, ослабляя или усиливая максимальную ам-
плитуду Ullm результирующего эхо-сигнала 1/яЕ. В практике дефектоскопии
важно знать соотношение максимальных амплитуд результирующего эхо-
сигнала U,,m от отражателя в листе и эхо-сигнала U„„, от такого же отра-
жателя в полубезграничной среде. Из схемы (рис. 72) видно, что до
некоторого числа иот отражений амплитуды Unm = Число отражений
и,,,, начиная с которого лист нельзя рассматривать как полубезграпичпую
среду, нс зависит от толщины листа. В го же время расстояние L,„, при
котором н„ = но1, пропорционально толщине листа. При Lm отражатель
в середине чиста озвучивается несколькими лучами ультразвукового пучка,
а амплитуда Unm осциллирует с изменением расстояния L. Максимумы
значений амплитуды результирующего сигнала смещаются в сторону
искателя на некоторое значение от расстояния, соответствующего озвучи-
ванию отражателя акустической осью искателя, что приводит к возник-
новению систематической погрешности в измерении координат отражателя.
Глубина осцилляции надает с увеличением стремясь к нулю, что при-
водит к потере направленных свойств ноля сдвиговой волны (см. рис. 73).
Ослабление максимальной амплитуды эхо-сигнала на расстоянии L от
отражателя в листе отстает от соответствующего ослабления амплитуды
эхо-сигнала от отражателя в полубезграничной среде. Поэтому реальная
Рис. 74. Схема формирования эхо-chi нала
падении на него поперечной волны
от цилиндрического отражателя при
чувствительность дефектоскопа к дефектам в листе при L > Lr оказы-
вается выше чувствительности к тем же дефектам на таком же расстоянии
L в полубезграничной среде (см. рис. 73). Это следует учитывать при
контроле шейки рельса наклонным искателем, расположенным па ее
поверхности и на поверхности катания головки. На отражателе (дефекте)
в твердой среде может трансформироваться падающая на него упругая
волна. В области отражателя образуются при этом поля различных типов
волн (дифрагированные волны). Так, при падении поперечной волны на
цилиндрический (сферический) отражатель определенных размеров в при-
поверхностном слое возбуждается ряд воли, в том числе и волна сколь-
жения (рис. 74). Огибая цилиндр, она рассеивается в различных направ-
лениях в виде поперечных волн и при определенных условиях принимается
искателем в виде сигнала Uc наряду с обратным эхо-сигналом Еоб.
Если сдвиг Аго во времени между сигналами l/ofi и 1/с не превышает
длительность т зондирующего импульса, то сигналы интерферируют между
собой, ослабляя или усиливая максимальную амплитуду U„ суммарно! о
эхо-сигнала. Сдвиг Л/о обусловливается только диаметром 2ЬО отверстия.
В связи с этим в определенном диапазоне значений 2ЬВ наблюдаются
осцилляции зависимости Uo — U„ (bB).
Волна скольжения не участвует в формировании максимальной ампли-
туды эхо-сигнала Uo от цилиндрического отверстия на глубине Нт если
его радиус
bo > [я - 6крз + (ho/Ho) (cos ао sin 0кр3) + (сС2/с,2) (1 - cos 0кр3],
|де сС2 — скорость волны скольжения;
0кр3 — третий критический угол падения для i рапиды сталь — воздух.
Если поперечная волна падает па угловой отражатель, например на
поперечную трещину, развивающуюся с поверхности подошвы рельса, то
при определенных углах наклона акустической оси от отражателя, кроме
поперечной волны, могут отражаться волны дру!их типов (рис. 75). Кроме
i ого, па кромке отражателя формируются дифрагированные продольная
и поперечная волны. Интенсивность этих волн достаточно мала по срав-
нению с отраженными поперечной и скольжения волнами. Важно, что при
yi нах наклона акустической оси «о « 40 волна скольжения, образовавшая-
ся па поверхности изделия, отразившись от отражателя, возвращается к
искателю в виде поперечной волны (рис 75, я). При определенном по-
тожепии искателя обратный эхо-chi пал и сигнал волны скольжения скла-
дывается, приводя к росту амплитуды результирующею эхо-сигнала от
yi .новою отражателя. В то же время при углах ав и 65° продольная волна,
। р.шеформированная на поверхности отражателя, не возвращается к иска-
пано. Этим объясняется существенное превышение максимальной ампли-
 уды >хо-сигнала от углового отражателя при ао ге 40° над максимальной
амнни1удой эхо-сигнала от того же отражателя при ао » 65 . Если сопо-
cianiiri. площадь углового отражателя Sy с площадью дискового отра-
ж.ыеля N,,, ориентированного нормально к акустической оси искателя, эхо-
ст пая о! которого равен эхо-сигналу от углового отражателя, то они
!>уду! связаны выражением S„ = NSy, где N — коэффициент, зависящий от
yi на <у„. Эксперименты подтверждают изложенные особенности формиро-
вания »хо-си! пала от углового отражателя (рис. 75, в).
97
Рис. 75. Схемы формирования эхо-сигнала о г углового отражателя б)
и экспериментальная зависимость коэффициента N от угла а() наклона акусти-
ческой оси искателя («)
Амплитуда обратного эхо-сигпала весьма мала, если поперечная волна
падает под углом на тонкий отражатель с зеркальной поверхностью, на-
пример на поперечную контактно-усталостную трещину в головке рельса.
Однако при озвучивании кромки этого отражателя акустической осью
амплитуда эхо-сигнала существенно возрастает за счет сигнала дифра-
гированной па кромке отражателя поперечной волны. Это позволяет фик-
сировать края трещины и определять их координаты. Точность опреде-
ления координат кромок (а следовательно, и размеров h трещин) можно
повысить, если воспользоваться двумя искателями, включенными по раз-
дельной схеме (рис. 76). В этом случае принимаемый сигнал будет обя-
зан только волне, дифрагированной па кромке трещины. Размеры тре-
щин, выявляемых поперечными волнами, рационально измерять под углом
а0 = 37 —47’; при этом амплитуда дифрагированного сигнала, принимае-
мого приемным искателем, с точностью +2 дБ соответствует значению
амплитуды обратного эхо-сигпала от бокового цилиндрического отража-
теля диаметром 2 мм, расположенного па той же глубине, принимаемого
одггим из искателей, включенным по совмещенной схеме.
При контроле рельсов амплитуды U эхо-сигнала от реальных дефектов
сопоставляют с амплитудой Ив эхо-сигпала от отражателя, принятого за
эталонный. Эталонный отражатель выполняют в образце, изготовленном
из стали, близкой но акустическим свойствам к рельсовой стали (сталь
марки Зсп, ГОСТ 380 — 71 или марки 20 по ГОСТ 1050 — 74), или в стан-
дартном образце № 1, изготовленном из органического стекла.
Отношение амплитуды U эхо-сиг лгала от дефекта к амплитуде Uo
эхо-сигнала от эталонного отражателя называется условным ко»ф-
фициентом в ы я в л я е м о ст и дефекта К:
К = и/ио.
Если амплитуды U и Uo выражены в децибелах А' и А о соответственно,
го К = N - No.
Для сравнения амплитуд эхо-сиг налов в некоторых дефектоскопах име-
ется аттенюатор, прокалиброванный в децибелах или в относительных
единицах. Отражающие свойства дефекта в большинстве случаев можно
выразить через минимальную площадь S-, дискового зеркального отража-
98
теля, нормального к акустической оси
искателя, расположенного на той
же глубине и дающего ту же ампли-
туду эхо-сигнала, что и выявляемый
дефект. Эта площадь называется э к-
вивалентпой площадью де-
фекта и определяет возможные ми-
нимальные размеры обнаруживаемо-
го дефекта.
Определить эквивалентную пло-
щадь дефекта можно по испытатель-
ному образцу, в котором сделаны
отверстия с плоским дном, имити-
рующим дисковые отражатели
(рис. 77, я). Для этого достаточно
найти такое дно отверстия в испыта-
тельном образце, эхо-сигнал от кото-
рого по времени возвращения и мак-
симальной амплитуде совпадает с
этими же параметрами эхо-сигпала
от выявленного дефекта. Площадь
дна этого отверстия определяет экви-
валентную площадь S, выявленного
дефекта.
В связи со сложностью изготов-
ления и проверки точности изготов-
ления отверстий с плоским дном,
ориентированным перпендикулярно
к акустической оси искателя, при конт-
роле наклонным искателем можно
применять сегментные и угловые
отражатели (рис. 77, б, в). Плоскость
/ сегмента (см. рис. 77, б) так же, как
и плоскость / отверстия (см. рис. 77,«),
должна быть перпендикулярна к аку-
стической оси искателя. Для того,
чтобы амплитуда эхо-сигнала от сег-
ментного отражателя приближалась
к амплитуде эхо-сигнала о г от вер-
стия с плоским дном такой же
площади, высота hc сегментного от-
ражателя должна быть больше дли-
ны поперечной волны, а отношение
hjho > 0,4.
Размеры ho и ho углового стра-
жа геля должны быть больше длины
поперечной волны и 4 > ho/b„ > 0,5.
Амплитуды эхо-сигналов от отвер-
стия с плоским дном площадью Sn,
Рис. 76. Схема измерения высоты h
трещины по времени задержки дифра-
гированного па ее границах сигнала
Рис. 77. Эталонные отражатели для
определения эквивалеигной плошали
выявленных дефектов и настройки де-
фектоскопа на предельную чувстви-
тельность :
а — отверстие с плоским дном; <5 — cei мент-
ный отражатель; в —угловой отражатель
4
99
Рис. 78. SKH-диаграмма для стали и искателя с призмой из плексигласа (|3 = 40";
а — 6 мм; 7-1 = 11 мм)
100
определяющей предельную чувствительность, и углового отражателя
площадью Sy = hobo будут близки, если = NSy, где коэффициент N
определяется по графику (см. рис. 7^ в) с учетом диаграммы направлен-
ности применяемого искателя.
Набор испытательных образцов затрудняет контроль. Поэтому разра-
ботана методика определения эквивалентной площади дефектов по еди-
ному цилиндрическому отражателю на основании SKH-диаграммы и стан-
дартного образца № 2. Размеры отражателя выбраны так, чтобы исклю-
чить участие волны скольжения в формировании максимальной ампли-
туды эхо-сигнала. На оси абсцисс диаграммы (рис. 78) указана глубина II
залегания выявленного дефекта, а па оси ординат — эквивалентная пло-
щадь S, дефектов (в мм2) для различной частоты ультразвука. Параметр
семейства кривых — условный коэффициент К выявляемое™ дефекта отно-
сительно цилиндрического отверстия диаметром 6 мм на глубине 44 мм
в образце из малоуглеродистой стали, аналогичной по акустическим свой-
ствам рельсовой стали. SKH-диаграмму рассчитываютвыражению
S, = 10 К/20 (Н + Ar cos g..,)2 (f |,/'cos^ ot„) 1 х	._ \
х [(0,86с, /(44° + Ar cos aj,)3/2] exp [26, (Н — 44)/cos ао], * I C
где H и Ar. mm; c,2, mm/c; /, Гц; 6,2, Неп/мм; К, дБ.
Пример. Определить эквивалентную площадь выявленного дефекта. Частота
ультразвука/ —2,2 МГц. Чистота поверхности стандартного образца соответствует
чистоте поверхности рельса, с которой вводятся ультразвуковые колебания. По
показанию аттенюатора, соответствующему амплитуде эхо-сигнала от цилиндри-
ческого отверстия в стандартном образце, No = 37 дБ. Глубина расположения
дефекта Н = 50 мм, а показание аттенюатора, соответствующее максимальной
амплитуде эхо-сиглгала от дефекта, Nx = 37 дБ. Искомая жвивалептпая площадь S,
выявленного дефекта на SK Н-диаграммс соответствует точке пересечения орди-
наты Н = 50 мм с линией К = Nx —	= 37 — 37 = 0 дБ и равна 14 мм2.
Эквивалентная площадь реальных дефектов сварки в сварных стыках
рельсов и дефектов второй группы в основном металле равгга 1 — 15 ммх.
Координаты отражающей поверхности позволяют с определенной ве-
роятностью отличать эхо-сиг палы от дефектов и эхо-сигналы от неров-
ностей на гговсрхности рельса или эхо-сиг налы от от верстий в рельсе.
При контроле прямым искателем измеряют только глубину Н рас-
положения отражающей гговсрхности (рис. 79, «):
Н = (с,/)/2,
где f — время прохождения ультразвукового импульса от поверхности, на которой
установлен искатель, до отражающей поверхности и обратно.
Рггс. 79. Измерение коор-
гинаг отражателя (дефек-
та) при контроле прямым
(о) и наклонным (б) иска-
телями
101
Определение координат залегания отражающей поверхности (глубины Н
и расстояния L от точки выхода луча) при прозвучивапии наклонным
искателем основано на измерении времени t прохождения импульса в ме-
талле и последующем пересчете его в координаты Н и L по известному
углу наклона акустической оси ао (рис. 79,6):
Н = rcos ао = [с,2 (Т— 2tn) /2] cos а„; ]	(34)
L= г sin ао = [с,2 (Г— 2т„) /2] sin ао, J
где T— интервал времени между моментом излучения зондирующего и моментом
приема отраженного импульса;
1П — время прохождения ультразвука через призму искателя.
Если известны cl2, t„ и ао, то для определения координат измеряют
время Т, для чего в современных дефектоскопах предусмотрены глубино-
меры. В специализированной аппаратуре шкалу глубиномера градуируют
в миллиметрах глубины 77 и расстояния L для определенного угла а0.
Погрешность измерения координат складывается из систематических и
случайных погрешностей. Формулы для расчета систематических погреш-
ностей даны в [15]. Случайные погрешност и <1Н и dL измерения координат
Н и L расположения отражателя (дефекта) обусловлены в основном не-
точностью установки оператором искателя в положение, при котором
амплитуда эхо-сигнала максимальна, т. е. в положение, при котором де-
фект озвучивается под углом а, принятым для расчета координат Н и
L. В практике контроля рельсов при измерении координат амплитуду
эхо-сигнала оценивают или по осциллографическому индикатору, или по
звуковому, громкость звука в котором пропорциональна амплитуде эхо-
сигнала. Случайная погрешность измерения координат отражателя умень-
шается с увеличением затухания упругой волны на пути до отражателя.
Максимальные случайные относи тельные погрешности измерения коор-
динат:
г//////= (0,1 — 0,2) <putgao;
dL/L = (0,1 - 0,2) ф„ etg ao,
где <ро — половина yuia раскрытия основного лепестка диаграммы направленности
искателя па уровне 0,8.
Случайная погрешность измерения глубины Н практически не превы-
шает 4/„, а расстояния L— 1
Условные размеры выявленных дефектов при контроле наклонным ис-
кателем: протяженность AL, ширина АХ, высота А77 (рис. 80). Условную
протяженность дефекта AL измеряют длиной зоны перемещения наклон-
ного искателя по поверхности рельса в направлении, перпендикулярном
плоскости падения ультразвукового луча (рис. 80, а), между крайними по-
ложениями искателя. Аналогично, перемещая искатель в плоскости паде-
ния луча, измеряют условную ширину дефекта АХ; условная высота А77
равна разности интервалов времени между зондирующим импульсом и
эхо-сигналом от дефекта при крайних положениях искателя, между кото-
рыми измеряли условную ширину АХ (рис. 80,6). При контроле прямым
искателем определяют только условную протяженность дефектов по длине
рельса.
102
Рис. 80. Схема измерения условных размеров дефекта (с, б) и углов у0 и Ду (в, г)
Рис. 81. Зависимости условной протяженности Д£_ отражателя от его размера b (н)
и'глубины расположения г (б):
I — сфера и цилиндр, способ 2; 2 — то же, способ 1; 3 — диск и полоса, способ 1
103
Возможны два способа задания крайних положений искателя при изме-
рении ЛЬ, ЛА" и АН (рис. 81,0,6).
Способ I. За крайние положения искателя принимают такие, при которых
амплитуда эхо-сигнала oi выявляемого дефекта уменьшилась до значения t/min,
составляющего определенную часть А максимального значения (7тах, т. е. Cmjn =
= '4Ьтах. При измерении условных размеров этим способом значения AL, ЛХ и
АН дефектов, истинные размеры которых не превышают размеры ультразвукового
пучка в месте расположения дефекта, в основном определяются конфигурацией
и ориентацией дефектов и монотонно растут с увеличением глубины их располо-
жения (см. рис. 81,6). И большинстве случаев из дефектов, расположенных в даль-
ней зоне искателя, наибольшие условные размеры будут у дефектов округлой фор-
мы с круювой индикатрисой рассеяния. Условные размеры округлых дефектов,
измеренные по способу 1 не зависят от их истинного размера (см. рис. 81, а).
У плоских дефектов, ориентированных нормально к акустической оси искателя,
размеры которых меньше ширины пучка, условные размеры меньше условных раз-
меров отражателя округлой формы, расположенною на гой же глубине, что и
дефект. Если условные размеры выявленного дефекта существенно превышают ус-
ловные размеры соответствующего ненаправленною отражателя, то >то значит,
что дефект значительно больше ширины пучка, ранной условному размеру (А/,
или АХ) ненаправленною отражателя, расположенною на гой же глубине, что и
дефект.
Способ 2. За крайние положения искателя принимают такие, при которых
амплитуда эхо-сигнала досыл ла некоторою заданного абсолютною значения 1/га1п,
не зависящего от максимальной амплитуды эхо-сигпала. Измеренные этим спосо-
бом условные размеры во многом зависят от максимальной амплитуды эхо-сиг-
нала от дефекта. Полому условные размеры ненаправленного дефекта связаны
с их истинными размерами, так как последние определяют амплитуду эхо-сиг-
нала (см. рис. 81, о). Измеренные условные размеры дефекта с круювой индикат-
рисой рйссеяпня не дают никакой повой полезной информации ио сравнению с
той, которая содержится в амплитуде эхо-сигнала от дефекта. Более гою. значе-
ния AL, АХ и А// дефекта, измеренные по способу 2 при постоянной условной
чувствительности, немонотонно зависят от глубины залегания дефекта (см рис. 81,6).
В зависимости от поставленной задачи применяется toi или другой
способ заданий крайних положений искателя при измерении условных раз-
меров дефекта. Например, нужно получить дополни тельную информацию
о конфигурации отражающей поверхности дефектов, размеры которых
меньше ширины ультразвукового пучка в месте расположения дефекта.
В данном случае целесообразен способ I. Он предпочти гелей также при
оценке ист инной протяженност и дефектных участков, кот да последняя су-
щественно превышает ширину ультразвукового пучка. При этом необхо-
димо более точно определит границу дефектного участка. Опа прибли-
зительно совпадает с осью искателя в положении, соответствующем ос-
лаблению амплитуды эхо-сигпала 1/„, в 2 раза (А =0,5), тде Um — макси-
мальная амплитуда эхо-сигнала при озвучивании края дефектного участка.
Однако обычно вначале измеряют условные размеры дефектов по
способу 2.
Из изложенного видно, что значения AL, АХ и АН одного и тою же
дефекта существенно зависят от глубины его расположения и способа
измерения условных размеров, а АХ и АН каждая в отдельности одно-
значно не определяют размеры, конфигурацию и ориентацию дефекта в
сечении. В то же время отношение условных размеров АХ к АН (р =
= АХ /АН) при любом способе их измерения и диффузно рассеи-
вающей поверхности дефектов определяется прежде всего конфигу-
рацией и ориентацией дефектов. ,
104
Таблица 9
Коэффициент [1 для моделей дефектов различной формы и ориентации
при контроле искателем с сс0 50е (эксперимент)
Характеристика дефекта	д
Цилиндрическое отверстие диаметром 1 мм на глубине 30 мм То же, на глубине 75 мм Цилиндрическое отверстие диаметром 30 мм на глубине 75 мм	2,05 2,05 2,05
Плоский огражатель с диффузной поверхностью размером 2Ь — 30 мм на глубине 30 мм, ориентированный верти-	1,40
калыю То же, ориентированный горизонтально	7,20
Для дефектов округлых отношение р не зависит от размера дефекта
и 1 дубины его расположения и для каждою типа искателя имеет опре-
деленное значение ро. Если дефекты плоские и ориентированы нормально
к контактной поверхности (вертикальные дефекты), то для них р„ < ро; для
дефектов горизонтальных щРазница значений цв и |хо, щ м цо
тем больше, чем больше отношение размера дефекта к глубине его за-
легания (табл. 9).
При разработке методик и аппаратуры ультразвукового контроля рель-
сов, кроме перечисленных измеряемых характеристик дефектов, подлежащих
выявлению, важно знать углы уо, соответствующие максимальной ампли-
туде эхо-сш нала от дефекта, и углы Ду вращения искателя, в пределах
которых еще фиксируется дефект (см. рис. 80, в, г).
Таблица 10
Основные параметры эхо-мегода
Параметр кош роля
Параметр аппаратуры
Длина волны X, мм
Чувства гслыюсть:
реальная, мм
предельная 5П, мм2
эквивалентная К„ мм
Угол ввода луча а,, град
Направленность поля искателя Ф (а), Ф (у)
Погрешность измерения координат (погреш-
ность селектирования) А,
Мертвая зона М, мм
Длина пакета упругих колебаний тс, мм
Минимальный условный размер фиксируемого
дефекта AVmin, мм
Разрешающая способность но дальности Д, мм
Плотность сканирования (неравномерность чув-
ствительности в сканируемом сечении)
Д'^гс/^'по
Дисперсия коэффициента О;,<зу>, дБ
Частота f МГц
Чувствительность:
условная по СО № 1 А' мм
условная но СО № 1 (№2А) Ку, дБ
жвивалсшпая Л'„ мм
Угол призмы, |3 град
Размеры преобразователя а, мм
Погрешность г дуби номера (систе-
мы селекции) А,,
Длительность:
зондирующего импульса т, мкс
реверберационных шумов из
призмы тр, мкс
Длительность зондирующих им-
пульсов т, мкс
Скорость сканирования Гс, мм/с
Инерционность индикатора Ти, с
Разрешающая способность Тр, мкс
Шаг сканирования ДЛ, мм
Закон ВРЧ Ку(г)
Дисперсия опорного сигнала стоп,
дБ
105
Основные параметры контроля. К числу основных при ультразвуковом
контроле рельсов относят параметры, определяющие достоверность ре-
зультатов контроля (табл. 10). Очевидно, ряд параметров всецело зависит
от аппаратуры, поэтому из совокупности параметров контроля выделяют
параметры аппаратуры. Некоторые основные парамет ры под воздействием
внешних факторов с течением времени могут изменяться. В связи с этим
необходимо систематически проверять их на специальных стандартных
образцах (эталонах). При контроле рельсов ограничиваются проверкой
первых восьми параметров (см. табл. 10). Для эталонирования основных
параметров контроля в Советском Союзе создан комплекс стандартных
образцов (эталонов), утвержденный ГОСТ 1X576 — 80 «Контроль неразру-
шагощий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые» и ГОСТ
14782 — 76 «Контроль неразрушающий. Швы сварные. Методы ультразву-
ковые». Рассмотрим каждый из параметров, подлежащих проверке, и ме-
тоды их проверки.
Длина ультразвуковой волны. Длина волны определяется частотой из-
лучаемых колебаний. Частота ультразвука, обусловленная типом аппара-
туры, в процессе ее эксплуатации практически остасгся неизменной. Для
обеспечения высокой воспроизводимости результатов контроля необходи-
мо, чтобы отклонение частоты излучаемых колебаний (рабочей частоты)
от номинального значения не превышало 10%. Отобрать искатели гго
рабочей частоте можно по стандартным образцам (ГОСТ 14782 — 76)
или на стенде (рис. 82). Генератором, синхронизированным с дефектоско-
пом, можно задержать развертку гга экране осциллог рафа относительно
зондирующего импульса па время, несколько меньшее, чем необходимо
для расггрЬстранения зондирующего импульса от ньезонреобразователя до
отражающей фокусирующей поверхности образца и обратно. Благодаря
этому па экране осциллографа выделяется эхо-сиг пал, формируемый гга
ггьезопреобразоватслс искателя. Измерив осциллографом среднее значение
периода колебаний Т в >хо-сиг пале,
легко определить искомую рабочую
частоту /'.
Ч у ветвите леность. В ультразвуко-
вой дефект оскопии различают реаль-
ную, предельную и условную чув-
ствительности. Реальная чувст-
вительность обусловливает со-
бой минимальные размеры дефектов
различного характера, уверенно вы-
являемых в изделиях или соединениях
определенного вида. Она может
быть оценена статистической обра-
боткой результатов контроля и ме-
таллографического исследования се-
рии объектов этого вида.
Предельная чувствитель-
ность определяет собой минималь-
ные размеры искусственного, опти-
мального с точки зрения выявляемо-
Рггс. 82. Блок-схема стенда для измере-
ния рабочей частоты сигнала, возбуж-
даемого наклонным искателем:
I — дефектоскоп; 2 — ждущий генератор за-
держанного импульса; 3 — осциллограф;
4 образец с фокусирующей отражающей
поверхностью; 5 — искатель
106
сти отражателя (модели дефекта),
который еще уверенно обнаружи-
вается в изделии при данной
настройке прибора. Мерой пре-
дельной чувствительности S„ слу-
жит площадь отверстия с плоским
дном, ориентированным перпен-
дикулярно к акустической оси ис-
кателя. Отверстие высверливаю!
в испытательном образце изделия
данного вида (см. рис. 77). Заме-
тим, что чем выше предельная
Рис. 83. Стандартный образец № 1
чувствительность, тем меньше ее численное значение. Точно изготовить
отверстие с плоским дном сложно, поэтому при использовании наклонных
искателей оценивать предельную чувствительность можно по SKH-диа-
грамме и стандартному образцу № 2.
Пример. Настроить дефектоскоп па предельную чувствительность S„ = 7 мм1 2
при // = 65 мм. Контроль выполняется типовым искателем па частоту / =
= 2,5 МГц. Амплитуде! эхо-сигнала ог цилиндрического отверстия диаметром 6 мм
на глубине 44 мм в стандартном образце № 2 но показанию аттенюатора дефек-
тоскопа равна No = 38 дБ. Заданным значениям .S’„, II но SKH-диаграмме
(см. рис. 78) соответствует коэффициент выявляемое™ К — —9 дБ. Учитывая, что
К = Nx — Л'о, находим положение Nx аттенюатора, при котором дефектоскоп с
искателем будут настроены на указанную предельную чувствительность, Nx =
= К + No = - 9 + 38 = 29 дБ.
Условная чувствительность характеризуется размером и г ду-
биной расположения заранее установленных искусственных эталонных от-
ражателей, выполненных в стандартном образце из материала с определен-
ными, строго регламентированными акустическими свойствами и уверенно
выявляемых дефектоскопом. Эталоном условной чувствительности служит
стандартный образец № 1 (рис. 83). Условная чувствительность дефектоско-
па с искателем, измеренная по стандартному образцу № I, выражается
максимальной глубиной Ку (мм) расположения цилиндрического отража-
теля, уверенно фиксируемого всеми индикаторами дефектоскопа (искатель
в положении А па рие. 83)‘.
Если на входе усилителя дефектоскопа предусмотрен аттенюатор, то
в качестве меры условной чувствительности можно использовать умень-
шение (увеличение) чувствительности относительно гой, при которой ам-
плитуда эхо-сигнала от цилиндрического отражателя в стандартном об-
разце № 2 (рис. 84) еще фиксируется индикаторами дефектоскопа. В этом
случае условная чувствительность (в дБ) равна разности между конкретным
показанием аттенюатора и показанием, соответствующим максимальному
ослаблению, при котором еще цилиндрическое отверстие в стандартном
образце № 2 фиксируется индикаторами дефектоскопа. Условные чувст-
вительности, измеренные по стандартным образцам № 1 и 2, можно со-
поставить экспериментально. Например, при частоте 2,5 МГц, угле пак-
1 При работе дефектоскопом без электронно-лучевой трубки применяют
стандартный образец № IP но ГОСТ 18576—80.
107
Рис. 84. Стандартный образец № 2
лона акустической оси искателя 50' и диаметре преобразователя 12 мм
условной чувствительности 45 мм по стандартному образцу № 1 соответст-
вует условная чувствительность приблизительно 18 дБ по стандартному
образцу N? 2.
Реальная и предельная чувствительности определяют чувствительность
метода в целом при контроле изделия данного вида, а условная харак-
теризует только чувствительность дефектоскопа с искателем. Предельную
чувствительность всегда можно перевести в условную. Для этого, настроив
дефектоскоп на заданную предельную чувствительность, переносят иска-
тель па стандартный образец № 1 (или № 2) и измеряют условную
чувствительность. Таким образом, каждому значению условной чувстви-
тельности соответствует определенная предельная чувствительность. Необ-
ходимо помнить, что реальная и предельная чувствительности двух при-
боров, настроенных па одну и ту же условную чувствительность, будут
одинаковы, если частота ультразвука, угол призмы и размеры преобра-
зователей искателей этих приборов соответственно равны.
Угол (а) ввода ультразвукового луча в контролируемый металл. Это угол
между перпендикуляром к поверхности, проходящим через точку ввода
луча, и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя с точ-
Рис. 85. Стандартный об-
разец № 3
кой выхода луча при установке искателя в по-
ложение, когда амнлизуда эхо-сигнала от отра-
жателя максимальна. Для удобства измерения
угла ввода луча предусмотрен стандартный об-
разец № 2 (см. рис. 84), состоящий из шкалы,
проградуированной в значениях угла а, и блока
из контролируемого металла, прикрепляемого
к шкале винтами. Если положение точки выхода
луча неизвестно, то его определяют по стан-
дартному образцу № 3 (рис. 85). Точка выхода
луча (центр излучения искателя) расположена
на искателе против центра полуокружности
стандартного образца № 3 при установке иска-
теля в положение, при котором амплитуда эхо-
108
Рис. 86. Зависимость Ft (ot) = l/cos3/2ot
сигнала от вогнутой поверхности максимальна. Зная положение точки
выхода луча, легко определить стрелу искателя — расстояние от точ-
ки выхода луча до передней грани искателя.
Направленность поли искателя. С учетом неоднородности преобразо-
вателя и импульсного характера излучения направленность поля искателя
наиболее полно можно изучить при экспериментальном определении
диаграмм направленности искателя. Методы измерения диаграмм рассмот-
рены в [15]. Наиболее просто это выполнить по стандартному образцу
№ 2, на котором нанесены шкалы, проградуированные по значениям угла
а преломления луча (см. рис. 84). Чтобы измерить диаграмму направлен-
ности Ф,(сх) наклонного искателя по стандартному образцу № 2, следует:
по стандартному образцу № 3 уточнить положение метки на боковой поверх-
ности призмы, соответствующей точке выхода луча;
установить искатель па стандартном образце № 2 в положение, при котором
амплитуда >xo-chi нала от цилиндрического отверстия диаметром 6 мм макси-
мальна, и против метки па шкале отсчитать угол сх, ввода луча; сместив искатель
влево, а затем вправо, определить углы ami„ и сстах, при которых можно измерить
амплитуды эхо-сигналов от отверстия; значения otb ат111 и записать в таб л. 11;
Таблица II
Результаты измерений и расчета диаграммы направленности Ф,(а)
в стали для наклонного искателя с параметрами р=40°; а =6 мм; /=2,5 МГц
(ot! = 48°; ami„ = 36°; amax = 55°)
а°	Ufa), дБ	Л (а). ДБ	tl(a) + F,(a). дБ	Г,(а), дБ	Ф?(а), о in. ед.	0,5F2 (а), дБ	Фэ(а), отн. ед.
55	8	7,0	15	20	0,1	10	0,316
53	13	6,5	19,5	15,5	0,168	7,75	0,412
51	21	6,0	27,0	8,0	0,398	4,00	0,631
49	27	5,3	32,3	2,7	0,733	1,35	0,855
48	30	5,0	35,0	0,0	1,000	0,00	1,000
46	28	4,5	32,5	2,5	0,749	1,25	0,871
45	26	4,4	30,4	4,6	0,588	2,30	0,767
44	21	4,2	25,2	9,8	0,324	4,90	0,569
41	16	3,8	19,8	15,2	0,174	7,6	0,417
38	13	3,0	16,0	19,0	0,112	9,5	0,355
36	7	2,8	9,8	25,2	0,055	12,6	0,234
109
перемесг ив искатель по образцу в пределах значений otrai„ — otm.lx по шкале,
измерить (в дБ) амплитуды U (а) эхо-сигнала от отверстия диаметром 6 мм при
совмещении точки выхода луча с каждым делением на шкале стандартного образ-
ца № 2; результаты измерений записать в таблицу; в процессе каждого измере-
ния обеспечить надежный акустический контакт и повторяемость результатов;
вписать в таблицу значения функции Ft (ot), определяемые по графику
(рис. 86) и учитывающие влияние расстояния на амплитуду U (а) эхо-сигпала;
к каждому значению U (а) прибавить соответствующее значение функции Ft (ot);
нормализовать функцию [L7 (а) +/ц (а)], отняв оз всех се значений макси-
мальное значение этой функции, соответствующее углу сс(, наклона оси диаграммы
F2 (ot) = [С/ (ot) + Ft (ot)] — [67 (otj + Ft (а,,)]: функция F2 (ot) определяет диаграмму на-
правленности в режиме излучения — приема;
разделить значения функции F2 (ot) пополам и, пользуясь номограммой
(см. рис. 71), перевести полученные значения децибел в относительные значения
искомой функции Ф,(а), приближенно характеризующей диаграмму направленности
искателя в режимах излучения и приема.
Диа1 рамму направленности прямого искателя Ф (<р) можно определять
по стандартному образцу № 2, измерив огибающую U (гр).
Погрешность измерения координат. Эта погрешность возникает прежде
всего из-за глубиномера дефектоскопа; ею погрешность определяют по
стандартному образцу № 1 (см. рис. 83) или 2 (см. рис. 84). Для этого
измеряют интервалы времени между зондирующим импульсом и донными
эхо-сигналами при работе с прямым искателем. По образцу № 1 фикси-
руют не менее двух (и = 2) эхо-сигналов ог прорези «20 мкс», а по
образцу № 2 — не менее пяти (и 5) эхо-сигналов.
Погрешность глубиномера,
А, = [(/„ - 20и)/20п] 100,
1де („ — показание глубиномера в микросекундах при измерении интервала вре-
мени до /i-го дошки о )хо-сш пала.
«Мертвой» юна. Эта зона определяется минимальной глубиной располо-
жения дефекта, эхо-сигналы от которою нс совпадают во времени с зон-
дирующим импульсом. Размеры «мертвой» зоны зависят ог длительности
зондирующего импульса, а для наклонных искателей — и от конструкции
призмы. Действительно, для того чтобы эхо-сигнал от дефекта мог быть
воспринят раздельно ог зондирующего импульса, необходимо, чтобы вре-
мя Т, прошедшее между моментом излучения зопдирующег о импульса и
моментом возвращения эхо-сигпала, было больше длительности ультра-
звукового импульса т.
Время Т связано с глубиной II расположения дефекта соотношениями
для искателя:
прямого
Т= 2Н/с1г-
наклонного
Т = (2/7/cl2 cos a) + 2гп.
Приравнивая время Т к длительности ультразвукового импульса т, по-
лучим размер «мертвой» зоны М при работе искателем:
прямым
М = с,2т/2;
110
наклонным
М = 1/2 [с,2 (т — 2/п) cos а].
В наклонных искателях при т < 2г„ «мертвой» зоны могло не быть,
если бы отраженные в призму ультразвуковые колебания после много-
кратных отражений полностью нот логцались и не возвращались на
пьезоэлектрическую пластину. Эхо-импульсы, возникающие из-за много-
кратных отражений зондирующего импульса в призме искателя, не поз-
воляют регистрировать эхо-сиг налы от дефектов, расположенных близко
от поверхности, и создают «мертвую» зону до 3—10 мм. Величина «мерт-
вой» зоны зависит от угла ввода луча и размеров отражателя (дефекта).
«Мертвую» зону при работе наклонным искателем характеризуют мини-
мальной глубиной расположения пилиндрического отражателя, эхо-сигна-
лы от которого можно отличить от зондирующего импульса и эхо-им-
пульсов гпумов, возвращающихся из призмы. Цилиндрический отражатель
диаметром 2 мм и длиной более ширины ультразвукового луча высвер-
ливают в стандартном образце № 2 (см. рис. 84).
Длина пакета упругих колебаний. Эта длина определяет число интер-
ферирующих между собой отдельных эхо-сигналов от отражателя (де-
фекта), расположенного в ограниченной среде, а следовательно, и реальную
чувствительность контроля. Длина пакета ггри известной скорости упру-
гой волны с2 определяется длительностью акустического зондирующего
импульса т и равна те2. Длительггость т акустического зондирующего
импульса может бьгть определена по длительности эхо-сигнала от
бесконечной плоскости. Длительность эхо-сигнала измеряют установкой
(см. рис. 82) на уровне 0,1 от амплитуды импульса.
Минимальный условный размер фиксируемого дефекта. В дефектоскопах
регистратор дефектов (звуковой отметчик) срабатывает только после прие-
ма определенного заранее заданного числа N эхо-сигналов от обнаружи-
ваемого дефекта. Это позволяет снизить вероятность ложног о срабаты-
вания индикатора от помехи. Число N характеризуем инерционность
индикатора. Скорость гс сканирования не должна превышать значения, при
котором за время озвучивания дефектов, подлежащих выявлению, на ре-
гистратор поступит не менее N сигналов от каждого дефекта Путь иска-
теля, в пределах которог о воспринимаются эхо-сиг палы от выявлясмог о
дефекта, равен его условному размеру (ширине Л.Х или протяженности
AL), измеренному по способу 2.
Максимальная скорость сканирования, обеспечивающая прием сигна-
лов оз дефекта,
rmax = AA'/r = AX/(l/F)N = (F/N)AX,	(35)
где АХ — условный размер дефекта;
t — время прохождения преобразователем расстояния АХ;
F — частота следования зондирующих импульсов;
(1/F) N — время, необходимое для приема N эхо-сиг палов.
При установленных скорости сканирования v, частоте посылки ультра-
звуковых импульсов F и инерционности индикатора N из числа всех
111
даргпыс образ-
цы № IР («) и
ЗР (б):
I основание;
2 бумажная про-
кладка; 3 сюнка
выявляемых дефектов будут фиксироваться регистром лишь гс, условный
размер АХЛ которых равен или превышает
AXmi„ = (N/F) v.	(36)
Условный размер дефекта АХД при прочих равных условиях гем боль-
ше, чем выше чувствительность дефекгоскона. Условие (36) означает, что
с возрастанием скорости сканирования как бы надает предельная чувст-
вительность контроля. Это следует учитывать при разработке установок
и съемных дефектоскопов для контроля рельсов. Инерционность Т„ инди-
катора (Т„ = N/F) необходимо выбирать исходя из максимально возмож-
ной скорости t'niax сканирования и минимально возможного условного раз-
мера AA"min искомого дефекта:
Т„ = N/F < AXmin/t)max.	(37)
При перемещении съемного дефектоскопа оператором в момет выдви-
жения руки, ведущей дефектоскоп, скорость сканирования может достигать
t’max = 10 КМ/Ч.
Минимальный условный размер дефекта, фиксируемого индикатором
при заданной скорости сканирования, можно определить экспериментально
112
на образце рельса с моделью дефекта или специальной радиотехнической
аппаратурой, имитирующей сигналы от дефектов с заданным условным
размером.
Стандартные образцы. Для настройки дефектоскопа па заданные пара-
метры в СССР применяют стандартные образцы № 1, 2 и 3 по ГОСТ
14782—76 [5] и стандартные образцы № 1Р, ЗР (рис. 87) по ГОСТ
18576-80 [6].
_ 16. ЗЕРКАЛЬНО-ТЕНЕВОЙ МЕТОД
Зхо-импульспый метод широко используется при контроле рельсов для
выявления дефектов сварки и поперечных трещин, развивающихся в го-
ловке рельсов в процессе их эксплуа тации. Однако э го г ме тод не позволяет
обнаружить ряд дефектов, выявляемых зеркалыю-теиевым методом.
По этому методу контроль можно выполнять: прямыми искателями
ио первому донному импульсу продольной волны; то же, по второму
донному импульсу продольной волны; двумя наклонными искателями но
донному импульсу поперечной волны; то же, но донному импульсу про-
дольной волны. При любом способе контроля амплитуда эхо-импульса в
процессе перемещения искателя несколько меняется из-за нарушений аку-
стического контакта и спадает при обнаружении дефекта (рис. 88). Поэ-
тому во всех случаях признак дефекта — уменьшение донного импульса
в определенное, заранее заданное число раз. Чем крупнее дефект, гем су-
щественнее ослабление донных импульсов, вызываемое ним дефектом.
Ослабление донного импульса можно оценить коэффициентом ослаб-

леиия
ке = ип/и.„
где 1)„ — амплитуда донного импульса
при отсутствии дефекта;
(7Л — минимальная амплитуда того
же тОипото импульса при рас-
положении дефекта в золе ульт-
развукового пучка.
Ослабление Кс, вызываемое од-
ним и тем же дефектом, будет раз-
личным в зависимости от способа
контроля. Количественно выявляс-
мость дефектов обычно оценивают
коэффициентом выявлясмосги дефек-
та Кд, характеризующего ослабление
первого донного импульса. Значение
Кд изменяется от 0 до 1,оно гем мень-
ше, чем больше дефект. Для дефектов,
размеры которых существенно мень-
ше длины волны, Кд » I; если дефект
полностью перекрывает улыразвуко-
(38)
Рис. 88. К контролю тсркалыю-теис-
вым методом:
а — схема перемещения искателя; 6 — кар-
тина изменения амплитуды I/1 первого дон-
ного >хо-еш пала при различных положе-
ниях X искателя
113
Рис. 89. Зависимость коэффициента
ослабления Кс амплитуды донного
импульса от глубины Н расположения
дефекта при зеркально-теневом методе
контроля:
1 — наклонный искш ель а = 40"; 2 — го же,
при а = 2 ; 3, 4 — прямые искатели но пер-
вому и вюрому донным импульсам
вой пучок, то Кл = 0. Коэффициенты
выявляемое™ реальных дефектов,
обнаруживаемых дефектоскопами в
рельсах, уложенных в пути, меньше
0,6. Таким образом, по значению Кп
в некоторых случаях можно оцени-
вать размеры дефекта. При любом
способе контроля выявляемое™ де-
фекта тем лучше, т. е. чувствитель-
ность тем больше, чем существеннее
ослабление донного импульса, по ко-
торому ведется контроль. Зависи-
мость коэффициентов ослабления
донного импульса от глубины распо-
ложения дефскгов видна из рис. 89.
Анализ способов показал [7]:
чувствительность зеркал ыю- rei ic-
вого способа при наклонных иска-
телях (прочие условия равны) меньше
чувсгвительносги способов, при ко-
торых используют прямые искатели;
при наклонных искателях чувстви-
тельность тем выше, чем меньше
угол ввода ультразвукового луча в
металл;
наименьшей чувегви гелыюстью при прочих равных условиях обладает
способ, основанный на прозвучивапии изделий поперечными волнами, из-
лучаемыми наклонными иска гелями;
наибольшей чувствительностью обладает способ контроля по второму
донному импульсу; чувствительность мото способа к дефектам, располо-
Рис. 90. Выявление дефектов, развивающихся с боковой поверхности изделия:
а — схема озвучивания дефекта; б — зависимость коэффициента выявляемосги при различ-
ных параметрах искателя; 7—для / = /, и (о/,), 2 - для / = /, и (о/),; 3 для / = /, и («/),-
<«/Ъ < («/).
114
женным на малой глубине, приближается к чувствительности способа
контроля прямым искателем по первому донному импульсу;
чувствительность всех четырех способов возрастает с уменьшением глу-
бины расположения дефекта и толщины изделия.
При расположении дефекта на акустической оси искателя чувстви-
тельность зеркально-теневого метода возрастает с увеличением направлен-
ности поля искателя, т. е. с ростом частоты ультразвука и размера пре-
образователя. В практике контроля вероятны случаи, когда выявляемые
дефекты озвучиваются боковой частью ультразвукового пучка. Такие де-
фекты весьма часто встречаются в рельсах в виде трещин, развивающихся
от поверхности шейки (рис. 90, «). В процессе развития дефекта, или что
то же самое, при приближении искателя к дефекту, когда расстояние X
от его края до оси луча будет | Хо | a; /tg<pp (<рр — половина угла раскры-
тия основного лепестка диаграммы направленности искателя), донный
импульс начнет уменьшаться. Если край дефекта достигнет оси диаграммы
(X =0), то коэффициент выявляемое™ этого дефекта Кл»0,5; наконец,
когда дефект полностью перекроет луч (X 11 Х„ |, то Кп = 0.
Учитывая, что для искателей, применяемых при дефектоскопии рель-
сов, tg<pp»<prM так как <рр < 9°, и что <рр « 0,61Х/« а; 0,61 (cl2/of), получим
|ХО|^ 0,61с(2 (//«/).	(39)
Очевидно, что чем больше Хо, тем при меньших размерах будет
выявляться трещина, развивающаяся с боковой поверхности изделия. Из
выражения (39) видно, что Хо тем больше, а следовательно, выявля-
емость рассматриваемых дефектов гем лучше, чем больше г губина их
залегания и чем меньше параметр а/, т. е. чем хуже направ ленность
поля искателя. Зависимости Kn=F(X) поясняют изложенное (рис. 90,6).
Чувствительность способа контроля но второму донному импульсу к де-
фектам, выявляемым боковой частью ультразвуковою пучка, так же, как
и к дефектам, расположенным па оси пучка, больше чувствительности
способа контроля по первому донному импульсу. Таким образом, при
одних и тех же параметрах дефектоскопа чувствительность способа кош-
роля ио второму донному импульсу, как правило, выше, чем по первому
донному импульсу.
В зеркально-теневом методе по аналогии с эхо-методом различают
три понятия чувствительности: реальную, предельную и условную. Пре-
дельную чувствительность характеризуют максимальным коэффициентом
выявляемое™ дефектов Кдпи„ еще обнаруживаемых при данной настройке
прибора, а условную — максимальным коэффициентом Ку (аналогично ко-
эффициенту Кл тах), который определяет минимальное относительное ос-
лабление донного импульса, регисг рируемое индикатором дефектоскопа, т. е.
Ку = UJUm	(40)
 де 17о — амплитуда донного отражения (первого, второго, третьего, . . . , и-го);
U,„ — амплитуда того же донного отражения, но ослабленного до появления
сигнала в индикаторе дефектоскопа (Um = КУ(7О).
Чувствительность дефектоскопа тем больше, чем больше Ку.
Измерять и эталонировать условную чувствительность зеркально-тене-
вого дефектоскопа целесообразно калиброванным аттенюатором. Его
115
Рис. 91. Схема включения имитатора
дефектов:
/ ~ зеркально-теневой дефектоскоп; II —
имитатор дефектов; 1 — аттенюатор; 2 —
выключатель; 3 — рельс; 4 — искатель; 5 —
тенератор улыразвуковых колебаний; 6 —
приемочный тракт; 7 - звуковой индикатор;
Л — ручка регулировки чувствительное™
Рис. 92. Распределение амплитуд пер-
вых донных импульсов в рельсах Р43,
Р50, Р65
включают на вход приемного тракта
дефектоскопа так, как показано на
рис. 91. В обычном состоянии на
вход приемного тракта поступает
донный импульс без ослабления,
амплитуда которого Uo. Нажатием
кнопки амплитуду донного импульса
на входе приемного тракта умень-
шают до значения Um, устанавли-
ваемого движком аттенюатора. Если
движок аттенюатора установить в
положение, при котором срабатывает
индикатор дефектоскопа, то по
шкале аттенюатора можно отсчитать
ослабление Ку = Um/U0 донного сиг-
нала, т. е. условную чувствительность
дефектоскопа. Такой аттенюатор (по
существу имитатор дефектов в зер-
калыю-тепевом дефектоскопе) позво-
ляет: безэталонно настраивать дефек-
тоскоп на заданную чувствитель-
ность; проверять условную чувстви-
тельность дефектоскопа в процессе
его жсплуатации; измерять коэффи-
циент выявляемое™ обнаруженного
дефекта и тем самым оценивать
его размеры.
Условная чувствительность при
контроле но первому донному им-
пульсу cooi ветствует предельной
(Ку = Кдпшх); последняя не может
быть выше условной. Предельная
чувствительность при контроле пря-
мым искателем по второму донному
импульсу существенно выше услов-
ной и определяется соотношением
^лтах~1/^у- Например, при на-
стройке дефектоскопа па условную
чувствительность, при которой ин-
дикатор срабатывает с уменьше-
нием любого донного импульса в
два раза (Ку = 0,5), будут обнару-
живаться дефекты по первому дон-
ному импульсу с Кд < Ку = 0,5, а
по второму донному импульсу — с
Кп <	= ]/0j « 0,7.
Амплитуды ДОННЫХ импульсов Uq
и и”, даже если нет дефекта, мо-
116
1 гут изменяться от рельса к рельсу и по длине его из-за флуктуаций
коэффициента затухания ультразвука и состояния поверхности, по которой
перемещают искатель (рис. 92). Для повышения достоверности результатов
контроля настраивать чувствительность дефектоскопа имитатором де-
фектов следовало бы на каждом отдельном рельсе стандартной длины.
Метод, условно называемый «способом отношений», позволяет избежать
этого. Он основан на анализе отношения амплитуд второго донного
импульса С„" к амплитуде первого донного импульса Ulo. Если нет дефектов
и помех, то согласно эксперимен ту это отношение, равное т]о =
= Uo/Ug, составляет 0,25—0,30.
Если обнаружен дефект, то U\ = KnUg; U^^K^Ug и
•Ъ = U"/U\ « К^/К.и'д ~ КдПо-
(41)
Из выражения (41) видно, что изменение отношения амплитуд второю
и первого донных сигналов может служить критерием обнаружения
дефекта.
Чувствительность способа отношений
К, = Пд/По = К№
(42)
т. е. аналогична чувствительности способа контроля по первому донному
импульсу. Однако способ отношений в отличие от ранее рассмотренных
не требует периодической проверки и регулировки чувствительности ап-
паратуры при переходе с рельса на рельс.
Максимальная условная чувствительность, на которую может быть
настроен прибор, определяется уровнем помех, возникающих при контроле
рельсов. Все помехи при зеркалыю-теневом методе можно классифици-
ровать па пять основных видов (рис. 93):
вызванные нарушением акустического контакта из-за механических пов-
реждений или загрязнений контактной поверхности при пьезоэлектриче-
ском преобразователе или изменением зазора между поверхностью изде-
лия и ЭМА-преобразователем (рис. 93, я);
возникающие из-за изменения отражающих свойств донной поверх-
ности (рис. 93, б);
связанные с изменением затухания ультразвука из-за структурных не-
однородностей контролируемого металла (рис. 93, в);
б)
Рис. 93. Иллюстрация причин, вызывающих помехи при зеркально-теневом методе
контроля:
а — нарушение акустического контакта; б — изменение отражающих свойств донной поверх-
ности; в — локальное изменение структуры; г — локальная непаралдельность контактной
и донной поверхности; д — поперечное смещение искателя
117
обусловленные локальными непараллельпостями контактной и донной
поверхностей (рис. 93, г);
появляющиеся при поперечных смещениях искателя в процессе контроля
изделий, ширина которых соизмерима с диаметром ультразвукового
пучка (рис. 93, д).
Уровень помехи можно оценить коэффициентом помехи
К,. = ПпМ,	(43)
где Ug — амплитуда донною отражения (первого, второго.. n-го) при отсутст-
вии помехи;
Ua — минимальная амплитуда того же донного отражения при наличии помехи.
Большей помехе соответствует меныпсе значение коэффициента помех,
а каждому из перечисленных видов помех — свой коэффициент помехи.
При одновременном воздействии ряда помех суммарный коэффи-
циент помех

(44)
Помехоустойчивость способа/при прочих равных условиях будет тем
выше, чем больше значение коэффициента K,1Z. Очевидно, что из всех
способов зеркально-тенево! о метода оптимальным будет тот, который при
равных условиях обеспечивает максимальные помехоустойчивость и чувст-
вительность.
Учитывая, что в дефектоскопии рельсов наибольшее применение нашли
способы контроля по первому, а также по второму донным импульсам
с использованием пьезоэлектрических преобразователей, рассмотрим их
помехоустойчивость. Помеха, обусловленная нарушением акустическою
контакта (загрязнения поверхности, выщербины, буксовины и г. и.), по
своему действию аналогична подповерхностному дефекту. Поскольку
чувствительности рассматриваемых способов к таким дефектам близки,
коэффициенты помех при прочих равных условиях должны быть прибли-
зительно одинаковы, г. е. Kj1(, ss К",.
Коэффициент помех при контроле по второму донному эхо-импульсу
не ниже, чем при контроле по первому донному импульсу (рис. 94).
Оказалось, что помехоустойчивость к загрязнению контактной поверхности
по второму донному сигналу несколько выше, чем по первому. Объяс-
няется это тем, что потери энергии в контактирующем слое для первого
и второго донных импульсов одинаковы; в то же время загрязнение
поверхности приводит к увеличению амплитуды импульса при отражении
первого донного импульса от контактной поверхности.
Помеха, вызванная изменением отражающих свойств донной поверх-
ности (коррозия подошвы, прослойка воды между шпалой и подошвой
рельса и т. п.), эквивалентна действию дефекта, расположенного у дон-
ной поверхности (рис. 95), поэтому К^и «(K'!w)2.
Основная причина появления помех, связанных со структурной неод-
нородностью, — сварной стык. Ослабление донного импульса, вызываемое
рассеянием ультразвука на структуре сварного стыка, соизмеримо, а иногда
превышает ослабление, вызываемое внутренним дефектом.
118
Характеристика контактной поверхности
Рис. 94. Зависимость коэффициентов помех f\,H и К'* от состояния
поверхности изделия:
а чистая; б, в, г, д — покрыта одним, двумя, гремя и четырьмя слоями
промасленной кальки; е, ж, з — слоем масла толщиной 0,4 мм, корундом и
землей; первый донный импульс — залито черным; в юрой —нс залито
Рис. 95. Зависимость коэффициентов помех и от характера и
размера неровностей донной поверхности образцов
119
Рис. 96. Иллюстрация выявления дефектов при контроле но первому
и второму донным импульсам
Помехоустойчивость способа контроля ио второму донному импульсу
к помехам из-за поперечных смещений искателей и местных непарал-
лельностей поверхности катания головки и подошвы рельса не ниже
помехоустойчивости при контроле по первому донному импульсу. Поме-
хоустойчивость способа контроля по второму донному импульсу к мест-
ным пенараллельпостям из-за волнообразного износа рельса меньше
помехоустойчивости способа контроля по первому донному импульсу.
Следовательно, способ контроля по второму донному импульсу по
сравнению со способом контроля по первому донному импульсу обладает
не только большей чувствительностью, по и в ряде случаев большей
помехоустойчивостью. Поэтому при кош роле по второму донному им-
пульсу могут быть выявлены дефекты в рельсах с загрязненной поверх-
ностью. не обнаруживаемые при контроле по первому донному импульсу
(рис. 96).
Величина К,1,1 = К^/К' характеризует помехоустойчивость способа от-
ношений, определяя изменения отношения т| при воздействии помехи. По-
мехоустойчивость способа отношений существенно больше, чем у способов
Таблица 12
Сравнительные значения чувствительности Ч и козффнцнента помех Кц
при различных способах контроля
Способ контроля	Ч	Ч				
		Ча	Чс	Анд	Ч.,	*!Ш
По первому донному им- пульсу	Ад	Ча	Чс	Чд	Чн	ч...
По второму донному им- пульсу		Ча	От К'с ДО (Чс)2	(АД)2	От Чш до (Ч,,)2	~ч„
По отношению донных импульсов	*л	~1	От 1 до Чс	Ча	От 1 ДО Ч...	~1
120
контроля по первому и второму донным импульсам, а чувствительность
равна чувствительности контроля по первому донному импульсу (табл. 12).
Основные параметры зеркально-теневого метода контроля см. в табл. 10.
К основным измеряемым характеристикам выявленных при зеркально-
теневом методе контроля дефектов относят коэффициент выявляемое™
дефекта Кл и условную протяженность AL дефекта при заданной услов-
ной чувствительности дефектоскопа Ку.	—.
17.	ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ
ДЕФЕКТОСКОПОВ
Дефектоскопы для ультразвукового контроля рельсов основаны на зер-
кально-теневом и эхо-методах. Ультразвуковые колебания из искателя в
металл вводятся через поверхность катания головки рельса. В рельсах
(с точки зрения специфики ультразвукового контроля) различают три
зоны: сварных егыков, болтовых стыков и основного металла. Дефекты
основного металла в шейке и продолжении ее в головку и подошву
представляют собой, как правило, вертикальные и горизонтальные тре-
щины и расслоения (дефекты типа 27.2; 30В.2; 30Г.2; 50.2; 55.2; 60.2).
Дефекты в виде вертикальных продольных трещин и расслоений, су-
щественно рассеивая распространяющиеся ультразвуковые колебания, прак-
тически не отражают волну в направлении к искателю. Поэтому дефекты
этой группы выявляют зеркально-теневым методом. В рельсовых дефек-
тоскопах практическое применение получили способы контроля прямым
искателем по первому и второму донным импульсам. Разрабатываются
дефектоскопы, реализующие способ отношений второго и первого донных
импульсов.
В зоне болтовых стыков часто возникают трещины, развивающиеся в
стенках болтовых отверстий, поэтому болтовые стыки контролируют
так же, как и основной металл. Чтобы предотвратить возникновение
«ложных» срабатываний индикатора при прохождении искателя над бол-
товым отверстием, дефектоскоп оборудуют дополнительным прямым иска-
телем, который включаю! только при проходе болтовых стыков.
Рассмотрим функциональную схему дефектоскопа для контроля бол-
товых стыков и основного металла в зоне шейки и продолжения ее в
головку и подошву (рис. 97).
Генератор Г (рис. 97, а) вырабатывав! импульсы электрических колебаний;
искатель / преобразует электрические колебания в ультразвуковые и излучает их
в контролируемый рельс. Ультразвуковой импульс, отразившись от противополож-
ной поверхности рельса (подошвы) — д о и н о й поверхности, воспринимается
тем же искателем и преобразуется в импульсы электрических колебаний. Этот
импульс (донный импульс) усиливается и детектируется в приемнике Пр. В мо-
мент излучения зондирующий импульс с генератора Г поступает па вход каскада
временной задержки ВЗ. Каскад ВЗ на своем выходе вырабатывает импульс,
сдвинутый во времени по отношению к зондирующему импульсу. В каскаде ВЗ
происходит как бы задержка импульса на некоторое время задержки, уста-
навливаемое ручкой Т. Импульс с выхода каскада ВЗ подается на генератор
строб-импульса (генератор селектирующего импульса).
121
Рис. 97. Функциональная схема зеркалыю-тспсвою дефектоскопа
для контроля рельсов
В момент поступления задержанною импульса этот генератор вырабатывает
импульс прямоугольной формы, используемый в последующем для выделения
(селектирования) нужных эхо-сигналов и называемый поэтому с е л е к г и р у кэ щ и м
импульсом, или строб-имнульсом. Поворачивая ручку Т в каскаде временной
задержки, можно сдвигать строб-импульс во времени по отношению к зондирую-
щему импульсу. Строб-импульс подастся па вход каскада совпадений КС. Па вто-
рой вход этого каскада поступают импульсы с выхода приемника. Каскад сов-
падений — это усилитель, который работает только в процессе подачи строб-
импульса. Поэтому па индикатор И с выхода каскада совпадений будут поданы
те из донных импульсов, с которыми совмещен во времени строб-импульс
(рис. 97, б). Поворачивая ручку Т в каскаде временной задержки, совмещаю г
строб-импульс с соответствующими донными импульсами. Время эадержки строб-
импульса при настройке на один и гот же донный импульс зависит от высоты
(типа) рельс;!. Индикатор И срабатывает при уменьшении амплитуды дошки о
импульса до определенною значения, чувсттшгслыюсть дефектоскопа настраива-
ется по имитатору дефектов ручкой «чувствительность» (Ч). Настраивают на
контроль рельса определенного тина но первому или второму донному импульсу
ручкой 7 («Тип рельса»).
При настройке дефектоскопа по имитатору дефектов па условную чувст-
вительность Ку в основном металле будут выявляться дефекты с коэф-
фициентом выявляемое™ Кл Ку при контроле но первому донному
импульсу и с Кд |/Ку — по второму. При переходе болтовых стыков
к искателю / подключают дополнительный искатель II на расстоянии,
несколько превышающем диаметр болтового отверстия. Болтовое отвер-
стие не перекрывает оба ультразвуковых луча и над бездефектными
болтовыми отверстиями всегда будет восприниматься донный импульс.
Если же около болтового отверстия окажется трещина, то при определенном
положении искателей будут полностью или частично перекрыты оба
ультразвуковых луча. Это приведет к резкому уменьшению или полному
исчезновению донного импульса (к срабатыванию индикатора). Подобная
схема включения искателей представляет собой как бы ультразвуковой
калибр, свободно проходящий над бездефектными отверстиями и регист-
рирующий отверстия с трещинами, проекция которых на горизонталь-
ную плоскость выходит за пределы проекции болтового отверстия (рис. 98).
122
В качестве индикаторов в зависимости от скорости контроля можно
использовать электронно-лучевую трубку, звуковой сигнализатор или ре-
гистратор, фиксирующие уменьшение донного импульса до значений,
определяемых условной чувствительностью дефектоскопа. Приведенная
функциональная схема зеркально-теневого дефектоскопа полностью реали-
зована в приборах УЗД-НИИМ-6М и «Рельс-5». Индикаторы в де-
фектоскопах — телефонные наушники.
Зону сварных стыков нельзя контролировать зеркально-теневым мето-
дом прямым искателем. Крупные дефекты сварки в зоне шейки и про-
должении ее в головку и подошву, а также поперечные трещины в го-
ловке можно обнаружить эхо-импульсным методом, обладающим в дан-
ном случае большей чувствительностью, чем зеркально-теневой.
При контроле рельсов по эхо-методу прозвучивание сварного стыка
или основного металла головки выполняют наклонными искателями.
Индикация обнаружения дефектов в эхо-импульсных дефектоскопах может
осуществляться по появлению эхо-импульса от дефекта на экране элект-
Рис. 98. Схемы расположения и соответствующие осциллограммы
импульсов на искателе:
а — обычном; б — специальном; 3 — импульсы; зондирующий, донный,
oi болтового отверстия
123
ронно-лучевой трубки, звукового сигнала в телефонных наушниках, по
загоранию лампочки и т. п. Для того чтобы индикаторы не срабаты-
вали от зондирующего импульса, в дефектоскопе должна быть пре-
дусмотрена система временной селекции импульсов, поступающих на вход
приемника.
Эхо-импульсы могут появиться не только от внутренних дефектов, но
и от неровностей на поверхности рельса. Полезные эхо-импульсы от де-
фектов отличают от ложных по координатам отражающей поверхности.
В некоторых дефектоскопах для этих целей предусмотрены глубино-
меры.
Рассмотрим функциональную схему эхо-импульсного дефектоскопа
(рис. 99).
Из совокупности импульсов на выходе приемника (точка 2) на индикаторы
поступят лишь те из них, которые совпали по времени со строб-импульсом,
вырабатываемым генератором стробирующих импульсов ГСИ. Начало строб-им-
пульса, а следовательно, глубина h начала контролируемого слоя определяется
длительностью импульса Г., на выходе каскада временной задержки ВЗ. Глубина h
связана с временем соотношением
h = [(<72 (*3 - 2z„))/2] cos а.
Для контроля рельса, начиная от поверхности (й = 0), необходимо, чтобы вре-
мя задержки стробирующего импульса было равно времени прохождения ультра-
звука в призме искателя, т. е. ts = 2tu. Длительность строб-импульса определя-
ет размер контролируемою слоя Н:
И =	cos а.
Меняя длительность сiроб-импульса, можно изменять размер контролиру-
емого слоя, а при ц = 2tn — глубину контроля.
Рис. 99. Эхо-импульсный дефектоскоп:
а — функциональная схема; б — формы напряжений в точках функциональной
схемы
124
Рис. 100. Схема прозвучивания рельса при
выявлении дефектов видов 20 и 21
Координаты отражающей поверхности в контролируемом слое опреде-
ляют глубиномером. Сварные стыки контролируют наклонными искате-
лями, которые перемещают вручную по периметру рельса в зоне сварки.
Основной металл головки по всей длине рельса проверяют наклонным
искателем с углом ввода луча су » 60 ". Искатель перемещают вдоль рельса
но поверхности катания над шейкой.
Для выявления дефектов типов 20 и 21 искатель поворачивают отно-
сительно продольной оси рельса на угол у л 35 ". При этом дефекты
обнаруживаются лучом, отраженным от нижней поверхности головки
рельса (рис. 100). Эхо-сигналы от дефектов второй группы оказываются
сдвинутыми относительно зондирующего импульса на 30—90 мкс. Для па-
дежного обнаружения дефектов этого вида условная чувствительность
дефектоскопа должна быть приблизительно 25 — 35 мм по стандартному
образцу № 1. Даже при правильной настройке дефектоскопа торцы но-
вых рельсов, но существу имитирующие дефекты второй группы, могут
не обнаруживаться. Объясняется >то тем, что ультразвуковые колебания,
отраженные от верхпег о угла горца, не возвращаются па искатель (рис. 101).
По мере износа рельса амплитуда эхо-сиг нала о г горца растет.
Рис. 101. Схема формирования эхо-сигнала от торца рельса
в зависимости от износа последнего
125
Между амплитудой эхо-сигнала от дефекта второй группы и его раз-
мерами не существует определенной зависимости: в ряде случаев амплитуда
эхо-сигнала от дефекта на ранней стадии развития намного превышает
амплитуду эхо-сигнала от более развитого дефекта. Некоторые сильно
развитые контактно-усталостные дефекты с зеркальной поверхностью мо-
гут быть не выявлены эхо-методом, так как амплитуда эхо-сигнала от
них оказывается недостаточной. Эти дефекты обнаруживаются зеркально-
теневым методом, если они охватывают зону головки над шейкой
рельса.
Функциональные схемы зеркально-теневого и эхо-импульсного дефекто-
скопов содержат ряд аналогичных узлов. Целесообразно для одновремен-
ного контроля основного металла в зоне головки и шейки рельса, бол-
товых и сварных стыков в одном приборе совместить дефектоскопы,
работающие по зеркально-теневому и эхо-методам. Такими приборами
многоцелевого назначения являются дефектоскопы УЗД-НИИМ-6М и
«Рельс-5». Электрические схемы современных дефектоскопов построены
на основании последних достижений радиоэлектроники. Поэтому для изу-
чения устройства дефектоскопов необходимо хорошо знать принципы ра-
бота вакуумных и полупроводниковых приборов и основы импульсной
радиотехники.
ГЛАВА V.
ПРИБОРЫ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО
КОНТРОЛЯ
18.	ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Для дефектоскопии рельсов используют магнитные и ультразвуковые при-
боры неразрушающего контроля. Характеристики и показатели этих при-
боров, а также функции, которые они должны выполнять, определяют
их электрическую схему и конструкцию. Электрическая схема — это сово-
купность схемных элементов и их соединений, отображающая логику пре-
образований сигналов, которым они подвергаются в приборе. Электри-
ческая схема любого прибора создается с учетом условий его эксплуа-
тации и должна обеспечивать минимальную зависимость выходных
сигналов прибора от внешних факторов, прежде всего от темпера-
туры.
Обеспечение нормального функционирования дефектоскопов в сложных
условиях эксплуатации достигается выбором рациональной конструкции.
К основным факторам, характеризующим условия эксплуатации приборов,
относят: температуру, влажность, загрязненноегь воздуха пылью, газами,
микроорганизмами, действующие на прибор вибрации и удары. Устойчи-
вость приборов к воздействию температуры и влажности определяется
ГОСТ 15150—69 и ГОСТ 12997 — 76. Нормальным считается температур-
ный режим, при котором температура воздуха находится в пределах
25 + 5 °C. Приборы для контроля рельсов в пути эксплуатируются в более
жестких условиях. Для устойчивой работы во всех климатических зонах
СССР они должны сохранять работоспособность в диапазоне температур
от —40 до + 50 "С, что соответствует промежуточному положению между
первой и второй группой изделий но ГОСТ 12997 — 76. Учитывая, что гра-
ничные значения отрицательных температур наблюдаются только очень
короткое время и на ограниченной части территории СССР, для некото-
рых приборов установлен температурный диапазон —30, +50 С, что соот-
ветствует второй группе по ГОСТ 12997 — 76.
Нормальной влажностью считается относительная влажность воздуха
в пределах 30 — 80°„ при давлении от 83993 до 106657 Па. При повыше-
нии влажности, особенно когда температура элементов прибора выше, чем
у окружающего воздуха, интенсивно развиваются коррозионные процессы.
Дефектоскопы для контроля рельсов должны быть устойчивы к воздейст-
вию относительной влажности окружающего воздуха до (95 + 3) % при
температуре плюс 35 “ С и более низких без конденсации влаги. Их сле-
дует защищать от воздействия воды и пыли.
Технические требования к приборам, подвергающимся действию воды,
определены ГОСТ 17786—72. По степени защищенности от воздействия
127
воды дефектоскопы относятся к исполнению В1 и должны быть работо-
способны и сохранять метрологические характеристики при воздействии
на них дождя, падающего под углом не более 60' к вертикали.
Технические требования к приборам, эксплуатирующимся в условиях
воздействия пыли, сформулированы в ГОСТ 17785- 72. По степени защи-
щенности от проникновения пыли приборы неразрушающего контроля
рельсов относятся к исполнению П1; они должны быть работоспособны
и сохранять метрологические характеристики при воздействии пылевой
смеси с частицами размером не более 200 мкм, движущейся со скоростью
5 м/с при атмосферном давлении внутри корпуса; пыль не должна про-
никать внутрь корпуса изделия.
По устойчивости к механическим воздействиям приборы для контроля
рельсов можно разделить на две группы: обыкновенного исполнения и
виброустойчивые. Приборы обыкновенного исполнения предназначены для
работы в стационарных условиях, выдерживаю! вибрацию частотой до
25 Гц с амплитудой не более 0,1 мм, а виброустойчивого — установлены
на тележках и должны нормально функционировать при воздействии на-
грузок в диапазонах частот 5—10, 10 — 20, 20 — 30 Гц при вибропереме-
щении 0,1 мм.
Особые т ребования предъявляю г к обеспечению устойчивости прибо-
ров при их перевозке. Все приборы должны выдерживать в упаковке для
транспортирования: транспортную тряску с ускорением 30 м/с2 при частоте
ударов от 80 до 120 в минуту или 15 000 ударов с тем же ускорением;
температуру от - 60 до +50 С; относительную влажность 95 + 3"' при
35. С.
Приборы должны нормально функционировать после всех >тих нагру-
зок, сохранять рабочие параметры при замене любых комплектующих
элемен гов.
Важный показатель работы прибора — его надежность. Для приборов
неразрушающего контроля чаще всего задают вероятность безотказной
работы и средний срок службы. Вероятность безотказной ра-
боты—это вероятность того, что при определенных условиях эксплу-
атации в течение заданного времени в изделии не возникает отказа, под
которым понимают изменение параметров прибора, превышающее уста-
новленный допуск.
Изложенные выше требования соответствуют ГОСТ 12997 — 76, опреде-
ляющему общие технические требования и методы испытаний примени-
тельно к государственной системе промышленных приборов и средств
автоматизации, составной частью которой являются приборы псразрушаю-
щего контроля.
Для рассматриваемого класса приборов вероятность безотказной ра-
боты принимается равной 0,85 за 1000 ч. Средний срок службы дефекто-
скопа установлен 6 — 8 лег.
Современные ультразвуковые и магнитные дефектоскопы для контроля
рельсов — сложные радиоэлектронные устройства. При разработке электри-
ческих схем приборов определяющим наряду с условиями эксплуатации
является элементный базис, т. е. совокупность радиокомпопентов, которые
могут быть применены в конструкции прибора.
128
19.	ЭЛЕМЕНТЫ ПРИЕМНО-
УСИЛИТЕЛЬНЫХ БЛОКОВ
Основные элементы приемно-усилительных блоков — усилительные каска-
ды. Активным элементом таких каскадов служит полупроводниковый
триод (транзистор). Он представляет собой структуру, состоящую из трех
областей (эмиттера, базы, коллектора) с чередующимися типами прово-
димости (рис. 102). Средняя область транзистора — основная для построе-
ния электронко-дырочных переходов — база. Одна крайняя область, эмит-
тирующая носители тока,—э м и т т е р, а другая, собирающая носители
тока, — коллектор.
Известны структуры р — и — р и п — р — п. В области, обозначаемой и,
основные носители зарядов — электроны, а в области р — дырки, представ-
ляющие собой дефектные (незаполненные) связи в атоме полупроводника,
способные заполняться одним из свободных электронов. На границах
областей р — и переходов в процессе диффузии носителей зарядов через
границу раздела формируется электрическое поле перехода, направленное
от положительных зарядов на i ранице к отрицательным. Это потенциаль-
ный барьер, препятствующий прохождению тока через переход.
В усилительных каскадах на один из переходов структуры — эмит-
тер п ы й витающее напряжение от внешнего источника подается таким
образом, чтобы созданное им электрическое поле было направлено про-
тивоположно полю самого перехода, за счет чего переход открывается.
Ко второму переходу — коллекторному внешнее напряжение подается
так, чтобы поле источника питания совпадало по направлению с электри-
ческим полем перехода. Поэтому коллекторный переход под действием
питающего напряжения дополнительно запирается.
Усилительный каскад па транзисторе может быть выполнен по одной
из схем: с общими эмиттером, базой, коллектором [17]. Названия схем
указывают, какой из электродов транзистора является общим для вход-
ного и выходного сигналов. Наиболее распространена в дефектоскопах
схема с общим эмиттером (усилители гармонических колебаний в при-
борах электромагнитного контроля, импульсные усилители в ультразву-
ковых) (рис. 103). В этой схеме входной сигнал поступает на выводы
базы и эмиттера, а источник питания коллекторной цени Ек и соединен-
ный с ним последовательно резистор RK, на котором выделяется усилен-
ный каскадом сигнал, включаются между коллектором и эмиттером. На
Рис. 102. Принцип действия транзи-
стора р—п—р
Рис. 103. Схема каскада
с общим эмиттером
5 Зак. 713
129
базу транзистора подается напряжение смещения. Для этой цели чаще
всего используют источник коллекторного напряжения, к которому под-
ключают делитель напряжения из резисторов Rn и RCM.
При расчете и конструировании аппаратуры с транзисторами и полу-
проводниковыми диодами необходимо учитывать, что параметры этих
элементов могут изменяться в рабочем диапазоне температур в довольно
широких пределах. Работа транзисторной схемы существенно зависит от
изменения постоянной составляющей тока коллектора так как она
влияет на значения коэффициента усиления и входного сопротивления
транзистора. При увеличении тока /к возрастает падение напряжения на
сопротивлении нагрузки в цепи коллектора и, как следствие, уменьшается
напряжение коллектор-эмигтер UKI. Рабочая точка переходит в нелинейную
область коллекторных характеристик и возрастают нелинейные искажения.
Постоянная составляющая тока коллектора /к зависит от тока смеще-
ния базы /с, существенной компонентой которого является обратный ток
коллекторного перехода 1КО. При изменении температуры коллекторного
перехода кремниевых транзисторов на 10' С 1КО увеличивается в 2,5 — 3 раза.
Увеличение обратного тока /ко с повышением температуры способствует
росту постоянной составляющей тока коллектора /к. Стабилизация тока
коллектора при изменении температуры достигается введением отрица-
тельной обратной связи по постоянному току, механизм действия кото-
рой зависит от вида схемы.
Резисторы R(, и R, включены последовательно между базой и гмиг-
гером (см. рис. 103). Падение напряжения на резисторе R6 при протекании
по нему тока делителя создает на эмиттерпом переходе смещение в пря-
мом направлении, а на резисторе R„ при протекании по нему тока эмит-
тера,—'смещение в обратном направлении. Поэтому смещение на гмиг-
герном переходе прямое и равно разности напряжений на резисторах
Rf, и /?,. При увеличении температуры возрастает постоянная составляю-
щая тока коллектора и тока эмиттера, увеличивается падение напряжения
па резисторе R „ что приводи г к уменьшению прямого смещения па эмит-
терном переходе и, как следствие, тока коллектора. Таким образом, схе-
ма стремится компенсировать влияние изменения температуры.
Стабильность тока коллектора 1К (см. рис. 103) улучшается при уве-
личении сопротивления резистора R, и при уменьшении сопротивлений
резисторов делителя Ra и RKM. Однако при использовании пизкоомпого
делителя — RCM увеличивается мощность, потребляемая каскадом, и шун-
тируется его входное сопротивление. Входное сопротивление каскада, вы-
полненного по схеме с общим эмиттером, составляет порядка нескольких
сот омов. При использовании каскада в схемах усилителей резистор R,
шунтируется по переменному току конденсатором большой емкости С,
Введение этого конденсатора позволяет устранить падение напряжения
полезного сигнала на R, и обратную связь по переменному току, кото-
рая приводит к снижению усиления каскада.
В приемно-усилительных трактах приборов иеразрушающего контроля
каскады соединяются последовательно с учетом их входных и выходных
сопротивлений переходными трансформаторами или КС-ценями.
Необходимо учитывать при использовании полупроводниковых усили-
тельных схем в ультразвуковых приборах неразрушающего контроля влия-
130
ние частотных свойств транзисторов на форму
сигнала на выходе каскада. Коллекторный ток
при подаче на базу транзистора (включен по
схеме рис. 103) прямоугольного импульса тока
в нервом приближении нарастает по экспонен-
циальному закону. Поэтому происходит затяги-
вание переднего фронта импульса на выходе
каскада; длительность его равна Гф = 2,2ртд.
Величина тд характеризует граничную частоту
усиления по току для данного транзистора
/р (принимается по справочникам).
Для улучшения стабильности работы каска-
дов, собранных по схеме с общим эмитте-
ром, и повышения их входного сопротивления
последовательно с Л, в цепь эмиттера вводят
последовательное сопротивление Ru (рис. 104),
которое для улучшения частотных характерис-
тик схемы шунтируют на высоких частотах
небольшой к о р р е к тирующей емкостью С().
Принцип коррекции с использованием Со со-
стоит в том, чтобы зашунтировать резистор
па первом этапе переходного процесса, что
позволяет увеличить скорость нарастания кол-
лекторного тока. Может использоваться индук-
тивная коррекция фронта импульса, при ко-
торой катушка индуктивности включается в
коллекторную цепь последовательно с Rh.
(рис. 105). Индуктивная коррекция задерживает
изменение гока через Л\. и гем самым спо-
собствует форсированию нарастания гока че-
рез сопротивление нагрузки Л„. Согласую-
щий элемент в транзисторных схемах —
каскад с общим коллектором -эмиттер-
н ы й повторитель (рис. 106). Каскад
с общим коллектором —эго усилитель
с последовательной образной связью но напря-
жению. Характерная особенность схемы с об-
щим эмиттером — разность между входным
и выходным напряжением весьма мала и
равна падению напряжения па открытом
эмиттерпом переходе. Именно поэтому вы-
ходное напряжение эмиттерпо! о повторителя
по значению и фазе достаточно близко
совпадает с входным, г. е. коэффициент пе-
редачи эмиттерно! о повторителя по напря-
жению близок к единице. У эмиттерного
повторителя достаточно большое входное
(10—1000 кОм) и малое выходное (10 — 500 Ом)
сопротивление.
5*
Рис. 104. Электрическая
схема усилительного кас-
када с общим >мп пером
с образной связью н кор-
рекцией переднего фронта
Рис. (05. Электрическая
схема усиЛ1пе.пыЮ1 о кас-
када с индуктивной кор
рекцней
Рис. 106. Электрическая
схема каскада с общим
коллектором (эми гтерпый
повторитель)
131
Рис. 107. Электрическая
схема каскода
Рис. ЮМ. Схема включе-
ния апсшоагора с плав-
ной рстулиронкой ослаб-
ления
0	0,5	1,0 -£
К
Рис. 109. Изменение вы-
ходного напряжения атте-
нюатора в зависимости
от относительного изме-
нения его сопротивления
132
Входное сопротивление каскада
Лвх — гб + (г> + Я1,) (Р + 1),
где гб, г.» р — параметры транзистора;
гб — сопротивление материала базы;
г, — сопротивление открытого эмиттерного
перехода;
R\ — сопротивление пени эмиттера перемен-
ному току с учетом нагрузки.
Входное сопротивление эмиттерного повто-
рителя резко уменьшается при подаче па его
вход коротких импульсов, что обусловлено
инерционностью процессов, протекающих в
цепи базы. Длительность фронта выходного
импульса можно вычислить но приведенному
соотношению для схемы с общим эмиттером.
Наряду с многокаскадными усилителями с
частотно-зависимыми междукаскадными связя-
ми в приборах неразрушающего контроля
используют двухкаскадпые усилители без час-
то! по-зависимых межкаскадных связей. Такое
соединение каскадов называют каскодом.
Транзиторы первого и второго каскадов мож-
но включить по любой из известных схем, а
для реализации частотно-независимой межкас-
кадпой связи соединить выходной электрод
первого транзистора и входной второго. Наибо-
лее распространено последовательное соедине-
ние каскадов с общим эмиттером и общей
базой (рис. 107). В этой схеме коллекторной
нагрузкой транзистора VI, включенного по схе-
ме с общим эмиттером, является эмипервая
цепь транзистора V2, включенного по схеме с
общей базой. База транзистора V2 не заземля-
ется по постоянному току, и па псе подается
постоянный потенциал | £б | < | £к |. Входное
сопротивление каскада с общей базой очень
мало, поэтому можно считать, что каскад па
транзисторе VI работает в режиме короткого
замыкания на выходе.
Каскод обеспечивает такое же усиление, как
и идеализированный каскад по схеме с общим
>миттером. Главная особенность каскодной схе-
мы состоит в том, что его выход изолирован
от коллектора усилительного транзистора. Кас-
код характеризуется также ослаблением обрат-
ной связи с выхода схемы па ее вход, что умень-
шает возможность возникновения паразитной генерации (самовозбуждения)
схемы. В определенной степени каскод можно считать аналогом тетродов и
пентодов. Режим каскода по постоянному току определяется раздельно для
каскада с общим эмиттером (при напряжении питания Е6) и каскада с об-
щей базой при напряжении питания |ЕК — £6| и эмиттерном токе 1>2 = /к|.
Превращение приборов неразрушающего контроля в средства измере-
ний предъявляет требования к устройствам, обеспечивающим регулировку
основных параметров контроля. В ультразвуковых дефектоскопах это отно-
сится прежде всего к регулировке чувствительности. Для регулировки
чувствительности применяют аттенюатор — устройство, предназначенное
для уменьшения (ослабления) в требуемое число раз электрической мощ-
ности и, следовательно, напряжения и тока, поступающих от источника
тока в нагрузку.
Основная характеристика аттенюатора — погрешность установки задан-
ного ослабления сигнала. В дефектоскопах шкалы аттенюаторов програ-
дуированы в относительных единицах или в логарифмических относитель-
ных единицах (децибелах). Во всех приборах используют переменные ат-
тенюаторы па резисторах, принцип действия которых основан па измене-
нии гальванической (резистивной) связи между входом и выходом атте-
нюатора. В аттенюаторе, показанном па рис. 108, использован перемен-
ный резистор, сопротивление которого линейно зависит от угла поворота
его оси. Однако нагрузка R„ в виде входного сопротивления подклю-
ченного каскада существенно искажает линейную зависимость выходного
напряжения от положения движка потенциометра (рис. 109).
Входное напряжение нагруженного потенциометра
[!+(£- г)г/ЕЕ„].
Приращение выходного напряжения потенциометра определяемся отно-
сительным изменением его сопротивления (см. рис. 109). Кривая (7|1ЫХ
соответствует пспагруженному потенциометру, кривые 2 и / — нам ру-
жеппому при различных значениях коэффициента нагрузки. Разность
напряжений холостого хода и нагруженного потенциометра определяет
абсолютную погрешность потенциометра, возникающую при подключении
нагрузки. Погрешность — переменная величина, зависит от положения дви-
жка потенциометра. Недостатком таких аттенюаторов является также
сжатая шкала, которая ограничивает точность отсчета ослабления.
Наиболее распространены переменные аттенюаторы со ступенчатой
регулировкой затухания и резистивной связью между входом и выходом
[13]. В электрическом отношении такой аттенюатор представляет собой
Рис. 110. Электрическая схема аттенюатора при пенном соединении четырех-
полюсников
133
пассивный четырехполюсник, который однозначно характеризуется волно-
вым (характеристическим) сопротивлением Ro и собст венной (характеристи-
ческой) постоянной передачи д.
Волновое сопротивление аттенюатора определяется только его электри-
ческой схемой и равно сопротивлению, при нагрузке на которое обеспе-
чивается режим согласования на входе и выходе аттенюатора, т. е. вход-
ное и выходное сопротивления аттенюатора равны Л(). Постоянная пе-
редачи д — комплексная величина: д = а + ja. В этом выражении а — собст-
венное ослабление, называемое обычно затуханием; а — собственная
(характеристическая) фазовая постоянная, которая представляет собой
сдвиг фаз между напряжением на входе и напряжением на выходе
аттенюатора при условии, что он нагружен на сопротивление, равное
волновому. Для аттенюаторов, используемых в приборах неразрушаю-
щего контроля, эту величину можно не учитывать. Аттенюаторы при-
боров неразрушающего контроля представляют собой ценное соединение
элементарных четырехполюсников в виде П-образпых звеньев (рис. НО)
Использование для определения затухания логарифмических единиц —
децибел — позволяет суммировать затухание звеньев. В приборах приме-
няются аттенюаторы с двумя галетными переключателями на 10 поло-
жений (первый — грубо — через 10 дБ; второй — точно — через 1 дБ) и
с набором кнопочных переключателей (1 +2 + 4+8 + ,..., дБ).
Затухание аттенюатора зависит от сопротивления источника сигнала
и на!рузки. Точность измерений повышается, если эти сопротивления рав-
ны волновому сопротивлению звена. Поэтому на входе и выходе аттеню-
атора включены резисторы 2RQ. Входное и выходное сопротивления каж-
дого звегцг (при нагрузке противоположного конца схемы на 2Л0) равны
2R0, поэтому в этих точках сопротивление по отношению к корпусу пос-
тоянно и равно волновому сопротивлению аттенюатора Ко.
Сопротивления RI и R2, образующие элементарные четырехполюсники,
можно вычислить по выбранному Ro и необходимому значению затуха-
ния звена;
RI = R„/lh 0,0575/?;
R2 = R&h 0,0115/?,
где /? — затухание звена, дБ.
При практической реализации схемы параллельно включенные резис-
торы обычно заменяют одним (рис. 110,6).
20.	ЭЛЕМЕНТЫ ИМПУЛЬСНЫХ
УСТРОЙСТВ
Обязательный узел магнитных и ультразвуковых приборов неразруша-
ющего контроля — блок геттера торов. В магнитных рельсовых дефект оско-
пах генератор синусоидальных колебаний низкой частоты с усилителем
мощности служит для ни гания феррозондов. Блок генераторов ультра-
звуковых приборов неразрушающего контроля включает в себя генера-
торы: радиоимпульсов для возбуждения колебаний в пьезоэлектрическом
преобразователе, синхронизирующих импульсов для управления импульс-
ной работой узлов дефектоскопа.
134
В ультразвуковых дефектоскопах чаще всего
применяют генераторы радиоимпульсов с конту-
ром ударного возбуждения, т. е. с параллельным
колебательным контуром, в котором колебания
возбуждаются перепадом тока. В качестве емко-
сти колебательного контура используется пьезо-
электрическая пластина. Конденсатор С1 при
подключении генератора к источнику постоян-
ного напряжения (рис 111, а) заряжается через
резистор Ra с постоянной времени тзар = КаС/.
При замыкании ключа Кл конденсатор С1 раз-
ряжается па колебательный контур через внут-
реннее сопротивление ключа RK в течение вре-
мени, когда ключ замкнут. Постоянная времени
разряда тр;пр = [С/C2/(CZ + С2)] Кк. Обычно
^раф Т1ир.
При разряде конденсатора С/ в электриче-
ском поле С2 запасается энергия Wc = CUp/2,
которая после размыкания ключа переходит
в энер1ию магнитного ноля: конденсатор С2
разряжается на индуктивность LI через сопро-
тивление R1. Как только напряжение на конден-
саторе упадет до нуля, ток в контуре достигнет
максимального значения. В дальнейшем процесс
периодически повторяется. От периода к периоду
из-за потерь на активном сопротивлении шер-
гия Mai нитного ноля катушки и электрического
поля конденсатора убывает. В процессе пере-
заряда конденсатора в колебательном контуре
возникают затухающие электрические колебания
(рис. 111,6) с частотой /к = 1/2л |/сС2. Эту ча-
стоту, подбирая L, устанавливают равной соб-
ственной частоте пьезоэлектрической пластины.
Емкость С2 включает в себя емкости: собствен-
ной пластины, соединительного кабеля, подклю-
чающего искатель к дефектоскопу, монтажа.
Скорость затухания и, следовательно, длитель-
ность зондирующих импульсов определяю! ся
добротностью контура.
Ключом в большинстве схем генераторов
ультразвуковых дефектоскопов служат тиристо-
ры — полупроводниковые приборы с гремя р'—п
переходами. Различаю! двухэлектродные тири-
сторы, называемые д и и и сторами (или диод-
тиристорами), и трехэлектродные тиристоры —
тринисторы (триод-тиристоры). Структура
динистора состоит из четырех чередующихся
слоев pi — «1 — р2 — п2 (рис. 112, а). При напряже-
нии 1/пп — напряжение прямого переключения
Рис. 111. Эквивалентная
схема генератора с конгу
ром ударного возбужде-
ния (</) и форма Колебаний
в контуре (б)
Рис. 112. Структура ди-
нистора (а) и его вольт-
амперная характеристика
(б)
135
Рис. ИЗ. Электрические
схемы генераторов с кон-
туром ударного возбуж-
дения:
а — на одиночном динисторе;
б — с удвоением напряжения
I 1
пг
Jk * VK
0— п,
Д
Рис. 114. Структура три-
нистора (</) и его вольт-
амперные характеристики
при положительном тоне
базы (б)
(см. вольт-амперную характеристику динистора
на рис. 112, б) — сопротивление динцстора падает,
нарастает ток через диод, уменьшается падение
напряжения на нем; при напряжении обратного
переключения Uon диод запирается.
Рассмотрим схему генератора радиоимпуль-
сов с одиночным динистором (рис. 113, а). Схема
работает в режиме самовозбуждения, частота
посылок импульсов зависит от постоянной вре-
мени т = RC и напряжения С'1П1 динистора. Раз-
брос значений Uml от динистора к динистору
не позволяет строго регламентировать ампли-
туду зондирующих импульсов генератора. Этих
недостатков^ лишена схема с удвоением напря-
жения (рис. 113, б). Она работает в режиме
внешней синхронизации и управляется запускаю-
щим импульсом отрицательной полярности, ко-
торый подается па катод динистора Д1. До по-
дачи этого импульса конденсаторы С1 и С2
заряжаются через решеторы R1 и (R2 + R3) до
напряжения, близкого к напряжению источника
питания. В момент прихода запускающего им-
пульса Д1 и Д2 открываются, и последова-
тельно соединенные конденсаторы С1 и С2 раз-
ряжаются через колебательный контур, в кото-
ром возникают затухающие электрические ко-
лебания.
Более широко применяются генераторы па
тринисгорах. От динистора гринистор отлича-
ется наличием внешнего вывода базы, который
используется для задания дополнительного гока
через переход pt— nt (рис. 114).
Изменение управляющего тока /б дает воз-
можность рыулировагь напряжение прямого
переключения 1/п||. На рис. 115, а показана схема
генератора с контуром ударного возбуждения
па одиночном тринисторе. Особенностью схемы
является го, чго для надежного запирания три-
нистора на его катод подаются импульсы от-
рицательной полярности. Так же как при исполь-
зовании динисторов, генераторы на тринисгорах
могут выполняться с удвоением напряжения. Для
повышения амплитуды зондирующего импульса,
кроме удвоения напряжения, можно использо-
вать последовательное включение тринисторов.
В схеме (рис. 115, б) энергия накапливается па
двух емкостях С1 и С2. Запускающий импульс
положительной полярности поступает на управ-
ляющий электрод Д4 и уменьшает его сопро-
136
Рис. 115. Триписторные
генераторы с контуром
ударного возбуждения па
одиночном трннисторс (н)
и четырех тринисторах с
удвоением напряжения (6)
Рис. 116. Электрическая
схема блокшп -I оператора
па транзист оре и времен
пая дийрамма его ра-
боты
тивлепие, что вызывает лавинообразное отпирание тиристоров Д1 — ДЗ
и разряд последовательно соединенных кондснсаiоров С/, С2 на коле-
бательный контур. В тех случаях, когда генератор радиоимпульсов рабо-
тает в режиме внешнего запуска, работу узлов дефектоскопа синхронизи-
рует генератор синхронизирующих импульсов, чаше всего выполняемый
по схеме блокинг-гсперагора.
Блокинг-генератор — эго регенеративный импульсный усилитель с поло-
жительной обратной связью. Основная особенность этих схем — при
определенных условиях в них возникает регенеративный процесс, приводя-
щий к образованию крутых перепадов гока и напряжения. Обратная
связь в схемах создается путем соединения выхода усилителя с его входом
через цепь, обладающую заданными передаточными характеристиками.
Усилитель па сопротивлениях обеспечивает сдвш фаз выходного напря-
жения относительно входного на 180'. Поэтому, применяя в качестве
устройства обратной связи трансформатор с соответствующим включением
обмоток, можно создать регенеративное импульсное устройство — блокинг-
генератор (рис. 116).
Пусть в момент времени Т, напряжение на разряжающемся конденса-
торе уменьшается до нуля, эмиттерный переход триода отпирается,
появляется ток коллектора /к, который протекает через транзистор и кол-
лекторную обмотку трансформатора Тр. Этот ток вызывает появление
э. д. с. е, в первичной обмотке трансформатора и с, - во вторичной. Потен-
137
циап коллектора ик = — Ек + et становится менее отрицательным, а потен-
циал базы — более отрицательным (н6 = — е2). Поэтому эмиттерный пере-
ход отпирается еще больше, увеличивается коллекторный ток, что еще
больше увеличивает пк и уменьшает п6 и т. д. Процесс протекает лавино-
образно и заканчивается при переходе рабочей точки в область насыщения,
когда дальнейшее изменение тока базы перестает вызывать изменение
тока коллектора. К этому моменту потенциал коллектора возрастает на
величину U„ и становится равным Пкпик = — (£к — t/M), а потенциал базы
^6min = ~ где п ~ коэффициент трансформации трансформатора.
С момента перехода транзистора в режим насыщения начинается
заряд конденсатора, который протекает по цепи корпус — эмиттерный
переход — базовая обмотка трансформатора — С — корпус. Конденсатор
заряжается до напряжения и, при котором напряжение на базе обеспечи-
вает выход транзистора из режима насыщения (момент времени t2).
В интервале времени —12 ток коллектора изменяется очень мало, так
как триод работает в области глубокого насыщения. Формируется плоская
вершина импульсов. Как только рабочая точка перемести гея в активную
область выходных характеристик транзистора, ток коллектора с повыше-
нием потенциала базы начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению
э. д. с. c'i и е2. Начинается обратный лавинообразный процесс, характе-
ризующийся увеличением базового напряжения и уменьшением коллек-
торного. При некотором значении уменьшающейся э.д. с. е2 напряжение
на базе за счет заряженного конденсатора становится положительным
и транзистор запирается. Магнитный ноток в сердечнике трансформатора
быстро спадает, э.д.с. et и с2 меняют полярность, поэтому в кривых
коллекторного и базовою напряжений происходят кратковременные
выбросы. После запирания транзистора начинается разряд конденсатора
с постоянной времени тр = СКЙ но пени: положительно заряженная обклад-
ка — Kg — (— Ек) — корпус — отрицательно заряженная обкладка конденса-
тора. В процессе разряда (во время паузы) напряжение на конденсаторе
стремится измениться от и до — Ек. Это приводит к тому, что потенциал
базы и = Uc сравнительно медленно понижается и в момент, когда 1/6 = О,
возникает новый лавинообразный процесс, с когорог о начинается формиро-
вание очередного импульса.
Блокинг-1 онера гор можно перевести в ждущий режим, если иода г ь на
базу от внешнего источника запирающее напряжение, которое будет
поддерживать транзистор в закрытом состоянии до прихода запускающего
импульса. В ждущем режиме длительность паузы задается периодом
запускающих импульсов. Сопротивление Ra принимают достаточно малым
с тем, чтобы разряд конденсатора заканчивался до прихода очередного
запускающего импульса.
В схемах временной селекции и глубипомерных устройств ультразву-
ковых приборов неразрушагогцего контроля, в некоторых узлах магнитных
дефектоскопов используют мультивибраторы (рис. 117) — генераторы пря-
моугольных импульсов.
Мультивибратор периодически переключает конденсатор с заряда на
разряд, поэтому каждый транзистор используется в ключевом режиме,
т. е. переходит от запертого состояния в состояние насыщения. Схема
любого мультивибратора должна быть выполнена таким образом, чтобы
138
в нем действовала положительная обратная связь и выполнялись условия
самовозбуждения. В результате этого после подключения питания любое
незначительное изменение тока одного из транзисторов вызывает лавино-
образный процесс, в ходе которого один транзистор запирается, а другой —
полностью отпирается. Если в схеме используются транзисторы типа
р — п — р, то коллектор запертого транзистора имеет потенциал — Е„ а по-
тенциал коллектора отпертого (насыщенного) транзистора близок к нулю;
для насыщенного транзистора потенциал базы также близок к нулю.
Начальный потенциал базы запертого транзистора близок к + Ек.
Период колебаний мультивибратора Т = 0,7 (К61С2 + R^Cl).
Частота колебаний мультивибратора слабо зависит от изменений пи-
тающего напряжения, но очень сильно — от температуры потому, что
с повышением температуры уменьшается сопротивление эмиттерного пере-
хода закрытого транзистора, так как через него увеличивается ток не-
основных носителей. Это сопротивление, шунтируя Rf„ изменяет постоян-
ную времени перезаряда конденсатора. Для уменьшения этой зависимости
в схему мультивибратора вводят термокомпенсирующие цепи.
В схемах ультразвуковых дефектоскопов мультивибраторы использу-
ются в ждущем режиме для генерации импульсов переменной длитель-
ности, которая регулируется изменением значения одного из резисторов.
Генераторы напряжения развертки занимают в приборах неразруша-
ющего контроля особое место. Они предназначены для получения изобра-
жения на экране электронно-лучевых индикаторов. Для воспроизведения
хода ультразвукового луча в контролируемом изделии на экране электрон-
но-лучевой трубки обычно используется гак называемое пилообраз-
ное и а и р я ж е н и е, когорое линейно возрастает от нуля до максимума,
а затем резко падает до начального уровня [1J Время нарастания напря-
жения характеризует прямой, а убывания обратный ход луча. Для увели-
чения длины линии развертки на экране электронно-лучевой трубки пилооб-
разное напряжение подают в противофазе на обе горизоиталыю-отклопя-
ющис пластины (рис. 118). Схемы генераторов напряжения развертки
выполняют таким образом, чтобы размах колебаний сохранялся постоян-
ным при любой длительности прямого хода. Это позволяет регулировать
масштаб изображения независимо от длины линии развертки.
Рис 117. Электрическая
схема мультивибратора
Рис. 118. Пилообразное
напряжение, формирую-
щее линию развертки
Рис. 119. Схема электрон-
но-лучевой трубки
139
Электронно-лучевые трубки — это приборы, преобразующие электри-
ческий сигнал в световое изображение под действием электронного луча,
направляемого на экран, покрытый составом, способным светиться при
бомбардировке его электронами (рис. 119). Поток электронов в трубке
создает оксидный подогревный катод К, вывод которого соединен
с одним из концов нити подогревателя. Окси щый слой наносят на
наружной стороне донышка никелевою нп.пщдра. внутри которого нахо-
дится подогреватель. Катод помещается внутри цилиндра М, который
называется управляющим электродом, и ш модулятором.
При помощи этого электрода управляю) яркостью пятна на экране
электронно-лучевой трубки; в исходном положении на модулятор подается
небольшой отрицательный потенциал. Затем располагаются два анода А1
и А2. На второй анод подается высокое напряжение положительной
(относительно катода) полярности, а на первый анод — также положи-
тельное напряжение, по в несколько раз меньшего значения, чем на второй.
Между управляющим электродом и первым анодом и между первым
и вторым анодами создаются электрические ноля сложной формы. Каждую
из систем электродов следует рассматривать как сложную собиратель-
ную электростатическую линзу, фокусное расстояние которой зависит от
соотношения напряжений на составляющих эту линзу электродах.
Первая линта, расположенная между управляющим электродом и пер-
вым анодом, — короткофокусная. Под действием этой линзы траектории
электронов образуют сходящийся пучок. В области скрещения электронных
траекторий находящейся на оси трубки внутри первого анода электрон-
ный луч имеет минимальный диаметр, значительно меныний, чем у катода;
у второй линзы, расположенной между первым и вторым анодом, гораздо
большее' фокусное рассгоянис. Оптимальное фокусирующее напряжение
первого анода равно 1/4 — 1/8 напряжения второго анода. Все электроды
электронно-лучевой трубки подключают к одному общему источнику
питания через делитель напряжения. Луч фокусируется чаще всего изме-
нением напряжения па первом аноде. Яркость пятна на экране зависит от
отрицательного напряжения на управляющем электроде, гак как при изме-
нении его меняется число электронов, проходящих от катода к жрану
электронно-лучевой трубки.
Для отклонения электронного пучка, прошедшего сквозь анод, недалеко
от анода располагают перпендикулярно дру) другу две нары отклоня-
ющих пластин А' и К Если подвести к одной из них пар пластин
некоторую постоянную разность потенциалов, го электронный пучок
отклонится в сторону положительной пластины и соответственно пере-
местится светящееся пятно па жране. Если подвести к пластинам пере-
менное напряжение, го пучок будет непрерывно колебаться между пласти-
нами, а пятнышко непрерывно перемещаться па экране, прочерчивая све-
тящуюся линию. Две пары взаимно перпендикулярных пластин обеспечи-
вают возможность смещения пятна в любую точку экрана. В качестве
люминесцирующих материалов для экранов электронно-лучевых трубок
используют различные соединения металлов: сульфиды цинка и ципка-
кадмия, силикат цинка, вольфраматы кальция и кадмия и др. Яркость
свечения люминофора, подвергающегося электронной бомбардировке,
пропорциональна числу электронов, падающих на поверхность экрана,
140
и ускоряющему напряжению, действующему между экраном и катодом.
Для анализа распространения ультразвуковых колебаний в контролиру-
емом изделии к одной паре пластин прикладывают переменное напря-
жение, соответствующее эхо-сигналам от дефекта, а ко второй —
развертывающее напряжение.
В приборах неразрушающего контроля развертывающее напряжение
получают от генераторов, в которых формируется линейно-изменяющееся
напряжение, вырабатываемое в процессе заряда или разряда конденсатора.
Напряжение на конденса горе емкостью С при заряде его током i изме-
i
няется по закону uc = (1/C) [ idt. Следовательно, напряжение на конден-
о
саторе изменяется по линейному закону в том случае, если ток заряда I
постоянный. Генератор пилообразного напряжения можно представить
в виде сочетания интегрирующей цепи типа RC и элементов, обеспечи-
вающих заряд — разряд конденсатора постоянным током. В схемах генера-
торов различными методами стабилизируют ток заряда или разряда
конденсатора; наиболее распространены компенсационные методы, осно-
ванные на применении отрицательной обратной связи. Эти методы
реализуются в генераторах фантастрониого типа. Длительность прямого
хода импульса, вырабатываемого таким генератором, не зависит от дли-
тельности запускающего импульса, а определяется внутренними про-
цессами в схеме.
Рассмотрим схему одного из типов фантастронных генераторов и
формы напряжений в характерных точках (рис. 120). В данном случае тран-
зисторы VI и V2 в сочетании с коллекторным сопротивлением RK и ин-
ти рирующей цепью RC представляют собой управляемый генератор
линсйно-изменяющегося напряжения с емкостной отрицательной обратной
связью. Транзистор V3 — вспомогательный, обеспечивает управление рабо-
той основного генератора. Транзисторы V2 и V3 образуют триггер
с эмиттерной связью, в котором роль сопротивления, включенного
в общую эмитторную цепь транзисторов, выполняет транзистор VI.
В исходном состоянии (до прихода запускающего импульса положитель-
ной полярности) транзисторы VI и V3 открыты, a V2 закрыт. Для этого
делитель RIR2 рассчитывается таким образом, чтобы падение напряжения
на резисторе R2 но абсолютной величине превышало потенциал коллек-
тора транзистора VI, находящегося в насыщенном состоянии, т. е.
l"Si I > I UKlmin I-
Выполнение этого условия обеспечивает открытое состояние V3, так
как потенциал базы V3 относительно эмиттера оказывается отрицатель-
ным. Кроме того, режимы VI и V3 выбираются так, чтобы эти транзисторы
до прихода запускающего импульса были насыщены. Поэтому па коллек-
торах VI и V3 есть небольшой отрицательный потенциал относительно
эмиттеров. Сопротивления делителя R4R5 выбираются так, чтобы потен-
циал базы V2 относительно эмиттера был положительным, что обеспечи-
вает его запирание. Конденсатор С в исходном состоянии заряжен до
уровня Еф. Длительность запускающего импульса выбирается намного
меньшей длительности выходного импульса схемы, но не менее длитель-
ности его переднего фронта.
141
Рис. 120. Электрическая схема фантастро-
на и временная диаграмма его работы
Положительный перепад занускающс!о импульса поступает на базу И/,
транзистор И/ выходит из насыщения, коллекторный ток уменьшается,
а отрицательный потенциал коллектора растет но абсолютному значению.
Потенциал коллектора VI — это потенциал эмиттера ИЗ, поэтому потен-
циал эмиттера становится более отрицательным, что уменьшает отрица-
тельный потенциал базы относительно эмиттера; триод выходит из
насыщения, коллекторный ток уменьшается, напряжение на коллекторе нк1
делается более отрицательным, увеличивается отрицательное смещение
на базе V2 и V2 открывается. Появившийся коллекторный ток V2
создаст на сопротивлении RK падение напряжения — потенциал сто коллек-
тора повышается. Положительный перепад, образующийся на коллекторе
И2, через конденсатор С передается на базу И/. Эго приводит к дальней-
шему повышению потенциала базы И/, уменьшению сто коллскгорного
гока и понижению потенциала коллектора.
Развивается лавинообразный процесс, в течение которого коллектор И2,
база И/, коллектор VI (эмиттер ИЗ), коллектор ИЗ, база V2, коллектор V2
охвачены положительной обратной связью. Процесс заканчивается, когда
транзистор V3 закрывается, начинается рабочий ход схемы. За время
лавинообразного процесса потенциал коллектора V2 повышается на Дм,,
а потенциал коллектора V3 понижается почти до напряжения источника
коллекторного питания Ек, отличаясь от него на значение падения напря-
жения на R3 за счет тока делителя R3. R4, R5.
Во время рабочего хода потенциал коллектора V2 относительно
корпуса выше значения £,|„ которым определялся этот потенциал до
142
прихода запускающего импульса, поэтому фиксирующий диод заперт
и схема запуска отключена от рабочей части схемы. Потенциал коллектора
V2 во время первого опрокидывания схемы повышается. За счет этого
конденсатор С начинает разряжаться через резистор R, внутреннее сопро-
тивление источника и транзисторы VI и V2. Конденсатор С разряжается
почти по линейному закону, так как действует отрицательная обратная
связь, механизм которой можно объяснить следующим образом.
Уменьшение потенциала базы VI из-за разряда конденсатора способ-
ствует росту коллекторного гока iKl, при этом потенциал коллектора VI
(эмиттера V2) повышается, что вызывает рост коллекторного тока /к2
и повышает потенциал коллектора V2. Положительное приращение на
коллекторе V2 через С подается на базу и тормозит скорость снижения
потенциала базы. Поэтому потенциал базы VI в течение рабочего хода
снижается почти по линейному закону, а следовательно, коллекторный ток
VI, V2 и ик2 нарастают поч ти по линейному закону, рабочий ход заканчи-
вается, когда потенциал коллектора V2 относительно эмиттера достигает
минимума. При ик2 = ик2 прекращается действие отрицательной обратной
связи, возрастает скорость понижения потенциала базы VI. Это приводит
к повышению скорости нарастания коллекторного тока VI. Потенциал
коллектора VI (эмиттера ИЗ) повышается, V3 открывается. Появляется
коллекторный ток V3, создается падение напряжения на R3, повышается
потенциал коллектора V3 и базы V2, уменьшается коллекторный ток V2,
возникает отрицательный перепад напряжения, который через С подается
па базу VI. Процесс идет лавинообразно, схема опрокидывается. Потен-
циалы коллекторов VI и V3 повышаются до wtmin, V2 запирается, потен-
циал его коллектора понижается скачком на небольшое значение Дн2,
равное скачку напряжения на базе VI.
После скачкообразного изменения па Ды2 напряжение на коллекторе
V2 начинает уменьшаться но экспоненте с постоянной времени ЯКС,
стремясь к значению Ек,— происходит заряд конденсатора. Зарядный ток
создает на R* падение напряжения, уменьшающееся по экспоненте
с постоянной времени RKC. В тог момент, когда уменьшающийся но
экспоненте потенциал коллектора V2 доегшаег уровня Е,\„ открывается
фиксирующий диод и потенциал коллектора V2 фиксируется на этом
уровне, заряд конденсатора С прекращается и потенциал базы VI скачком
повышается до значения, соответствующе! о точке насыщения.
Длительность импульса, вырабатываемого фиштастропом, определяется
параметрами схемы (Я, С, нк2 . , Ек) и значением Е(]1. Регулировать
длительность импульса с большой точностью можно изменением Еф.
Одновременно с пилообразным напряжением схема позволяет получить
(на коллекторе V3) прямоугольный импульс соответствующей длитель-
ности, который может использова гься в качестве импульса подсвета, пода-
ваемою на один из электродов электронно-лучевой трубки. Частота
повторения импульсов (см. рис. 120), вырабатываемых фантастроном,
определяется длительностью рабочего импульса и временем заряда конден-
сатора С по окончании рабочего цикла.
Для уменьшения времени заряда конденсатора С в зарядную цепь
включают эмиттериый повторитель.
Приборы неразрушающего контроля для дефектоскопии рельсов
используют в большинстве случаев автономно. Они питаются от акку-
143
муляторных батарей и имеют преобразователи напряжения питания,
обеспечивающие преобразование напряжения от аккумуляторной батареи
в напряжения, необходимые для питания узлов схемы. Такие преобразо-
ватели обычно выполнены на транзисторах. Основная часть преобразо-
вателя — автогенератор на одном или нескольких транзисторах с транс-
форматорной обратной связью. Вырабатываемое автогенератором пере-
менное напряжение подают на выпрямители, а пульсации выпрямленного
напряжения уменьшают сглаживающим фильтром. Мощность, потребля-
емую от аккумуляторов этими приборами, в ряде случаев можно умень-
шить, применяя импульсное питание схем. Для этой цели импульсы
автогенератора подают на соответствующие каскады. Транзисторы пере-
ходят из одного состояния в другое автоматически с частотой, которая
определяется параметрами схемы.
Наиболее широко применяют преобразователи постоянного напряжения
с двухтактными автогенераторами (рис. 121). В результате флуктуаций
при включении питающего напряжения, а также неизбежной асиммет-
рии схемы ток в одной из ее половин будет нарастать несколько
быстрее, чем в другой. При соответствующем выборе элементов обратной
связи процесс происходит лавинообразно и один из транзисторов оказы-
вается насыщенным, а второй — закрытым. Параметры обмоток транс-
форматора выбираются таким образом, чтобы сердечник трансформатора
использовался в режиме насыщения. В этом случае один из транзисторов,
например VI, будет открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердеч-
нике трансформатора нс достигнет насыщения. В этот момент скорость
изменения магнитного потока стремится к нулю, значительно уменьша-
ются э. д.’с. во всех обмотках трансформатора, а на обмотке обратной
связи появляется э.д.с. противоположного знака, вызывающая запирание
VI и отпирание V2. Так как коллекторные токи транзисторов протекают
но полуобмоткам o6moikh I в противоположных направлениях, а тран-
зисторы находятся в противоположных состояниях, то в обмотке II
индуцируется э.д.с. одного направления.
Частота следования импульсов преобразователя обратно пропорцио-
нальна индуктивности коллекторной обмотки: /'= 104EK//lBmaKSclКс,и,
где А — коэффициент, зависящий от формы переменного напряжения (дня сину-
соидального напряжения А = 4,44);
Ек - напряжение питания;
к — число витков первичной обмотки;
Рис. 121. Электрическая
схема двухтактного пре-
образователя напряжения
В,пах — максимальная маппггная индукция;
Scr — площадь сечения сердечника;
Кст — коэффициент заполнения сердечника сталью.
Тип транзисторов в преобразователе выби-
рают по максимальному напряжению коллек-
тор — эмиттер запертого транзистора. Поскольку
при переключении возникают всплески, обуслов-
ленные индуктивностями рассеяния трансформа-
тора, максимально допустимое напряжение
мкэтах ~ 2,4Ек. Для увеличения отдаваемой мощ-
ности в каждое плечо автогенератора параллель-
но можно включить несколько транзисторов.
144
ГЛАВА VI.
МАГНИТНЫЙ
РЕЛЬСОВЫЙ
ДЕФЕКТОСКОП
МРД-66
21.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ
Магнитный рельсовый дефектоскоп МРД-66 предназначен для контроля
рельсов в пути (рис. 122). Им можно выявить поперечные дефекты
в головке рельса и элементов стрелочных переводов: трещины от боксо-
вания (дефект 24.1-2) и усталостные трещины в виде светлого и темного
пятен (дефекты 20.1-2; 21.1-2; 27.1-2; 25) под поверхностью катания па глу-
бине 4 мм и менее площадью более 20 — 25% площади сечения головки.
Дефектоскоп контролирует рельсы в приложенном магнитном ноле посто-
янных магнитов, установленных на тележке над каждой нитью. Магниты
намагничивают рельсы в продольном направлении. Магнитное поле над
поверхностью головки намагниченного рельса воспринимается искательным
устройством с магниточувствительным элементом феррозондового типа.
Дефектоскоп обнаруживает дефекты не только при движении по рельсам,
но и в том случае, если он неподвижен.
На функциональной схеме дефектоскопа (рис. 123) показан задающий
генератор 1, общий для обеих рельсовых нитей, усилитель мощности 2,
питающий обмотки возбуждения феррозондов. На выходе усилителя 2
установлен понижающий трансформатор Тс переключателем S. Искатель-
ное устройство 3 состоит из двух самостоятельных искателей, располо-
женных на металлических лыжах. Каждый искатель имеет два феррозонда,
сердечники которых ориентированы но длине рельса. При помощи
переключателя S можно соединить с корпусом аппарата (заземления) сред-
нюю точку вторичной обмотки трансформатора или среднюю точку схемы
одного из искателей. Обмотки феррозондов одного из искателей (верх-
нею) соединены последовательно-согласно, а обмотки феррозондов другого
искателя (нижнего) — последовательно-встречно.
В случае соединения с корпусом средней точки одного из искателей
искательное устройство в целом работает по схеме моста переменного
тока. Мостовое искательное устройство, где феррозонды одного искателя
Рис. 122. Общин вид дефектоскопа
МРД-66:
1 — прибор; 2 — постоянный магнит; 3 —
искательное устройство
Рис. 123.
Блок - схема
дефектоско-
па МРД-66 и
ЭСКИЗ сбор-
но! о посто-
янного маг
пита
соединены последовательно-согласно, а другого последовательно-встречно,
обладаег высокой чувствительностью к симметричным и боковым попе-
речным трещинам. При соединении с корпусом средней точки обмотки
трансформатора искательное устройство переключается на дифференциаль-
ную схему, в которой работает один искатель. Режим работы с одним
искателем используют при контроле рельсов с большим боковым изно-
сом головки. Искатели подключены на вход резонансного усилителя 4.
Он состоит из усилительной лампы и двух колебательных контуров LC:
входного и анодного. Оба контура настроены на частоту, удвоенную
по сравнению с частотой генератора.
Колебательные контуры и усилительная лампа составляют резонансный
усилитель, который служит для усиления напряжения удвоенной частоты.
Оно возникает на зажимах обмоток феррозондов, если на вспомога-
146
тельное переменное поле в сердечниках накладывается постоянное поле
дефекта. Усилитель низкой частоты 5 окончательно усиливает и выпрям-
ляет напряжение удвоенной частоты. В анодную цепь единственной лампы
усилителя 5 включен миллиамперметр. Сигнальное устройство 6 состоит
из генератора колебаний звуковой частоты и телефона Тл. Генерирование
колебаний звуковой частоты возникает в том случае, когда выпрям-
ленный ток в анодной цепи усилителя 5 больше некоторого заданного
значения.
Блоки смонтированы в одном аппаратном ящике, где также находятся
источники питания анодных и накальных цепей генератора и усилителей.
Намагничивающее устройство дефектоскопа состоит из двух сборных
постоянных магнитов, расположенных над левой и правой рельсовыми
нитями. В каждом магните имеются две призматические отливки 2
(см. рис. 123) из сплава магнико и замыкающее ярмо 1 из мягкого
отожженного железа. Магниты левой и правой рельсовых нитей обращены
одноименными полюсами в одну сторону (безразлично какую). Поперечное
сечение отливки равно 5,5 х 5 см, высота 8 см. Отливка заключена
в алюминиевый футляр с толщиной стенки 2 мм. Под полюсами маг-
нита между поверхностями футляра и катания головки рельса остаются
зазоры 4,5 — 5 мм. Относительно большие зазоры необходимы для прохода
дефектоскопа по путям со стыковыми соединениями, имеющими значи-
тельное возвышение одного рельсового конца относительно другого.
Воздушные промежутки под каждым из полюсов с учетом толщины стенок
футляра равны 6 — 6,5 мм. Сплав магнико относится к категории кобальто-
вых сталей и приобретает необходимые магнитные качества лишь после
термомагнитной обработки (охлаждения отливок в сильном постоянном
магнитном поле). Поле т ермомагнитной обработки должно по направлению
совпадать с полем, в котором отливки будут в дальнейшем намагничи-
ваться. При термомагнитной обработке создастся преимущественное
направление, в котором остаточная индукция и коэрцитивная сила имеют
более высокое значение, чем во всех других направлениях.
Процесс формирования постоянного магнита (рис. 124) включает в себя
следующие стадии: намагничивание внешним нолем в замкнутой цепи
материала магнита до индукции насыщения В, по кривой а', снижение
Рис 124. Часть петли гистерезиса,
соответствующая процессу формирова-
ния постоянного магнита
Рис. 125. Кривая размагничивания
сборного магнита при размыкании его
магнитной цени
-147
внешнего поля до нулевого значения и образования в материале магнита
остаточной индукции Вг (кривая /?); размыкание магнитной цепи и образо-
вание внутреннего размагничивающего поля Hd и рабочей индукции Bd
(точка Р).
Опытами установлено (рис. 125), что после размыкания магнитной
цепи сборного магнита напряженность поля Hd = 375 А/см, а индукция
в элементах магнита из магнико Bd = 0,33 Тл. Следовательно, по кривой
размагничивания магнитному состоянию сборного магнита будет соответ-
ствовать точка О. При приближении полюсов магнитов к головке рельса
и воздушном зазоре 6 — 6,5 мм индукция в отливках из магнико возрастает
до Bd = 0,5 Тл, а отрицательная напряженность ноля падает до IId =
= 130 А/см. Точка слева от Р соответствует зазору между полюсами
и поверхностью головки, равному 8 мм, а точка справа от Р — зазору
в 4 мм. Эти две точки и точка О расположены на одной прямой
возврата.
С приближением магнита к рельсу индукция увеличивается не по
кривой размагничивания В„ Нс, а по прямой возврата. При удалении
магнита от рельса индукция и напряженность поля получают прежние
значения, соответствующие точке О. Для данной конструкции и формы
сборного магнита подняться но кривой размагничивания выше точки О
невозможно. При нормальном рабочем зазоре под полюсами постоянного
магнита среднее значение магнитной индукции в головке рельса определя-
ется но табл. 13. Значения магнитной индукции составляют лишь 20 — 25%
индукции насыщения рельсовой стали.
Постоянный магнит имеет рассеяние, поэтому часть силовых Mai нигных
линий между его полюсами проходит по воздуху над поверхностью
катания головки рельса. Напряженность Но продольной составляющей
ноля постоянного магнита в зоне расположения искателей дефектоскопа
при рельсах рашых заводов достигает 8-11 А/см (опытные данные).
Искатели дефектоскопа должны обнаружива ть поперечные усталостные
трещины независимо от расположения последних по ширине сечения
головки рельса. Поэтому каждый рельс проверяется нс одним, а двумя
одинаковыми искателями, расположенными над головкой рельса (рис. 126).
У каждого искателя два феррозонда, укрепленных в особой колодочке.
Расстояние между средними точками феррозондов I = 1,2 см, т. е. состав-
ляет приблизительно половину протяженности поля поперечной трещины
в I оловке рельса. Сердечники феррозондов располагаются но оси рельса
параллельно поверхности катания головки. Колодочка с феррозондами
устанавливается па отдельной лыже, скользящей но поверхности головки
рельса. Сердечники всех четырех феррозондов находятся на одном
Таблица 13
Магнитная индукция
Тип рельса	Площадь сечения изношенной головки, см2	Средняя магнитная индукция, Тл
Р65К	28,0	|о,зо
Р50К	25,1	0,35
Р43К	24,1	0,40
148
и том же расстоянии от поверхности
катания головки рельса, равном прибли-
зительно 2,5 мм. Если дефектоскоп
работает с двумя искателями, то их
феррозонды соединяются по схеме
моста (рис. 127). В этом случае ферро-
зонды искателя, средняя точка которого
заземлена, включены последовательно,
а феррозонды искателя, средняя точка
которого подана на резонансный контур
CL,— последовательно-встречно.
Рассмотрим работу такой схемы
соединения искателей при установке их
на поверхность катания «здорового»
рельса между полюсами Mai нита и при
перемещении дефектоскопа над дефек-
том в виде поперечной трещины в
головке рельса. Феррозонды искателей,
расположенные в «нейтральной зоне»
между полюсами магнита на поверх-
ности катания «здорового» рельса, под-
вергаются влиянию однородного поля
магнита. Напряженность Но этого поля
будет одинаковой по значению и на-
правлению для каждого феррозонда.
Под действием поля Но в переменном
гоке i в обмотке каждого феррозонда
возникнут одинаковые по значению и
фазе вторые гармоники тока ь. В ре-
зультате в диагонали моста, где вклю-
чен резонансный контур, мнювепные
значения тока i2 (противоположные но
фазе) компенсируются. Отсутствие вто-
рой гармоники тока (2 в резонансном
контуре (на входе усилителя) равно-
сильно тому, что искатели нс будут
реагировать на однородное поле маг-
нита, как бы велика ни была его
напряженность Щ,.
При наезде дефектоскопа на дефект,
например поперечную трещину, распо-
ложенную ближе к боковой грани го-
ловки рельса, один из феррозондов
(например, феррозонд 3 на рис. 127)
будет находиться в поле Но + Нд, а
остальные — в поле — Но, где Но — на-
пряженность поля магнита; На — напря-
женность поля, которое вызвано де-
фектом. Вторая гармоника тока в об-
Рис. 126. Расположение искателей
над головкой рельса
Рис. 127. Схема соединения ферро-
юнлов верхних искателей дефекто-
скопа МРД-66
Рис. 128. Схема искателя с двумя
феррозондами
149
мотке феррозонда 3, расположенного в поле Но + увеличивается
на Л12. Ток А/2 проходит через резонансный контур, а возникающее
в нем падение напряжения второй гармоники подается на управляющую
сетку входной лампы усилителя и вызывает сигнал о дефектности рельса.
В случае наезда таких искателей на очень развитые поперечные трещины
усталости под воздействием поля Нл окажутся одновременно феррозонды
1 и 3; вторая гармоника тока i2 в феррозондах 1 и 3 увеличится на Д/2.
Через резонансный контур пройдет примерно суммарный дополнительный
гок второй гармоники 2Ai2, что увеличит падение напряжения второй
гармоники на входном резонансном контуре усилителя.
Таким образам, мостовая схема соединения феррозондов искателей
дефектоскопа МРД-66, где феррозонды одного искателя включены после-
довательно-встречно, обеспечивает выявление поперечных трещин уста-
лости, расположенных близко к боковой грани головки рельса (боковых),
а также развитых симметричных поперечных трещин усталости по сечению
головки рельса.
С одним искателем феррозонды включаются но дифференциальной
схеме (рис. 128), для чего соединяю! на корпус среднюю точку вторичной
обмотки понижающего трансформатора. Как и в предыдущем случае,
феррозонды одного искателя, установленного в «нейтральной зоне» между
полюсами магнита на поверхности катания головки «здорового» рельса,
находятся под воздействием однородного ноля ма! пита. Напряженность //0
поля будет одинаковой по значению и направлению для каждого ферро-
зонда иска геля. В результате этого в нагрузочной цепи CL дифференциаль-
ной схемы искателя с двумя феррозондами гока нс будет.
Подвергнем анализу работу дифференциально включенных феррозондов
на участках рельсов с дефектами. Предположим, что в боковой части
сечения головки рельса имеется внутренняя поперечная трещина (см.
рис. 126). Допустим, что один из феррозондов искателя, расположенного
со стороны «боковой» трещины, вошел в зону действия ее магнитного
поля //д. В это время второй феррозонд того же искателя, находящегося
на расстоянии 1,2 см ог первого, окажется за пределами этого поля.
Тогда сердечник второго феррозонда будет нами: ничсн нолем рассеяния
постоянного магнита //«, а первого — суммарным нолем Но+Нл (см.
рис. 128), где II, — напряженность продольной составляющей ноля дефекта
(трещины). В обмотке второго феррозонда возбудится э.д. с. е удвоенной
частоты, а в обмотке первого феррозонда — другая э.д. с. удвоенной час-
тоты, равная е + Ле. Поэтому гок удвоенной частоты, проходящей в цени
с э.д. с., равной е + Де, увеличится на Ai и будет равен i + At. Следова-
тельно, в нагрузочной цени дифференциальной схемы искателя будет
проходить гок Ai, равный разности противоположно направленных токов,
один из которых равен i + Ai, а второй i. Ток Ai вызове! падение
напряжения АГ на катушке L самоиндукции резонансного контура, которое
является напряжением па выходе дифференциальной схемы искателей.
Напряжение А Г7 подается па управляющую сетку входной дампы усилителя
и вызывает сигнал, указывающий о дефектности рельса Таким образом,
проверка рельса одним искателем, расположенным вблизи боковой грани
головки рельса, дает возможность выявить боковые трещины усталости.
22.	ИСКАТЕЛИ
В дефектоскопе М РД-66 (рис. 129) установлены два искательных устройства:
одно для контроля правой нити, другое — левой. Каждое искательное
устройство состоит из трех феррозондовых искателей: два располагают
на поверхности катания рельса между полюсами магнита, третий — со
стороны внутренней грани контролируемого рельса. Искатели, установлен-
ные на поверхности катания рельса, называются верхними, или
основными. Феррозонды верхних иска гелей — это кагушки, каркас
которых имеет длину 7 мм и диаметр 5 мм. Обмотка катушки состоит
из 2500 витков провода ПЭЛ-0,03 мм; сердечник катушки — отрезок
калиброванной проволоки из железо-никелевого сплава (пермаллоя) 80-НХС
диаметром 0,25 мм, длиной 7 мм.
Верхний феррозондовый искатель (рис 130) состоит из феррозондов 1,
пластмассовой колодки 2 и контактных лепестков 3. Феррозонды в колодке
расположены по осевой линии. Каждый верхний искатель устанавливается
па нижнем основании металлической лыжи 3 (рис. 131). В верхней части
лыжи расположено винтовое приспособление 1, которое позволяет переме-
рке. 129. Лицевая панель юнера <<>рно-уеили 1елыю1 о устройства МРД-66
Рис. 130. Эскиз верх-
нею феррозондового
искаieля
151
7
/
Рис. 131. Искаюльнос устройство МРД-66
щатъ магнитный экран 2 относительно феррозондов 7 искателя, т. е.
балансировать его. Поверх нижнего основания лыжи винтами 5 натяги-
вается металлическая накладка б, скользящая но поверхности головки
рельса. Накладку можно замениib новой по мере износа. На торцах лыжи
штифты 4. свободно входящие в пазы держателя. Все детали лыжи
и искателя изготовлены из немагнитного материала.
Для балансировки искателя экран 2 (сделан из мягкого железа) можно
сдвинуть над феррозондами в ту или другую сторону. Экран находится
в поле рассеяния постоянно) о магнита, поэтому он намагничен. При
перемещении намагниченного экрана над искателем один его полюс
приближается к сердечнику одного из феррозондов, а противоположный
полюс удаляется or сердечника другого феррозонда. В процессе этого
изменяется намагниченность сердечников, что влияет на значение э.д.с.
удвоенной частоты, наведенной в обмотках феррозондов. Можно найти
такое положение экранов при котором напряжение на выходе схемы
окажется минимальным, т. е. искатели будут сбалансированы.
Искатели, закрепленные на рамс тележки дефектоскопа со стороны
внутренней грани контролируемо! о рельса, называются боковыми, или
п о д г о л о в о ч и ы м и. Боковые искатели в дефектоскопе МРД-66 служат
для вторичного контроля показаний верхних искателей. Верхние искатели
реагируют на неопасные повреждения поверхности катания головки рельса
и па опасные внутренние поперечные трещины. По показаниям только
верхних искателей механикам дефектоскопов бывает трудно, а иногда и не-
возможно отличить показания приборов над опасными повреждениями
от таковых над неопасными или неоднородной структуры металла. Это
можно определить только при повторном контроле места на рельсе
(отмеченного верхними искателями дефектоскопа) искателем, установлен-
ным на боковую или нодголоночпую часть рельса. Объясняется эго гем,
что при намагничивании рельсов П-образным магиигом дефектоскопа
МРД-66 над поперечными трещинами усталости возникает матичное поле
дефекта не только на поверхности катания, но и на боковой грани головки
и под ней. Напряженность ноля зависит от приближения трещины
152
к поверхности указанных мест и площади, занимаемой трещиной. Металл
на боковых гранях и под головкой не подвергается наклепу и поврежде-
ниям колесами, что исключает появление помех, как это происходит
на поверхности катания, поэтому искатель на боковой или подголовочной
части рельса реагирует только на поле над опасным дефектом.
Боковой искатель работает аналогично основному. Катушки феррозон-
дов соединены по дифференциальной схеме, поэтому они не реагируют на
однородное магнитное поле, но в то же время обладают высокой чувстви-
Рис. 132. Эскиз боковою искателя МРД-66
153
тельностью к сосредоточенным полям дефектов. Отсутствие мешающих
магнитных полей рассеяния на боковых и подголовочных гранях головки
рельса позволяет контролировать отмеченные места на рельсе со значи-
тельно более высокой чувствительностью дефектоскопа (при большем
усилении). Со стороны боковой или подголовочной грани головки можно
выявлять меньшие усталостные поперечные трещины, более глубоко зале-
гающие, чем^со стороны поверхности катания.
Боковой искатель (рис. 132) состоит из феррозондового искателя 1,
сектора 2, скобы 3, запирающего устройства 4, устройства для крепления 5,
отражателя 6, механизма для спуска и подъема 7, соединительного провода
с трехштырьковой вилкой 8. Гайками сектора 2 можно прикрепить боковой
искатель на боковую или подголовочную грань головки. Запирающее
устройство фиксирует боковой искатель в нерабочем положении. Отра-
жатель 6 предохраняет феррозондовый искатель от повреждения при
переходе его по стыковым накладкам и на переездах.
Любой боковой искатель можно включить одновременно с одним из
основных искателей или самостоятельно для контроля рельсов только
со стороны подголовочной части. На феррозонды бокового искателя поле
рассеяния магнита почти не влияет. Феррозонды как бы защищены
от влияния поля рассеяния магнита металлом головки рельса, поэтому
чувствительность и их избирательность повышаются. Таким образом,
включение одного подголовочного искателя позволяет контролировать
состояние рельсов со значительно большей чувствительностью, чем при
параллельном включении двух искателей, один из которых находится
па поверхности катания головки рельса.
23.	ПОДГОТОВКА ДЕФЕКТОСКОПА
К РАБОТЕ. КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ
В ПУТИ
Балансировка и определение чувствительности искателей. Под1 отовка
дефектоскопов к работе включает в себя проверку исправности действия
элементов их электрических схем, источников питания и настройку
аппаратуры на образцах рельсов с поперечными трещинами усталости
в I оловкс.
Чувствительность и избирательность дефектоскопов МРД-66 к дефектам
в рельсах в значительной степени зависят от напряжения небаланса
искательных устройств. Напряжение небаланса — это напряжение
второй гармоники, возникающее в феррозондовых искателях при установке
их между полюсами Mai пита па участке поверхности рельса, где отсут-
ствуют дефекты и поверхностные повреждения металла.
С уменьшением напряжения небаланса искателей повышается чувстви-
тельность и избирательность прибора к дефектам. Напряжение небаланса
вызывает помехи в работе дефектоскопов и затрудняет использование
в полной мере их чувствительности. Это напряжение измеряется между
средними точками вторичной обмотки трансформатора и искателя при
дифференциальном соединении феррозондов искателей, а также между
средними точками искателей при мостовом соединении феррозондов.
154
Рассмотрим основные причины изменения напряжения небаланса.
Одной из них может быть низкое качество изготовления искателей на
заводе (расхождение катушек феррозондов по активному и индуктивному
сопротивлению и пермаллоевых сердечников по размерам и магнитным
свойствам). Кроме того, даже при правильно подобранных катушках фер-
розондов и одинаковых сердечниках в схеме искателя может быть
значительный небаланс из-за неточного положения сердечников в катушках
феррозондов. Другая причина — влияние поля магнита на феррозонды
искателя. Это происходит, если искатели установлены на поверхности
катания головки между полюсами магнита. В этом случае, несмотря на
установку искателя посередине между полюсами магнита и частичную
экранировку феррозондов, поле, где расположен искатель, остается все же
недостаточно однородным. Сердечникодного феррозонда находится в поле
с напряженностью, отличающейся от напряженности поля, в котором
установлен сердечник второго феррозонда. Это вызывает напряжение
удвоенной частоты на выходе искателя лаже в том случае, если послед-
ние находятся на здоровом участке рельса.
Напряжение небаланса зависит также от формы кривой напряжения
усилителя мощности генератора, питающего кагушку феррозондов искате-
лей, которая не является строго синусоидальной и содержит, хотя и не-
значительные, гармонические составляющие четного порядка, в том числе
удвоенной частоты. Следовательно, обмотки феррозондов будут, во-первых,
под напряжением второй гармоники, поступающей от генератора, и, во-
вторых, под напряжением второй гармоники, возбужденным в самих ферро-
зондах.
Напряжения могут быть в фазе или в противофазе в зависимости
от фазы питающего напряжения и положения искателей относительно
полюсов магнита. При совпадении фаз напряжения суммируются —
напряжение небаланса растет. В случае несовпадения фаз они вычитаются —
напряжение небаланса уменьшается.
Переключая концы, соединяющие вторичную обмотку трансформатора
с феррозондом (поворотом трехщтырьковой вилки искателя), изменяют
фазу напряжения второй гармоники усилителя мощности генератора,
а поворачивая на 180" феррозондовый искатель (искательной лыжи) по
о г ношению к полюсам магнита — фазу напряжения второй гармоники
феррозондов. При этом изменяется напряжение небаланса.
Балансировка искателей сводится к тому, чтобы подбором положения
лыж относительно полюсов магнита, поворотом трехштырьковых вилок
и перемещением скоб (экранов) о г носи гельно феррозондов уменьшить
напряжение небаланса до минимума. Для балансировки между полюсами
магнита устанавливают сначала только одну лыжу искателя с симмет-
ричным положением экрана. Затем поворотом трехштырьковой вилки
и изменением положения искателя по отношению к полгосам магнита
добиваются минимального напряжения небаланса. Напряжение небаланса
определяют по показаниям миллиамперметра. Оно прямо пропорциональ-
но напряжению удвоенной частоты.
При балансировке искателей рекомендуется пользоваться небольшим
усилением, что значительно облегчает наблюдение за изменениями напря-
жения небаланса. Усиление уменьшается до возможного минимума, а руч-
155
кой «Смещение» устанавливается показание стрелки миллиамперметра
примерно на 0,6—0,7 мА.
Характерным признаком того, что искатель сбалансирован правильно,
является одинаковый уровень напряжения небаланса в схеме искателя
при передвижении дефектоскопа вперед и назад с одной и той же ско-
ростью. Поэтому, передвигая дефектоскоп по рельсам эталонного тупика,
наблюдают за показаниями миллиамперметра. Одинаковые показания
этого прибора при передвижении дефектоскопа в одном и другом
направлениях указывают па то, что искатель сбалансирован правильно.
Если показания миллиамперметра разные, их выравнивают, слегка пере-
мещая скобу (экран) относительно феррозондов искателя. Направление
перемещения скобы видно по миллиамперметру. Сбалансировав один
искатель, замечают положение трехштырьковой вилки в розетке искатель-
ной лыжи по отношению к полюсам магнита, затем проверяют чувстви-
тельность однониточного искателя, для чего выбираю! такое значение
смещающего напряжения, при котором стрелка миллиамперметра при
подходе искателя к дефекту находилась бы примерно посередине шкалы.
Второй искатель балансируют независимо от первого, после чего прове-
ряют его чувст вительность. Кроме того, периодически не реже одного раза
в квартал выполняется проверочное измерение чувствительности искателей
дефектоскопов.
Чувствительность искателей каждого дефектоскопа измеряю! на про-
воднике с гоком по схеме на рис. 133. На деревянную или другую
неметаллическую планку накладывают проводник из медной проволоки
диаметром.0,5—0,6 мм. К нему подключают источник постоянного тока.
Ток, протекающий по проводнику, должен быть равен 1 А. Напряжение
на второй обмотке трансформатора при нагрузке должно быть 6 В, если
частота гепера гора 6500 — 7000 Гц. Контур LC (полностью соответствующий
параметрам входного контура дефектоскопа МРД) необходимо на-
страивать в резонанс на частоту 2[. При проверке чувствительности
лыжу с искателем перемещают поперек проводника с током. Сравнивая
напряжения второй 1армопики, измеряемые катодным вольтметром па
индуктивности L, делают вывод о чувствительности проверяемых искате-
лей. Напряжение небаланса перед
проверкой чувствительности искателя
не должно превышать 35 мВ. Иска-
тель, обладающий достаточной чув-
ствительностью, при перемещении
его по проводнику с током 1 А вы-
зовет увеличение напряжения второй
гармоники па индуктивность L до
200 мВ и более.
Чувствительность двух искатель-
ных лыж одной стороны дефектоско-
па ’-МРД должна быть одинаковой.
Если у дефектоскопа для одной рель-
совой нити две искательные лыжи
имеют неодинаковую чувствитель-
ность, то одна будет всегда контро-
ПроВоВник
с током
Рис. 133. Схема устройства для про-
верки чувствительности искателей
МРД-66
156
лировать с пониженной чувствительностью. Повысить чувствительность
контроля этой половины ширины головки рельса увеличением усиления
нельзя, так как при чрезмерном повышении усиления появляются боль-
шие помехи, улавливаемые искательной лыжей, обладающей более высо-
кой чувствительностью. При неодинаковой чувствительности искательных
лыж на одной из сторон практически трудно хорошо сбалансировать
всю искательную систему дефектоскопа.
Наибольшее число случаев понижения чувствительности искателей
объясняется увеличением зазоров между феррозондом и поверхностью
катания головки рельса. Чем ближе располагается феррозонд к поверх-
ности катания головки рельса, тем выше будет чувствительность иска-
теля. Зазор между феррозондом и поверхностью катания рельса равен
суммарной толщине предохранительной пластины, донышка лыжи и поло-
вины диаметра феррозондовой катушки. Любое увеличение этого зазора
резко снижает чувствительность искателя. Необходимо следить, чтобы на
предохранительной пластине не скапливались мазут и грязь, не было
даже незначительного промежутка между дном лыжи и предохрани гелыюй
пластиной; нельзя допускать прогибы дна внутри лыжи, перекосы коло-
дочки искателя и т. д. Искатели можно включать для совместной работы,
если уровень небаланса и чувствительность обоих искателей одинаковы.
Для каждой рельсовой нити подбирают парные искатели с одинаковой
чувствительностью и уровнем небаланса.
Проверка чувствительности дефектоскопа па образцах рельсов с попереч-
ными трещинами усталости. Чувствительность дефектоскопа к дефектам
проверяют на тупиках с образцами рельсов, имеющих дефекты в виде
поперечных трещин усталост и в головке. Чувствительность дефектоскопа —
это отношение At///, показывающее, какой гок At возникает в цепи милли-
амперметра, когда один из феррозондов иска геля находится под воздей-
ствием постоянного поля Н напряженностью 1 А/см.
Удовлетворительной считается чувствительность дефектоскопа, при
которой в цепи миллиамперметра возникает ток 3 мА (т. е. А/ = 3 мА)
в момен! прохода искателей в поле дефекта напряженностью 1 А/см.
Экспериментально установлено, что при намагничивании рельса П-образ-
ным магнитом дефектоскопа МРД над внутренней поперечной трещиной
усталости, находящейся под слоем металла толщиной 4 — 5 мм и занима-
ющей 25% площади поперечного сечения головки, напряженность горизон-
тальной составляющей поля //д = 0,8 А/см. Следовательно, эталоном для
настройки дефектоскопа может бы гь любой рельс с поперечной трещиной
усталости, не имеющей выхода на поверхность катания, над которой
при намагничивании напряженность горизонтальной составляющей поля
дефекта равна 0,8 А/см.
В зависимости от размеров и приближения трещин усталости к по-
верхности катания рельса напряженность горизонтальной составляющей
поля дефекта над трещиной по ширине головки будет различна. Поэтому
эталонирование дефекта в рельсе заключается в том, чтобы определить
точку на поверхности катания над дефектом, где напряженность гори-
зонтальной составляющей поля дефекта равна 0,8 А/см. Для определения
такой точки над дефектом необходимо иметь поле рассеяния с известным
значением напряженности.
157
Сравнивая показания дефектоскопа над известной напряженностью
поля с показанием его в различных точках над дефектом, определяют
напряженность поля дефекта в этих точках. Практически известную напря-
женность поля можно получить при помощи проводника, по которому
протекает постоянный ток. Вокруг проводника с током образуется круго-
вое маши гное поле, напряженность которого при прочих равных условиях
зависит от значения тока, протекающего по проводнику.
Изменяя значение тока в проводнике, можно получить необходимое
значение магпидщого поля. Для этого па расстоянии 0,4 —0,5 м от места
шфекта (па хчистом» месте) вокруг образца рельса в плоскости его
поперечного сечения накладывают виток хорошо изолированной проволоки
(диаметром не более 0,2 мм) так, чтобы часть витка на поверхности
катания головки рельса была строго перпендикулярна продольной оси
рельса и плотно прижата к нему. Для предохранения витка от поврежде-
ния колесами дефектоскопа всю его часть на поверхности катания
головки заклеивают листом плотной тонкой бумаги (калькой, пергаментом
и т. п.). К витку подключают аккумуляторную батарею и реостатом уста-
навливают ток, равный 1 А (рис. 134). При токе I А напряженность
горизонтальной составляющей ноля над витком будет приблизительно
равна 0,8 А/см, что соответствует напряженности поля дефекта над попе-
речной трещиной усталости, площадь которой равна 25 % площади попе-
речного сечения головки рельса, расположенной па глубине 4 мм.
Для определения точки на поверхности катания рельса над поперечной
трещиной усталости, где напряженность горизонтальной составляющей
поля дефекта равна 0,8 А/см, на эталонируемый рельс устанавливают
дефектоскоп МРД-66 с одной искательной лыжей и выключенной диффе-
ренцирующей ячейкой. Затем дефектоскоп надвигают на виток до полу-
чения максимального показания миллиамперметра, после чего ручкой
«Смещение» показание миллиамперметра уменьшают примерно до 1,5 мА.
Не меняя положения ручек «Смещение» и «Усиление», дефектоскоп
перемещают над трещиной усталости. Если при заданном положении
искательной лыжи над трещиной показание миллиамперметра будет такое
же, как и над витком (1,5 мА), то в такой точке над поверхностью
катания рельса напряженность горизонтальной составляющей поля дефекта
равна 0,8 А/см. Следовательно, данный образец рельса при положении
искательной лыжи в указанной точке пригоден для настройки дефекто-
скопа. Если же показания миллиамперметра в рассматриваемой точке
больше 1,5 мА, искательную лыжу перемещают к середине поверхности
катания головки рельса до тех пор, пока прибор не покажет 1,5 мА.
После этого место положения искательной лыжи по ширине поверхности
Рис. 134. Виток с гоком
катания выбранного образ-
ца рельса отмечают масля-
ной краской. Рельс укла-
дывают в испытательный ту-
пик. Чувствительность де-
фектоскопов М РД проверя-
ют при положении искатель-
ных лыж на отмеченном
месте рельса.
158
Напряженность поля 0,8 А/см над витком с током 1 А возможно
получить при согласованном направлении поля витка и поля магнита
дефектоскопа. Для согласования направления магнитного поля, вызванного
током, в витке с основным полем магнита дефектоскоп с одиночной
искательной лыжей (с двумя зондами) устанавливают над витком по
максимуму показаний миллиамперметра до 1,5 мА. Наблюдая за показа-
нием миллиамперметра, изменяю! направление тока в витке. При согласо-
ванном направлении полей витка и магнита показание миллиамперметра
будет оставаться равным 1,5 мА или увеличиваться, а при несогласо-
ванном — несколько уменьшить. Если на дистанции пути нет рельсов
с поперечными трещинами усталости в головке, то чувствительность
дефектоскопов МРД проверяют на витке с током.
Чувствительность проверяют на образце рельса с поперечной трещиной
усталости в головке или витке с током для того, чтобы определить
исправность дефектоскопа и выбрать режимы работы основных его
элементов. Необходимо устанавливать такой режим работы, при котором
индикаторные устройства дефектоскопа не срабатывают от сигналов
помех и в то же время дают четкие показания над дефектом в рельсе
или над витком с током.
Это выполняется следующим образом: дефектоскоп приводят в рабо-
чий режим на постоянном токе (дифференцирующий контур выключен),
устанавливают усиление па максимум, ручку «Смещение» переводят на
чувствительность, при которой нет показаний на «здоровых» местах
рельсов, дефектоскоп передвигают вперед и назад так, чтобы его искатель
проходил над витком с током или дефектом, и наблюдают за показанием
стрелки миллиамперметра. Если в момент прохода искателя над дефектом
стрелка миллиамперметра отклоняется до упора — у искателя достаточная
чувствительность.
Определив чувствительность в режиме работы па постоянном токе,
аналогично проверяют ее на переменном токе (с включением дифферен-
цирующего контура). Ручку «Смещение» устанавливают на максимальную
чувствительность, при которой дефектоскоп на «чистых» местах рельсов
еще не дает показаний. С такой чувствительностью его передвигают
по рельсам со скоростью 3 — 4 км/ч так, чтобы искатели проходили
над дефектом. При правильной балансировке искателей дефектоскоп четко
срабатывает в обоих направлениях. В телефонах при этом будет слышен
щелчок, а стрелка миллиамперметра даст небольшие броски (примерно
0,6—0,7 мА). Иногда при опробовании дефектоскопа с включенным
дифференцирующим контуром чувствительность может быть различна при
движении в одну или другую сторону. Так как в обычных условиях
эксплуатации прибор передвигают вперед, несколько повышенная чувстви-
тельность искателей в этом направлении считается нормальной. Если же
чувствительность искателя при движении вперед окажется меньше, чем
назад ее выравнивают небольшим перемещением обоих экранов.
Дефектоскоп с правильной балансировкой и достаточной чувствитель-
ностью к дефектам удовлетворяет следующим требованиям: при положе-
нии ручки «Смещение» от первого до пятого деления в режиме работы
на «Переменном токе» в момент трогания с места не происходит резких
отклонений стрелки миллиамперметра (толчков тока); на дефекте четко
159
срабатывает при движении в обе стороны; при положении ручки «Смеще-
ние» на нулевом делении в режиме работы «Постоянный ток» на том же
дефекте дает показания свыше 3 мА; в режимах «Переменный ток»
и «Постоянный ток» не срабатывает на здоровых местах рельсов. Неболь-
шие отклонения от перечисленных требований могут быть из-за изменения
сопротивлений регуляторов усиления.
При проверке-чувствительности в режиме работы на постоянном токе
в начале движения дефектоскопа в искателях возникаю! большие напря-
жения небаланса (стрелка миллиамперметра доходит до упора). Напряже-
ние небаланса уменьшается при дальнейшем движении до первоначаль-
ного значения и .стрелка миллиамперметра возвращается на нуль. Это
объясняется следующим. Когда дефектоскоп был неподвижен, головка
рельса под полюсами магнитов намагничивалась больше, чем та ее часть,
которая находилась между полюсами магнита. У границы перехода от менее
намагниченной к более намагниченной части рельса происходил резкий
перепад поля.
В начальный момент движения дефектоскопа феррозонды искателей,
перемещаясь с менее намагниченной на более намагниченную часть рельса,
входят в зону резкого перепада поля, что увеличивает напряжение
небаланса. При дальнейшем перемещении дефектоскопа зонды искателей
сходят с намагниченной части рельса, а стрелка миллиамперметра показы-
вает нуль. Такие толчки напряжения небаланса в момент трогания
дефектоскопа с места практически нс мешают нормальной работе дефекто-
скопа, но это следует учитывать при уточнении положения дефекта
в рельсе.
Контроль рельсов в пути. На перегоне дефект оскоп работает при
включенном дифференцирующем контуре и максимальном усилении резо-
нансного усилителя. При таком положении элементов управления дефекто-
скоп перемещают по рельсовой колес, а ручкой «Смещение» устанавливают
необходимую чу ветвите лы тост ь. Установить необходимую чувствитель-
ность дефектоскопа — это значит выбрать такое запирающее напряжение
на сетке оконечной лампы, при котором он не будет срабатывать па
«чистых» местах рельсов и при пезпачительных поверхностных изъянах.
Дейст вие дефектоскопа па перегоне проверяют в момен т прохода искателей
над стыковым зазором.
На некоторых рельсах иногда резко повышается уровень напряжения
небаланса. Это объясняется тем, что металл таких рельсов отличается
по своим магнитным свойствам от металла других рельсов. На этих
«особых» рельсах установленная ранее чувствительность становится
излишней. Как показал опыт, такие «особые» рельсы необходимо про-
верять в два заезда: при первом рельс намагничивается, при втором —
уровень напряжения небаланса понижается — рельс контролируется при
нормальной чувствительности. Если же и при втором заезде напряжение
небаланса остается высоким, чувствительность дефектоскопа понижают
до нормальной, что не исключает возможность обнаружить внутренние
дефекты в виде светлого пятна в этих «особых» рельсах.
Лыжи искателей при передвижении дефектоскопа по пути должны быть
расположены на поверхности катания головки рельса симметрично отно-
сительно его продольной оси. Это особенно важно при контроле рельсов
160
с большими наплывами у внешней
боковой ( рани (рис. 135) и в кривых
участках пути.
Дефектоскопом контролируют эле-
менты стрелочных переводов: остря-
ки, усовики. рамные соединитель-
ные рельсы. Последние проверяют по
всей длине, усовики — только в рель-
совой части переднего вылета кресто-
вин до начала литой врезки. Остряки
контролируют искателями основным,
одиночным и боковым. Основным
искателем — по всей длине, за исклю-
Рнс. 135. Положение лыжи искателей
на поверхности катания рельса
чснием той части, где ширина головки остряка меньше ширины искателя,
а боковым — по всей длине, кроме участка острия под головкой рамного
рельса. Соединительные рельсы и рельсовую часть усовиков проверяют
аналогично обычным рельсам. Рамные рельсы контролируют дважды при
двух ориентациях полюсов магнита (или развороте тележки на 180 )
относительно рельса. Дефектоскопирую г остряки двумя искателями —
основным (одиночным) и боковым. В обоих случаях контролируют
2 раза при двух ориентациях полюсов магнита.
На нижней поверхности лыж часто налипает грязь и мазут. Из-за этого
феррозонды искателей отдаляются от поверхности катания, что ухудшает
балансировку искателей и их чувствительность к дефектам. Поэтому дно
лыж периодически осматривают и очищают от грязи и мазута.
На поверхности катания рельсов локих и тяжелых типов с большим
боковым износом головки две лыжи нс размещаются — нарушается балан-
сировка иска । слей и их зонды не могут пройти над дефектом в цент-
ральной части головки рельса. Поэтому такие рельсы лучше всего про-
верять одиночным искателем. Его устанавливают в центральной части
поверхности катания головки рельса. Работают с дефектоскопом обычным
порядком.
Оценка показаний дефектоскопа. Опыт эксплуатации дефектоскопов
МРД показал, что усталостные поперечные трещины приходится отыски-
вать среди многочисленных изъянов поверхност и катания головки рельса —
вмятин от ударов, выкрашиваний, отслоений, плен и г. д. Кроме того,
у металла па поверхности катания может быть местная ярко выраженная
неоднородность структуры, вызванная наклепом или термическим воздей-
ствием при боксовапии колес подвижного состава.
Эти неопасные повреждения металла рельса и местная неоднородность
его структуры вызывают потоки рассеяния, которые влияют па искатель
дефектоскопа гак же, как и усталостные опасные грешины. Иногда
в одном и том же месте рельса может быть скрытый опасный дефект
и поверхностное повреждение или структурная неоднородность металла.
На таких участках пути приходится отыскивать как бы «дефект в дефекте».
Правильная оценка показаний дефектоскопа имеет решающее значение
в обеспечении высокого качества контроля рельсов в пути.
При появлении звукового сигнала дефектоскоп останавливают и по
отмеченному месту делают два-три повторных заезда с нормальной
161
рабочей скоростью. Затем при повторных заездах следят, чтобы полюсы
магнита проходили через отмеченное место и заходили дальше не менее
чем на 0,5 м. Если при повторных заездах дефектоскоп устойчиво
срабатывает на том же месте, то его необходимо внимательно осмотреть.
Дефектоскоп позволяет устанавливать координаты дефекта с точностью
до 3 — 5 мм. До осмотра рельса уточняют, какой именно искатель
срабатывает в данном месте, и гем самым узнают, в какой части по
ширине головки рельса находится дефект. Выключив один искатель, делают
повторные заезды по отмеченному месту. Если дефект расположен под
выключенной лыжей искателя, прибор не срабатывает, а если под вклю-
ченной, то устойчиво отмечает это место. Затем точно определяют
место дефекта. Для этоготГыключают дифференцирующий контур. С выклю-
чением дифференцирующего контура чувствительность дефектоскопа не-
сколько повышается. 11оэгому, прежде чем приступить к уточнению
места дефекта, ручкой «Смещение» несколько уменьшают чувствитель-
ность и медленно передвигают дефектоскоп; точно дефект фиксируется
по максимальному отклонению стрелки миллиамперметра. Его координаты
совпадают с геомстрической серединой лыжи искателя. Место дефект
тщательно осматривают. Если не обнаруживают явно выраженного выхода
трещины на поверхность, то соответствующую боковую грань очищаю!
от мазута и сплошных пластинок рваного металла па длине 300 400 мм.
Место, отмеченное прибором, должно быть посередине очищенной части
боковой грани. Очищать боковую грань необходимо, гак как мазут и грязь
Рис. 136. Размеры и глубина залы алия поперечных трещин усталости, выявля-
емых МРД-66:
« — выявление «пятна»; « — «пятна». которые могуч быть нс обнаружены
162
смешаны с металлической пылью от тормозных колодок, которая, на-
магничиваясь, создает дополнительные поля, мешающие нормальной
работе искателя.
На очищенную часть боковой грани рельса устанавливают боковой
искатель. Обычные искатели выключают и в освободившуюся трех-
штырьковую розетку включают вилку бокового искателя. Дефектоскоп
переводят в режим «Постоянный ток». Чувствительность его должна
быть предельно высокой, т. е. такой, при которой еще отсутствуют его
показания на «здоровой» части поверхности боковой грани. Перемещая
прибор вперед и назад, наблюдают за показанием миллиамперметра.
Если в отмеченном ранее месте есть усталостная поперечная трещина,
то в момент прохода бокового искателя по этому месту стрелка милли-
амперметра отклонится. Возможны случаи, когда из-за отсутствия балан-
сировочных устройств боковой искатель будет срабатывать над усталост-
ной трещиной только при движении дефектоскопа в одном каком-либо
направлении. Такая односторонняя работа искателя считается достоверной.
При работе с боковым искателем так же, как с обычным, в момент
трогания дефектоскопа стрелка миллиамперметра отклоняется и затем
возвращается в нулевое положение. Поэтому нельзя выполнять вторичный
контроль в процессе возврагно-поступателыюго движения дефектоскопа
непосредственно па отмеченном месте: боковой искатель следует передви-
гать над отмеченным местом только после того, как стрелка милли-
амперметра возвратится в пулевое положение. Если на боковой грани
искатель никаких показаний не дает, го его закрепляют под головкой
рельса (зажимным и шарнирным устройством) и в такой же последо-
вательности повторно контролирую г отмеченное место.
Отсутствие показаний искателя со стороны боковой и подголовочпой
частей отмеченного дефектоскопом участка указывает на то, что в этом
месте пет опасной усталостной трещины. Показания прибора были вызва-
ны структурной неоднородностью или повреждениями металла на поверх-
ности катания рельса.
Каждая поперечная усталостная трещина может вырасти до крити-
ческой (рис. 136).
6*
ГЛАВА VII.
МАГНИТНЫМ ВАГОН-
ДЕФЕКТОСКОП
24.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ
Магнитный вагон-дефектоскоп относится к числу средств скоростной
дефектоскопии рельсов в пути. Максимальная рабочая скорость его при
существующей конструкции и параметрах дефектоскоп ной аппаратуры —
70 км/ч. Дефектоскоп выявляет внутренние поперечные трещины, поражаю-
щие свыше 30 — 35% площади сечения головки и залегающие па глу-
бине до 5--6 мм от поверхности катания, а также продольные гори-
зонтальные и вертикальные трещины, как выходящие на поверхность,
так и внутренние, расположенные па глубине до 4 — 5 мм. Не выяв-
ляю гея дефекты в болтовых стыках в пределах накладок, в шейке и
подошве рельсов и в сварных стыках, за исключением сильно развитых
поперечных трещин усталостного характера.
Принцип действия вагона-дефектоскопа основан па магии тодипами-
чсском методе контроля (рис. 137). Он состоит в том, что при намагни-
чивании’ рельсов в движении постоянным магнитным полем в них воз-
никают вихревые токи и дефекты выявляются при одновременном дей-
ствии двух физических факторов: изменении паматпичсшюсги (магнитного
потока) в зоне дефекта и плотности вихревых токов, обтекающих тре-
щину. На поверхности рельса в зоне дефекта возникает местное изме-
нение магнитного поля, которое называется м а г и и г о д и н а м и че-
ски м полем дефекта.
Магпитодипамичсское поле дефектов может быть представлено в виде
геометрической (векторной) суммы двух составляющих: магии госта гиче-
ской Нт (образуется за счет изменения Mai ниткою потока) и иихре го-
Рис. 137. Блок-схема п:п опа-дс-
фектоскона
164
ковой Н№ (возникает в результате изменения магнитного поля вихревых
токов): 7/ =Т/ +Т5
пП ,1дм т "ди-
При низких скоростях движения, когда интенсивность наводимых
в рельсе вихревых токов невелика, определяющую роль в формировании
динамического поля дефектов играет фактор намагниченности. Величина
поля дефекта определяется интенсивностью намагничивания рельсов или
значением индукции в них. Форма поля близка к магнитостатическому
(в отсутствии движения).
Увеличение скорости движения приводит к росту интенсивности наво-
димых в рельсах вихревых токов, возрастает их роль в формировании
динамических полей дефектов, что влияет на их величину и форму. При
скоростях 15 — 20 км/ч и выше дефекты в виде поперечных контактно-
усталостных трещин в головке начинают оказывать весьма заметное
влияние на общий характер распределения вихревых токов в головке.
Поэтому форма магнитодинамического поля этих дефектов существенно
изменяется по сравнению с магнитостатическим и приобретает некото-
рые характерные особенности. Выявляются дефекты в виде продольных
трещин, которые при низких скоростях не обнаруживались.
Элементы рельсовых скреплений, сварные стыки и некоторые виды
поверхностных повреждений головки (выбоксовины, раковины и др.) не
оказывают заметного влияния на общий характер распределения вихревых
токов в головке. В связи е этим форма их магнитодипамических полей
практически не зависит от скорости движения. Благодаря отмеченному
влиянию скорости движения на форму магнитодинамических полей де-
фектов и поверхностных повреждений можно оценить показания вагона-
дефектоскопа но форме сигналов, возникающих в его искательных
устройствах.
Вагон-дефектоскоп оснащен искательным устройством индукционного
типа в виде одиночной катушки, реагирующей па изменение продольной
составляющей магнитною поля над рельсом. При движении в искателе
наводится э. д. с. в виде отдельных импульсов (сигналов), которые имеют
различные значение, длительность и форму. После предварительного уси-
ления (или без усиления) эти импульсы э. д. с. pci истрируются осцилло-
графическими малоиперциоппыми гальванометрами (вибраторами). Они
позволяю г во всем рабочем интервале скоростей дефектоскопа (20 — 70 км/ч)
воспроизвести форму сигналов без заметных искажений. Осциллограммы
расшифровывают при визуальном просмотре: отсекают chi налы, вызван-
ные рельсовыми повреждениями; разделяю! их по некоторым характер-
ным признакам формы на сигналы о г дефектов и от поверхностных
повреждений; определяю! путевые координаты дефектов.
Оборудование и аппаратура вагона-дефектоскопа размещены в специ-
ально подготовленном цельнометаллическом вагоне. В кузове вагона
находя гея аппаратное отделение и бытовые помещения, установлены
устройства электропитания. Под вагоном между его ходовыми тележками
размещена индукторная тележка, состоящая из сварной рамы и колесных
пар, между которыми подвешены к раме электрома! питы.
Для нормальной работы необходимо, чтобы при движении дефекто-
скопа зазор между полюсами электромагнитов и поверхностью катания
рельсов был постоянным, поэтому рама индукторной гележки с электро-
165
Рис. 138. Распределение
магнитного потока
электромагнита
магнитами опирается на две средние безребордные колесные пары без
подрессоривания.
Рельсы намагничиваются П-образными электромагнитами постоянного
тока — по одному на каждую рельсовую нить пути. Электромагниты
подвешены на раме таким образом, что можно регулировать зазор
между полюсами электромагнита и рельсом. Зазор равен 8—10 мм,
измеряется немагнитными пластинками при включенных электромагнитах
(рабочий ток 16—18 А). База электромагнита дефектоскопов в цельно-
металлических вагонах равна 1100 мм, обмотки намагничивающих кату-
шек выполнены проводом ПСДК-3,53; число витков 1250.
Постоянный электрический ток, проходя по обмоткам, создает в сер-
дечниках постоянный магнитный поток
Ф„ =
где — ток в электромагните;
w — число витков в катушке;
Лм — магнитное сопротивление цепи (сердечников, воздушных зазоров, меж-
полюсною участка рельса).
Величина I„w называется намагничивающей силой (н.с.) об-
моток электромагнита. Часть потока Ф„ замыкается по межнолюспому
участку рельса и создает рабочий ноток Фр, другая, замыкаясь по
воздуху, образует потоки рассеяния Ф„ и по заполюсным участкам
рельса, колесам и раме индукторной тележки — з а п о л ю с н ы е потоки
Ф, (рис. 138). При малых значениях намагничивающего тока большая
часть магнитного потока полюсов Ф„ замыкается по межнолюспому
участку рельса; потоки рассеяния и загголюсные — малы. По мере уве-
личения тока в обмотках доля рабочего магнитного ггогока падает (хотя
по абсолютному значению Фр увеличивается), доля же потоков Фв и Ф3
растет и при рабочих токах в электромагните 17—18 А достигает 40—45%
общего потока полюсов Ф„. Увеличение намагничивающего тока свыше
20 — 22 А практически не влияет на Фр, растут только потоки рассеяния
и загголюсные.
25.	ИСКАТЕЛИ
Искательное устройство вагона-дефектоскопа (рис. 139) состоит из индук-
ционной катушки и лыжи, при помощи которой катушка ставится на
поверхность катания головки и перемещается вдоль рельса. Индукцион-
ная катушка вставляется в корпус 4, укрепленный в лыже 3. Одним
концом лыжа крепится на оси 2, закрепленной в параллельных связях /.
166
1
2
Рис. 139. Лыжа с искательной катушкой
Каркас катушки выполнен из немагнитных материалов (текстолита,
плексигласа и т. и.). Существуют два типа искательных катушек, которые
отличаются только обмотками (рис. 140). При работе по безусилительной
схеме регистрации сигналов вибраторами MOB-2-VIII или Н 135-0,6 об-
мотка катушек выполняется проводами ПЭЛ, ПЭВ или ПЭЛШО диамет-
ром 0,12 — 0,14 мм; число витков 150—170. При использовании менее
чувствительных вибраторов МОВ-2-У, И 135-0,9 или Н 135-1,5 применяют
более толстый провод (ПЭЛ-0,2—0,25) и катушка имеет меньше витков
(наматывается до полною заполнения паза). Если работают с усилителем,
го у катушки должно быть 500 — 600 витков (провод ПЭЛ-0,1 и тоньше).
Обмотку катушек и корпус пропитывают изоляционной массой, напри-
мер церезином, и просушиваю г. Концы обмогки выводят на клеммы,
укрепленные па корпусе, к которым припаивают провода, соединяющие
искатель с регистрирующими устройствами.
Лыжа изготавливается из немагнитных материалов, например немагнит-
ной стали. Часть лыжи, скользящая по рельсу (дно лыжи), имеет толщину
0,8—1 мм и длину нс более 40 — 50 мм. Применять лыжи с большей
толщиной дна и длиной контактирующей с рельсом части нецелесооб-
разно, гак как из-за их неровностей может увеличиваться зазор между
искательной катушкой и поверхностью катания головки, что снизит
чу ветви гельноегь дефектоскопа к дефектам. Конструкция лыжи (см.
рис. 139) не допускает поперечных смещений искателя относительно
связей /, он может свободно вращаться па оси 2. К рельсу лыжу при-
жимает пружина усилием не более 2 — 3 II (иначе быстро изнашиваются
лыжи), по вместе с гем прижатие должно быть достаточным для того,
Рис. 140. Искательная катушка
167
чтобы быстро возвратить лыжу в исходное положение в случае ударов
при движении по стыкам, попадания посторонних предметов и т. д.
Лыжу устанавливают в мсжполюспом пространстве электромагнита в зоне
его второго по направлению движения полюса: чем ближе к полюсу
расположен искатель, тем выше его чувствительность к дефектам второй
группы.
Размеры искательной катушки — один из наиболее важных параметров
искателя. Это объясняется тем, что поля дефектов носят локальный
характер с большим градиентом по длине, высоте и ширине, в то время
как поля подкладок, сигналы от которых составляют постоянный фон
па осциллограммах — «размыты»,—с малым градиентом по длине и
высоте.	!
На искательную катушку'в процессе движения действует усредненный
по ее сечению магнитный ноток, изменением которого во времени
определяется значение наводимой в ней э. д. с. Поэтому чем больше
сечение катушки (ее длина и высота), тем сильнее усредняется связанный
с ней магнитный поток над дефектами по сравнению с потоком над
подкладками и, следовательно, тем будет меньше значение сигналов от
дефектов по от ношению к сигналам от подкладок. В катушках не-
большой высоты и длины относительное значение сигналов от дефектов
(отношение «сигнал — фон») будет больше, что существенно облегчает
расшифровку осциллограмм. Однако применение искательных катушек
небольших размеров (локальных) затруднено тем, что при движении по
пути индукторная тележка, а вместе с пей намагничивающая система
и искатели испытывают поперечные перемещения. Поэтому чувствитель-
ность локального искателя к внутренним дефектам, поля которых
сосредоточены над трещиной и быстро убывают по мере удаления от
нее, в моменты поперечных смещений лыжи будет резко снижаться.
26.	РЕГИСТРИРУЮЩАЯ
АППАРАТУРА
Осциллографы. Для визуальною наблюдения и записи иа кинопленку показаний
ваюна-дефекюскопа применяют! два осциллографа MIIO2 или Н102. Они
смошированы на нулыс управления и работают поочередно. Кинопленка в
осцилло! рафах е тлсктрическим право юм движется со скоростью 50 или 100 мм/е,
ее устанавливают переключателем коробки скоростей. В процесс» работы ско-
рость можно pci улироват ь, изменяя частоту и напряжение переменною гока,
поступающею о г преобразователя. В осцилло! рафах с механическим приводом
ог оси вагона кинопленка движется со скоростью, пропорциональной скороши
движения вагона. Лентопротяжный механизм осциллографа приводится во враще-
ние от карданною вала и редуктора.
В вагонах-дефектоскопах применяют две схемы рст истрации еш налов: без-
усилигельную — копны искательной катушки подаю! на высокочувшвп тельные
вибраторы; с предварительным усилением сигналов. Можно использован, вибра-
торы любого типа, предназначенные для комплектов осцилло!рафов МПО2 и
Н102. Более распространена бсзусили тельная схема — проще и надежнее в работе.
Рассмотрим оптическую схему осцилло! рафа (рис. 141). Свет ог лампы 5
проходит через конденсатор 4 и нулевую диафрагму 3, которая разбивает свет
на восемь узких пучков. Каждый пучок света через одно из поворотных зеркал
попадает на зеркало вибратора 2. Отражаясь от него, луч проходит через систему
168
Рис. 141. Оптическая схема Рис. 142. Электрическая схема осцилло-
осциллографа	графа Н102
линз и понадает одновременно па движущуюся через осциллограф кинопленку /
и вращающийся зеркальный барабан 7, а от nci о на экран 6 для визуально! о
наблюдения. (Изображение на экране для лучшего наблюдения увеличено по
сравнению с изображением на кинопленке в четыре раза.) Реостатом (рис. 142)
напряжение на осветительной лампе Л1 (СГ-2, мощность 7,5 Вг) устанавли-
вается 6 — 6,5 В. Электромагнитная муфта МЭ с последовательно включенной
лампой Л2 (тип СМ-12) включена через селеновый выпрямитель ВС2. Вклю-
чается и выключается лентопротяжный механизм кнопкой К, при этом загора-
ется лампа Л2.
В Bai one-дефектоскопе в процессе мотажа осциллографы подвергают неко-
торым переделкам: удаляют автоматический выключатель электромагнитной
муфты сцепления (закорачиваются контакты КД); заводские кассеты небольшой
емкости (5—10 м кинопленки) заменяют кассетами емкостью до 300 м кино-
пленки. Этого запаса пленки достаточно для 50 — 60 км непрерывной работы
одного осцилло! рафа. Осциллографы с электрическим приводом леп1опро1яж|Ю1о
механизма питаются переменным гоком от преобразователя; с механическим
приводом о г оси нагона.
Настройка оптики осцилло! рафа — правильно устанавливаю г лампы накалива-
ния в осветителе. Контролируют правильность их установки видоискателем.
Лампа должна быть установлена так, чтобы в точке пересечения линий на ма-
товом стекле видоискателя получилось резкое изображение нити накала. В про-
цессе работы оптические детали осциллографа прочищаю! оз ныли мягкой
кисточкой, предвари гсльпо смоченной в чистом спирте. Особенно осторожно
следует прочищать зеркала, чтобы нс повредигь слой алюминирования.
Осциллографические гальванометры. Оеяолучевые осциллографы МПО2 и
Н102 имеют осциллографические гальванометры (вибраторы) ма! нитоэлсктри-
ческой системы МОВ2 и Н135. Петлевой iальваномегр (рис. 143) состоит из
постоянного магнита 1 в форме полуцилиндра, между полюсами которого
натянута на призмах 2 проволочная петля 3 с зеркалом 4. Ток ог источника,
проходя но петле, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.
Создастся вращающий момент, поворачивающий зеркало па некоторый угол,
пропорциональный значению тока. На зеркало падает луч света от источника,
расположенного в осциллографе. Отраженный луч направляется на кинопленку
и перемещается по пей при повороте зеркала. На неподвижной пленке луч света
записывает изменение тока прямой вертикальной линией, на движущейся — кривой
в прямоугольной системе координат, где абсцисса соответствует времени, а ор-
дината — изменению тока. Противодействующий момент создастся за счет меха-
нического сопротивления петли, натянутой в держателях.
Вибратор состоит из пластмассового корпуса с крышкой, которая соеди-
няется с ним через уплотняющую прокладку. В корпусе есть окно с линзой.
169
Рис. 143. Магнитно-
электрический виб-
ратор
Гальванометр подключается к схеме контактными
штырями. В вибраторах Н135 установлены капилляр-
ные стаканы-успокоители, заполненные кремпнйор! а-
нической жидкостью; через них проходит петля.
У петлевых вибраторов МОВ2 подвижная часть
полностью погружена в успокаивающую жидкость
(стаканов-успокоителей нет).
Основные параметры, знание которых необходимо
для правильной тксплуатации вибраторов: собственная
частота — частота собственных (резонансных) колеба-
ний; рабочая полоса частот — интервал частот, в ко-
тором чувствительность к току отличается от чувст-
вительности на нулевой частоте в пределах заданного
допуска; чувствительность к току — отклонение луча на
кинопленке или на экране (в метрах или миллиметрах)
на единицу тока (на один ампер или миллиампер);
внутреннее сопротивление и наибольший рабочий ток.
Качество воспроизведения pel псгрирусмых про-
цессов определяется в основном двумя видами иска-
жений при осцилло! рафироваини: амплитудно-частот-
ными и переходными. Амплитудно-часто тные искажения — что неодинаковая реак-
ция вибратора на входные сш налы рашой частоты; переходные — переброс и дру-
гие паразитные явления в системе при регистрации переходных процессов. Без ис-
кажения воспроизводятся синусоидальные колебания в рабочей полосе частоi, мак-
симальное значение которых несколько меньше собственной частоты вибраюра.
При риистрации импульсных сш палов необходимо, чтобы собственная часто ia
вибраюра во много раз превышала основную частоту процесса. Например, для
треугольных импульсов нужно 3 — 5-крагное превышение. Чем выше степень
успокоеййя вибратора, тем с меньшими искажениями он будет воспроизводи|ь
импульсные сшналы, особенно с крутыми фронтами, и гем сильнее будет
подавлять высокочастотные составляющие.
Электродвижущие силы, наводимые в искателях на го на-дефектоскопа,—это
сложные пссинусоидальпые колебания, в составе которых содержатся импульсные
сшналы разнообразной формы, длительность и крутизна фронтов которых зависят
от скороеI и движения. В процессе осцилло! рафировапия этих ». д. с. неизбежны
амплитудно-частотные и переходные искажения. Искажения можно свести к ми-
нимуму во всем ни сервале рабочих скорост ей дсфскюскона надлежащим выбором
типа вибратора.
Т а б л и ц а 14
Технические характеристики вибраторов
Серия	Тип	Собе ।венная частота в жидкости, Гц	Рабочая полоса час го г. Гн	Чу ВС Г ВИ 1СЛЫ1ОС1 ь, мм/мА		Conpoi ив- пенне. Ом	Максима  ib- пая допус"! ii- мая амнлшу- да гока, мА
				Пленка	Экран		
МОВ2	VIII	400	0-250	13	52	9	2
	V	750	0-450	3	12	5	10
	IV	1000	0 600	1	4	5	25
	I	2400	0 14000	0,25	1	1	100
Н135	0,6	950	0-600	13	52	9	2
	0,9	1400	0-900	5	20	9	5
	1,5	2400	0-1 500	1,5	6	9	10
	2	3200	0-2000	0,5	2	4	50
	3	4800	0 3000	0,25	1	4	100
170
Вибраторы MOB 2, обладающие высокой сте-
пенью успокоения и почти линейной амплитудно-
частотной характеристикой в частотном диапазоне
0 — 50";, собственной частоты при жидкостном успо-
коении, наиболее целесообразно применять в ва-
гонах-дефектоскопах. Вибраторы Н135 обладают
мсныней степенью успокоения и большей нели-
нейностью амплитудно-частотной характеристики,
поэтому могут быть большие амплитудно-частот-
ные и переходные искажения (табл. 14).
ГОСТ 11013 — 64 допускает отклонения от этих
значений, %: по частоте и чувствительности на
±20, сопротивлению — па ±30, на нелинейность
амплитудно-частотной характеристики в рабочей
полосе частот — ± 10, несимметрию — нс более ±5.
Рис. 144. Зависимое гь
длшслыюсти т сигналов
дефектов 21 от скорости
[вижепия 1’
Одно из основных требований к регистраторам при осциллографическом
способе регистрации показаний вагона-дефектоскопа — воспроизведение сигналов,
возникающих в искателях, с минимальными искажениями во всем интервале
рабочих скоростей дефектоскопа. Эго позволяет сохранить те отличительные
признаки формы, по которым разделяются сигналы от дефектов и неопасных
поверхностных повреждений при расшифровке осциллограмм. Импульсные сиг-
налы от дефектов имеют сложную форму и малую длительность, зависящую
от скорости движения (рис. 144).'Длительност ь сигналов дефектов 21 в рабочем
интервале скоростей вагона изменяется примерно от 3 — 3,5 до 1,6—1,7 мс.
Амплитудные искажения, которые вносят вибраторы с различной рабочей
полосой частот при регистрации таких сигналов, можно оценить но кривым
(рис. 145). Вибраторы МОВ 2 типов I, IV и V при скоростях до 80 км/ч не
вносят амплитудных искажений, в то время как вибратор MOB 2-VIII может ре-
гистрировать сигналы без заметных искажений лишь до скорости 35 — 40 км/ч.
Этот вибратор при более высоких скоростях начинает «заваливать» амплитуду
сигналов от дефектов, в го время как сш налы от подкла юк (кривая /) с боль-
шей в несколько раз длительностью регистрируются им без искажений. Следо-
вательно. при скоростях контроля свыше 65 — 70 км/ч регистраторы с узкой
рабочей полосой частот (менее 0 — 500 Гц) нецелесообразны: уменьшается отно-
сительная амплитуда сигналов от опасных дефектов, снижается реальная чувстви-
тельность ваг она-дсфекгоскопа.
Наиболее приемлемы вибраторы МОВ 2 I, IV и V типов. Из числа виора-
горов типа VIII можно использовать только гс, у которых рабочая полоса
частот находится в интервале 0 — 350 — 400 Гн. Вибраторы Н135 всех типов по
частотно-амплитудным характеристикам пригодны для вагонов-дефектоскопов.
Однако отдельные экземпляры их в области собственной частоты колебаний
допускают очень сильные амплитудные и переходные искажения формы регистри-
руемых сигналов от опасных дефектов.
При регистрации сингалов с предварительным усилением необходимо, чтобы
полоса частот, пропускаемых усилителем, находилась в интервале не менее чем
0 — 500 — 600 Гц. Типовые усилители имеют рабочую полосу частот до 800 — 900 Гц.
Амилигудно-часгогные характеристики их существенно завися! or иигающего
напряжения, поэтому отклонение напряжения источников питания от номинальных
значений не должно превышать ±ЗЛ^.
Электрографический регистратор. Существуют способы регистрации показаний,
которые позволяют повысить оперативность и производительность контроля
рельсов вагоном-дефектоскопом. Осциллографический способ записи сигналов на
кинопленку — наиболее совершенный, дает возможность получать хорошее ка-
чество осциллограмм, но обработка кинопленки и расшифровка осцилло-
171
Рис. 145. Зависимость амплитуды стан-
дар того сигнала, воспроизводимого
вибраторами различных т инов, от ско-
рости движения
Рис. 146. Схема электрографического
дефектографа ДГЭ:
I — гальванометр: 2 — электризатор заряд-
ки; 3 — очиститель; 4 — осветитель; 5 - бу-
мажная лепта; 6 — электризатор переноса;
7 — система закрепления; 8 — столик; 9 —
устройство проявления; 10 — цилиндр элект-
рофотографический; 11 — ртутная лампа;
12 — конденсаторная линза
грамм — трудоемкие операции; на них
затрачивается более 70 рабочего вре-
мени обслуживающего персонала. За-
писывают, обрабатывают кинопленку
и расшифровывают осциллограммы
последовательно, поэтому данные о
результатах контроля рельсов выдают-
ся линейным работникам в лучшем
случае через несколько часов после
проезда по участку. Осциллографиро-
вание па бумажную ленту позволяет
избавиться от операции по обработке
кинопленки, а расшифровку осцилло-
грамм вести параллельно с записью
с некоторым, очень небольшим отста-
ванием во времени. Разрыв во вре-
мени между проездом по участку и
выдачей результатов контроля резко
сокращается, опера гивность и произво-
дительность контроля увеличиваются.
Для получения более качественных
осциллограмм па бума1е разрабо-
тан электрографический рет истра гор
(рис. 146). Он имеет два бумаготрапс-
портирующих т ракта с запасом бумаги
ио 75 м в каждом. Ширина бумаж-
ной лепты 90 мм, скорость движения
100 200 мм/с. В шести идентичных
каналах записи используются осцилло-
графические гальванометры МОО-1,2
с рабочей полосой частот 0 400 Гц
(могут быть и другие вставки этою
типа с более широкой полосой частот).
Источник ультрафиолетового излуче-
ния — ртутная лампа ДРЩ ТОО-2.
Потребляемая мощность по перемен-
ному току — 700 Вт. по постоянному —
300 Вт. Электрографическим способом
осциллограммы получают следующим
образом. Заряжают фоточувствитсль-
11ЫЙ полупроводниковый (селеновый)
слой, нанесенный на цилиндр К). Под
действием высокого постоянного на-
пряжения (600- 1200 В), создаваемого
элекгризатором 2, селеновый слой по-
лучает положи тельный заряд. Элект-
рические сигналы усиливаются и
зеркальным гальванометром I пре-
образуются в отклонения свстовото
луча, который проецируется па поверх-
ность вращающеюся цилиндра 10;
разряжается фоточувствитсльиый слой,
и на цилиндре образуется скрытое
электростатическое изображение раз-
вертки светового луча. Участок слоя
172
Рие. 147. Пульт управления (без усили-
тельного блока)
со скрытым изображением при дальней-
шем вращении цилиндра попадает в зону
проявления 9, где и результате взаимодей-
ствия заряженных частиц проявляющего
порошка с электростатическим рельефом
скрытого изображения последнее визуа-
лизируется в виде порошкового изобра-
жения. Проявитель состоит из смеси
оксидированных железных частиц и окра-
шенного в черный цвет проявляющего
порошка. По мере дальнейше! о вра-
щения поверхность цилиндра с порош-
ковым изображением контактирует с
движущейся бумажной лентой 5. Под
действием электрического поля, созда-
ваемою >лсктриза гором переноса 6, по-
рошковое изображение с поверхности ци-
линдра переносится на бумажную ленту.
Она проходит через систему закрепле-
ния 7, । де порошковое изображение вдавливается в бумагу вращающимися
валиками. Полупроводниковый слой цилиндра разряжается осветителем 4. Остав-
шийся после переноса на бумагу порошок удаляется с поверхности ци-
линдра меховой щеткой очисти геля 3. Очищенный слой поступает для повтор-
ной записи. В среднем па одном селеновом слое можно получить до 3 гыс. сним-
ков. У оптической схемы ДГЭ два тракта: основной — записи; вспомогательный—
визуальный контроль по экрану.
Для зарядки, экспонирования и проявления необходимо сохранять селеновый
слой в темноте; остальные процессы не требуют предохранения этого слоя от
света, однако длительное и сильное освещение ухудшает параметры цилиндра
и он быстрее выходит из строя.
В нормальном режиме работы ДГЭ можно получать осциллограммы с ампли-
тудой сигналов oi подкладок около 5 мм и максимальной амплитудой выброса
(сш налов от дефектов) около +20 мм. При работе с ДГЭ пользуются
существующей методикой оценки показаний дефектоскопа.
Пулы управления. Рассмотрим пулы управления с двумя вмонтированными
ОСШТЛЛО1 рафами 11 и 6, в которые вставлены кассеты /, 2, 4, 5 (рис. 147). Между
осциллографами расположен >лекгродвш а гель 3 для сматывания пленки в при-
емные кассеты 4. Откидной столик 9 с двумя окнами 7 служит для расшифровки
осциллограмм, которые просматривают над ними окнами через луну 8. В окна
вставлены матовые или молочные стекла. При расшифровке окна подсвечивают'
снизу электролампочками.
Диаметр лупы 8 10—15 мм, фокусное расстояние 20 25 см. Дуиы укреп-
ляют па штативе 10 на таком расстоянии от кинопленки, чтобы обеспечить
наилучтную видимость сигнала. Для работы по расшифровке осциллограмм
необходимо хорошее освещение их через смотровые окна, достаточное увеличение
записей, удобное положение операторов за столом; не должно быть мешающих
источников света и друт их отвлекающих факторов. Положение километровых
знаков и помер километра наносятся на кинопленку отметчиком километров. Он
состоит из вибратора лтобого типа, источника питания (сухой элемент), ограни-
чительного сопротивления и тела рафного ключа. Вибратор километроотмстчика
устанавливается так, чтобы его световой луч при замкнутом ключе находился
на верхней кромке кинопленки (экрана), а при размыкании ключа отклонялся
вверх и исчезал с экрана. Наблюдатель у смотрового окна вагона следит за
километровыми знаками и в момент, когда смотровое окно поравняется с кило-
173
метровым знаком, кратковременно замыкает ключ. Затем азбукой Морзе (или
другим сокращенным кодом) записываег номер километра.
Проявочные машины. Фотообработку кинопленки выполняют па проявочных
машинах типа 60 II I или 60 П-4. Для проявления кинопленки, на которой
наряду с сигналами малой амплитуды и большой длительности от подкладок
записываются кратковременные, нередко большой амплитуды сигналы от дефектов,
следует применять быстро тейсгвутощий контрастный проявитель. Перед заливкой
его подогревают до 24 — 25 С. Фиксажем служит раствор гипосульфита. В процессе
обработки кинопленки целесообразно через каждые 250 — 300 м добавлять свежий
раствор проявителя и фиксажа. Раствор наливают через загрузочные воронки при
полном освещении. Из баков, установленных в проявочном отделении вагона, для
промывки кинопленки непрерывно поступает 15 — 20 л/ч воды. Расход химикатов
на полное истощение растворов (без добавок) сравнительно невелик. В одном
растворе проявителя можно обработать до 1800 м пленки; раствор фиксажа
заменяют после обработки 1300 м кинопленки В качестве пленки используют
кинонегатив с чувствительностью 45-90 единиц. При работе с пленкой должны
быть соблюдены все правила техники безопасности. Запас кинопленки необходимо
хранить в специальных металлических коробках или фильмостатах.
27.	РАБОТА ВАГОНА-
ДЕФЕКТОСКОПА НА ЛИНИИ
Подготовка вагона-дефектоскопа к проверке рельсов включает в себя
тщательный осмотр специального оборудования дефектоскопа (индуктор-
ной тележки, электромагнитов, источников питания и т. д.) и настройку
аппаратуры. Необходимо, чтобы электромагниты были правильно закреп-
лены относительно рельсов и между полюсами и головкой был одина-
ковый зазор. Его измеряют при включенном токе с полностью выведен-
ными реостатами; он должен быть равен 8—10 мм.
Свободный поворот лыжи на высоту до 40 — 55 мм и плотное при-
жатие ее к головке всей плоскостью дна обеспечивает крепление искате-
лей. Лыжа должна быть сдвинута внутрь колеи на 15 — 20 мм или
относительно боковой грани головки с тем, чтобы в кривых участках
пути искатель не сходил с рабочей грани головки, в которой по упорной
нити кривой чаще всего развиваются контактно усталостные дефекты.
Концы искательных катушек подключаются к клеммам измерительной
цепи, после чего проверяется их сопротивление. При безуеилительпой
схеме регистрации сопротивление измеряют па клеммах осциллографов
только при выключенных вибраторах. Правильность подключения иска-
телей к осциллографам проверяют по отклонению луча па экране
осциллографа при включении и выключении тока в электромагнитах:
концы искателя подключены правильно, если при включении гока луч
отклоняется вверх, при выключении — вниз.
Настройка осциллографов заключается в установке вибраторов в гнезде
и выводе лучей в нужные места по экрану. Луч ог вибратора, который
осциллографируег э. д. с. искателя с правой нити пути, выводится в верх-
нюю часть экрана примерно на 1/4 его высоты, а луч от вибратора
с левой нити пути — в нижнюю несколько ниже его середины. Луч от
километроотметчика при нажатом ключе устанавливается выше луча от
вибратора правой нити пути и при размыкании ключа должен уходить
вверх за экран.
174
В процессе настройки и работы напряжение на осветительной лампочке
равно 6—6,5 В. Раскрытие диафрагмы зависит от чувствительности
кинопленки, напряжения накала лампочки и т. д. Обычно диафрагма
открыта на 1/2 —3/4 своей величины. В дальнейшем аппаратура настраи-
вается при движении вагона с включенными электромагнитами: устанав-
ливается нужная амплитуда записи сигналов от подкладок. Если схема
регистрации с усилителем, то регулируют ручками усиления, при без-
усилительной схеме — подстроечными переменными резисторами, которые
включаются в измерительную цепь последовательно или параллельно
вибраторам.
Подстроечные резисторы сопротивлением 30 — 50 Ом (лучше всего
применять проволочные типа ПП) позволяют поддерживать одинаковую
амплитуду записи независимо от скорости движения и типа контро-
лируемых рельсов, а также устранять разницу в амплитуде записей на
правой и левой нитях, которая может быть вызвана использованием
вибраторов с различной чувствительностью.
Оптимальной величиной сигналов от подкладок считается такая, при
которой наблюдаемая но экрану осциллографа сумма положительной
(вверх от условной пулевой линии) и отрицательной (вниз) амплитуд
составляет 8—12 мм. При большей амплитуде сигналов от подкладок
затрудняется визуальный просмотр осциллограмм и отыскание на них
полезных сигналов, при меньших — рассмотрение форм cm налов и подсчет
подкладок при определении путевых координат выявленных дефектов.
Необходимо периодически следить по экрану осциллографа за регистра-
цией показаний вагона-дефектоскопа. Его искатели работают в сложных
условиях: при механическом воздействии (удары но стыкам, посторонними
предметами, на стрелочных переводах и т. д.) лыжа может быть дефор-
мирована и займет неправильное положение относительно рельса; на дно
ее налипнет слой мазута и искательная катушка начнет отдаляться от
головки рельса. Все эго приводит к существенному искажению формы
сигналов и снижает чувствительность дефектоскопа к дефектам. Наблю-
дения по экрану осциллографа за процессом регистрации позволяют
своевременно обнаружить нарушение нормального процесса контроля
рельсов и принять меры к устранению неисправностей. Например, при
удалении искателя ог рельса даже па высоту до 10— 15 мм амплитуда
сигналов о г подкладок изменяется столь незначительно, что по ней трудно
судить о нарушении процесса контроля. Однако по характеру записи
легко установить, что иска гель удален ог рельса. В этом случае на
осциллограммах исчезают небольшие сигналы, вызванные наличием в го-
ловке рельсов незначительных поверхностных повреждений металла, кри-
вые становятся «гладкими», с плавными переходами от сигнала к сигналу,
резко уменьшается амгглитуда сигналов от начала и конца стыковых
накладок. Механик обязан при остановках вагона-дефектоскогга па участке
выходить из вагона для внешнего осмотра индукторной тележки и
очистки искателей от мазута. На линиях с интенсивным движением не-
обходимо заранее предусматривать для этой цели остановки дефектоскопа
через каждые 50—60 км. Для обеспечения наилучших условий выявления
дефектов независимо от тигга контролируемых рельсов намагничивающий
ток в обмотках электромагнитов должен быть максимальным.
175
Вагоны-дефектоскопы работают с поездными локомотивами, в течение
дня они проверяют участки длиной 200 — 300 км. Обычно на конечном
пункте кинопленку проявляют и расшифровывают. Сведения о результа-
ты контроля поступают в дистанции пути через 5—10 ч после проезда
(сфектоскопа по участку. Целесообразно кинопленку проявлять на ходу
вагона; проявочную машину питать от локомотива. В этом случае
кассеты заправляют небольшим количеством кинопленки (100—150 м) с
гем, чтобы сократить интервал между записью и проявлением. Это позво-
ляет существенно повысить оперативность контроля рельсов, улучшить
условия труда и отдыха обслуживающего персонала вагона.
В процессе работы вагопа-дефсктоскона оператор фиксирует в рабо-
чем журнале все остановки на перегонах, возможные случаи неисправ-
ностей в работе аппаратуры и т. д. с гем, чтобы затем сообщить
в дистанции пути сведения об участках пути, которые остались непро-
веренными вагоном-дефектоскопом.
28.	ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ
РЕЖИМЫ РАБОТЫ АППАРАТУРЫ
При магнитодипамическом методе контроля рельсов выявляемость де-
фектов характеризуется их способностью вызывать местные изменения
магнитного потока и плотности вихревых токов в рельсе. Искательные
устройства реагируют не только па дефекты, по и па неопасные
поверхностные повреждения головки, сварные и механические стыки,
элементы рельсовых скреплений. Нередко сигналы в искателях вызваны
случайными причинами, например неисправные электрические контакты,
попадание под лыжу посторонних предметов и др. Записанные па кино-
пленку осциллограммы довольно сложные: периодически повторяющиеся
сигналы от подкладок составляют постоянный уровень фона, среди ко-
торого сигналы от рельсовых повреждений выделяются длительностью,
амплитудой и формой. Задача оператора,-расшифровывающею осцилло-
граммы,—отыскать и оцепить каждый из таких сигналов.
Возможность оценки показаний вагона-дефектоскопа ио характеру
регистрируемых сигналов основана на том, ч го при определенных усло-
виях контроля сигналы от дефектов могут приобретать особые признаки
формы, по которым их можно визуально отличать ог сигналов, вызван-
ных неопасными поверхностными повреждениями. Точность и достовер-
ность оценки во многом зависят от величины сигналов. Чем больше
относительная амплитуда сигналов, гем ярче в них проявляются признаки
различия по форме. С уменьшением величины сигналов эти различия
начинают сглаживаться, и при относительной амплитуде, близкой к еди-
нице (сигналы сравнимы с фоном), однозначно разделить сигналы дефек-
тов и неопасные поверхностные повреждения по признаку формы прак-
тически невозможно.
Величина и форма сигналов в искателе при заданных режимах
контроля зависят прежде всего от характера повреждений и дефек-
176
носителыгой индукции Во
в различных по глубине
слоях г оловки в зоне вто-
рого полюса электромаг-
нита о г скорости дви-
жения
гов, их размеров, ориентации и глубины
залегания от поверхности. Но в процессе
контроля рельсов вагоном-дефектоскопом ре-
жимы контроля не остаются неизменными.
В широких пределах может изменяться ско-
рость движения и в связи с этим не
только режим намагничивания рельсов из-за
изменения намагничивающего тока, но и ха-
рактер процесса намагничивания под влия-
нием вихревых токов в рельсах и явле-
ния гистерезиса. Все это не может не
сказаться на механизме формирования ди-
намических полей дефектов. Рассмотрим
более детально влияние основных факторов
на выявляемость дефектов, величину и
форму регистрируемых сигналов. К числу
этих факторов относятся: скорость движения,
намагниченность рельсов, местоположение иска-
геля в межполюсном пространстве электро-
магнита, частотно-амплитудные характеристики
регистраторов.
( корость движения. Влияние скорости движения на выявляемость де-
фектов обусловлено особенностями намагничивания рельсов движущимся
нолем П-образного электромагнита. Эти особенности заключаются глав-
ным образом в гом, что в движении только поверхностные слои головки
намагничиваются достаточно интенсивно и в одном направлении но всей
длине межполюспого участка рельса. Намагниченность внутренних слоев
не только меньше, ио может иметь обратное направление по отношению
к поверхностным слоям. Такой сложный характер процесса намагничи-
вания в движении объясняется действием вихревых гоков и гистерезисных
явлений.
Проанализируем изменение относительной индукции Во = В/Вс (Вс —
индукция в условиях статики; В — в различных но глубине слоях головки)
в зоне второго но направлению движения полюса электромагнита от
скорости движения (рис. 148). С увеличением скорости индукция в поверх-
ностном слое (кривая /) уменьшается незначительно. Следона гслыю, из-за
намагниченности условия выявления дефектов, залегающих в этом слое,
остаются практически неизменными при всех скоростях движения. В глу-
бинных слоях происходит более резкий спад индукции со скоростью
(кривые 2 и 3). Поэтому благоприятные условия для выявления внутрен-
них дефектов за счет намагниченности сохраняются здесь лишь при
сравнительно небольших скоростях движения.
Интенсивность наводимых в рельсах вихревых токов зависит от
скорости движения. Чем выше скорость, тем интенсивнее токи и тем
сильнее их влияние на распределение намагниченности по сечению головки.
Наибольшее значение они имеют на поверхности головки; в центральной
части плотность токов равна нулю, т. е. токовый скин-эффект проявляется
подобно магнитному и степень его проявления зависит от скорости
движения.
177
Рис. 149. Распределение
продольной сост авляю-
1цей плотности поверхно-
стных вихревых токов по
ширине юловки («) и по
длине (о) па межполюсттом
участке рельса
Контактно-усталостные дефекты в основном
выявляются благодаря продольным токам
(рис/ 149). Максимальная плотность продольных
токов — в зонах обоих полюсов электромагнита
на боковых гранях головки, где они текут в
противоположных направлениях. Такое неодно-
родное распределение токов по глубине, ширине
и длине головки рельса создает неодинаковые
условия для выявления различных видов дефек-
тов. Поверхностные повреждения и дефекты с
выходом под действием вихревых токов будут
выявляться лучше, чем внутренние, особенно
расположенные в центре головки. В зонах по-
люсов электромагнита условия выявления рель-
совых повреждений посредством вихревых то-
ков более благоприятные, чем в средней части
мсжполюспого участка рельса, так как интенсив-
ность гоков в зонах полюсов значительно выше.
Таким образом, увеличение скорости движения
способствует улучшению условий обнаружения
дефектов: в движении они выявляются не толь-
ко благодаря намагниченности, по и посредст-
вом выхревых токов.
Участие вихревых токов в выявлении кон-
тактно-усталостных дефектов можно проследить
по осциллограммам (рис. 150). С увеличением
скорости поле дефекта 21 из однополярного
импульса в статике постепенно превращается в знакопеременный импульс.
Одновременно с изменением формы растет протяженность поля дефекта
по длине рельса с 1,5 — 2 см в статике до 4 — 6 см при скорости
40 — 50 км/ч. Такое изменение формы динамического поля дефектов 21
объясняется тем, что в движении поле дефекта, обусловленное намагни-
ченностью, геометрически складывается с вихретоковым нолем, продоль-
ная составляющая которого имеет форму знакопеременною импульса.
В соответствии с изменением формы динамического поля изменяется
и форма сигналов в индукционном искателе (рис. 151). Из знакоперемен-
ных импульсов при низких скоростях движения (до 10—12 км/ч) они
Рис. 150. Осциллограммы импульсов э.д. с. феррозонда, характеризующие изме-
нения формы продольной составляющей динамического ноля дефекта со ско-
ростью. км/ч:
а — р — 0; б — v — 4; в — |~р~| = 12; > - v = 30; Л v = 50
178
Рис. 151. Зависимость формы сигналов в индукционной катушке от внутреннего
дефекта 21 при различных скоростях движения, км/ч:
о - 10; б - 15; в - 19; . - 24
постепенно превращаются в практически однополярные отрицательные
(направленные вниз от нулевой линии), т. е. форма их становится харак-
терной для дефектов такого тина, начиная со скорости 18 — 20 км/ч.
Увеличение скорости движения способствует улучшению выявляемое™
внутренних дефектов только до определенных значений, при которых
магнитный и токовый скин-эффекты проявляются еще недостаточно сильно
(внутренние слои головки, в которых расположены дефекты, сохраняют
сравнительно высокую намагниченность и плотность вихревых токов).
Скорости, при которых все еще сохраняются благоприятные условия для
выявления внутренних дефектов, зависят от параметрон дефектов (разме-
ров, ориентации и глубины залегания), режима намагничивания рельсов.
Наиболее благоприятные условия для выявления достаточно развитых
внутренних дефектов 21 в рельсах тяжелых типов при существующих
параметрах намагничивающей системы вагона-лефектоскона находятся
в интервале скоростей 20 — 50 км/ч.
Условия выявления таких дефектов при скоростях ниже 20 км/ч бла-
годаря намагниченности лучше, чем в указанном интервале, и сигналы
от них имеют достаточно большое относигсльпос значение, однако
форма еще не обладает характерными отличительными признаками и они
во многих случаях не могут быть выделены среди множества других,
вызванных неопасными поверхностными повреждениями. Выявляемое™
внутренних дефектов при скоростях свыше 50 — 60 км/ч (в зависимости
от типа контролируемых рельсов) из-за сильного проявления скин-)ффекта
ухудшается и чувствительность вагона-дефектоскопа к внутренним дефек-
там падает. При более высоких скоростях могут выявля гься лишь сильно
развитые внутренние дефекты с небольшой глубиной залегания.
Кривые (рис. 152) отражают зависимость амплитуды от скорости в ре-
жиме намагничивания рельсов током 18 А. Характерная особенность
этих зависимостей — сигналы от большого внутреннего дефекта 21
(кривая /), выбоксовины (кривая 2) и подкладок (кривая 5) с ростом
скорости увеличиваются непрерывно, в то время как от малого внутрен-
него дефекта 21 (кривая 3) амплитуды растут лишь до скорости
179
Рис. 152. Зависимость амплитуды сиг-
налов в искателе от скорости движения
45 — 50 км/ч. Дальнейшее увели-
чение скорости приводит к умень-
шению амплитуды сигнала анало-
гично тому, как это происходило
для этого же дефекта при намагни-
чивающем токе 8 А (кривая 4).
В последнем случае максимальная
амплитуда образуется при скорости
около 30 км/ч.
Характер изменения амплитуды
сигналов от внутренних дефектов 21
при повышении скорости движения —
увеличение, достижение при некото-
рых значениях скорости максимума
и последующее уменьшение до уров-
ня фона или даже полное исчезно-
вение — общая закономерность для
дефектов такого вида при магни-
тодипамичсском методе их выявления. Закономерность изменения сигна-
лов от неопасных поверхностных повреждений, дефектов с выходом и
уровня фона (сигналов о г подкладок и др.) — непрерывный их рост с
увеличением скорости.
Интенсивность намагничивании рельсов. Индукция в рельсах зависи'1 от
напряженное!и намагничивающего поля, создаваемого электромагнитом.
Напряженность поля в рельсах при существующих параметрах и кон-
Рис. 153. Зависимость напряженности
поля (кривая /) и индукции (2) и головке
рельса Р50 о г значения тока в обмот-
ках злектромагнита
струкцип намагничивающем системы
вагона-дефектоскопа зависит от их
типа, значения тока в обмотках
электромагнита и зазоров между
полюсами и рельсом (рис. 153).
Напряженность поля на межнолюс-
пом участке рельса растет в зави-
симости от тока до 19 — 20 А, после
чего практически не изменяется пото-
му, что приращение магнитного по-
тока полюсов, достигаемое при уве-
личении тока в обмотках, расхо-
дуется в основном па занолюсные
потоки и потоки рассеяния по возду-
ху. Максимальная продольная состав-
ляющая напряженности поля в голов-
ке рельса Р50 па середине межполюс-
ного участка не превышает 90—
95 А/см, в Р65 — не более 75 — 80 А/см.
Напряженность поля можно несколь-
ко увеличить, уменьшая зазоры меж-
ду полюсами и рельсом, однако по
условиям безопасности они не долж-
ны быть менее 6 мм.
180
Рис. 154. Зависимость но-
ля дефектов 21 от индук-
ции (а) и плотности тока
(б) в головке при различ-
ной глубине z залегания
дефектов, мм:
1,4 -О; 2 — 4; 5; 3-8; 5 -6
Максимальная индукция в головке рельсов Р50 — 1,65 Тл; Р65 — 1,55 Тл.
Интенсивность намагничивания рельсов существенно влияет на величи-
ну поля дефектов, особенно внутренних. В условиях статического намаг-
ничивания поле дефектов находится в прямой зависимости от индукции
в рельсе. Поле дефектов с выходом имеет гаметное значение уже при
сравнительно невысокой индукции, в то время как при небольших зна-
чениях индукции поле внутренних дефектов отсутствует. Для получения
па поверхности рельса заметного значения поля от внутренних дефектов
головка рельса должна быть намагничена тем сильнее, чем меньше дефект
и чем на большей глубине от поверхности он залегает (рис. 154, а, б).
Для выявления таких дефектов при глубине 7 — 8 мм индукция в головке
должна быть не менее 0,8—0,9 Тл. Эго те минимальные значения индукции,
которые должны быть созданы в рельсах для надежного выявления
внутренних дефектов с площадью, равной 25 — 30% сечения головки.
Более крупные дефекты можно обнаружить и при меньших значениях
индукции, а слаборазвитые с большой глубиной залегания для выявления
требуют более интенсивного намагничивания. Аналогичный характер
имеют зависимости поля дефектов 21 от плотноети электрического тока,
пропускаемого по рельсу (см. рис. 154,6).
В движении индукция и плотность токов распределяются но сечению
неравномерно. Только тонкие поверхностные слои головки сохраняют
намагниченность, близкую к статической. Поэтому приведенные выше
минимально необходимые для обнаружения
внутренних дефектов значения индукции и
плотности тока следует рассматривать в
слоях металла, где расположен дефект
по крайней мере значительная часть
площади находится в этих слоях.
Увеличение тока с 4 до 16 А (рис.
очень слабо влияет па значение сигналов
от неопасных поверхностных повреждений,
которые достаточно хорошо обнаруживают-
ся уже в слабых намагничивающих полях
(кривые 2 ‘и 4). Большой внутренний де-
фект
токе
8-9
них
этих
при
тех
или
его
155)
Зависимость
сигналов в
Рис. 155.
амплитуды
искателе от значения тока
в обмотках электромаг-
нита
(кривая ]) начинает выявляться при
5 А, а малый (кривая 3) — при
А; с увеличением тока сигналы от
стремительно растут. На основании
зависимостей можно сделать вывод:
контроле рельсов вагоном-дефектоско-
181
Рис. 156. Изменение относительных значении напряженности ноля (-) н индук-
ции (-----) по глубине головки в зоне первою (<0 и второю (б) полюсов
электромагнита при различных скоростях движения, км/ч:
1 Г, 3 и 3' — при г = 36; 2, 2', 4 и 4' - при г = 72
пом следует создавать как можно более сильные намагничивающие
ноля. Для этого уменьшают воздушные зазоры между полюсами электро-
магнита и рельсом, увеличиваю! ток в обмотках электромагнитов до
максимума.
Местоположение искателя. На мсжполюспый участок рельса действует
импульс намагничивающего поля, длительность которого определяется
базой электромагнита и скоростью движения. Поле проникает в рельс
не мгновенно; этому препятствуют наводимые в рельсе вихренью токи,
экранирующие внутренние слои металла от проникновения в них ноля.
В зоне за первым полюсом электромагнита из-за малого времени дей-
ствия намагничивающее поле быстро затухает- по глубине, дос tai очно
интенсивно промагничиваю гея только относительно топкие слои головки.
Внутренние слои имеют намашиченношь обратного знака, которая
обусловлена действием прсднолюспого Mai нигпого потока. Вихревые токи
в этой зоне весьма интенсивны, по нося! поверхностный характер.
По мерс перемещения данного сечения рельса в зону второго полюса
электромагнита время действия поля увеличивается, и оно проникает на
большую глубину. Головка рельса также начинает интенсивно нромагни-
чиваться на большую глубину, вихревые токи проникают глубже. Поэтому
с приближением ко второму полюсу элскт рома! ни га условие выявления
внутренних дефектов улучшаются (рис. 156).
Рассмотрим зависимость величины сигналов в искателе от его коор-
динат на межполюсном участке рельса (рис. 157). В зоне первого полюса
электромагнита сигналы от дефектов 21 (с выходом — кривая 1 и внутрен-
него — кривая 2) сравнимы с уровнем фона (сигналами oi подкладок —
кривая 5) и стремительно растут ио мере приближения искателя ко вто-
рому полюсу. Сигналы от поверхностных повреждений (кривые 3, 4),
182
наоборот, в зоне первого по-
люса имеют большее значение,
чем в зоне второго. Эти резуль-
таты хорошо согласуются с
данными распределения индук-
ции и плотности токов в голов-
ке рельса.
Для повышения чувстви-
тельности дефектоскопа к внут-
ренним дефектам искатель сле-
дует устанавливать как можно
ближе ко второму полюсу
электромагнита, т. е. в области
максимальной индукции и
плотности вихревых токов в
головке. Необходимо иметь в
Рис. 157. Зависимость амплитуды сигналов
в иска геле от координат его установки между
полюсами ысктромаг нита
виду, что с приближением к полюсу будут расти не только сигналы
от внутренних дефектов, но и увеличится уровень фона в искателях,
обусловленный неоднородностью магнитного поля рассеяния над рельсом.
Внешне осциллограммы делаются мспес привлекательными для визуаль-
ной расшифровки — записываются более волнистыми линиями с мно-
жеством мелких сиг налов. Значительно возрастагот абсолютная и отно-
сительная амплитуды полезных сигналов, более четко начинают прояв-
ляться различия между сигналами дефектов и неопасных поверхностных
повреждений по форме, г. е. увеличивается реальная чувствительность
дефектоскогга к опасным дефектам рельсов.
Решающее влияние на чувствительность дефектоскопа оказывает вы-
сота устагговки искательной катушки над рельсом (рис. 158). Максималь-
ное значение поля дефектов имеют гга поверхности головки и быстро
убывают но мере удаления от
нее. Поля внутренних дефектов
21 гга высоте 10—12 мм уже
настолько малы (кривые 3, 5),
чго выявить такие дефекты
практически нсвозможгго, и
только поле дефекта 21 с вы-
ходом (кривая 2) еще доста-
точно велико. Аналогично изме-
няется по высоте поле о г вы-
боксовины (кривая 4). Поле
подкладок гга поверхности го-
ловки имеет максимальное зна-
чение. но с высотой изменяется
незначительно (кривая /). По-
этому при осциллографирова-
нии э. д. с. по значению сигна-
лов от подкладок очень труд-
но определить, перемещается
ли искатель по поверхности
Рис. 158. Изменение значения поля дефектов
и подкладок по высоте над рельсом
183
катания головки (в этом случае обеспечивается максимальная чувстви-
тельность к дефектам) или он приподнят над рельсом (записываются
только сигналы от подкладок с нормальной амплитудой, искатель очень
слабо или совсем не реагирует на дефекты).
29.	РАСШИФРОВКА ОСЦИЛЛОГРАММ
Процесс расшифровки осциллограмм включает в себя визуальный про-
смотр записей, определение сигналов от рельсовых повреждений, харак-
тера повреждений по некоторым основным признакам форм сигналов,
путевых координат обнаруженных дефектов. По результатам расшифровки
составляют ведомость. Линейные работники по ней заменяют выявленные
остродефектные рельсы или выполняют натурный осмотр и вторичный
контроль тех рельсов, степень дефектности которых невозможно было
определить при расшифровке осциллограмм.
Расшифровка осциллограмм — одна из наиболее ответственных опера-
ций в общей технологии контроля рельсов вагонами-дефектоскопами. Оты
требует от оператора большой сосредоточенности, внимания, навыков по
отысканию сигналов, особенно в зоне стыков и па сильно поврежденных
рельсах, постоянного изучения форм сигналов и тех повреждений, кою-
рыми вызваны эти сигналы. Поэтому расшифровывать должны два опе-
ратора одновременно - они взаимно дополняют и контролируют дру1
друга.
Практикой выработаны следующие основные правила расшифровки
осциллограмм. Кинопленку всегда нужно рассматривать со стороны
эмульсий в направлении счета километров. Особенно внимательно не-
обходимо просматривать зону рельсовых стыков — в пей чаще всего
возникают дефекты 21, сигналы от которых нередко почти сливаются
с сигналами оз начала и конца стыковых накладок.
При заполнении ведомости выявленных дефектных рельсов указывают
номер нуги, километра, звена и нити пути, точные координаты дефекта
в пределах звена по сшналам от подкладок. Звенья считают по гой нити
пути, на которой обнаружен дефект. Первым называют звено, на котором
получен сигнал от «упорки» (подкладки, пришитой к шпале и упираю-
щейся одним концом в шейку рельса). Во избежание ошибок при счете
звеньев на пути в ведомости указывают дополнительные ориентиры:
переезды, укороченные звенья, мосты и т. д.
Форма импульсных сигналов, возникающих в искателях, определяется
характером изменения магнитного поля (потока) чад рельсом. Подкладки
вызывают местное довольно плавное уменьшение магнитного поля па
сравнительно большой протяженност и по длине рельса. Поэтому сигналы
от них — это знакопеременные, почти симметричные импульсы с относи-
тельно большой длительностью и малой амплитудой. При рассмотрении
кинопленки ио направлению движения эти импульсы начинаются отри-
цательной (направленной вниз) амплитудой, закапчиваются положитель-
ной (направленной вверх).
Сигналы чередуются с определенной последовательностью, так что
осциллограммы представляют собой непрерывную волнистую линию.
184
Рис. 159. Распределение магии пни о потока в рельсе (п)
п напряжение в искательной катушке (6)
Переход импульсов через нулевую линию соответствует середине подкла-
док (шпал). Начало и копен стыковых накладок дают практически одно-
полярные отрицательный и положительный импульсы соответственно
со значительно большей, чем от подкладок, амплитудой и меньшей
длительностью. От стыкового зазора возникает кратковременный знако-
переменный сигнал, начинающийся с положительной полуволны; ампли-
туда сигналов от стыков в несколько десятков раз больше, чем oi
подкладок (рис. 159).
На фоне сигналов от подкладок возникают сшналы от различного
рода повреждений и дефектов головки рельсов. Характерным для этих
сигналов является сравнительно небольшая их продолжительность (в 10
15 раз меньше, чем у сш палов о г подкладок). Амплитуда этих сигналов
зависит от степени развития дефекта. По даже сравнительно небольшие
дефекты и поверхностные повреждения металла дают сигналы, сравнимые
по амплитуде с сигналами подкладок. Эго обьяснястся гем, что поля
дефектов имеют в несколько раз меньше протяженность по длине рельса
но сравнению с полями подкладок и, следовательно, большую произ-
водную по времени, г. е. большее значение импульса э. д. с.
Сигналы от неопасных поверхностных повреждений имеют большое
разнообразие форм; практически очень трудно по их форме определить
характер повреждения, да эго оператору и не нужно, гак как рельсы
с такими повреждениями в большинстве случаев не относятся к разряду
дефектных.
Сигналы от дефектов рельсов характеризуются сравнительно неболь-
шим числом характерных импульсов э. д. с., благодаря чему их удастся
визуально выделить среди множества других сигналов. Точность оценки
показаний дефектоскопа во многом зависит от величины сиг налов. Срав-
нительно нетрудно разделять сигналы от дефектов и поверхностных
повреждений с относительной амплитудой 4 — 5 Ап и более (Д, — амплитуда
сигналов от подкладок). Разделять сигналы с меньшей амплитудой
(1,5 — 3 Д,) значительно сложнее, так как в ряде случаев они не отличаются
185
по форме. Сигналы с относительной ^амплитудой менее 1,5 Ап по суще-
ствующим правилам расшифровки осциллограмм можно вообще не при-
нимать во внимание по этой причине, хотя это вовсе не означает, чго
такие малые сигналы совершенно невозможно разделить.
Поперечным контактно-усталостным трещинам в головке (дефект 21)
соответствует несколько разновидностей форм сигналов, которые в извест-
ной мере отражаю! степень развития дефекта (рис. 160). Одна из наиболее
характерных особенностей их — резко выраженная асимметрия: амплитуда
отрицательной части сигнала обычно в 3—4 и более раз превышает
максимальную положительную. В большинстве случаев внутренние дефекты
записываются сигналами формы а и 6 с огносителыюй амплитудой до
3 — 4 4„. Дефекгы с выходом /обычно фиксируются сигналами в и г,
относительная амплитуда которых больше 3 — 4 А„. Сильноразви гые де-
фекты с выходом, поражаюмцте большую часть головки, а также заходя-
щие в шейку, записынак/гся сигналами <) и е. Сигналами е фиксируются
также поперечные изломы рельсов. Амплитуда сигналов <) и е обычно
во мною раз превышает амплитуду сигналов ог подкладок.
Друюй очень важп яй отличительный признак формы сигналов дефек-
тов 21 — соотношение амплитуд положительных частей сигнала; амплитуда
правой части всегда больше или в крайнем случае равна амплитуде
левой части. Исключения из этою правила составляют сигналы от силь-
норазвитых дефектов с',выходом (сигналы <) и е), ог большинства дефек-
тов при скорости движения ниже 15 -20 км/ч, когда дефект «неправильно»
ориентирован, т. е. трепьина наклонена в направлении движения не сверху
вниз, а наоборот. Это может происходить в перекантованных рельсах и на
однопутных участках пу4и, когда контролируют не в преимущественном
направлении движения^, рузовых поездов.
В случае внутренних дефектов, сигналы от которых сравнимы по
значению с сигналами поверхностных повреждений, отмеченные откло-
нения в соотношении амплитуд левой и правой части сигнала создают
серьезные трудности в расшифровке осциллограмм. Дело в том, что зна-
чительное число сигналов от поверхностных повреждений отличается ог
сигналов дефектов 21 только тем, что у них левая положительная
амплитуда больше правой. А так как таких сигналов на кинопленке
бывает очень много, то оператор обычно обращает внимание только
на те, у которых амплитуда во много раз превосходит уровень фона.
186
Продольные горизонтальные расслоения головки (дефект ЗОГ) фикси-
руют отрицательные сигналы, амплитуда и длительность их зависят от
степени развития дефекта и длины трещины. При большой длине тре-
щины в средней части сигнала образуется потемнение. Это указывает
на кратковременное прекращение процесса изменения э. д. с. в искателе
над средней частью дефекта (рис. (61).
Аналогичными сигналами записываются продольные вертикальные
расслоения головки (дефект ЗОВ). В случае большой протяженности тре-
щины в средней части сигнала возникает ряд небольших сигналов
разнообразной формы, вызванных неровностями расслоения. Если в про-
цессе просмотра осциллограмм оператор обнаружит сигнал, по внешним
признакам похожий на сигнал от дефекта, он должен внимательно рас-
смотреть его через лупу 5—10-кратного увеличения, затем по совокуп-
ности описанных выше и ряду гругих менее характерных признаков
оценить сигнал.	/
Сигнал от сильноразвитого дефекта'в большинстве случаев обладает
всеми ярко выраженными для его однозначной оценки признаками. Сигнал
от слаборазвитого дефекта обычно невелик и без характерных признаков
формы, поэтому для окончательной его оценки необходимо внимательно
изучить кинопленку предыдущих проездов по данному участку. Если на
кинопленке данного проезда сигнал имеет ряд признаков сигнала от
дефекта и увеличился по сравнению с аналогичным на кинопленке
предыдущего проезда, то он вызван дефектом. Последний развивался за
интервал времени между проездами и дал больший по значению сигнал.
В том случае, когда на кинопленке предыдущего проезда сигнал был
такого же значения или увеличился незначительно, необходимо проанали-
зировать кинопленку епш/более раннего проезда и сопоставить сигналы
с ней. Хорошо, еедгг грйлунка предыдущего проезда имеет 20 — 25-днев-
ную давггостр---Й1ССолсе грузонапряженггых линиях. Если гга кинопленке
предыдущего проезда не/было сигнала, рельс подверг агот вторичному
контролю. Эго свярано с тем, что сигналы, очень похожие гга сигналы
от дефектов 21, могут возникать в искателе при попадании под него
посторонних предметов (ггоэтому при предыдущем проезде гга осцилло-
грамме ггет сигналов). Однако гге исключено, что гга кинопленке нет
сигнала, гак как дефект 21 развивался очень интенсивно, а гглеггка была
большой давности. В данной ситуации рельс необходимо тщательно
осмотреть и вторично проконтролировать любым чипом съемных рель-
совых дефектоскопов. Дефектоскоп МРД должен быть обязательно снаб-
Рис. 161. Образец записи дефекта
30Г.2 на кинопленке
187
жен подголовочным искателем, которым следует тщательно обследован,
подозреваемое сечение головки рельса.
Об обнаруженных при расшифровке осциллограмм лопнувших рельсах
или с сильноразвитым дефектом 21 с выходом (создают прямую угрозу
для безопасности движения поездов) работники вагона-дефектоскопа
обязаны немедленно сообщить местным работникам пути для принятия
мер.
30.	ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
Более всего повреждается индукторная тележка — часто выходят из строя шшш-
гоны, рессорные пружины хомуты. В процессе эксплуатации за этими узлами
необходимо особенно тщательно следить. Основная неисправность электромагни-
тов — повреждение намагничивающих катушек. Обмотки катушек могут выходить
из строя при механических повреждениях изоляции. При недостаточно плотной
посадке катушек на полюсах истирается изоляция, что вызовет межвнгковос
замыкание. Нередко сю причиной может быть отрыв от рельсов под действием
магнитных сил гонких металлических плен, пробивающих защитный кожух и
обмотку.
Электрический пробои изоляции катушек может произойти при выключении
тока, сели предваригслыю нс снизить сю реостатом. Опасность электрического
пробоя особенно усиливается осенью, зимой и весной, koi да через щели в за-
щитном кожухе внутрь катушки понадает снег и вола. Это снижает электрическую
прочность изоляции. Во всех случаях пробоя изоляции и межвитковых замыканий
в обмотке катушки ремонтируют: просушивают обмоточный провод, поврежден-
ные мцега покрывают изоляцией, затем наматывают, пропитывают и сушат
катушки.
При межвитковых замыканиях в катушках электромагнита или замыканиях
части обмотки на корпус, особенно у второю но няиравлепию движения полюса,
в зоне которою установлен искатель, качество осциллотрамм с соответствующей
нити пути резко ухудшается. В моменты замыкания на осциллограммах появ-
ляются пачки высокочас т о титах сит налов Эти места невозможно расшифровать.
Искатели дефектоскопа могут выходить из строя из-за механических и
тлсктричсских повреждений. Осенью и весной вод воздействием влат и сопротив-
ление между обмоткой катушки и корпусом может резко снижаться. При меж-
витковых замыканиях в катушке или обмотки на корпус, а также резко понижен-
ном сопротивлении изоляции относительно корпуса качество осциллограмм су-
щественно ухудшается. На основную кривую >. д. с. накладываются высокочастот-
ные составляющие, амплитудные значения которых иногда сравнимы с амплиту-
дой сш налов от подкладок. Расшифровать такие осциллограммы очень трудно,
а ШЮ1 да невозможно. В случае межвитковых замыканий в обмотке и обмотки
па корпус катушки заменяют новыми. При пониженном сопротивлении изоляции
относительно корпуса достаточно искатель хорошо просушить.
Рис. 162. Схема проверки вибраторов:
1 — звуковой генератор; 2 — катодный
вольтметр; 3 - осциллограф; 4 экран
осциллографа
188
Для качественной записи показаний
дефектоскопа большое значение имеют
амплитудно-частотные характеристики
вибраторов. Перед гем как использовать
вибраторы в качестве регистраторов сиг-
налов, необходимо сиять амплитудно-
частотные характеристики и в процессе
эксплуатации периодически их проверять
(желательно не реже одного-двух раз в
1 од). Вибраторы работают в тяжелых
условиях. Под действием вибраций, элект
рических перст рузок, повышенных темпе-
ратур и т. д. изменяются их первона-
чальные характеристики; постепенно они
могут стать непригодными для осцилло-
графирования показаний ва1 она-дефекто-
скопа (рис. 162). Напряжение звукового
генератора 1 устанавливается но лампо-
вому вольтметру 2 таким, чтобы ампли-
туда отклонения луча по экрану 4 ос-
цилло! рафа 3 составляла 50 мм при час-
тоте 20 Гц. Затем, сохраняя напряжение
Рис. 163. Амплитудно-частотные ха-
рактеристики вибраторов МОВ2 и Н135
неизменным, меняют частоту через 50—100 Гц и каждый раз при этом измеряют
отклонение луча по экрану. На графике по оси абсцисс откладывают частоту
генератора/, а По оси ординат — замеренные амплитуды в относительных единицах,
т. е. Atl = Af/A2o, где /17 — амплитуда отклонения луча по экрану при данной
частоте; /120 —при/ = 20 Гц. Соединяя точки плавной кривой, получают ампли-
тудно-частотную характеристику вибратора.
Если кривая (рис. 163) характеризуется резкими максимумами или миниму-
мами, то вибратор непригоден для работы в вагоне-дефектоскопе. Например,
у вибратора Н 135-0,6 характеристика с резко выраженным максимумом в области
частот 500 1000 Гц. Это может привести к существенному искажению формы
регистрируемых сигналов. Устанавливать вибраторы с такими характеристиками
в Baiоне-дсфскгоскопс нежелательно. По амплитудно-частотной характеристике
легко определить чувствительность вибратора при любой частоте. Например, при
/	20 Гц чувствигслыюсть по пленке а =/12о^М^ мм/мЛ, где R — сопротивление
вибратора. Ом; V — напряжение генератора, отсчитываемое но ламповому вольт-
метру, мВ; /120 — амплитуда по экрану осцилло! рафа при/= 20 Гн.
Зная чувствигслыюсть при частоте 20 Гц, а для других частот определяют
но амплитудно-частотной характеристике, где ординаты даны в относи тельных
единицах. При снятии амплитудно-частотной характеристики проверяют способ-
ность вибратора одинаковым образом воспроизводить положительную и отри-
цательную амплитуды. Для этого на ткрапс осцилло!рафа отмечают пулевое
положение луча, когда па вибратор нс подастся напряжение генератора, и изме-
няют отклонение луча вверх и вниз но экрану. Если эти отклонения отличаются
друг от друга нс более, чем на ± 10"(„ то вибратор пригоден для использо-
вания в вагоне.
Неисправности усилителей в основном вызваны нарушением контактов в лам-
повых панелях и в i пездах подключения искателей, режимов пи гания анодных,
накальных и цепей смещения. Проверить и устранить эти неисправности не сложно.
ГЛАВА VIII.
УЛ ЬТРАЗВУ ко ВО й
ДЕФЕКТОСКОП
ДУК-13ИМ
31.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ
Дефектоскопы ДУК-1 ЗИМ выполнены по функциональной схеме приборов
типа УЗД-НИИМ-5, разработанной в НИИ мостов ЛИИЖТа. Приборы
служат для выявления внутренних дефектов и определения их координат
в сварных соединениях и металлических изделиях без специальной меха-
нической обработки прокатанной поверхности, на которой пет отслаива-
ющейся ржавчины и раковин. В путевом хозяйстве дефектоскопами
контролируют сварные стыки рельсов при сварке на рельсосварочпых
предприятиях и в пути, а также сварные, болтовые стыки и вторично
проверяют отдельные участки рельсов в условиях эксплуатации.
Дефектоскопами обнаруживают дефекты типов 26.3; 56.3 и 66.3, т. с.
возникающие при сварке рельсов, расположенные в различных зонах
сварного стыка, а также 30.Г1; 30.В1; 53.1; 52.1; 55.1; 50.1 в болтовых
стыках. Эти приборы работают па частотах 1,8 или 2,5 МГц. Условная
чувствительность дефектоскопов по стандартному образцу № 1 составляет
45 мм с искателем 40' и 35 мм с искателем 50'. «Мертвая» зона приборов
с искателями 30 и 40" не более 8 мм, с искателями 50' — не более 3 мм.
Рис. 164. Функциональная схема дефектоскопа ДУК-1 ЗИМ
190

Электронный глубиномер дефектоскопов при контроле стальных изде-
лий позволяет отсчитывать координаты обнаруженных дефектов, а в изде-
лиях из других материалов — определять время распространения ультра-
звуковых колебаний до отражающей поверхности. Приборами можно
контролировать металл на определенную глубину, начиная от поверхности,
с которой ведется дефектоскопия («Контроль от поверхности»), или
с заданной глубины («Контроль по слоям»).
Отличительная особенность функциональной схемы прибора (рис. 164) —
использование отдельных узлов для выполнения ряда функций. Основные
узлы функциональной схемы: генератор радиоимпульсов; искатель; усили-
тель высокой частоты; детектор; видеоусилитель-каскад совпадений; гене-
ратор напряжения развертки; глубиномер; электронно-лучевой индикатор;
звуковой индикатор; блок питания.
Генератор радиоимпульсов выраСатывает зондирующие высокочастотные элект-
рические импульсы для возбуждения пьезопреобразователя искателя. Частота
191
Техническая	характерно! ика ДУ К-1ЗИ М	
Максимальная глубина прозву- чи ванн я		600 мм в режиме «Контроль по слоям»
Индикация обнаруженных фектов	ДО-	но экрану электронно-лучевой трубки и дополнительному звуковому индикатору
Рабочие температуры		0 д- + 40 С
Питание дефектоскопа		сеть переменного тока напряжением + 10" 220 В	" или 36 В. частотой 50 Гц; ~ ZU (,
		сеть постоянного тока или аккумуля- горная батарея напряжением 12 В
По трсбляемая мощность		нс более 65 В -А при работе от сети переменною тока через специальный ста- билизатор и не более 20 В • А при работе от источника постоянного напряжения 12 В
Г абариты		110 х 233 х 274 мм
Масса (без блока ни гания аккумуляторной ба гарен)	НЛИ	4 кт
затухающих тлектричсскнх колебаний зависит от индуктивности и емкости коле-
бательною контура. Она должна быть примерно равна собственной частоте
шхзонрсобразоваз сля. Импульсы генератора условно покачаны на диаграмме 1
(рнс. 165). Генератор радиоимпульсов работает в режиме самовозбуждения, г. е.
вырабатывает последовательность электрических импульсов при подключении
к источнику постоянною напряжения. Эго дало возможность использовать гене-
ратор радиоимпульсов для управления работой (синхронизации) узлов функцио-
нальной схемы прибора. Под действием вырабатываемых им коротких электри-
ческих импульсов отрицательной полярности (диаграмма 2) запускается глубиномер
и (через линию задержки Л?) генератор напряжения развертки в режиме «Контроль
от поверхности».
С дефектоскопами применяются прямые и наклонные искатели. Электрические
колебания, вырабатываемые геттера тором радиоимпульсов, преобразуются ггг.сзо-
пласттшой искателя в ультразвуковые колебания Импульсы 'лих колебаний при
акустическом коп гак тс между искателем и поверхностью контролируемого изделия
проникаю! внутрь металла и распространяются в нем. Дойдя до границы какой-
либо инородной среды (дефекта пли противоположной поверхности металла),
нмнульсы отражаются Эхо-импульсы подаются на вход усилителя высокой
частоты. Значение >хо-имнульсов приблизительно в миллион раз меньше, чем
зондирующих импульсов.
Усилитель высокой частоты (УВЧ) усиливает высокочастотные электрические
нмнульсы, соотвсзсзвующнс отражениям ультразвуковых колебаний. Как видно
из функциональной схемы, дефектоскопы предусматривают работу с одним иска-
телем, используемым как в режиме излучения, так и в режиме приема. При
попадании па вход УВЧ зондирующего импульса усилитель перегружается и чув
ствигелытосзь дефектоскопа па некоторое время уменьшается. Это приводи
к увеличению «мертвой» зоны дефектоскопа.
При рабою одним искателем нельзя обеспечить электрическое разделение
генератора радиоимпульсов и УВЧ и, следовательно, полностью устранить попа-
дание зондирующего импульса па вход усилителя. Поэтому для уменьшения
«мертвой» зоны необходимо стремиться максимально сократить время, в течение
козорого чувствительность дефектоскопа из-за перегрузки приемника зондирующим
импульсом оказывается заниженной. В дефектоскопах что достигается подачей
192
на вход УВЧ в момент излучения зондирующего импульса запирающего напря-
жения (см. рис. 165, диаграмма 3). которое вырабатывается в схеме генератора
радиоимпульсов Амплитуду и длительность запирающего напряжения регулируют
ручкой «ВРЧ» (временная регулировка чувствительности), выведенной на переднюю
панель прибора. Настройка «ВРЧ» необходима при замене искателя. Таким обра-
зом, введение системы временной регулировки чувствительности способствует
уменьшению «мертвой» зоны прибора и лучшему выявлению дефектов, располо-
женных на малой глубине. На диаграмме 4 показаны импульсы гга выходе УВЧ
дефектоскопа Предполагается, что напряжение для временной регулировки чувстви-
тельности имеет значение, при котором гга выходе УВЧ возникает небольшой
зондирующий импульс.
Детектор преобразует поступающие на нею с выхода УВЧ высокочастотные
эхо-импульсы в видеоимпульсы, более удобные для наблюдения на экране
электронно-лучевой трубки. Видео геюштечь, выполняющий также функции каскада
совпадений, усиливает эхо-импульсы, снимаемые с детектора, до значений, позволя-
ющих наблюдать их гга жранс электронно-лучевой г рубки и достаточных для
срабатывания дополнительных индикаторов; одновременно этот каскад выполняет
временную селекцию поступающих гга его вход импульсов. Временная селекция
эхо-импульсов заключается в выделении из всех усиленных и продстектировашгых
импульсов только тех. которые соответствуют отражениям от дефектов, располо-
женных в контролируемом слое. Такая селекция эхо-имнульсов необходима также
для того, чтобы на звуковой индикатор дефектоскопа не проникал зондирующий
импульс. Принцип временной селекции состоит в том, что видеоусилитель-каскад
совпадений открывается лишь гга время, в течение которого ожидаются эхо-
импульсы ог возможных дефектов, расположенных в контролируемом слое. Режим
работы видеоусилителя-каскада совпадений управляется импульсом прямоугольной
формы — селектирующим (стробирующим).
В дефектоскопах ДУК-1 ЗИМ нет специального геттера гора селектирующих
импульсов, а в качестве их используются импульсы прямоугольной формы, выра-
батываемые генератором напряжения развертки (см. рис. 165, диаграмма 6).
Длительность t селектирующего импульса определяет толщину контролируемого
слоя II. С селектирующим импульсом во времени совпадает эхо-импульс от
дефекта, ттоиому только лот импульс будет усилен видеоусилителем-каскадом
совпадений (см. рис. 165).
Генератор иапряжеии.ч развертки формирует напряжение пилообразной формы,
которое используется для получения на экране электронно-лучевой трубки линии
развертки (диаграммы 7, Я). Пилообразное напряжение подастся гга обе горнзоп-
тально-отклопяющис пластины в противофазе. Длительность импульса пилооб-
разного напряжения определяет толщину контролируемого слоя. Ее можно регули-
ровать ручкой «Глубина контроля» на передней панели приборов. Электрическая
схема дефектоскопов ДУК-1 ЗИМ выполнена таким образом, что при изменении
длительности пилообразного напряжения его амплитуда гге меняется (сохраняется
постоянной длина лишит развертки гга экране глсктрогню-лучсвой трубки). Одновре-
менно с импульсом вилообразного напряжения генератор напряжения развертки
вырабатывает прямоугольный импульс такой же длительности. Как указано выше,
г используется в качестве селектиругощсг о и подается гга один из входов
еоусилитсля-каскала совпадений (диаграмма 6). Этот импульс подается также
на электропно-лучсвую трубку как импульс подсвета для увеличения яркости
изображения во время прямого хода луча. Запускается генератор напряжения
развертки в режиме «Контроль от поверхности» синхронизирующим импульсом,
прошедшим через линию задержки (см. ЛЗ на рис. 164). Линия необходима для
того, чтобы на звуковой индикатор при контроле призматическим преобразователем
не проникал зондирующий импульс. Время задержки равно среднему време-
ни распространения ультразвуковых колебаний в призме искателя (2гп), зависит
от конструкции последнего и составляет приблизительно 8 мкс.
193
7 г .-.з
40е
50е
w
50'
О 10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
____I I I 1 t 1 1 1	1 1 I 1 1 L 1 t 1 L 1 1 1 1 1 -1—1 -L.l. 1 1 1 I I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I I t 1 1 I I I I I | 1 | | | | | I | | | | |
0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130 140 150 160 17
I I 11 И । 11 11 । i i i 1 । < i i I । । i I I I t ।	I I । i । i t i । I i I । i i i 1 i > I I I	<	i i ।	I u i I IIII i I i i.i । i । । । । i i - i 11 i i i i l
0 5 10 15 20 25 30 35 40	45 50 55 60 65 70	75	80 65 90 95 100 105 110 115 1ZC
—iiiiilniili ши mil i i. l±n i hi । ihi 1111111 lui i h 11111 j.i । in 11 lit и щ i	ill i	iiiii и 1111111 ili 111111 i,ij iXu.ilXjj 1 i 1j 1111
0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	5 5	6 0	65	7 0	75
I 1 I l I t I I t t 1 1 I i t J I I. 1 1 1 1 I 1 1111 1 I ,1 1 I 1 1 1-! . I . I . 11 I I 1 1 1 1 1 L Г 1 1 1 I 1 1 I 1 1 1 1 1 1 I I I | | | | | | | | | | | | | ।
0 20 40	60	80	100	120	140	160	1S0 200 Z2D 240	260 280 300 320 340 36
till h H liiiiliiiiliiiiliiiiliiiiiiiiiliiiiliHiliiiiliiiiiiiHliiiiliiiilinil,iiiUiii,i,l,iiiitiuiiiiiiliiiikiiiliiiilir.iliiiiliuiliiiiliinliijiliijiliiiiliiiiliij.ii
0 610 ZD 30	40	50	60	70	80	90	100	110	120
I I I 11 I I I 1 1 I I I I I. I 1— । - 1 -1 I I I  i I 1 1 1 1 I I 1 I I I 1 I 1 I I I I I I I I I I 1 I I I I 1 I I I I I | !
Рис. 1бб. Шкала глубиггомерного устройства дефектоскопа ДУК-13ИМ
Глубиномером измеряют координаты отражающей поверхности (дефекта),
толщину контролируемого слоя (устанавливается ручкой «Глубина контроля»),
кроме того, размещают контролируемый слой на гадагшой глубине в режиме
«Контроль по слоям». Для того чтобы упростить определение координат при
дефектоскопии, шкала глубиномера в дефектоскопах типа ДУК-1 ЗИМ проградуиро-
вана в миллиметрах глубины Н залегания отражающей поверхности (дефекта)
для прямого искателя и координат Н и L расположения отражающей поверхности
для наклонных преобразователей с углами ввода пуча а = 50 ([? = 40 ) и я = 65
(Р = 50 ) (рис. 166). Для определения координат II и L необходимо отложить
по нижней шкале измеренное время между зондирующим импульсом и гхо-
сиг налом ог дефекта, и, проведя через эту точку вертикальную линию, отсчитать
на пересечении с линией, соответствующей преобразователю, неизвестные коор-
динаты. В дефектоскопах ДУК-13ИМ время пгмерятог путем сравнения но ткрану
электронно-лучевой трубки неизвестного временного интервала l,t с временем
задержки в схеме глубиномера синхроимпульса, который подается па жран
электронно-лучевой трубки в виде мар-
керной метки. Для э тог о г лубипомер
имеет схему регулируемой гадержки.
Значение последней определяется углом
поворота одного иг переменных резисто-
ров схемы и заранее нанесено па шкалу
«Мкс». Ось переменного резистора со
шкалой поворачивается ручкой «Коорди-
наты дефекта». Fcjih совместить по жра-
пу электронно-лучевой трубки маркерную
метку с тхо-импульсом о г дефекта (как
по показано на рис. 165, диаграмма 9),
го можно определить время гд распрост-
ранения ультразвуковою импульса но
дефекта н обратно, а следовательно, и
коордшга гы дефекта.
Но электронно-лучевом индикаторе
как бы воспроизводится картина распро-
странения уг ыразвуковых колебаний в
контролируемом изделии; но жраиу ин-
дикатора измеряют координаты дефектов.
Звуковой индикатор сш пализируст об
обнаружении дефектов; дополнительный
индикатор освобождает оператора от
необходимости одновременно наблюдать
за перемещением преобразователя и жра-
пом электронно-лучевой трубки.
Дефектоскопами ДУК-1 ЗИМ можно
контролировать изделия и сварные соеди-
нения «По слоям». В режиме «Контроль
Рис. 167. Пояснение принципа конт-
роля «По слоям»:
/ — рельс; 2 — искатель; 6, 7, Я. 9 формы
напряжений в точках на функциональной
схеме
194
по слоям» индикаторы дефектоскопа регистрируют только эхо-импульсы от
дефектов в заданном слое по толщине изделия. При контроле «По слоям» так же,
как и в режиме «От поверхности», толщина контролируемого слоя Н определяется
длительностью селектирующею импульса. Глубина расположения h ближней к пре-
образователю границы контролируемою слоя зависит от того, в какой момент
генератор напряжения развертки начнет вырабатывать селектирующий импульс,
т. е. от интервала времени ts между моментом излучения зондирующего импульса
и моментом начала стробирующего.
Для контроля различных изделий и сварных соединений, например частей
сечения сварного стыка рельсов, значения h и f, необходимо регулировать.
В дефектоскопах ДУК-13ИМ для этого запускают генератор напряжения развертки
импульсом тлубиномера. Переходят в режим «Контроль по слоям» при помощи
тумблера Т1 (см. функциональную схему), которым изменяется режим запуска
генератора напряжения развертки. Поворачивая ручку «Глубина контроля», можно
изменять толщину // контролируемого слоя, а ручку «Координаты дефекта» —
его положение h по глубине изделия. Для того, чтобы более четко пояснить
принцип контроля но слоям, контролируемое изделие на рис. 167 повернуто
на 90. Толщину контролируемо! о слоя гак же, как и при контроле от поверх-
ности, можно щмеригь, если (установить тумблер TI в положение «От поверх-
ности») подвести метку глубиномера ручкой «Координаты дефекта» к правому
концу линии развертки и Отсчитать число по шкале Н для преобразователя.
При контроле «По слоям» маркерная метка глубиномера совпадает с левым
концом липни развертки, полому для определения координат дефектов следует
ручкой «Координаты дефекта» подводи и, эхо-сигнал к началу развертки.
32.	ПОДГОТОВКА ДЕФЕКТОСКОПА
К РАБОТЕ. КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ
В ПУТИ
Дефектоскоп ДУК-1 ЗИМ сосюит из трех отдельных блоков; электрон-
ного, блока питания от сет, аккумуляторной батареи. Основные органы
управления дефектоскопа расположены на передней панели электронного
блока (см. 1 стр. обложки): ручка «Глубина контроля» для выбора тол-
щины контролируемого участка (2); тумблер выбора режима контроля
«Контроль от поверхности — контроль ио слоям» (А); ручка «Координаты
дефекта» для измерения координат отражающей поверхности (/); ручка
«Чувствительность» для регулирования минимальной величины дефекта,
регистрируемого прибором (3); разьем для подключения искателя (4); ручка
«ВРЧ» для регулирования чувствительности дефектоскопа по глубине (5);
тумблер включения и выключения прибора (7); тумблер переключения
рабочей частоты дефектоскопа (6).
На передней панели прибора расположены экран электронно-лучевой
трубки и шкала глубиномера с визирным окном для отсчета координат
дефектов. На правую боковую панель дефектоскопа выведены под шлиц
два потенциометра: «Отсечка» — для регулирования уровня отсечки шумов;
АСД (автоматический сигнализатор дефектов) — для изменения уровня
срабатывания звукового индикатора. На задней стенке имеется разъем для
подключения кабеля питания и клемма для заземления дефектоскопа.
На передней панели блока питания (см. 1 стр. обложки) находятся:
тумблер «Сеть — выкл.» для включения блока (1 )-, измерительный прибор
7*	195
для измерения выходного напряжения (шкала 0—30 В) или тока нагрузки
(шкала 0 — 3 А) (2); тумблер для переключения режима работы измеритель-
ного прибора (3); тумблер «Акк. — стабил.» для переключения режима
работы выпрямителя: питание прибора или зарядка аккумуляторов (4);
регулятор «Рег 12 В» для установки напряжения питания (5); предохра-
нители на 2 А (при работе от сети напряжением 36 В) и 0,5 А (при работе
от сети напряжением 220 В) (6).
Дефектоскоп настраивают на контроль изделий на заданную глубину,
начиная от поверхности, в такой последовательности (ctvi. 1 стр. обложки):
ручкой «Координаты дефекта» устанавливают по шкале глубиномера для
применяемого искателя цифру, соответствующую заданной глубине; ручкой
«Глубина контроля» сдвигают метку глубиномера па правый конец линии
развертки. Для измерения координат дефектов в этом режиме преобразо-
ватель устанавливают в такое положение, при котором амплитуда эхо-
сигнала на экране электронно-лучевой трубки максимальна, и подводят
ручкой «Координаты дефекта» метку глубиномера к началу отраженного
импульса. Цифры против визирной линии по шкалам Н и L для
выбранного преобразователя показывают координаты дефекта.
Дефектоскоп настраивают на контроль заданного слоя в такой после-
довательности: устанавливают заданную величину контролируемого слоя
при работе дефектоскопа в режиме «Контроль от поверхности»; переводят
тумблер «Контроль оз- поверхности — контроль по слоям» в положение
«Контроль по слоям» и, не трогая ручку «Глубина контроля», устанавли-
вают ручкой «Координаты дефекта» по шкале И глубиномера для выбран-
ного искателя против визирной линии цифру, соответствующую глубине /г
расположения верхней границы контролируемого слоя. Для измерения
координат дефскгов в этом режиме подводят ручкой «Координаты дс<|>екза»
эхо-импульс к началу развертки; цифры против визирной линии но
шкалам Н и L для выбранного типа искателя показываю г координаты
дефекта. После отсчета координат ручку «Координаты дефекта» следует
обязательно вернуть в исходное положение для сохранения заданных
значений параметров контроля.
Масштаб изображения на экране электронно-лучевой трубки можно
увеличить съемной лупой. Прибор имеет съемный телескопический тубус
с коллиматором для наблюдения изображения при сильной освещенности.
Дефектоскоп соединяется с блоком питания (или с аккумуляторной
батареей) гибкими кабелями двух видов (длиной 0,5 и 20 м). Он комплек-
туется аккумуляторными батареями НКН-2,25 и НКН-10 на рабочее
напряжение 12 В. Каждая из батарей размещена в специальном ящике,
снабженном ручкой для переноски. В ящике установлены также тумблер
включения, измерительный прибор и разъем для подключения соедини-
тельного кабеля. Дефектоскоп с аккумуляторами устанавливают на тележку
от дефектоскопов других типов, (например, на тележку от дефектоскопа
УРД-52, реконструированную на Прибалтийской дороге). Однако на
участках с интенсивным движением работа с прибором без тележки
оказывается более эффективной.
Контроль сварных стыков, в процессе которого осуществляется боль-
шое число операций, можно выполнять при температуре воздуха гге
ниже +5 °C. Болтовые стыки прозвучивают практически при любой
196
Рис. 168. Схема прозвучивапия болтовою стыка
рельса
температуре, если на эк-
ране дефектоскопа еще
виден донный импульс.
Однако при отрицатель-
ной температуре наруша-
ется режим запуска пре-
образователя дефектоско-
па. Поэтому в отдельных
случаях, если необходи-
мо осуществить конт-
роль болтовых стыков
зимой, дефектоскоп сле-
дует включать в поме-
щении при температуре
не ниже О °C и не
выключать его в течение
рабочей смены.
Прямым преобразователем контролируют болтовые стыки с поверх-
ности катания по эхо- и зеркально-теневому методам (рис. 168). Такой
преобразователь с металлическим донышком прилагается к дефектоскопу.
Как показывает опыт, более надежный акустический контакт достигается,
если дно преобразователя из плексигласа. Прямой преобразователь с дном
из плексш ласа можно сделать из изношенного наклонного преобразо-
вателя.
Перед контролем болтового стыка поверхность катания головки рельса
покрывают слоем минерального масла. На шкале глубиномера для искате-
ля О' устанавливают цифру, соответствующую двойной высоте рельса,
а маркерную метку ручкой «Глубина контроля» смешают в правый конец
развертки. Если преобразователь находится па поверхности катания
головки над шейкой, то па экране дефектоскопа появится донный импульс
в середине линии развертки. Ручки «Чувствительность» и «ВРЧ» следует
установить в положение, при котором пет зондирующего импульса (пре-
образователь в положении /)), а донный импульс четко виден па >кране.
При такой настройке дефектоскопа, перемещая преобразователь по поверх-
ности катания над шейкой рельса, необходимо следить за изменениями
амплитуды донного импульса и появлением отраженных импульсов левее
донною. Признак обнаружения дефекта — исчезновение донного или появ-
ление отраженного импульса при расположении преобразователя нс над
отверстием (преобразователь в положении Л).
Перед выходом в путь работоспособность дефектоскопа с прямым
преобразователем проверяют на образце рельса с искусственным отра-
жателем. Отражателем может быть сквозное отверстие диаметром 3 — 4 мм,
высверленное в средней части рельса. Считается, что дефектоскоп рабо-
тает удовлетворительно, если при установке преобразователя па поверх-
ность катания головки над отверстием при отсутствии зондирующего
импульса на экране будут четко различаться донный импульс и эхо-им-
пульс от отверстия (преобразователь в положении С). Наклонными преоб-
разователями прозвучивают сварные стыки и отдельные участки основ-
ного металла эксплуатируемых рельсов.
197
Дефектоскоп ДУК-13ИМ используют также для ультразвукового конт-
роля сережечных болтов стрелочных переводов. В цилиндрической части
этих болтов могут быть выявлены дефекты в виде усталостных попереч-
ных трещин, развивающихся с поверхности и расположенных на расстоянии
30—140 мм от поверхности головки. Контроль выполняют эхо-методом
прямым преобразователем на частоте 2,5 МГц. Для настройки чувствитель-
ности дефектоскопа изготавливают два болта: один — с моделью дефекта
в виде поперечного пропила глубиной 5 мм по первому витку резьбы,
второй — с такой же моделью дефекта, расположенной на расстоянии
140 мм от поверхности головки. При настройке дефектоскопгт устанавли-
вают зону контроля, равную 150 мм, а ручки «Чувствительность» и «ВРЧ»
выставляют в такое положение, при котором обе модели дефекта регистри-
руются без перестройки прибора, а на бездефектных болтах сигналы
отсутствуют. В процессе контроля преобразователь перемещают по поверх-
ности головки болта, предварительно очищенной от грязи, мазута
и отслаивающейся окалины и покрытой слоем технического вазелина,
используемого в качестве контактирующей смазки. Признак наличия
дефекта — появление в зоне контроля эхо-сигналов, амплитуда которых
равна или превышает амплитуду эхо-сигнгиюв от моделей дефектов.
Дефектоскопы ДУК-1 ЗИМ проверяет и налаживает механик-наладчик
но месту работы прибора или, если необходимо, в дистанционных или
дорожных мастерских не реже одного раза в месяц. Выполняют сле-
дующие работы:
1.	Определяют центр излучения преобразователя и угол ввода луча
в сталь для всех преобразователей по стандартным образцам № 2 и 3.
При поминальных углах призмы и температуре воздуха 15 —25 "С изме-
ренные углы ввода луча должны лежать в пределах 50+2 —для преобра-
зователя с углом призмы 40 ; 65 + 2 — го же 50 . Если угол ввода луча
превышает указанные значения, то заменяют призму. В виде исключения
разрешается обрабатывать рабочую поверхность призмы так, чтобы опа
была перпендикулярна к передней и боковым граням преобразователя.
Высота призмы после ремонта должна быть нс менее 32 мм.
Преобразователи завода «Электро гоч прибор» в металлическом корпусе
не ремонтируют. Неисправные преобразователи и призмы, которые
невозможно отремонтировать, изымают из комплекта.
2.	Определяют чувствительность и «мертвую» зону для всех преобразо-
вателей по стандартным образцам № 1 и 2. Чувствительность ДУК-13ИМ
считается удовлетворительной, сели при помощи ручек «ВРЧ» и «Чув-
ствительность» можно обеспечить регистрацию в стандартом образце
№ 1 всеми индикаторами дефектоскона отверстий от 15 до 35 мм при
преобразователях с углом призмы 50 и от 15 до 45 мм, котла
используют преобразователи с утлом призмы 40'. При этой же чувстви-
тельности проверяют «мертвую» зону дефектоскопа с преобразователями —
выявляют отверстия в стандартном образце № 2. Дефекгоскотт с преобра-
зователями работает удовлетвори гелыю. если выявляются отверстия
диаметром 2 мм в стандартном образце № 2 под поверхностью, на
которой установлен преобразователь, па глубине, мм: 8 — преобразова
телсм с углом призмы 40"; 3 —с углом 50. Если чувствительность
и «мертвая» зона не соответствуют, указанным значениям, го необходимо
198
дополнительно отрегулировать преобразователи ключом (прилагается к
дефектоскопу). Неразборные преобразователи не регулируют.
3.	Определяют точность работы глубиномера — измеряют интервалы
времени между донными сигналами, отраженными от прорези на стандарт-
ном образце № 1 или от противоположной поверхности в стандартных
образцах № 2 и ЗР. Для этого прямой преобразователь устанавливают
на образец и ручкой «Координаты дефекта» подводят метку глубиномера
к каждому донному сигналу. Измеряют при максимальной чувствитель-
ности дефектоскопа. При включенном прямом преобразователе ручки
«ВРЧ» и «Чувствительность» поворачивают по часовой стрелке; затем,
вращая ручку «ВРЧ» против часовой стрелки, устанавливают ее в такое
левое положение, при котором еще на экране электронно-лучевой трубки
не будет видно импульсов, обусловленных отражениями в преобразо-
вателе. Точность работы глубиномера дефектоскопа ДУК-13ИМ проверя-
ется по второму отражению, для которого показания по шкале глубино-
мера должны быть в пределах 40+2 мкс. Если показания по шкале
глубиномера не соответствуют заданным значениям, то его нужно под-
строить потенциометром «Начало» по переднему фронту первого отра-
женного импульса.
4.	Измеряют сопротивление изоляции, которое должно быть не менее
100 МОм. Кабели, сопротивление изоляции которых менее 100 МОм,
изымают из эксплуатации.
5.	Проверяют надежность заземления корпуса дефектоскопа и выпря-
мителя. Для этого измеряют сопротивление между разъемом кабеля
преобразователя и клеммой заземления на корпусе прибора. Сопротивле-
ние, измеренное омметром, не должно превышать 5 Ом, в противном
случае цепь заземления дефек госкопа необходимо осмотреть, установить
причины увеличения сопротивления и устранить их.
ГЛАВА IX.
УЛ ЬТРАЗВУ ко ВО й
ДЕФЕКТОСКОП
ДУК-66ПМ
33. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ
Ультразвуковым дефектоскопом ДУК-66ПМ (см. стр. 2 обложки) выявляют
внутренние дефекты и определяют их координаты в различных изделиях
н сварных соединениях, в том числе в сварных и болтовых стыках
рельсов. В сварных стыках дефектоскопом вгяявля» >гся дефекты видов 26.3;
56.3; 66.3, а в болтовых — ЗОГ1; ЗОВ1; 53.1; 50.1; 52.1; 55.1. Прибор можно
использовать для вторичного контроля отдельных участков рельсов.
Дефектоскоп имеет калиброванный регулятор чувствительности (атте-
нюатор), что позволяет- дос га точно точно оценивать и сравнивать ампли-
туды >хо-сигналов и упрощает настройку прибора па заданную чувстви-
тельность. По электронному глубиномеру со сменными шкалами можно
отсчитывать координаты обнаруженных дефектов для выбранного типа
ньсзопреобразовагсля. ДУК-66ПМ — универсальный прибор, работает
в широком диапазоне частот, в том числе на частоте 2,5 МГц, которая
используется для дефектоскопии рельсов.
В зависимости от настройки ДУК-66ПМ можно иегюлыонать в двух
режимах контроля: «Ог поверхности» и «По слоям». Основные узлы
функциональной схемы дефектоскопа (рис. 169): гепср; гор синхронизиру-
ющих импульсов; генератор радиоимпульсов; усилитель радиоимпульсов;
схема временной регулировки чувствительности; видеоусилитель; глуби-
Тсхиичсская характеристика ДУК-661 IM
Максимальная глубина прошу- до 2500 мм
чивання
Индикация обнаруженных де-
фектов
Диапазон рабочих темпера гур
Питание дефе к гое кона
Потребляемая мощность
Габариты (без ручки для пере-
носки)
Масса
но жраггу электронно-лучевой трубки и
вс т роенному и ндика г ору
( 10 : -I 40) С
сеть переменною тока напряжением
220/127 В+ 10"„, частотой 50 Гц или
встроенная аккумуляторная бат трея на-
пряжением 6,6—9,0 В
не более 40 В • А при работе от сети
переменного тока; сила гока, потребля-
емого от аккумуляторной батареи, нс бо-
лее 1,55 А
260 х 170 х 435 мм
с блоком питания от се и не более 9,5 кг,
с блоком аккумуляторов — не более 10,5 кт
200
номер, включая генератор стробирующих импульсов; схема автоматиче-
ского сигнализатора дефектов; генератор напряжения развертки; электрон-
но-лучевой индикатор; пьезоэлектрические преобразователи; схема форми-
рования напряжений питания.
Генератор синхронизирующих импульсов синхронизирует работу всех блоков
прибора. Особенность генератора — можно плавно регулировать частоту следования
импульсов потенциометром « П^-П »  При Дефектоскопии рельсов часто га
посылок должна быть максимальной.-Генератор вырабатывает последовательность
импульсов, которые необходимы для запуска генератора радиоимпульсов, глуби-
номера и генератора напряжения развертки. Генератор синхронизирующих импуль-
сов может работать в режимах автоколебательном и внешнего запуска. Этот режим
при ручном контроле рельсов не используется.
Генератор радиоимпульсов создает высокочастотные электрические колебания,
которые используются для возбуждения пьезо электрических преобразователей.
Частота колебаний генератора определяется параметрами колебательного контура.
В дефектоскопе ДУК-66ПМ элементами колебательного контура генератора явля-
ются емкост ь пьезо электрической пластины преобразователя и дополнительно
подключаемая индуктивность. Катушка индуктивности выполняется в виде смен-
ного переходника. Частота генератора радиоимпульсов переключается путем смены
преобразователя и катушки индуктивности. Высокочастотные электрические коле-
бания преобразуются пьезоплаетиной в механические колебания, которые при
акустическом контакте распространяются в контролируемом изделии. Дойдя до
границы с какой-либо инородной средой, эти колебания отражаются, и часть их
энергии снова попадает па пьсзонластипу. Последняя преобразует принятые меха-
нические колебания в электрические сигналы, которые подаются на вход усили-
теля высокой частоты.
Дефектоскоп ДУК-66ПМ может работать по совмещенной и раздельной схемам
включения преобразователей. Режим работы прибора изменяют переключателем:
соединяются или разьсдиняюгся выход генератора и вход усилителя радио-
импульсов. Контролируют рельсы всегда ио совмещенной схеме.
Усилитель радиоимпульсов усиливает подаваемые на сто вход сит палы. Он вклю-
чает усилитель высокой частоты, детектор, схему отсечки шумов, обеспечивающую
сохранение амплитуды пеподавлясмых сит палов, и калиброванный регулятор чув-
ствительности (аттенюатор). Регулятор ripoiрадунроиаи в логарифмических еди-
ницах (децибелах). Диапазон ослабления сигналов 79 дБ; ослабление можно регу-
лировать через I дБ. Усилитель обеспечивает усиление сигналов во всем рабочем
диапазоне част от прибора без каких-либо переключений. С выхо га усилителя
высокой частоты эхо-сигналы, соответствующие отражениям от дефектов, почато гея
па детектор, а затем на схему отсечки шумов гг видеоусилитель.
Схема временной регулировки чувствителыинит (ВРЧ) предназначена для
уменьшения «мертвой» зоны дефектоскопа, выравнивания в определенной степени
чувствительности но глубине контролируемо!о изделия. Схема запускается пило-
образным импульсом генератора напряжения развертки и формирует пилообраз-
ный импульс регулируемой кругишы.
Видеоусилитель усиливает эхо-сигналы до значения, достаточного для их
наблюдения гга экране электронно-лучевой трубки. С выхода видеоусилителя
эхо-сиг палы подаются па схему автоматического сигнализатора дефектов.
Генератор ианрчлеспи.ч развертки формирует пилообразное напряжение, необ-
ходимое для получения линии развертки на экране электронно-лучевой трубки,
а также импульс подсвета для увеличения яркости изображения во время прямого
хода луча. Генератор можно использовать в двух режимах контроля: «От поверх-
ности» и «По слоям». В режиме «От поверхности» генератор запускается
201
202
одновременно с излучением зондирующего импульса положительным импульсом
с генератора синхронизирующих импульсов. Импульсы пилообразного напряжения
с выхода генератора подаются на горизопгалыю-отклоняющие пластины элект-
ронно-лучевой трубки. Прямоугольный импульс отрицательной полярности, выра-
батываемой этим генератором, используется в качестве импульса подсвета прямого
хода луча. Длительность вырабатываемых генератором импульсов изменяется
скачкообразно переключателем диапазонов «_Д_ -	, а в пределах каждого
диапазона — потенциометром	» , выведенным на переднюю панель
дефектоскопа. Переключатель диапазонов и регулятор «—» некалиброваны;
длительность развертки можно измерить с помощью глубиномера. В режиме
«По слоям» (задержанная развертка) генератор напряжения развертки запускается
импульсом глубиномера.
Глубиномер предназначен для измерения координат дефектов и настройки
системы временной селекции дефектоскопа. Определение координат дефектов при
эхо-мстодс ультразвуковой дефек госкотиш заключается в измерении времени от
момента излучения зондирующего импульса до момента приема эхо-сигнала.
Для этого глубиномер дефектоскопа содержит калиброванную схему задержки
синхронизирующего импульса. В момент окончания задержки глубиномер выра-
батывает импульс, которым пшускается генератор с гробирующего импульса.
Вырабатываемый этим генератором импульс подается па вергикально-отклоня-
ющие пластины электронно-лучевой трубки и наблюдается па ее экране в виде
прямоугольного импульса положительной полярности. Передний фронт этого
импульс» — метка глубиномера. Величина задержки стробирующих импульсов
регулируется плавно потенциометром «2ft >У' вь,всДен1,ым на переднюю панель.
Схема задержки имеет два диапазона: 0 — 200 и 0 — 400 мкс; их выбирают
переключателем «х/», «х2».
Глубиномер дефектоскопа ДУК-66ПМ позволяет отсчитывать время распро-
странения УЗК до отражателя н обратно (тикала Та\ а также координаты
отражающей поверхности Н и L при контроле стальных изделий и сварных
соединений прямым (//,>) и наклонным преобразователями с углами призмы 30,
40 и 50 . Глубиномер содержит также генератор стробирующих импульсов. Он
вырабатывает импульс, используемый зля временной селекции сигналов, отражен-
ных от песплошносгсй, расположенных в заданном слое контролируемого изделия.
Временное положение стробирующего импульса определяется положением ручки
«2ft» ’ а Длительность его зависит от положения регулятора «J -ф- »
Этот регулятор пскалиброван; длительность стробирующего импульса можно
измерить с помощью глубиномера.
В режиме контроля «По слоям» генератор напряжения развертки запуска-
ется импульсом глубиномера. Схема автоматического сигнализатора дефектов
состоит из каскада совпадений и звукового индикатора. На один вход каскада
совпадений подаются сигналы с видсоусили геля, а па второй — с генератора
стробирующих импульсов. Па выходе каскада вырабатывается отрицательный
импульс в том случае, если сигналы с видеоусилителя и генератора стробирующих
импульсов совпадают по времени. Этот импульс подается па вход схемы звукового
индикатора. Его назначение — преобразование импульса, вырабатываемого кас-
кадом совпадений, в сигнал, достаточный для срабатывания звукового сигна-
ла га тора.
34. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА
Рассмотрим электрическую схему дефектоскопа (рис. 170, вкладка). Генератор синхро-
низирующих импульсов выполнен на транзисторе 3-Т1 по схеме блокинг-генера-
тора, работающего в режиме самовозбуждения или внешнего запуска. Блокинг-
203
генератор — это генератор электрических импульсов с ипдукт ивной обратной
связью: обмотка 1-4 импульсного трансформатора 3-Тр1 является нагрузкой коллек-
тора 3-71, а обмотка 2-3 — обмоткой обратной связи. Частоту следования импульсов
генератора можно регулировать переменным резистором 3-R4, включенным
в эмнттерггую цепь транзистора. Транзистор З-П питается от одпоиолупериодного
выпрямителя на диоде ТД/ Этот же выпрямитель питает генератор радио-
импульсов. Обмотки 5-8 и 6-7 трансформатора 3 Тр1 — выходные; в точке 6 снима-
ется синхронизирующий импульс положительной полярное г и для запуска генера-
тора радиоимпульсов, а в точке 5 — для запуска глубиномера и генератора
напряжения развертки. Генератор радиоимпульсов контуром ударного возбуж-
дения собран на тиристорах 3-Д4 — 3-Д7 гго схеме удвоения напряжения. До
подачи запускающего напряжения конденсаторы 3-С6 и 3-С7 заряжаются через
резисторы 3-R5 и 3-R7. Запускающий импульс поступает па управляющий
электрод тиристора 3 Д7 и отпирает его; открываются тиристоры 3 Д4 — 3-Д6,
разряжаются последовательно соединенные конденсаторы 3-С6 и 3-С7 через откры-
тые тиристоры гга колебательный контур, состоящий из емкости пьсзоплас кипы
преобразователя, подключенного к гнезду Г-2, и индуктивности, подключенной
к разъему 3-Ш1.
Параллельно колебательному контуру подключен резистор 3-RI1. В колеба-
тельном контуре формируется зондирующий импульс, который можно наблюдать,
нс вскрывая прибора, гга индуктивности.
Усилитель радиоимпульсов выполнен гго схеме широкополосного усиди геля
Входным каскадом усилителя является эмпттерпый повторитель гга транзисторе
/-77 с диодным ограничителем гга диодах 1-Д1 и 1-Д2. С эмиттера / 11 через
/-С2 сигналы подаются па аттенюатор, который состоит из четырехполюсников,
позволяющих изменять значение сиг нала па выходе ступенями через 1 гБ.
На затвор нолевого транзистора 1-Т2 (второй каскад усилителя) подастся управля-
ющее напряжение ВРЧ, которое формируется транзистором 1-1'5 иг пилообраз-
ного напряжения развертки, подаваемого гга базу 1-Т5 через I-C8.
В коллекторную цепь 1-Т5 включен резистор R35-I, с помощью которого
регулируется крутизна управляющего напряжения. С потенциометра R35-2 гга гаг вор
1-Т2 ггодаегся напряжение, позволяющее изменять длительность действия управ-
ляющего напряжения ВРЧ.
Усилительные каскады гга транзисторах I-T3, I-T7 вьгпоэгггеыг.г ио апериодиче-
ской схеме с корректирующей индуктивностью в цени коллектора; выходной
сигнал усилителя со вторичной обмотки трансформатора 1-Тр1 поступает гга
детектор радиоимпульсов гга диоде 1-Д7. На транзисторах /-7'9 — 1-1 7 / собрана
схема отсечки шумов, обеспечивающая сохранение амплитуды нснодавлясмых
сигналов. Уровень отсечки шумов гго жрапу электронно-лучевой трубки регули-
руется потенциометром I-R36. С выхода этой схемы импульсы положительной
полярности подаются на видеоусилитель, выполненный гго каскодной схеме па
транзисторах IT 12, 1-TI3. Нагрузка видеоусилителя разделена. Полный видеосиг-
нал положительной полярности с коллектора 1Т 12 через емкость / С39 поступает
на вергикальпо-отклоняющую пластину глскт рогггю-лулевой трубки, а часть сиг нала
(с нагрузки 1-R50) — в схему временной сслекнии
Генератор напряжения развертки выполнен гго схеме фаптастронггото генера-
тора на транзисторах 4-ТЗ—4-Т6. На транзисторе 4-Т7 собран фазоипвертор.
В режиме «Контроль от поверхности» (задержка выключена) генератор запуска-
ется синхронизирующим импульсом положительной полярности, который через
диод 4-Д6 подается гга базу 4-ТЗ. Длительность импульсов, вырабатываемых
генератором, определяется величиной части резистора R36-2, включенной в схему,
и емкостью конденсатора, включенного между базой 4-Т4 и эмиттером 4-Т6.
С коллектора 4-ТЗ через 4-С13 прямоугольный импульс отрицательной полярности
поступает в качестве импульса подсвета на катод электропно-лучевой трубки, чго
204
увеличивает яркость электронного луча. Линейно-возрастающсе напряжение с кол-
лектора 4-ТЗ подается через 4-CI4 па одну из т оризонталыю-отклоняющих
пластин электронно-лучевой трубки, а формируемое на коллекторе 4-Т7 линейно-
убываютцее напряжение через 4-CI9 — на вторую.
Глубиномер состоит из каскада задержки на транзисторах 4-Т1, 4-Т2 и гене-
ратора стробирующего импульса (4-1'8. 4-19]. Каскад задержки запускается через
4-С1 синхронизирующим импульсом положительной полярности; он собран по
схеме ждущего мультивибратора н вырабатывает прямоугольный импульс, дли-
тельность которого зависит оз положения движка переменного резистора R34
« ~|~* и емкости конденсаторов, включенных между коллектором 4-Т1 и базой
4-1'2.
Переключателем В5 можно изменить максимальную длительность прямо-
угольною импульса, вырабатываемого генератором задержки (200 или 400 мкс).
Переменные резисторы 4-R4 и 4-R5 предназначены для подстройки глубиномера.
В момент окончания импульса каскада задержки продифференцированным
импульсом, соответствующим заднему фронту, через 4С-10 запускается генератор
стробируютцет о импульса. Этот импульс можно наблюдать на экране электронно-
лучевой трубки дефектоскопа, ст о передний фронт является меткой глубиномера.
Длительность стробирующего импульса регулируется переменным резистором
R36-1 «J » ось которого выведена на переднюю панель дефектоскопа.
С осью этого потенциометра совмещен выключатель автоматического ентнали-
затора дефектов.
Автоматический ент пализагор дефектов состоит из усилителя-формирователя
видеоимпульса па транзисторах 4-TKI — 4-1'12, каскад;! совпадений на транзисторах
4-Г13, 4-Т14 и мультивибратора сигнализации на транзисторах 5-Т2, 5-Т4
с усилителем 5-Т5. На базу входного каскада усилителя-формирователя на тран-
зисторе 4-Г К) поступают сшналы с видеоусилителя и после усиления — па вход
схемы совпадений (база 4-Т14). Величину сигнала, подаваемого на базу 4-Т14,
можно регулировать потенциометром 5-R37, ось которого выведена на боковую
стенку дефектоскопа с обозначенном	На второй вход схемы совпадений
(база 4-1'13) подастся стробирующий импульс с коллектора 4-Т8. Транзисторы
4-1'13 и 4-Т14 при отсутствии сигналов на базах закрыты; они открываются
при одновременном поступлении стробирующего импульса и эхо-ситиала от де-
фекта. Тогда на коллекторе 4-TI4 формируется импульс отрицательной полярности,
запускающий ждущий мультивибратор. Импульс отрицательной полярности с соп-
ротивления нагрузки мультивибратора 5-R11 поступает на усилитель 5-Т5, нагруз-
кой которого служит микрофонный капсюль — звуковой сигнализатор
Электронный блок дефектоскопа рассчитан па низание оз источника постоян-
ного напряжения 6,6 9,0 В. Таким источником служит блок питания от сети
или аккумуляторная батарея. В электронном блоке прибора смонтированы:
преобразователь напряжения, злектрониып стабилизатор и схема защиты аккуму-
лятора от переразряда. Преобразователь напряжения собран но двухтактной схеме
на транзисторах 6-Т1, 6-Т2, включенных по схеме с общим эмиттером. Вторичные
обмотки трансформатора преобразователя натружены на системы выпрямителей
и умножителей, обеспечивающие питание всех узлов прибора. Преобразователь
питается постоянным напряжением 6 В. Для стабильности выходных напряжений
преобразователя на его входе смонтирован электронный стабилизатор на тран-
зисторах 6-ТЗ — 6-Т6. Опорное напряжение стабилизатора задается стабилитронами
6-Д6 и 6-Д7. Транзисторы 6-13 и 6-Т4 включены по схеме дифференциального
усилителя постоянного тока; 6-Т5 и 6-Т6 — регулирующие транзисторы.
Схема защиты аккумулятора от переразряда собрана на транзисторах 5-Т1,
5-ТЗ. Стабилитроном 5-ДЗ н переменным резистором 5-R1 рабочая точка схемы
205
устанавливается таким образом, что снижение напряжения на выходе аккумуля-
торной батареи ниже 6,6—6,3 В резко уменьшает ток через транзистор 5-TI,
вследствие чего срабатывает реле 5-Р2, а затем 5-Р1, которое своими контактами
отключает электронный блок от аккумуляторной батареи.
Блок питания дефектоскопа от сети переменного тока (рис. 171) включает
в себя силовой трансформатор, выпрямитель с фильтром и бареттер. При работе
с электронным блоком дефектоскопа последний подключается к емкостному
филыру. Блок питания используют также для тарядкн аккумуляторов. В этом
случае переключат епт. В2 устанавливают в положение «Заряд», а аккумуляторную
батарею подключают к выпрямителю последовательно с бареттером Л1. Эго
обеспечивает заряд аккумулятора током постоянной величины.
35, КОНСТРУКЦИЯ
Дефектоскоп ДУК-66ПМ — портативный прибор. Он состоит из трех
узлов: собственно дефектоскопа (электронпот о блока), блока питания от
сети и аккумуляторной батареи. Основные органы управления электрон-
ного блока для настройки приемного тракта дефектоскопа, системы
временной селекции и индикации дефектов расположены на передней
панели прибора (рис. 172):
переключателями / и 2 аттенюатора « |<JB» изменяют значение сигнала
па входе приемного тракта дефектоскопа;	> ►
ручки регулировки глубины	11 крутизны 1\_*	4
напряжения временной регулировки чувствительности; ручка 4 совмещена
с выключателем пи тающего напряжения дефектоскопа;
переключателем 5	выбирают схему включения
преобразователей — раздельную или совмещенную; при контроле рельсов
его всегда следует устанавливать в положение
ручкой «J4- » 7 изменяют толщину контролируемого слоя, в пре-
делах которого эхо-сигналы могут быть зарегистрированы автоматическим
сигнализатором дефектов; этой же ручкой можно выключить автомати-
ческий сигнализатор дефектов;
регулятором	длительности развертки 8 и переключателем
диапазонов 9 изменяют длительность развертки, толщину
206
участка, в пределах которого просматривается ход ультразвукового луча
на экране электрон но- лучевой трубки;
переключатель 10 режима запуска генератора напряжения развертки;
ручкой «» I? перемещают визир по шкале глубиномерного
устройства, что позволяет отсчитывать координаты дефекта; глубиномер
дефектоскопа имеет два диапазона; с одного диапазона на другой пере-
водят переключателем 11; дефектоскоп комплектуется набором сменных
шкал, по которым отсчитывают координаты дефектов при использовании
различных пьезопреобразователей; метка глубиномера — передний фронт
стробирующего импульса, поэтому цифра на шкале, расположенной против
визирной линии, показывает глубину расположения ближней к преобра-
зователю границы контролируемого слоя, в пределах которого эхо-сигнал
регистрирует автоматический сигнализатор дефектов.
На передней панели дефектоскопа находятся также экран электронно-
лучевой трубки, индикатор включения дефектоскопа, высокочастотные
разъемы для подключения преобразователей. При дефектоскопии рельсов
преобразователь всегда подключают к выходному разьему генератора
6. На правой боковой стенке расположены регулятор уровня
отсечки шумов «	|\ ^ » , регулятор чувствительности автоматического
сигнализатора дефектов «_[^|_»’ а также вспомогательные органы
управления, предназначенные для регулировки изображения на экране
электронно-лучевой трубки. На левой боковой стенке дефектоскопа нахо-
дятся переключатель режима синхронизации (он всегда должен быть
в положении «Z»), регулятор частоты следования импульсов синхрони-
затора (устанавливается в крайнее правое положение) и гнездо для
подключения катушки индуктивности колебательного контура генератора
радиоимпульсов. На задней стенке электронного блока установлены
предохранитель на 3 А и клемма для заземления дефектоскопа. Электрон-
ный блок состоит из несущего каркаса, к стяжкам которого прикреплены
платы прибора; на платах смонтированы узлы электронной схемы.
Блок питания для работы
дефектоскопа от сети перемен-
ного тока — съемная конструк-
ция, вставляется в отсек ко-
жуха электронного блока и
соединяется с электрической
схемой блока штепсельным
разъемом. На задней стенке
блока находятся переключатели
напряжения сети и режима ра-
боты. Аккумуляторная батарея
размещена в кожухе таких же
размеров, как и блок пи-
тания. Для работы от аккуму-
ляторной батареи ее устанавли-
вают в прибор вместо блога
питания от сети. Если дефекто-
скоп не включается или не-
Рис. 172. Органы управления дефектоскопа
ДУК-66ПМ
207
риодически выключается, то это означает, что аккумулятор разряжен
и автоматически отключается. В этом случае прибор выключают и заря-
жают аккумулятор от блока питания. Для этого переключатель «Работа —
Заряд» ставят в положение «Заряд», соединяют кабелем аккумулятор
с блоком питания и подключают блок питания к сети. Время заряда —
13 ч. По окончании заряда аккумулятора переключатель режима работы
обязательно возвращают в положение «Работа».
36.	ПОДГОТОВКА ДЕФЕКТОСКОПА
К РАБОТЕ. КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ
В ПУТИ
Сварные стыки разрешается контролировать в процессе эксплуатации при
температуре воздуха не ниже +5 "С. Эту работу целесообразно выполнять
искательной системой дефектоскопных тележек. Контролировать болтовой
стык вручную лучше искателем с протектором из оргстекла. Перед
контролем поверхность катания в зоне болтового стыка покрывают слоем
минерального масла. В прибор вставляют шкалу «Мкс» и совмещают
визирную линию глубиномера с ее началом. Проверяют точность работы
глубиномера. Убедившись, что ручка	находится в крайнем
левом положении, п| ибор включают. Уст аповив потенциометр	«	»
так, чтобы цифра 150 была против визирной линии, ручкой	»
перемещают маркерную метку глубиномера па правый конец развертки.
Для включения звукового индикатора необходимо, не изменяя положения
ручки	, вращением ручки <Л_П_1 * совмсстить визирную
линию с цифрой 0 на шкале глубиномера, затем вращением ручки
«_р» растянуть ст робирующий импульс до конца развертки.
Установленная длительность стробирующею импульса- 150 мкс. Это
позволяет видеть на экране второй донный эхо-импульс при контроле
болтовых стыков в рельсах Р65.
На экране дефектоскопа при расположении искателя на поверхности
катания головки над шейкой появится донный импульс в середине линии
развертки. Ручки «<]с1В» следует установить в положение, при котором
амплитуда донного эхо-имнульса по высоте была бы приблизи 1слыю
равна 30 мм. Перемещая искатель но поверхности катания в зоне
болтового стыка, необходимо наблюдать за изменениями амплитуды
донного эхо-импульса и появлением ......>ix импульсов левее донного.
Признак обнаружения дефекта — исчезновение донного или появление отра-
женного импульса при расположении искаюля не над отверстием.
Перед выходом в путь проверяют работоспособность дефектоскопа:
измеряют амплитуды (в дБ) донных эхо-имнульсов, устанавливая искатель
над сквозным отверстием диаметром 3 — 4 мм и над бездефектной зоной.
Разницу амплитуд импульсов необходимо зафиксировать. При контроле
болтовых стыков в пути амплитуду донного эхо-импульса принимаю!
равной 30 мм, затем ручками « Г’йВ» увеличивают чувствительность па
измеренную ранее разность амплитуд. Установленная чувствительность
будет соответствовать настройке дефектоскопа по цилиндрическому
отверстию диаметром 3 — 4 мм. В процессе вторичного контроля прозву-
чивают сварные стыки и отдельные участки основного металла рельсов
наклонными искателями.
208
ГЛАВА X.
УЛ ЬТРАЗ ВУ КО ВО й
РЕЛЬСОВЫЙ
ДЕФЕКТОСКОП
УЗД-НИИМ-6М
37.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ
УЗД-НИИМ-6М (рис. 173) — первая модель ультразвукового рельсового
дефектоскопа многоцелевого назначения. Этим прибором можно контроли-
ровать основной металл, зону болтовых стыков одновременно двух рель-
совых ни гей, сварные стыки. В дефектоскопе впервые использованы:
зеркально-теневой метод с применением второго донного сигнала, «ультра-
звуковой калибр» для контроля болтовых стыков рельсов, стрелочный
индикатор для непосредственного отсчета координат дефектов, имитатор
дефектов для безэ талонной настройки чувствительности дефектоскопа.
Многоцелевой дефектоскоп «Рельс-5» разработан на основе УЗД-
НИИ М-6М.
Дефектоскоп УЗД-НИИМ-6М выявляет следующие типы дефектов
в рельсах, уложенных в пути:
продольные вертикальные расслоения в шейке рельса или головке над
шейкой, расположенные на продольной оси рельса и с отклонением от
нее +5 мм, протяженностью 10 мм и более (дефекты тина ЗОВ. 1-2 глубиной
более 5 мм и 50.1-2); трещины ог волосовины в подошве рельса (дефекты
типа 60.1-2) глубиной от 5 мм и протяженностью более 10 мм, располо-
женные но продольной оси шейки рельса;
горизонтальные расслоения металла или трещины в любом месте шейки
рельса, заходящие в нее не менее чем на 7,5 мм (дефекты типов
52.1-2; 55.1-2) протяженностью более 10 мм;
внутренние горизонтальные расслоения в головке рельса, развивающиеся
с боковой грани, расположенные над шейкой и заходящие в ее продол-
жение в головке не менее чем на 7,5 мм (дефект типа ЗОГ. 1-2). Пере-
численные дефекты в зоне болтовых стыков выявляются в том случае, если
длина проекции дефекта выходит за проекцию болтовых отверстий более
чем па 10 мм; в зоне болтовых стыков обнаруживаются также трещины
в головке в местах приварки рельсовых соединителей (дефект типа 38.1)
и наклонные трещины от болтовых отверстий (дефект тина 53.1), длина
Рис. 173. Дефектоскоп УЗД-
НИИМ-6М:
/ — прибор; 2 — источник пита-
ния; 3 — искательная система
209
проекции которых выходит за проекцию болтовою отверстия более чем
на 10 мм;
поперечные трещины в виде темного и светлого пятен, расположенные
в головке рельса над шейкой и со стороны рабочей грани (дефекты
типов 20.1-2; 21.1-2), диаметром более 12 мм. По мере развития дефектов
надежность выявления этих дефектов может снижаться.
В сварных стыках рельсов могут быть обнаружены дефекты площадью
25 мм2 и более (дефекты типов 26.3; 56.3 и 66.3).
Дефектоскоп рассчитан на работу в полевых условиях при относи-
тельной влажности воздуха до 95 % и температуре от — 30 до + 50 "С —
для капала прямых искателей; от —20 до +50 “С — для канала наклонных
искателей; от 0 до +50'’С —для ручных искателей. Частота ультразву-
ковых колебаний 2,5 МГц, частота посылок импульсов ультразвуковых
колебаний 400 — 600-Гц. Индикация выявленных дефектов — звуковая, по
появлению звука в телефонах. Источником питания дефектоскопа может
быть любая аккумуляторная батарея напряжением 13—14,5 В. Ток, по-
требляемый дефектоскопом от аккумуляторов, не более 0,9 А. Масса
прибора с искателями, кабелем и телефонами (без тележки и аккумуля-
торов) 14 кг. Полная масса дефектоскопа, включая 20 л воды, не более
80 кг. Габариты дефектоскопа в рабочем состоянии 2080 х 960 х 970 мм.
Дефектоскоп устанавливают на1гележке и в процессе работы переме-
щают по контролируемому пути. По рельсам скользят два комбиниро-
ванных искателя, каждый из которых состоит из двух прямых и одной
наклонной вставок, излучающих ультразвуковые импульсы в рельс. Для
обеспечения акустического контакта между искателем и рельсом под
искатель подливается вода (при отрицательных температурах — раствор
технического спирта); рельс перед искателем предварительно смачивается.
Контролируется рельс по всей длине в зоне шейки и головки со стороны
рабочей грани. Контроль сварного стыка и вторичный контроль отдельных
участков по всему сечению выполняют дефектоскопом вручную — опре-
деляются координаты дефектов с точностью не менее + (5 % Н + 4) мм.
Шейку и продолжение ее в головку и подошву по всей длине
контролируют зеркально-теневым методом с применением прямой вставки,
расположенной в комбинированном искателе. Контроль но второму
донному сигналу позволяет в ряде случаев повысить чувствительность
дефектоскопа к внутренним дефектам и снизить влияние качества акусти-
ческого контакта па результаты работы. Поэтому в дефектоскопе
УЗД-НИИМ-6М предусмотрена возможность работы по первому донному
импульсу и по второму. Для исключения ложных сигналов при поиске
трещин в стенках болтовых отверстий при подходе к стыку к основной
прямой вставке подключается нажатием на кнопку дополнительная прямая
вставка (расположена в том же комбинированном искателе), которая
образует с основной вставкой «ультразвуковой калибр».
Головку рельса по всей длине контролируют эхо-методом с примене-
нием призматической вставки, установленной также в комбинированном
искателе. Угол призмы Р = 45°, а угол ее разворота относительно оси
рельса у к 34°. В ряде случаев, особенно на двухпутных участках, дефекты
обнаруживаются более эффективно, когда акустическая ось призмы направ-
лена в сторону рабочей грани назад. Контроль сварного стыка рельса
210
выполняют комбинированным искателем с углами падения 38 и 50'.
Дефектоскопы выпуска последних лет укомплектованы теми же искателями
для ручного контроля, что и ДУК-1 ЗИМ и ДУК-66П. Индикатором
обнаружения дефектов при сплошном контроле служат телефонные
наушники. Сигнал в наушниках возникает при уменьшении донных импуль-
сов в заданное число раз или при приеме эхо-сигналов. Дефектоскопом
УЗД-НИИМ-6М можно одновременно выявлять в рельсах все те дефекты,
которые могут быть обнаружены приборами УРД-52, УРД-58, УРД-58М,
УРД-63, УРДО-3, ДУК-1 ЗИМ и ДУК-66п.
Рассмотрим функциональную схему дефектоскопа (рис. 174).
На схеме канал контроля прямых искателей показан только на одну пить.
Дефектоскоп состоит из следующих элементов:
приемнопередающего тракта /, работающего с временной и амплитудной
селекцией эхо-импульсов, принимаемых наклонными искателями, контролирующими
головки правого и левого рельсов;
ждущего генератора напряжения звуковой частоты II, срабатывающего от
эхо-импульсов, отраженных от дефектов, выявленных в рельсе наклонным
искателем;
наклонных искателей ///, предназначенных для выявления дефектов в головке
рельса при сплошном контроле;
комбинированного наклонного искателя IV, подключаемого к приемпонереда-
югцему тракту / при ручном контроле;
нриемпопередающего тракта
УЗК V-1 и усилителя V-2;
прямого искателя X/, пред-
назначенного для сплошного
контроля шейки рельса и про-
должения ее в головку и по-
дошву;
схемы VII выделения дой-
ного импульса, состоящей из
генератора селектирующих им-
пульсов и каскада антисовпаде-
пий, подключаемой па выход
присмнопсрсдатощсго тракта У;
схема выполнена таким обра-
зом, что при уменьшении в
определенное, наперед заданное
число раз хотя бы одного дой-
ного эхо-импульса на выходе
ее возникает импульс;
ждущего генератора VIII
напряжения звуковой частоты,
срабатывающего при появлении
хотя бы одного импульса на вы-
ходе схемы VII. Для индикации
срабатывания генераторов II и
VIII при помощи одного теле-
фона отги настроены гга разные
частоты звукового диапазона,
хорошо различаемые ухом; вре-
мя работы их после запуска оди-
ночным импульсом достаточно
для надежного прослушивания;
V прямых искателей, состоящего из г енератора
Рис. 174. Функциональная схема УЗД-
НИИМ-6М (на одну нить). Римскими циф-
рами обозначены номера блоков функцио-
нальной схемы
211
*
конiрольного аттенюатора IX;
контрольного тумблера X включения аттенюатора;
дополнительного прямого искателя VI, используемого при контроле рельсов
в зоне болтового стыка;
кнопки XII подключения искателя VI;
стрелочного индикатора XIII;
тумблера Л'/И для отключения наклонного искателя, контролирующего головку
правого рельса;
переключателя XV режима работы дефектоскопа и стрелочного индикатора;
преобразователя напряжения XVI.
Контрольный аттенюатор IX и тумблер X предназначены для настройки
чувствительности капала прямых искателей и проверки ее в процессе работы.
При обнаружении дефектов каналами прямых искателей в правом или левом
рельсе появляется звуковой сит нал высокого тона в правом или левом телефонном
наушнике. Если дефект обнаружен наклонными искателями в правом или левом
рельсе, то появляется звук низкого топа только в левом наушнике. Для выясне-
ния того, в каком рельсе наклонными искателями обнаружен дефект, повторно
контролируют при отключенном правом искателе (тумблер XIV в положении
«Левый»).
Стрелочный индикатор XIII в зависимости от режима работы дефектоскопа,
определяемого положением переключателя XV, служит для следующих целей:
измерения питающего напряжения; установки одинарной или двойной высоты
левого или правого рельса (контроль по первому или второму донному сигналу
по зеркально-теневому методу); определения координат дефектов, выявленных
наклонным искателем при ручном контроле по эхо-методу; оценки амплитуды
донного сигнала левого и правого ред .сов при контроле по зеркально-теневому
методу.
Преобразователь напряжения XVI преобразует напряжение постоянного тока
в импульсное напряжение, необходимое для синхронизации и питания генераторов
ультразвуковых колебаний.
Для более полного представления о взаимодействии отдельных узлов прибора
рассмотрим блок-схему капала наклонных искателей дефектоскопа (рис. 175). На
схеме сплошными линиями показаны элементы канала наклонных иска гелей,
а пунктирными — элементы, общие для всех каналов прибора. Улы тазвуковые
Рис. 175. Блок-схема канала наклонных искателей дефектоскопа УЗД-НИИМ-6М
212
колебания возбуждает система, включающая в себя формирователь, управляющий
блокинг-генерагор и генератор радиоимпульсов. К этому генератору подключаются
искатели для контроля головки левого и правого рельсов. Обычно у искателей
различная чувствительность, что особенно резко проявляется при включении их
на параллельную работу. Для выравнивания чувствительности последовательно
с более чувствительной вставкой может быть включено гасящее сопротивление
(компенсатор).
Приемно-селек тирующий тракт канала включает в себя усилитель, линию
задержки, генератор стробирующих импульсов и каскад совпадений. Генератор
стробирующих импульсов запускается импульсом генератора радиоимпульсов через
линию задержки, назначение которой — задержать момент запуска генератора
строб-импульсов, чтобы исключить прохождение зондирующего импульса на инди-
каторы. Канал наклонных искателей используется как при сплошном, так и при
ручном контроле. При сплошном контроле величина задержки запуска генератора
стробирующих импульсов составляет 20 мкс, а при ручном — 12 мкс. Каскад
совпадений осуществляет временную селекцию приходящих па его вход сигналов,
для чего на его второй вход подается стробирующий импульс. Длительность
стробирующего импульса канала наклонных искателей 170 мкс. Генератор стро-
бирующих импульсов используется также для измерения координат выявленных
дефектов.
В дефектоскопах типа УЗД-НИИМ-6М координаты дефектов измеряются путем
отсчета по стрелочному индикатору. Координаты определяются аналогично
ДУК-13ИМ: измеряется время от момента излучения зондирующего импульса
до момента приема отраженного. Для этой цели импульс с каскада совпадений,
соответствующий отражению от дефекта, подается по цепи обратной связи на
генератор стробирующих импульсов и срывает его. Таким образом, длительность
стробирующего импульса автоматически приравнивается двойному времени
распространения улыразвуковых колебаний от искателя до отражающей по-
верхности.
В дефектоскопах УЗД-НИИМ-6М более ранних выпусков длительность стро-
бирующего импульса измеряется специальной схемой, содержащей генератор
пилообразного напряжения; к выходу схемы подключается стрелочный измери-
тельный прибор. В новых приборах нет генератора пилообразного напряжения —
длительность стробирующего импульса измеряется интегрирующим устройством.
На шкале измерительного прибора для конкретных искателей нанесены значения
координат дефектов, которые определены расчетом. Это упрощает работу с де-
фектоскопом. В УЗД-НИИМ-6М, выпущенных после 1974 г., шкалы измеритель-
ного прибора построены с учетом случайных погрешностей, возникающих при
измерении координат.
Каналы прямых искателей (левый и правый) почти идентичны. Разиина состоит
в том, что генератор радиоимпульсов левого прямого капала запускается синхронно
с генератором радиоимпульсов капала наклонных искателей импульсом, снимаемым
с формирователя этого генератора, а генератор радиоимпульсов правого канала
прямых искателей — импульсом специального управляющег о блокипг-г еператора
(рис. 176). Так же как и в канале наклонных искателей, для возбуждения
ультразвуковых колебаний используются формирователь, управляющий блокинг-
геиератор и генератор радиоимпульсов. К ттому генератору при сплошном
контроле рельсов подключен один прямой пьезопреобразователь для контроля
шейки рельса и продолжения ее в головку и подошву по зеркально-теневому
методу. Болтовые стыки можно контролировать ультразвуковым калибром.
Для выравнивания чувствительности вставок калибра, так же как и в канале
наклонных искателей, можно использовать гасящее сопротивление (компенсатор).
Генератор стробирующих импульсов вырабатывает короткий импульс, положение
которого во времени относительно зондирующего импульса изменяется при
настройке ручкой «Тип рельса». Соответствующая шкала измерительного прибора
213
Компенсатор
Рис. 176. Блок-схема правого канала прямых искателей УЗД-НИИМ-6М
проградуирована в миллиметрах высоты рельса. Временная селекция донных
сигналов в каналах прямых искателей выполняется каскадом несовпадений.
Импульс па выходе лого каскада появляется в том случае, если амплитуда
донного 'импульса меньше установленного при настройке дефектоскопа значения.
Дефектоскоп смонтирован па тележке (рис. 177), для передвижения
которой предусмотрена ручка с кнопкой. Нажатием па нее подключают
дополнительные искатели при контроле болтовых стыков. Электронный
блок закреплен па тележке таким образом, что сто легко установить
в положение, наиболее удобное для работы. После выбора нужного
положения электронного блока затягивают гайку и винты. В блоке
питания находится преобразователь напряжения и блок аккумуляторов.
Блок питания прикреплен к тележке накидными замками. Все внешние
электрические соединения выполнены кабелем с разъемами.
В центре тележки стоит бак для воды. Он соединен с крапом
и распределительными устройствами, что позволяет регулировать подачу
жидкости под искательные системы и в устройство предварительного
смачивания рельсов. Справа и слева тележки расположены центрирующие
механизмы с искательными системами.
Электронный блок состоит из трех плат, на которых смонтирована
передняя панель с органами управления, стрелочный индикатор и задняя
панель с разъемами: высокочастотным для подключения ручного искателя
и штепсельным, соединяющим прибор с преобразователем напряжения,
комбинированными искателями и рукояткой. Для удобства при настройке
и ремонте прибора верхняя и нижняя монтажные платы закреплены
на шарнирах и могут открываться; передняя панель крепится четырьмя
винтами и может отодвигаться. Прибор закрыт кожухом. Резиновая
прокладка на передней панели позволяет устранить зазор. Стрелочный
214
215
Рис. 17N. Искатель для
ручного контроля рельсов:
/ — разъем; 2 — микропереклю-
чатель; 3 пьсзоэлемен । ы; 4 —
при »ма
Рис. 179. Комбинированный ис-/
кт ель для сплошного контроля
рельсов:
1. 2, 5 наклонная и прямые hciub-
ки; 3 — разI,ем; 4 — крышка; 6 — ос-
нование
прибор тоже устанавливают с резиновой прокладкой. Чтобы предохранить
прибор о г попадания в пего пыли, на передней панели имеется крышка
со смотровой вставкой из оргстекла. В верхней части кожуха сделано
отверстие (завинчивающееся специальной заглушкой), что позволяет
отверткой регулировать потенциометр при подстройке глубиномера.
Все основные органы управления прибором расположены на передней
панели (см. 2 стр. обложки) и па ручке, предназначенной для перемещения
тележки. У переключателя 8 режима работы дефектоскопа и стрелочного
индикатора пять положений: если установить его в положение «12 В»,
стрелочный индикатор будет показывать по нижней шкале поданное в
прибор питающее напряжение; во втором положении переключателя «Сил»
(сплошной контроль основного металла и зоны болтовых стыков рельсов)
на шкале стрелочного индикатора будет указана высота или двойная
высота контролируемого рельса левой ни ти в зависимост и от того, па каком
донном сигнале (первом или втором) выполняется контроль. При нажатой
кнопке 16 («Пр») стрелочный индикатор показывает те же величины для
правой нити; если установить переключатель в положение «Ручп.»
(третье положение — ручной контроль) стрелочный индикатор по шкалам
Н50 и Н38 покажет глубину контролируемого участка (для выбранного
искателя), а по шкалам L50 и L38 — его протяженность; при обнаружении
дефекта по тем же шкалам определяют его координаты. В четвертом
или пятом положении «Левый донный» или «Правый донный» стрелочный
индикатор будет показывать интенсивность принимаемого донного сиг-
216
нала. На ручке тележки есть кнопка для подключения дополнительных
прямых вставок при контроле болтовых стыков рельсов и отключения
наклонных.
Преобразователь напряжения — это отдельный блок, закрепленный в
ящике четырьмя винтами. Транзисторы, резисторы и конденсаторы
преобразователя размещены на монтажной плате. Преобразователь соеди-
няется с прибором штепсельным разъемом.
Ручной искатель (рис. 178) состоит из призмы, пьезоэлсментов, микро-
переключателя и разъема. Призму из оргстекла с приклеенными пьезо-
элементами помещают в стальной корпус и заливают демпфирующим
компаундом. Чтобы избежать акустических наводок, радиоимпульс пода-
ется только на один из пьезоэлементов. Искатель переключают при уста-
новке па контролируемую поверхность автоматически микровыключателем
и штоком. Подключают ею к кабелю разъемом. На корпусе искателя
указаны углы призм и центры излучения.
Комбинированный искатель (рис. 179) состоит из основания, вставок,
крышки и разъема. В основании искателя помещаются две прямые встав-
ки и одна призматическая. Расстояние между пьезопластинами прямых
вставок может изменяться, что позволяет контролировать болтовые отвер-
стия различною диаметра. Через отверстие в передней части основания
подается контактирующая жидкость. Искатели закрывают крышкой с ре-
зиновой прокладкой. Подключают искатели к прибору разъемом. На кры-
шке искателей выгравировано «Левый» или «Правый» и линия, обозна-
чающая центр излучения постоянно подключенной прямой вставки. К ниж-
ней части основания прикреплена стальная накладка для повышения дол-
говечности искателей.
38.	ПОДГОТОВКА ДЕФЕКТОСКОПА
К РАБОТЕ. КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ
В ПУТИ
Перед началом работ с дефектоскопом выполняют внешний осмотр элект-
ронного блока, центрирующих систем, колес, тележки, искателей, соеди-
нительных кабелей, аккумулятора и устраняют замеченные неисправности;
прочищают и смазывают машинным маслом шарниры цен i рирующих сис-
тем; устанавливают искатели в центрирующие системы; искатель с отмет-
кой «11равый» устанавливают справа, если смотреть па дефектоскоп со
стороны ручки. Бак, комбинированные искатели и очистительные устрой-
ства соединяют шлангами и, закрыв все краны, заливают в бак необ-
ходимое количество смачивающей жидкости — воды или раствора спирта
в воде. Подключают к прибору кабели и телефоны. Необходимо, чтобы
кабель с отметкой «Правый» был подключен к правому искателю и чтобы
была соблюдена полярность при подключении аккумулятора. Затем де-
фектоскоп размещают на рельсах контрольного тупика вис зоны располо-
жения искусственных дефектов и, поставив переключатель <8 (см. рис.
на 2 стр. обложки) в положение «12 В», включают дефектоскоп тумблером
«12 В», а потенциометром «рег. 12 В» устанавливают Но стрелочному
индикатору напряжение 12 В. После этого проверяют работоспособность
217
дефектоскопа: открыв краны и перемещая тележку, обеспечивают акусти-
ческий контакт между искателями и рельсом.
Ставят ручку 9 в положение «0,4»; ручку 14 — в положение, при котором
стрелка измерительного прибора по шкале Но находится в пределах сек-
тора, соответствующего выбранному донному сигналу (первому или вто-
рому), и в телефонах ne'e звука; затем переключатель 8 переводят в по-
ложение «Л. дон». Вращением регулировочного винта па левой центри-
рующей системе устанавливают последнюю по оси рельса. Поворачивая
незначительно вин г, добиваются максимального отклонения стрелки на
индикаторе. Аналогично центрируют правый искатель.
Для проверки работоспособности дефектоскопа при контроле основ-
ного металла рельсов прямыми искателями следует:
установить ручки «Аттенюатор» и «Усиление» каналов прямых искателей
в крайнее правое положение; тумблер «Накл. — накл. и прям.» поставить
в положение «Накл. и прям.»;
вращая регулятор «Тин рельса» 14, установить стрелку индикатора в
пределах сектора, соответствующего первому донному сигналу для левой
нити; при настройке правого прямого капала следует нажать кнопку «Пр.»,
установить ручкой 15 стрелку в пределах заданного сектора по шкале
Но и отпустить кнопку; затем более точно настроить оба канала по зву-
ковому индикатору, постепенно уменьшая усиление прямых искателей и
добиваясь минимального угла поворота ручки «Тип рельса», в преде-
лах которого пропадает звук в телефоне;
включить аттенюаторы, поставив тумблер 12 па «Аттенюатор»; уста-
новить ручки «Аттенюатор» в положение «0,25»; поочередно вращая ручки
«Усиление», поставить их в крайнее правое положение, при котором еще
слышны звуковые сш налы в телефонах; выключить аттенюат оры;
прокатив тележку по рельсам, убеди гься в появлении звуковых сигналов
при прохождении искателей над болтовыми отверстиями или искусствен-
ными дефектами, расположенными в шейке и в зоне продолжения шейки
в подошву.
Для проверки работоспособности дефектоскопа при контроле болтовых
стыков следует:
установить тележку в положение, при котором обеспечивается вы-
явление болтовых отверстий, не имеющих искусственных дефектов. При
этом в обоих телефонных наушниках будет прослушиваться звуковой
сигнал;
не сдвигая тележку, нала гь кнопку па рукоятке и убедиться в исчезнове-
нии сигнала в телефонах.
Для проверки работоспособности дефектоскопа при сплошном контро-
ле 1 оловки рельса наклонными искателями необходимо:
отключить звуковые индикаторы прямых каналов, установив тумблер б
«Накл,—прям.» в положение «Накл.»;
ручками «Усиление» и «ВРЧ» капала наклонных искателей установить
максимально возможную чувствигслыюсть, при которой еще в процессе
движения тележки вдали от стыка и дефектных участков головки рельса
в телефонных наушниках не прослушиваются сигналы и i рсски; при не-
обходимости для улучшения плавности регулировки поставить тумблер
18 в положение «Мии»;
218
включив тумблер «Оба — лев.» в положение «Лев.» и перемещая дефек
тоскоп, убедиться в выявлении искусственных дефектов в i оловке левого
рельса;
переключив тумблер «Оба — лев.» в положение «Оба», приподняв ле-
вый комбинированный искатель и перемещая дефектоскоп, убедиться в
выявлении искусственных дефектов в головке правого рельса;
установить дефектоскоп в положение, при котором обеспечивается ре-
< истрация эхо-сигнала от торца рельса. Затем по исчезновению сигнала в
левом телефоне убедиться в отключении наклонных искателей при нажа-
тии кнопки на рукоятке дефектоскопа.
Если наклонные вставки комбинированных искателей были заменены,
то необходимо убедиться, что дефектоскоп обеспечивает выявление в эта-
лоне № I отверстия па глубине 30 мм.
Одна из причин, усложняющих эксплуатацию дефектоскопа УЗД-
НИИ М-6М, — псидентичность чувствительности наклонных вставок, ис-
пользуемых для сплошною контроля левой и правой рельсовых нитей,
а также прямых вставок, образующих ультразвуковые калибры. Для устра-
нения этою недостатка приборы с 1973 г. комплектуют двумя сдвоен-
ными компенсаторами. Конструктивно компенсатор выполнен в виде узла
с двумя разъемами типа ШР, один из которых соединяется с основным
кабелем дефектоскопа, а второй —с лыжей искателей (рис. 180).
Для выравнивания чувствительности наклонных искателей компенсато-
рами ручку «Усиление наклонных» перемещают в среднее положение и
поочередно при помощи потенциометров R\ и R'( устанавливают по эта-
лону № 1 для каждой вставки заданную чувствительность. По оконча-
нии настройки следует убедиться в том, что чувствительность вставки,
настраивавшейся первой, не изменилась. Дальнейшая регулировка чувст-
вительности капала наклонных искателей должна выполняться ручками
«Усиление наклонных» и «ВРЧ» (расположены па передней напели).
Переменные резисторы R'2 и R2 служат для выравнивания чувствитель-
ности прямых вставок, образующих ультразвуковой калибр. Выравнивание
чувствительности вставок калибра позволяет контролировать зоны болто-
вою стыка с постоянной чувствительностью независимо от гою, какая из
вставок, основная или дополнительная, принимает дойный сигнал. Перед
выравниванием чувствительности прямых вставок следует убедиться, что
движки потенциометров R2 и R? в обоих компенсаторах находятся в
крайнем левом положении. Для настройки лыжи со вставками распола-
гаются па отрезке рельса Р50 или Р65 с болтовым отверстием. После
этого дефектоскоп настраивается па контроль рельса данного типа по
первому дойному сигналу. Затем следует нажать кнопку включения ультра-
звукового калибра и оставить ее в этом положении па все время изме-
рений. После этого лыжа с искателями устанавливается так, чтобы основ-
Рис. 180. Схема подключения ком-
пенсаторов для выравнивания чув-
ствительности каналов
УЗД-НИИМ-6М
219
пая прямая вставка была расположена над зоной основного металла
рельса, а дополнительная — над болтовым отверстием.
Поворачивая регулятор «Усиление» донного канала против часовой
стрелки, необходимо установить его в такое положение, при котором в
телефоне появляется звуковой сигнал, и запомнить показания по шкале.
Затем сдвинуть лыжу таким образом, чтобы над зоной основного метал-
ла находилась дополнительная вставка, а основная — над болтовым отвер-
стием. После этого снова фиксируется положение ручки «Усиление», соот-
ветствующее появлению звукового сигнала. Если показания по шкале
окажутся меньше, установить ручку в положение, полученное ранее, и при
помощи потенциометра компенсатора добиться появления звука в те-
лефоне. Большие показания гго шкале означают, что дополнительный
искатель менее чувствителен, чем основной. В >том случае потенциометр
/<2 (Rj) следует соединить с выводами 2 — 2 разъемов компенсатора, а
между выводами 1 — I поставить перемычку. Компенсаторы второй лыжи
настраиваются аналогично. Настройку можно упростить, если предвари-
тельно подключить две включенные параллельно вставки калибра к де-
фектоскопу ДУК-66П или ДУК-l ЗИМ и определить, какая из вставок
имеет большую чувствительность.
Работоспособное!!, дефектоскопа проверяется при ручном контроле в
такой последовательности:
подключают кабель с ручным искателем к разьему, расположенному
на задней стенке прибора;
уст анавливаю г переключатель 8 рода работы в положение «Ручп.»;
устанавливают ручки «Усиление» и «ВРЧ» в положение максимально
возможной чувствительности, при которой еще в процессе перемещения
ручного наклонного искателя по поверхности катания рельса в телефон-
ных наушниках не прослушиваются сшналы и трески;
убеждаются, что дефектоскоп обеспечивает выявление в эталоне № 1
отверстий «15 — 45» и «15—40» соответственно искателем 38 и 50 и ис-
кусственных дефектов в 1 оловкс и шейке рельса при расположении ручного
искателя на поверхности катания рельса с регистрацией по твуковому и
стрелочному индикаторам;
убеждаются, что стрелочный индикатор показывает известные коорди-
наты искусственного дефекта с точностью не менее ±(5”„ 11 + 4) мм
в диапазоне температур — 2 4- + 40 С. При других температурах допус-
кается удвоенная ног репшоегь показаний глубиномера. Если показания
глубиномера не соответствуют указанной точности, необходимо его под-
строить при помощи сопротивления Н (на передней напели прибора) в
конце шкалы и сопротивления, ось которого расположена под гермети-
зирующей пробкой на верхней стенке прибора в начале шкалы. Если не-
обходимо, подст ройку повторит ь. Подст ройка выполняется при измерении
прямым искателем размеров прямоугольного образца 150 х 80 х 240 мм
из стали. Закончив проверку, следует закрыть крапы, выключить дефекто-
скоп, поднять искатели в транспортное положение и протереть насухо
поверхности катания рельсов контролируемого тупика.
Перед началом контроля рельсов необходимо определить тип рельсов
и степень их износа и загрязненности, обусловливающие режим работы
дефектоскопа и чувствительность каналов прямых искателей (табл. 15).
220
Чувствительность капала контроля прямым искателем задается вели-
чиной уменьшения первого или второго донного сигнала, при котором
срабатывают звуковые генераторы. Настраивают чувствительность дефек-
тоскопа и измеряют чувствительность, при которой работает дефектоскоп,
аттенюатором, ослабляющим донный сигнал в любое необходимое чис-
ло раз. Значение ослабления донного сигнала определяют по шкале
аттенюатора.
После выбора чувствительности следует включить дефектоскоп, отре-
гулировать напряжение питания, подать под искатели контактирующую
жидкость и отцен трировать искатели; установив переключатель рода работы
дефектоскопа в положение «Сил.», настроить прибор на выбранную чув-
ствительность. Если необходимо контролировать по второму донному
импульсу, то по шкале И ручками «Тип рельса» стрелку устанавливают
в секторе, соответствующем двойной высоте контролируемого рельса. В
остальном настройка прибора нс отличается от настройки по первому
донному импульсу. При настройке капала наклонных искателей ручками
«ВРЧ» и «Усиление» необходимо установить максимально возможную
чувствительность этого капала, при которой в процессе движения дефек-
тоскопа в телефонах нет треска. Затем, используя образец № IР, следует
убедиться, ню при ном чувствительность дефектоскопа с каждым нак-
лонным искателем пс менее 30 мм. Настроив каналы, нужно проверить,
находится ли тумблер «Оба — лев.» в положении «Оба», а тумблер
«Накл. - накл. и прям.» — в «Накл. и прям.». Только после этого можно
начать контроль рельсов в нуги.
В процессе сплошного кош роля необходимо периодически проверять
напряжение питания прибора и чувствительность каналов прямых искателей
но аттенюатору и капала наклонных искателей по стандартному образ-
цу № 1Р и фиксированию горцов рельсов. Если при движении дефекто-
скопа в телефонах непрерывно или с небольшими перерывами появля-
ется звуковой сиг нал высокого гона, обычно фиксирующий выявление де-
фекта каналом прямых искателей, следует выяснить причину его возникно-
вения. Уменьшение донного эхо-импульса, per истрирусмое как дефект, мо-
жет происходить из-за плохой центровки иска г елей, не т очной установки
ручек «Тип рельса», неравномерного износа рельсов или сильно загряз-
ненной поверхности катания. При появлении звука в наушниках необ-
ходимо внимательно проверить центровку искателей и попытаться усгра-
Та б л п на 15
Орион।провозная чувствительность каналов прямых вставок
Плюс и hi грязи ел носи» рельса	Настройка по донному импульсу	Чувс IBM I L". IbHOCI ь по аттенюатору
Малый износ: малая загрязненность	Второму	0,25-0,3
большая загрязненное ть	»	0,25 и менее
Большой износ: малая загрязненность	Первому	0,3—0,4
большая загрязненность	»	0,1 -0,2
221
нить звук ручками «Тип рельса». Если это не удается выполнить, то не-
сколько уменьшают чувствительность прибора вращением ручек 9 или 5
(см. стр. 2 обложки) по часовой стрелке, добиваясь того, чтобы при равно-
мерном движении прибора не было звуковых сигналов в телефонах, после
чего чувствительность измеряют аттенюатором. Для этого включают и
поворачивают аттенюатор влево до такого положения, при котором звук
в телефонных наушниках находится на грани пропадания, и отсчи-
тывают показание по шкале прибора против метки па ручке. Измеренное
значение записывают в журнал контроля.
Звуковой сигнал может возникать и при попадании песка и грязи под
дно лыжи, но обычно при повторном проезде по этому же месту сигнал
не прослушивается. Если при повторном заезде в телефонах снова появ-
ляется звук высокого тона, то необходимо внимательно изучить данный
учасгок пути. Нужно учитывать, что устойчивое появление звукового сиг-
нала при перемещении искателя над определенным местом плети может
быть вызвано не только внутренним дефектом, но и одной из перечис-
ленных причин:
сильным загрязнением поверхности катания (для устранения этой при-
чины следует тщательно очистить поверхность катания в этом месте
ветошью или наждачной бумагой);
наличием сварного стыка, что можно установить визуальным осмотром
иногда только после очистки рельса; условная протяженность сварного
стыка при контроле по зеркально-теневому методу нс превышает 50 мм;
если условная протяженность больше минимальной величины, то рядом
со стыком^может быть дефект;
наличием отверстий в рельсе;
коррозионными повреждениями подошвы рельса под шейкой, которые
могут быть обнаружены при помощи зеркала.
Если при осмотре нс обнаружена пи одна из указанных причин лож»-
пых сигналов, то данное сечение следует считать дефект ным.
Появление звука низкого гопа в левом телефоне свидетельствует об
обнаружении дефекта наклонным искателем в одной из рельсовых нитей.
Если при установке тумблера в положение «Лев.» и повторном проезде
«дефектного» участка в телефоне вновь появляется звук, го дефект рас-
положен в левой нити. Наклонный искатель может регистрировать за-
боины под головкой, появляющиеся при забивании костылей.
Для оценки типа выявленного дефекта делают несколько проездов с
пониженной чувствительностью канала прямых искателей. При наличии
дефекта в виде продольной трещины расстояние, па котором определяется
дефект, уменьшается, а звук становится прерывистым. Поперечные дефек-
ты в шейке обнаруживаются каналом прямых искателей только па очень
коротком участке рельса. Дефекты типов 20 и 21 в головке обычно выяв-
ляются призматическим искателем. Если эти дефекты выходят в зону шей-
ки, то они могут быть зафиксированы каналами прямых и наклонных
искателей. Следует особенно тщательно проверять места с отметками на-
клонными искателями, обязательно вторично контролировать их ручным
искателем с углом призмы 50". Для этого переключатель рода работы
8 переводят в положение «Ручн.», а тумблер 6 — «Накл.» и контролиру-
ют ручным искателем.
222
На некоторых участках пути дефекты в виде поперечных трещин в
головке рельса могут развиваться со стороны нерабочей грани. Для по-
вышения надежности выявления подобных дефектов контроль таких уча-
стков следует вести, установив правый комбинированный искатель на ле-
вую нить, а левый — на правую. Результаты и условия контроля необ-
ходимо фиксировать в журнале. Как известно, дефекты в виде поперечных
трещин могут развиваться под разными углами к вертикальной плоскости.
Выявляемость дефектов типов 20 и 21 оказывается различной при озву-
чивании их с разных направлений. Следовательно, необходимо периоди-
чески изменять схему прбзвучивания головки рельса путем разворота
наклонных преобразователей. При этом преобразователь устанавливают
так, что его акустическая ось направлена навстречу движению дефектоскопа
в сторону рабочей грани рельса и развернута относительно продольной
оси рельса на угол 34'. Периодичность контроля рельсов с развернуты-
ми преобразователями определяют по графику, утвержденному начальни-
ком дистанции пути.
Для контроля болтовых стыков рельсов в дефектоскопе применен
«ультразвуковой калибр», состоящий из двух прямых вставок и обеспе-
чивающий прохождение бездефектного болтового отверстия без появления
звука в телефоне. Появление звука высокого топа в телефоне указывает
на наличие дефекта, но этот же сигнал может возникнуть и при наруше-
нии акустического контакта. Поэтому для уточнения результатов контроля
следует повторить проезд, предварительно очистив поверхность катания
от грязи. При вторичном проезде, который выполняется, как правило, с
небольшой скоростью, необходимо тщательно осмотреть места рельса,
где появляется звук в телефонах, и сопоставить места фиксирования дефек-
тов с расположением болтовых отверстий. Для контроля стыковой части
рельса (цель — выявить продольные трещины, расположенные вне болто-
вых отверстий, и поперечные в головке) повторяют проезд, не нажимая
кнопку на рукоятке дефектоскопа.
Дефектоскопом УЗД-НИИМ-6М можно контролировать болтовые сты-
ки рельсов вручную прямым искателем. Для этою к разьсму, располо-
женному па задней стенке прибора, подключаю! кабель с разъемом для
включения прямого искателя. Переключатель рода работы прибора сле-
дует поставить в положение «Ручн.», а ручку «ВРЧ» — в крайнее правое
положение. Контролируют только по стрелочному индикатору. Перед кон-
тролем стыка поверхность катания покрываю! слоем минерального масла.
Установив искатель па поверхность катания рельса по оси головки вне
стыка и поворачивая ручку «Усиление наклонных» из крайнего левого
положения ио часовой стрелке, следует добиться, чтобы стрелочный ин-
дикатор ио шкале Н устойчиво показывал высоту рельса при перемещении
искателя по осевой линии головки рельса. Затем перемещают искатель
t зоне стыка по поверхности катания, стараясь не сдвигать ею с осе-
вой линии. При обнаружении дефекта или если искатель находится на
поверхности катания над зоной болтового отверстия, стрелка индикатора
отклоняется влево или вправо от первоначального положения.
Прибором УЗД-НИИМ-6М можно контролировать элементы стрелоч-
ных переводов: остряки, усовики, рамные и соединительные рельсы. Рам-
ные и соединительные рельсы контролируются по всей длине, а усовики —
223
только в рельсовой части переднего вылета крестовины до начала литой
врезки. Остряки, так же как и остальные элементы стрелочных переводов,
контролируются каналом прямых и наклонных преобразователей. По зер-
кально-теневому методу (прямым преобразователем) остряк проверяется
по всей длине, за исключением той части, где ширина головки меньше
ширины искателя и зоны корпя остряка, у которого поверхность основания
наклонена к поверхности катания рельса. По эхо-методу (наклонным пре-
образователем) остряк можно проверить в той части, где обеспечивается
отражение ультразвука от под| оловочной грани. В пределах контролируе-
мых зон элементов стрелочных переводов могут быть обнаружены те же
дефекты, что и в основном металле рельсов.
Настраивают дефектоскопы при контроле рамных, соединительных
рельсов и рельсовой чаши усовиков обычным порядком. При переходе
па контроль низкой части остряка ручкой «Тип рельса» подстраивают
каналы прямых искателей с учетом высоты остряка. По мере продвижения
дефектоскопа вдоль строганой части остряка следят за положением иска-
теля и дополнительно его центрируют.
Проверка и наладка дефектоскопов выполняются не реже одного раза
в месяц в дистанционных или дорожных мастерских. Выполняются сле-
дующие работы:
определение центра излучения и угла ввода луча в сталь для всех
находящихся в эксплуатации искателей для ручного контроля. Измерения
выполняются по стандартным образцам № 2 и 3 при подключении ис-
кателей к дефектоскопу ДУК-1 ЗИМ. Измеренные углы ввода луча не долж-
ны превышать: 45+2 — для искателя с углом призмы 38'; 65 + 2 —
то же 50 . Искатели, не соответствующие этим требованиям, должны быть
изъяты из эксплуатации;
разборка, очистка и сборка комбинированных искателей;
проверка надежности заделки кабелей в разъемы, устранение замечен-
ных неисправностей;
прочистка водяного фильтра и промывка системы подачи воды;
очистка центрирующих систем и смазка шарниров;
проверка состояния аккумуляторной батареи, доливка электролита и
проведение тренировочного цикла заряда и разряда;
проверка изоляции колес относи юлыю рамы. Проверка выполняется
мегаомметром тина М-1101. Сопротивление изоляции должно быть не ме-
нее 2 МОм;
проверка и подстройка глубиномера;
проверка работоспособности дефектоскопа при контроле основного ме-
талла. болтовых и сварных стыков рельсов па контрольном тунике.
ГЛАВА XI.
УЛ ЬТР АЗВУ КО ВЫ Е
РЕЛЬСОВЫЕ
ДЕФЕКТОСКОПЫ
УРД-58 и УРД-58М
39.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ УРД-58
Ультразвуковой дефектоскоп УРД-58 (рис. 181) служит для сплошной про-
верки рельсов, исключая зоны сварных стыков. Он работает по зеркаль-
но-теневому методу и выявляет следующие дефекты в рельсах, уложен-
ных в путь:
продольные вертикальные расслоения в шейке рельса или головке над
шейкой, расположенные по продольной оси рельса и с отклонением от
нее +5 мм, протяженностью 10 мм и более (дефекты типов ЗОВ. 1-2
и 50. 1-2), а также трещины от волосовин в подошве рельса (дефекты
типа 60. 1-2) глубиной от 3 мм и протяженностью более 10 мм, распо-
ложенные под шейкой рельса;
горизонтальные расслоения металла или трещины в любом месте шейки
рельса, заходящие в нее не менее чем па 7,5 мм (дефекты типов 52. 1-2
и 55. 1-2), протяженностью более 10 мм;
внутренние горизонтальные расслоения в головке рельса, развивающие-
ся с боковой I рани, расположенные над шейкой и заходящие в ее про-
должение в головке не менее чем па 7,5 мм (дефект типа ЗОГ. 1-2); пе-
речисленные дефекты в зоне болтовых стыков выявляются в том случае,
если длина проекции дефекта выходит за проекцию болтовых отверстий
более чем на 10 мм;
в зоне болтовых стыков выявляются также трещины в головке в мес-
тах приварки рельсовых соединителей (дефект типа 38.1) и наклонные
Рис. 181. Дефектоскоп УРД-58:
1 - прибор с источником питания; 2 — искательная система; 3 - наушники
225
трещины от болтовых отверстий (дефект типа 53.1), длина проекции ко-
торых выходит за проекцию болтового отверстия более чем на 10 мм;
поперечные трещины в виде темного и светлого пятен, расположен-
ные в головке рельса над шейкой (развитые дефекты типов 20. 1-2 и
21. 1-2).
Дефектоскоп рассчитан на работу в полевых условиях при относитель-
ной влажности воздуха до 95 % и температуре от — 40 до + 50' С.
Частота ультразвуковых колебаний 2,5 МГц частота посылок импульсов
ультразвуковых колебаний 250 — 300 Гц. Индикация выявленных дефек-
тов — звуковая и визуальная по появлению звукового сигнала в телефо-
нах и по отклонению стрелки индикаторного прибора (миллиамперметр)
соответствующего капала. Одновременно проверяются два рельса колеи.
Индикаторные устройства, например, левой стороны отмечают дефекты
только левого рельса. Максимальная скорость контроля рельсов 3 км/ч.
При максимальной скорости контроля стрелочный индикатор (миллиам-
перметр) в силу инерционности не работает и индикация дефектов только
звуковая. Источник питания дефектоскопа аккумуляторная батарея напря-
жением 6—7,5 В, состоит из 5—6 банок аккумуляторов типа КН-45
(КН-55). Потребляемый ток не более 2 А. Масса дефектоскопа в рабо-
чем состоянии, включая 20 л жидкости, необходимой для создания аку-
стического контакта искателей с рельсами, — не более 80 кг.
Возбуждение иьезоэлемепгов, генерирующих ультразвуковые колебания, выпол-
няется генератором I (рис. 182). Донные сигналы с ньезоэлементов 2 (2') искате-
лей подаются па приемник 3(3‘). Импульсы высокочастотных колебаний после
усиления детектируются и поступают па временный селектор 4 (4') (логический
элемент И). Назначение временною селектора — пропустить в блок индикатора
5 (5') только импульсы, соответствующих первому донному сигналу На временной
селектор, кроме сигналов с усилителя, подаются стробирующие импульсы, выра-
батываемые блоком переменной временной задержки 7. Изменяя время появления
>гих импульсов относительно зондирующих, можно добиться такого положения,
что строб-импульсы и донные сшналы буду| поступать па временный селектор
одновременно. При >том условии временной селектор пропускает сигналы в блок
индикатора. Блок индикатора фиксирует уровень ультразвуковой энергии, отражен-
ной от подошвы рельса, отмечая ее уменьшение ниже определенного порога зву-
ковым сш налом и озклопепием стрелки миллиамперметра.
Звуковой сигнал включается контактами реле только при отсутствии или су-
щественном уменьшении тока в обмотках. Величина постоянною тока, проходя-
щего по обмотке реле с некоторого значения, прямо пропорциональна эперзии
первых донных сш налов. Малая механическая инерция якоря поляризованно! о ре-
ле позволяет получить отчетливые звуковые сигналы при проверке рельсов со
скоростью до 3 км/ч.
Общими элементами в двухпиточпом дефектоскопе (см. рис. 182) являются
leneparop зондирующих импульсов /, блок переменной временной задержки 7 и
блок питания 6. Приемники, временные селекторы и индикаторы в двух каналах
дефектоскопа одинаковы. Связующее звено двух каналов в схеме — тиратрон, ко-
। орый соединяет оба канала в момент генерации зондирующез о импульса. В мо-
мент приема отраженных сигналов (примерно через 20 мкс после генерации зон-
дирующего импульса) оба капала дефектоскопа действуют независимо друг от
друга, обеспечивая раздельную индикацию дефектов с правой и левой рельсовых
нитей колеи.
Контроль стыковой части рельса выполняется при перемещении дефектоскопа.
В телефонах при этом слышны звуковые сигналы, возникающие при исчезнове-
226
Пьезозлемент Приемник Временный селектор Индикатор
Рис. 182. Блок-схема УРД-58
иии донных импульсов при расположении искателя над болтовыми отверстиями
и над стыковым зазором; трещины или другие дефекты в зоне болтовых отвер-
стий вызывают увеличение длительности отдельных звуковых сигналов, что хорошо
ратличасгея дефектоскопистами.
Для обьяспения взаимодейст вия отдельных блоков дефектоскопа рассмотрим
графики (рис. 183). На графике / показаны моменты пусковых импульсов, посту-
пающих с генератора высокочастотных импульсов в блок переменной задержки
(/ —9 — отдельные циклы работы дефектоскопа). Циклы 1 —2 соответствуют проверке
здоровою рельса, 3 — 4 — проверке рельса с горизонтальной трещиной в головке
(дефект вида ЗОГ. 1-2), 5 и 6 — проверке рельса с наклонно расположенной тре-
щиной в шейке (дефект вида 53.1 2), 7 и 8 — проверке рельса с горизонтальной
трещиной в головке, заходящей в головку, по не доходящей до вертикальной
оси рельса (дефект вида ЗОГ.1-2). На графике II показаны моменты поступления
сгроб-импульсов относительно пусковых импульсов в каскад совпадения. На гра-
Рис. 184. Механическое устройство для
центрирования лыжи на поверхности
катания рельса
фике III — импульсы, приходящие во
временной селектор с выхода прием-
ника (сигналы можно наблюдать на
экране электронного осциллографа,
подключение! о к нагрузке детектора),
т. е. зондирующий импульс, эхо-сигна-
лы первого донного отражения, второго
и т. д. На графике IV — напряжение,
возникающее на нагрузке временного
селектора (лампа совпадения) при сов-
падении строб-имнульса с первым дон-
ным эхо-сигналом (циклы /, 2). На гра-
фике V — напряжение, возникающее на
обмотке «Звенящего контура» (ТР1) при
совпадении строб-имнульса с первым
донным эхо-сигналом (циклы /, 2). На
। рафике VI — наличие постоянного на-
пряжения на обмотке поляризованного
реле (циклы 1, 2). На графике VII —
момент выключения реле и включения
тока звуковой частоты в цепь телефонов
кон'1 актами реле (циклы 4 — 9). В циклах
7, 8 показан случай, когда выявляется
дефект вида 30Г. 1-2 в результате умень-
шения амплитуды донного сигнала ни-
же nopoia включения индикатора.
Уровень порога включения индикатора
ранен 0,5 максимальной амплитуды
донного сигнала.
Дефектоскоп смонтирован на
четырехколесной тележке, в сред-
ней части которой расположен аппаратный ящик, закрытый кожухом.
Между колесами тележки над рельсами находятся лыжи (искатели) и
приспособления для установки их по оси проверяемых рельсов, а в
средней части тележки под аппаратным ящиком — баки с жидкостью.
Свободные поперечные части тележки затянуты проволочной сеткой. Пе-
редвижение тележки по рельсам управляется съемной ручкой па шарнире,
установленной в средней части рамы. Приспособление для установки и
центрирования представляет собой систему рычагов и пружин, при по-
мощи которых упорная планка с роликом прижимается к боковой по-
верхности рельсов, что обеспечивает установку лыжи на средней части
поверхности катания уширенной колеи (в кривых участках пути).
Искатели дефектоскопа состоят из центрирующих устройств, лыж с
защитной подкладкой и пьезоэлемептов. Каждое центрирующее устройство
прикреплено к раме тележки дефектоскопа двумя болтами и электри-
чески изолировано от нее. Центрирующее устройство левой и правой
стороны дефектоскопа одинаковое, состоит из системы рычагов, опорного
ролика и пружины. На одном из рычагов находится опорный ролик /
(рис. 184), который в рабочем положении прижимается пружиной 2 к боковой
грани головки рельса. На рычаге 3, шарнирно связанном с роликовым
рычагом, находится каретка 4 для крепления лыжи. Вся система устроена
так, что при снятии тележки дефектоскопа с рельсовой колеи опорный
228
ролик вместе с рычагом поворачивается и устанавливается в горизонталь-
ное положение, поднимая лыжу выше поверхности катания рельса. Лыжа
состоит из массивного стального корпуса 5, снизу которого проложена
сменная подкладка из плексигласа (рис. 185). В верхней части лыжи рас-
положена контактная головка для подключения кабеля. По бокам в
корпус ввернуты шпильки 6 (см. рис. 184) для шарнирного крепления лы-
жи в каретке. Такое крепление позволяет лыже незначительно переме-
щаться в двух плоскостях, что необходимо для плотного прилегания под-
кладки к поверхности катания рельса при износе и при контроле стыков
с превышением одного рельса над другим.
Диаметр пьезоэлемента в искателе — 12 мм. Текстолитовая ножка 3
(см. рис. 185) приклеена к пьезоэлементу 2 клеем БФ-2. Электрический
контакт с обкладками пьезоэлемента происходит с наружной стороны че-
рез прокладку из тонкой фольги, а с внутренней — контактной пружиной,
которая проходит через отверстие в текстолитовой ножке.
Ультразвуковые колебания передаются в плексигласовые подкладки 1
через слой масла (автол или другое минеральное масло). Пьезоэлемент
плотно прижимается к подкладке пружиной 5. Пружина сжимается при
подключении контактной головки, которая выступами входит в пазы кор-
пуса лыжи 4 и закрепляется поворотом на 30%. Плексигласовая подкладка
толщиной 4 мм рассчитана па проверку примерно 100 км пути. После
этого се заменяют новой или ее изношенную поверхность обрабатывают
напильником, при этом подкладки не должны быть тоньше 2,5 мм. Под-
кладки обеих лыж дефектоскопа должны быть одинаковой толщины.
Вода самотеком из бачка направляется к патрубкам, расположенным
впереди каждой лыжи. Количество вытекающей воды регулируется краном.
При испытаниях дефектоскопа в различных климатических условиях и на
разных дорогах было выяснено, что щетки и фитили для смачивания
рельсов, покрытых слоем мазута, пс улучшают акустический контакт
искателей с рельсами. Однако для уменьшения расхода воды делают
матерчатый или поролоновый фитиль, на который подается вода; щетку из
войлока устанавливают впереди лыжи.
На некоторых железных дорогах СССР применяют вместо устаревшего
разборного искателя сменную вставку 0° от дефектоскопа УЗД-НИИМ-6М.
Такая вставка (псразборный искатель) позволяет улучшить работу дефек-
тоскопа, так как не требуется следить за наличием смазки между плек-
сигласовой подкладкой и пьезоэлементом. Сменная вставка искателя 0°
размещается в корпусе старой лыжи, у которой рассверливается отверстие
под. диаметр вставки. Для закрепления вставки в корпусе лыжи делает-
ся стопор (винт М3), ввертываемый в тело корпуса лыжи. Применение
неразборных искателей позволяет получить большую амплитуду донного
сигнала и эксплуатировать дефектоскоп длительное время (около года), не
заменяя вставки искателя.
Рис. 185.
Конструкция
лыжи УРД-58
40.	ПОДГОТОВКА УРД-58 К РАБОТЕ.
КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ В ПУТИ
При работе с дефектоскопом па пути особое внимание следует обратить
на своевременную зарядку аккумуляторов, состояние лыж (наличие мас-
ла между плексигласовым дном и пьезопластипкой) и шлангов. Необхо-
димо иметь достаточный запас жидкости в баках: при положительных
температурах воздуха — воды, при отрицательных — 50 %-ного раствора
технического спирта. Минимальный расход смачивающей жидкости — око-
ло 2 л на 1 км пути. Заменяют аккумуляторную батарею в такой по-
следовательности: снимают кожух, разряженную батарею отключают от
схемы и заменяют заряженной, аппаратный ящик и батарею накрывают
кожухом. Положение лыж регулируется винтом, установленным на планке с
опорным роликом так, чтобы они находились посередине поверхности ка-
тания проверяемых рельсов. Затем включают дефектоскоп и при помощи
реостата устанавливают напряжение 6 В.
При регулировке дефектоскопа выбирается момент запуска тиратрона
регулятором «Пуск». Обычно рукоятку регулятора «Пуск» устанавливают
по предварительно сделанной на заводе отметке. 3aieM регулируют руч-
кой «Тип рельса» время задержки стробирующего импульса. Регуляторы
чувствительности устанавливают в положение «2 — 3» так, чтобы стрелки
миллиамперметров показывали 0,5 — 1,0 мА. Вращая при этом регулятор
«Тип рельса», добиваются максимального показания миллиамперметра;
ручку регулятора чувствительности переводя г в положение «5». Умень-
шают усиление (регулятор чувствительности переводят в положение «3»)
и включают телефоны. Если при этом в телефонах не будет звука, то
чувствительность дефектоскопа считается нормальной. Установить необ-
ходимый уровень чувствительности можно, вращая ручку «Смещение» до
тех пор, пока звуковой сигнал не пропадет при установленном па третьем
делении положении регулятора чувствительности.
Рабочая чувствительность будет при установке регулятора чувстви-
тельности в положении «5*»; передвижка рукоятки па два деления обес-
печивает срабатывание индикатора при уменьшении первого дойного им-
пульса приблизительно на 50% (условная чувствительность 0,5). После
установки чувствительности дефектоскопа можно начинать проверку рель-
сов. Для этого оператор продвигает тележку дефектоскопа вперед, открыв
предварительно краны, подводящие жидкость под лыжи. Если рельс здо-
ровый, никаких сигналов в телефонах не слышно. При проходе лыжи
над болтовыми отверстиями и стыком в телефонах слышны звуковые
еш палы.
Первое время необходимо замедлять скорость движения при прохож-
дении стыковой золы рельсов и четко различать каждый сигнал телефонов,
разбирать причины его появления (замерять проекцию болтовых отверстий
на поверхности катания) и сравнивать показания дефектоскопа. Опытный
оператор может проверять стыковую зону и не замедляя движение те-
лежки. Если в стыковой зоне рельса обнаружена трещина или другой
* В дефектоскопах типа УРД-58 нет калиброванного аттенюатора для на-
стройки дефектоскопа на заданную условную чувствительность.
230
дефект, протяженность отдельного звукового сигнала, например от бол-
тового отверстия, возрастает, и общий тон сильно изменяется. При полу-
чении такого сигнала невозможно точно указать место дефекта, поэтому
необходимо сейчас же вернуться и, медленно продвигая дефектоскоп, уточ-
нить показание. Бывают случаи попадания песка под дно лыжи. При этом
также включается звуковой сигнал, но возвращение и повторный проезд
по этому месту уже не вызывают появления сигнала в телефонах. Отвер-
стия для стыковых соединителей также могут выявляться. В случае от-
рыва лыжи от рельса при всех положениях регулятора чувствительности
(1 —10") в телефоне должен быть слышен звуковой сигнал.
Зимой концентрация раствора спирта с водой подбирается по темпе-
ратуре окружающего воздуха (табл. 16). Рельсы смачивают при не пол-
ностью открытых крапах трубопровода, но так, чтобы жидкость вытекала
тонкой струей. В дальнейшем при работе па рельсах с чистой поверх-
ностью катания и малым износом количество жидкости для смачивания
можно сократить и подавать ее по каплям. Полезно применять пороло-
новую губку, окружив ее резиновой обоймой так, чтобы спирт попадал
на поролон и не стекал с поверхности катания рельса.
Опыт эксплуатации дефектоскопов показал, что на участках пути, где
поверхность катания рельсов сильно 3ai рязпена и покрыта слоем мазута,
в воду полезно добавлять поверхпостно-активпые вещества, которые поз-
воляют превращать масло и грязь на рельсах в эмульсию. Она легко
смывается с поверхности катания головки рельса водой. Широко приме-
няется мыльный раствор, но есть более активные эмульгаторы. Добав-
ление двух столовых ложек эмульгатора па ведро воды позволяет ра-
ботать с дефектоскопом па рельсах, сплошь покрытых мазутом или ма-
шинным маслом. Расход жидкости зависит от состояния поверхности
рельсов и может составлять от 1,5 до 8 л/км.
При получении звукового сигнала в телефонах останавливают продви-
жение тележки дефектоскопа и возвращаются назад. Во время повтор-
ного заезда лыжа стирает грязь и поверхность катания рельса повторно
смачивается. Если при повторном заезде звуковой сигнал все же появ-
ляется, нужно отметить на рельсе границы возникновения сигнала, мед-
ленно продвигая дефектоскоп вперед и назад. Загрязненную поверхность
катания очищают наждачной бумагой и повторяют проверку. Если по-
верхность катания чистая и нет раковин и мазута, то отмеченное место
необходимо обозначить мелом или масляной краской. После вниматель-
ного осмотра делают запись в журнале по правилам инструкции. Отме-
Та блица 16
Характеристики водного раствора спирта
Весовой процент спирта	Тсмпсра- iypa за- мерзания, С	Весовой процент спирта	Темпера- тура за- мерзания, С	Весовой процент спирта	Темпера- тура за- мерзания,	Весовой процент спирта	Темпера- тура за- мерзания. С
2,58	-1	21,7	-12	11,5	-5	30,0	-20
5,22	— 2	23,8	-14	13,27	-6	33,5	-24
7,36	-3	26,0	-16	16,53	-8	37,3	-28
9,58	—4	28,0	-18	19,09	-10	41,2	-32
231
ченное дефектное место рельса полезно проверить правой и левой стороной
дефектоскопа для того, чтобы убедиться в их одинаковой работе.
Характер дефекта определяют следующим образом. Прежде всего
уменьшают чувствительность дефектоскопа (регулятор чувствительности
на передней панели дефектоскопа переводят в положение «9») и повторно
проверяют с отметкой границ возникновения сигнала. Если длина участка
на рельсе, где есть показания, сильно сократилась или показания стали
прерывистыми, то это означает неравномерное развитие дефекта; обычно
обнаруживается дефект типа 30В2 протяженностью о г нескольких санти-
метров до нескольких метров. Регулировочным винтом лыжу дефектоскопа
сдвигают поочередно ближе к внутренней или наружной грани рельсов;
отмечают границы участка на боковой поверхности головки рельса, где
дефектоскоп дает показания.
В тех случаях, когда дефект расположен явно ближе к внутренней
или наружной грани рельса и отметка по длине рельса меняется при сдвиге
искателя от оси рельса, чаще всего обнаруживается дефект типа ЗОЕ. 1-2.
У поперечных дефектов (типа 21.2) отметка по длине с изменением
чувствительности изменяется не резко. Сдвигая лыжу в сторону от оси
на 5-6 мм, устанавливают, от какой грани головки рельса развивается
дефект.
При подозрении па поперечный дефект показания дефектоскопа про-
веряют контрольным искателем с призматической насадкой или без нее.
Искатель должен храниться в инструментальном ящике дефектоскопа.
Призматическая насадка позволяет посылать ультразвуковые колебания
в рельс род углом к поверхности катания. Угол призмы, изготовленный
из плексигласа, равен 47°. Ультразвуковые колебания, посылаемые в рельс,
будут распространяться под углом ввода, равным приблизительно 60 .
Наличие поперечного дефекта в головке рельса уточняется следующим
образом. Призматическую насадку надевают на контрольный искатель,
предварительно смазанный маслом. Наконечник кабеля контрольного ис-
кателя включают в гнездо аппаратного ящика вместо лыжи. Перестраивать
дефектоскоп при этом по нужно, следует лишь увеличить усиление при-
емника (регулятор чувствительности ставят в положение «10», указанное
на шкале регулятора чувствительности). Поверхность катания рельса
обильно смачивают жидкостью па расстоянии 0,5 м по обе стороны oi
места показания дефектоскопа, отмечают это место мелом. Постепенно
продвигая искатель с призматической насадкой к отмеченному дсфекнюму
сечению, следят за звуковым сш налом. Если в головке рельса сеть дефект,
то в некоторый момент будет выключаться звуковой сигнал.
Проверку выполняют, передвигая искатель с правой и левой стороны
относительно меловой отметки па головке рельса. Дефект, расположенный
вертикально, вызовет выключение звукового сигнала в телефоне па оди-
наковом расстоянии от отметки при передвижении искателя справа и слева.
В отдельных случаях дефект может обнаруживаться только с одной сто-
роны. Дефект типа 21.2 выявляется при установке искателя с призмой
47 под углом 32 — 35" к оси рельса. Для более уверенного определения
дефектов необходимо иметь в мастерских контрольный рельс с дефектом
типа 21.2 и на нем отработать практические навыки по обнаруже-
нию.
232
41.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ УРД-58М
При модернизации дефектоскопа УРД-58 удвоено число каналов и
введен эхо-импульсный метод контроля рельсов. Как п в приборах
УЗД-НИИМ-6М, в модернизированном дефектоскопе УРД-58М применя-
ются одновременно прямой и призматический искатели с одним звуко-
вым индикатором, работающим на разных частотах (разная тональность
щуковых сигналов), а также «ультразвуковой калибр» (в дефектоскопах
выпуска 1974—1975 гг. «ультразвукового калибра» нет). Раздельная peiy-
лировка чувствительности и наличие самостоятельного капала для каж-
дого искателя сделали дефектоскоп удобным и простым в эксплуатации.
При использовании призматических искателей появилась возможность
выявлять в рельсах дефекты типа 21.2 в начальной стадии развития, рас-
положенные в боковой грани головки рельса. Дефектоскопы УРД-58М
позволяют выявлять те же дефекты в рельсах, что и дефектоскопы
УЗД-НИИМ-6М.
Дефектоскоп УРД-58М рассчитан па работу в поле при относительной
влажности воздуха до 95% и температуре от —30 до +50 С. Частота
ультразвуковых колебаний 2,5 + 0,3 МГц, частота посылок импульсов УЗК
около 600 Гц. Индикация выявленных дефектов — звуковая. Канал пря-
мых искателей выдает на головные телефоны звуковой сигнал низкого
топа, капал призматических искателей — высокого тона. Источник пита-
ния — аккумуляторная батарея типа КН-45 (КН-55) напряжением 6,25-7,5 В.
Потребление тока нс более 3 А. Максимальная скорость контроля рельсов
4 км/ч. Расход смачивающей жидкости около 2 л на 1 км. Масса де-
фектоскопа в рабочем состоянии, включая 20 л жидкости в баках,— 82 кг.
Дефектоскоп работает следующим образом (рис. 186).
Приемник
Селектор 47
Селекти-
рующий
импульс
Блок
питания
г-4----------
Каскад
совпадения
г5---------
 Индикатор
импульсу
подавления
зондирующего
Селектор 47
Приемник
г£
Блок задержки
импульсов
I
Индикатор
г4'---------
Каскад
совпадения
Рис. 186. Функциональная схема модернизированного УРД-58
Генератор
импульсов о‘
233
Преобразователь напряжения (блок питания 7) вырабатывает симметричные
П-образные импульсы питающего напряжения положительной и отрицательной
полярности. Генератор зондирующих импульсов дефектоскопа (1, 2) состоит из
двух одинаковых генераторов, один из которых работает при положительном
импульсе питающего напряжения, а второй — при отрицательном. В цепь генера-
тора зондирующих импульсов 2, срабатывающего ог положительного питающего
импульса, включены прямые искатели правой и левой половин дефектоскопа так
же, как это сделано в дефектоскопе УРД-58. При i оперировании зондирующего
импульса прямых искателей запускается блок задержки импульсов (генератор
задержанных строб-импульсов) аналогично УРД-58. В течение каждого положи-
тельного полупериода питающею напряжения работают только каналы прямых
искателей (гак же, как в УРД-58). Выход с контактов поляризованного реле
индикатора 5(5') подключается к телефонам, в которые подается при наличии
дефекта в рельсе ток звуковой частоты (подключается обмотка силового транс-
форматора преобразователя, частота работы которог о 600 + 200 Гц).
При подаче на генератор зондирующих импульсов питающего напряжения
отрицательной полярности срабатывает второй генератор зондирующих импульсов
(/), к которому подключены призматические искатели правой и левой стороны
дефектоскопа. При этом запуска генератора задержанных строб-импульсов нс про-
исходит. Приемник дефектоскопа усиливает зондирующие импульсы и гхо-сиг палы
как от призматических, так и от прямых искателей. Для того чтобы в индика-
тор призматических искателей нс попадали сигналы от прямых искателей,
предусмотрен селектор, который открывается только при подаче па него импуль-
сов питающего напряжения определенной полярности, т. е. капал призматических
искателей открывается синхронно с подачей питающего напряжения па генераторы
зондирующих импульсов. Зондирующие импульсы призматических искателей мас-
кируют полезный эхо-сигнал и нс позволяют подключить индикатор прямо к
селектору.
Для запирания селектора на время действия зондирующих импульсов приме-
нена цепь подавления зондирующих импульсов, состоящая из диода, конденсатора
и резистора. Цепь подавления зондирующих импульсов формирует сиг нал подав-
ления, который подается на селектор. Таким образом, при отсечении зондирую-
щих импульсов призматических искателей появляется возможность следить за по-
явлением эхо-сигнала ог дефекта по индикагору звукового сигнала.
Тон звукового сигнала отличается ог тона звукового сигнала при срабаты-
вании реле. Оператор дефектоскопа, проверяя рельсы, определяет по гону гвуковог о
сигнала, какой канал принял сигнал о наличии дефекта и с какой рельсовой лиги
пути (правой или левой). Прилагаемые к дефектоскопу ручные искатели прямой
и с призмой 47" позволяют уточнять показания дефектоскопа и отличать дефект
типа 21.1-2 от дефекта типа 11.1-2, т. е уменьшить перебраковку.
Дефектоскоп смонтирован на четырехколесной тележке. Конструкция
тележки, кожуха и аппаратного ящика такая же, как у дефектоскопа типа
УРД-58. Между колесами тележки располагаются следящие и искатель-
ные системы. Следящая система дефектоскопа — устройство из рычагов
и пружин, установленное на опорный ролик, что позволяет искатель пе-
редвигать посередине поверхности катания проверяемого рельса (рис. 187).
Можно искатель центрировать на рельсе, опираясь о боковую поверхность
головки рельса роликом, или только по опгошению к раме гележки
дефектоскопа. Поэтому с дефектоскопом можно работать зимой, когда
снег и лед препятствуют прохождению ролика по боковой поверхности
головки рельса. Как • показали испытания в линейных условиях, такая
система наиболее приемлема для эксплуатации. Длина искателя уменьшена
на 20 мм (нет «ультразвукового калибра»). Это улучшило вписываемость
234
искателя в углубления на рельсе (волнообразный износ) и акустический
контакт его с рельсами. В УРД-58М последнего образца применены уни-
фицированные вставки искателей прямого и призматического каналов, при-
годные для всех съемных дефектоскопов. Искатели для правой и левой
стороны дефектоскопа отличаются только углом разворота вставки с
призматическим 47°-ным искателем. Этот угол составляет 34+1° и
измеряется по отношению к продольной оси корпуса искателя. Следящее
устройство дефектоскопа крепится к раме винтами. Электрически следя-
щее устройство изолировано от рамы дефектоскопа с тем, чтобы не
нарушать работу цепей автоблокировки на проверяемом участке пути.
Искательная лыжа (см. рис. 187) состоит из стального корпуса, на ко-
тором снизу предусмотрены два фрезированных паза и два круглых от-
верстия для установки сменных вставок (искателей). Сменные вставки
закрепляются в корпусе лыжи винтами. Кроме отверстий для сменных
вставок, в корпусе лыжй сделано отверстие для подачи жидкостей под
искатели с расточкой на конце. Торцы корпуса лыжи имеют с двух сто-
рон скосы, которые необходимы для прохода шыковых зазоров рельсов
при возвышении одного над другим. Корпус лыжи изюговлен из угле-
Рнс. 187. Искательная лыжа УРД-58М
235
родистой era л и и закален до твердости 60 ед. по Роквеллу. Большая
твердость корпуса лыжи позволяет использовать ее без ремонта более
одного года при ежедневной эксплуатации дефектоскопа.
В торцах корпуса лыжи есть отверстия с резьбой для ввинчивания
в них шпилек, удерживающих лыжу на поверхности катания рельса и
позволяющих лыже свободно прижиматься к поверхности контролируемых
рельсов при перемещении ее поводками центрирующей системы. Сверху
корпуса лыжи крепится крышка; она закрывает контактные лепестки вста-
вок искателей, к ней крепятся подводящие кабеля. Трубки для подачи
жидкости под искатель ввертываются по резьбе в корпус и проходят
через крышку. На конце подводящей жидкость грубки устроены фигурные
проточки, удерживающие резиновый шланг с внутренним диаметром око-
ло 6 мм. Изношенные корпуса лыж искателей ремонтируют — шлифуют.
Жидкость для смачивания рельсов получают из двух регулировочных
кранов и тройпиика. Можно раздельно регулировать подачу жидкости под
искатель и в сопло, расположенное впереди искателя. На кабеле от искателя
есть разъем, который позволяет искатели отсоединять от аппаратного
ящика дефектоскопа.
В дефектоскопе два раздельных бака для жидкости вместимостью по
10 л каждый. Поддон можно снять вместе с аппаратным ящиком и ак-
кумуляторной батареей с рамы тележки дефектоскопа; можно также снять с
поддона аппаратный ящик и аккумуляторную батарею. Передвижение
дефектоскопа по рельсам управляется съемной ручкой. Все органы управ-
ления дефектоскопом выведены па переднюю панель (рис. 188). Контроль-
ный искатель, головные телефоны и инструмент хранятся в ящике для
ипстпумепта.
Рис. 188. Передняя панель УРД-58М
236
42.	ПОДГОТОВКА УРД-58М К РАБОТЕ.
КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ В ПУТИ
Для работы по контролю рельсов в пути дефектоскоп заранее подготав-
ливают — заряжают аккумуляторные батареи, заправляют баки для жид-
кости (летом — водой, зимой при отрицательной температуре окружающего
воздуха — раствором спирта с водой в такой пропорции, чтобы смесь не
замерзала во время работы). Перед выездом на линию дефектоскоп про-
веряют на специальном тупике с дефектными рельсами или на действу-
ющем участке звеньевого пути у стыковой зоны. Канал прямых и приз-
матических искателей проверяют раздельно. В процессе проверки и наст-
ройки канала прямых искателей изменяется время задержки строб-им-
пульсов вращением регулятора «Тип рельса». Чтобы уменьшить усиление
приемника, стараются установить ручку «Тип рельса» так, чтобы при
ее вращении по часовой стрелке и против нее в телефонах не было
звукового сигнала. Такую регулировку необходимо повторить на прове-
ряемых рельсах.
После установки ручки «Тип рельса» регулятор «Чувствительность» пе-
реводят в положение рабочего усиления. Для этого искатели дефектоскопа
располагают па заведомо бездефектном месте рельса, под искателями
должна быть жидкость. Установив ручку «Тип рельса», уменьшают уси-
ление приемника регулятором «Чувствительность» до появления звукового
сигнала в телефонах. Вращают ручку «Смещение» до тех пор, пока не
услышат звуковой сигнал в телефонах при расположении ручки «Чувстви-
тельность 0°» на делении 3, после этого ручку «Чувствительность» пере-
водят в положение «5». Донный сигнал при этом уменьшается в 2 раза
(6 дБ), что приводит к включению звуковою сигнала в телефонах. Такая
чувствительность считается нормальной. Если рельсы i рязные (поверхность
катания покрыта слоем мазута с песком или спрессованный снег), реко-
мендуется уменьшать чувствительность, т. е. повышать усиление приемни-
ка до 9-го деления. Трещины, развивающиеся от болтовых отверстий, и
вертикально расположенные расслоения металла на головке, шейке или
в подошве рельса под шейкой так воздействуют на прибор, что совер-
шенно пропадает донный сигнал. Поэтому работа с дефектоскопом при
полном усилении в условиях сильной загрязненности поверхности катания
значительно облегчается, но увеличивается риск пропустить опасный де-
фект — горизонтально расположенные дефекты к головке или шейке рельса,
развивающиеся снаружи (дефект вида ЗОГ.1-2).
Канал призматических искателей проверяют на известных дефектах в
рельсах вида 21.2 или по торцу рельса в стыковой зоне. Нормальной
чувствительностью считается та, при которой от торца рельса при пере-
движении дефектоскопа появляются два звуковых сигнала высокого тона
(первая и третья зоны возникновения сигнала). Можно проверить чувст-
вительность каналов призматических искателей и по стандартному образцу
№ 1Р. В процессе проверки должны выявляться отверстия в образце № 1Р
от 15 до 35 мм.
Необходимо помнить, что затухание УЗК в плексигласе с понижением
температуры уменьшается, поэтому такую проверку следует выполнять
с учетом температуры.
237
После проверки всех каналов дефектоскопа (правая и левая сторона)
можно начинать контроль рельсов пути. Для этого оператор передвигает
тележку дефектоскопа вперед, предварительно открыв краники трубопрово-
дов жидкости, подаваемой к искателям. При проходе лыжи дефектоскопа над
болтовыми отверстиями стыковой зоны рельса слышны звуковые сигналы,
а также сигналы от торца рельса более высокого тона. Иногда бывают
случаи возникновения звукового сигнала, не относящегося к дефектному
сечению рельса, например при проезде над отверстием в шейке рельса,
над сварным стыком, зона которого вызывает срабатывание канала пря-
мого искателя. Встречаются отдельные выщербины или следы удара мо-
лотком о боковую грань рельса, которые приводят к срабатыванию инди-
катора призматического канала. Все эти причины позволяют не задер-
живаться на таких отметках и продолжать контроль рельсов. Устойчивые
отметки, особенно каналом призматических искателей, которые повторя-
ются при повторном проезде над местом возникновения сигнала на рельсе,
следует проверить ручным контрольным искателем с призмой 47' (50")-
Для работы с контрольным искателем дефектоскоп переводится в ре-
жим работы с контрольным искателем: тумблер, расположенный слева на
лицевой панели, переводят в положение «Щуп», вилку телефона с противо-
положной стороны вынимают из гнезда. Целесообразно переключить тум-
блер «Призма» — общ.» в положение «Призма». Тогда сигналы от пря-
мых искателей не будут мешать работе. При обследовании сомнитель-
ного места па рельсе (возникают сигналы от основного искателя) его
прежде всего следует отметить мелом. Контрольный искатель вначале
устанавливают перпендикулярно оси рельса. Убедившись, что он работает,
разворачивают па угол примерно 34" по отношению к продольной оси
рельса и, перемещая вдоль рельса, стараются обнаруживать эхо-сигнал.
Если эхо-сигнал будет зафиксирован, значит, есть основания считать рельс
дефектным (дефект типа 21.2).
Степень развития дефекта можно определить, если пучок УЗК направ-
лять вдоль рельса и, перемещая искатель вперед и назад над дефектным
сечением, сдвигать его от выкружки рабочей грани к середине поверх-
ности катания. Развитый дефект типа 21.2 будет давать эхо-сит палы при
перемещении искателя почти до середины поверхности катания. Если эхо-
сигнал получен только при подходе искателя с одной стороны (угол раз-
ворота 34"), то обнаружен дефект тина 11.1-2. Для такой классифика-
ции дефектов оператор должен иметь достаточный опыт работы.
В процессе работы с контрольным искажаем необходимо проверять
его чувствительность по образцу № 1Р. Регулятор «Чувствительность»
дефектоскопа должен быть установлен так, чтобы в образце выявлялось
отверстие «35». Чувствительность эхо-метода позволяет выявлять дефекты
площадью от 9 мм2. Поэтому не следует работать при полном усилении
приемника, так как в рельсах, по которым пропущено более 300 млн. г
груза, могут быть выявлены внутренние продольно-наклонные трещины,
развивающиеся от неметаллических включений, которые не представляют
опасности для движения.
При работе с дефектоскопом на двухпутном участке пути необходимо
помнить, что контактно-усталостные дефекты типа 21.2 всегда развиваю тся с
наклоном 10—25° от плоскости поперечного сечения рельса в сторону дви-
238
жения поездов. Передвигая дефектоскоп навстречу ожидаемому поезду,
оператор устанавливает призматические искатели так, чтобы пучок УЗК
был направлен вперед в рабочую грань рельса. Дефекты типа 21.2 будут
выявляться при прямом отражении УЗК от их плоскости, но прибор мо-
жет обнаруживать дефекты и отраженным пучком от подголовочной грани
рельса. Для этого нужно искатели располагать так, чтобы они посылали
ультразвуковой пучок назад по отношению направления движения дефек-
тоскопа. Поэтому целесообразно проверять рельсы поочередно, устанав-
ливая искатели с направлением пучка УЗК вперед и назад. На линии
дефектоскоп с прямым искателем работает аналогично УРД-58.
В линейных условиях, где у многих стыков смятые концы рельсов,
«ультразвуковой калибр» практически не работает, а дополнительная пря-
мая вставка увеличивает длину искательной лыжи и не позволяет ей
вписываться в небольшие углубления на рельсе в стыковой зоне. В де-
фектоскопах выпуска 1974—1975 гг. нет «ультразвукового калибра».
Глава XII.
УЛ ЬТРАЗВУ КО ВЫ Е
РЕЛЬСОВЫЕ
ДЕФЕКТОСКОПЫ
УРД-63 и УРДО-3
43.	НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП
РАБОТЫ
Дефектоскопы УРД-63 и УРДО-3 (рис. 189) применяются в основном для
вторичного контроля рельсов по показаниям вагонов-дефектоскопов и маг-
нитных съемных дефектоскопов. Их можно использовать самостоятельно
для контроля рельсов в труднодоступных местах (мосты, тоннели, стан-
ционные пути, крановые пути и т. д.). Работа этих приборов основана на
зеркально-теневом и эхо-импульсном методах. Дефектоскопами можно
контролировать все эксплуатируемые рельсы I-a, 11-а, Р43, Р50, Р65, Р75.
Дефектоскопы выполнены на транзисторах, имеют небольшую массу и га-
бариты. Частота ультразвуковых колебаний, 1енерируемых импульсами,
2 + 0,3 МГц. Число посылок импульсов ультразвуковых колебаний
300—1000 Гц. Напряжение питания 9—10 В (6 элементов «Марс», «Са-
турн», «373»). Потребление тока не более 40 мА. Индикация дефектов —
звуковая на головные телефоны. Запас смачивающей жидкости (вода, вод-
ный раствРр спирта) в баках дефектоскопов 1,5 л. Масса дефектоскопа,
включая вес жидкости и батарей питания, не более 5,5 кг.
Рис. 189. Общий вид УРДО-3
Дефектоскопами УРД-63 и
УРДО-3 можно выявлять следую-
щие дефекты в рельсах, уложенных
в путь и хранящихся на стеллажах:
продольные вертикальные рас-
слоения в шейке или головке над шей-
кой, расположенные по продольной
оси рельса и смещенные от нее на
+ 5 мм, протяженностью 10 мм и бо-
лее (дефекты видов ЗОВ. 1-2 и 50.1-2),
а также трещины от волосовин в по-
дошве рельса (дефекты типа 60.1-2)
глубиной от 3 мм и протяженностью
более 10 мм, расположенные над
шейкой;
горизонтальные расслоения ме-
талла или трещины в любом месте
шейки, заходящие в нее не менее чем
на 7,5 мм (дефекты типов 52.1-2,
55.1-2), протяженностью более 10 мм;
внутренние горизонтальные рас-
слоения в головке, развивающиеся с
240
боковой грани, расположенные над шейкой и заходящие в ее продолжение
в головке не менее чем на 7,5 мм (дефект типа ЗОГ. 1-2); перечислен-
ные дефекты в зоне болтовых стыков выявляются в том случае, если
длина проекции дефекта выходит за проекцию болтовых отверстий более
чем на 10 мм; в зоне болтовых стыков обнаруживаются трещины в
головке из-за приварки рельсовых соединителей (дефект типа 38.1) и на-
клонные трещины от болтовых отверстий (дефект типа 53.1), длина проек-
ции которых выходит за проекцию болтового отверстия более чем
на 10 мм;
поперечные трещины в виде темного и светлого пятен, расположенные
в головке, над шейкой и в боковой грани головки диаметром не менее
12 мм (можно обнаружить и меньшие дефекты при оптимальном угле
наклона плоскости дефекта);
дефекты типа 26.3 в головке при контроле сварных стыков.
В искательной системе дефектоскопа две призматические вставки с уг-
лом призмы 45—47° (угол разворота пучка УЗК относительно продольной
оси рельса ±34 ) и одна прямая (прямой искатель). Наличие двух приз-
матических вставок с различным углом разворота пучка УЗК (вперед,
назад) позволяет более оперативно проверять оба рельса колеи и обна-
руживать дефекты усталостного характера в начальной стадии развития.
Дефектоскопы УРД-63 и УРДО-3 работают следующим образом (рис. 190):
генератор зондирующих импульсов ГЗИ питается от батареи Б; он собран по
схеме блокинг-генератора. В процессе работы блокинг-генератора периодически
300 — 1000 раз/с в пьезоэлементе искателя, подключенного к ГЗИ, генерируется
зондирующий импульс, который искательная система И направляет в проверяемый
рельс. При работе с прямым искателем по зеркально-теневому методу эхо-импульс
УЗК от подошвы проверяемого рельса (донный сигнал) попадает через 50 — 70 мкс
после генерации зондирующего импульса в пьезоэлемент искателя и преобразуется
в электрический импульс под воздействием прямого ньезоэффекта. Параллельно
пьезоэлементу искателя включен приемник-усилитель высокой частоты (УВЧ). Он
усиливает отраженный сшнал от подошвы рельса и выделяет огибающую высоко-
частотного (2,5 МГц) им-
пульса (первый детектор).
Этот продстектированный
импульс, соответствующий
дониому сигналу, пропуска-
ется блоком совпадения и по-
дается на «звенящий» контур,
где усредняется энергия не-
скольких данных сигналов и
получается постоянный ток
для управления ключевой схе-
мой (второй детектор, ключ).
Ключевая схема в таком
положении переключателей
ВЗб и ВЗа, как изображено
на рис. 190, не пропускает в
телефоны ток звуковой час-
тоты (сигналы от блокинг-ге-
нератора ГЗИ с частотой
300—1000 Гц) при донных
сигналах с определенным
Рис. 190. Функциональная схема УРДО-3
241
уровнем. Их уровень изменяют ручкой «Чувствительность» в блоке УВЧ. Для
работы блока задержки с регулятором «Тип рельса» с ГЗИ подается запускающий
сигнал. Блок задержки генерирует строб-импульс, задержанный относительно мо-
мента генерации зондирующего импульса на время прохода УЗК по рельсу от
поверхности катания и обратно.
При работе с призматическим искателем блок совпадения пропускает эхо-сиг-
налы от искателей, которые по времени возникновения попадают в зону строб-
импульса. Длительность этого импульса — 20 мкс. Эхо-сигнал от дефекта, например
21.2, в процессе перемещения искателя ио рельсу обязательно попадает в зону
действия строб-импульса и заставляет сработать «звенящий» контур; сигналы от
него через усилитель подаются в телефон. Тумблер ВЗ, изменяющий режим ра-
боты дефектоскопа с зеркально-теневого на эхо-импульсивный, переключает встав-
ки в искательной системе дефектоскопа. Тональность звуковых сигналов в телефоне
при работе по эхо-методу контроля (призма гический искатель) несколько другая,
чем по зеркально-теневому, так как в последнем случае в телефоны подаются
импульсы тока, вырабатываемые блокинг-гепсра гором ГЗИ. Это позволяет на слух
определить, в каком режиме работает дефектоскоп.
Второй детектор и «звенящий».контур при работе но зеркально-теневому ме-
тоду обеспечивают самоконтроль всей схемы дефектоскопа и акустического кон-
такта искателя с проверяемым рельсом, уменьшают помехи от одиночных им-
пульсных сигналов, от которых смог бы сработать индикатор.
Дефектоскоп УРД-63, как показала его эксплуатация, хорошо рабо-
тает в интервале температур окружающего воздуха 0 + 40 С. На базе
УРД-63 создан дефектоскоп УРДО-3, устойчиво работающий при отно-
сительной влажности воздуха 95% и окружающей температуре -30-=- +
+ 40” С.
44.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УРДО-3
Дефектоскоп (рис. 191) собран па кремниевых транзисторах типов КТ 315 В
(12 шт.) и КТ 902 А (1 шт.). При подключении питания тумблером В1 начинает
работать генератор высокочастотных электрических импульсов, который определяет
частоту посылок электрических импульсов, возбуждаемых в пьезо элементах вставок
искательной системы УЗК. Генератор собран по схеме блокиш -генсрагора, гспери-
ругощего импульсы с большой скважностью, состоит из транзистора Т1
(КТ 902 А), импульсного трансформатора Т1, емкости CI, резистора R1, катушки
индуктивности L1. Ток, питающий генератор, подастся через развязывающую цепь
Р2, С2. Частота работы блокинг-генераюра в основном определяется емкостью
конденсатора С/ и сопротивлением резистора RI.
Применяется типовой импульсивный трансформатор МИТ-7, у которо! о
используются только две обмотки. 11ри генерировании импульса блокинг-гснс-
ратором у переднего фронта положительных импульсов недостаточная крутизна,
поэтому не возбуждаются высокочастотные электрические колебания в ка тушке LI
и подключенном параллельно ей пьезоэлементе. В этот момент накапливается
энергия в ферритовом сердечнике катушки индуктивности L1. Задний фронт
импульса блокинг-генератора имеет большую крутизну. В это время запирается
транзистор и разрывается цепь, соединяющая катушку L1 с источником питания.
Энергия, накопленная в магнитном поле катушки L1, возбуждает в обмотке
э.д.с. самоиндукции, обратную по знаку первоначально подведенному напряжению
батареи. За счет большой скорости пересечения витков катушки L1 магнитными
силовыми линиями при резком отключении тока эмиттера транзистора Т1
напряжение э.д.с. самоиндукции получается больше, чем подводимое от батареи
через открытый транзистор. Например, у первого импульса отрицательной поляр-
242
нести амплитуда не менее 50 В. Параллельно катушке индуктивности L1 подключен
пьезоэлемент искателя, обладающий значительной емкостью (1300 пФ). Катушка L1
совместно с емкостью пьезоэлемента образует электрический контур, обладающий
собственной резонансной частотой.
При возбуждении в контуре импульса э.д.с. самоиндукции в цепи контура
(Г/, ПЭ2) возникают затухающие электрические колебания с частотой f определя-
емой емкостью пьезоэлемента и индуктивностью катушки L1. Для получения
максимальной амплитуды ультразвуковых колебаний пьезоэлемента частота
электрических колебаний выбирается близкой к частоте собственных механических
Колебаний пьезоэлемента, установленного во вставке искателя (2 — 0,3 МГц).
Длительность высокочастотных колебаний, составляющих импульс, специально
ограничивается до 10 мкс демпфированием пьезоэлемента. Электрические импульсы,
возникающие в катушке L1 блокинг-генератора, позволяют получить в пьезо-
элементе искателя ультразвуковые зондирующие импульсы, которые направляются
в проверяемые релтоы через слой контактной смазки с поверхности катания.
Как следует из функциональной схемы, для работы дефектоскопа нужно синхронно
с посылкой зондирующего импульса в рельс запустить блок регулируемой
задержки импульсов (генератор строб-импульсов).
Сигнал для запуска блока регулируемой задержки импульсов принимается
с катушки индуктивности L1 и после дифференцирования цепочкой С12, R20
подается через диод Д1 на базу транзистора Т7. Блок регулируемой задержки
импульсов собран па трех транзисторах Тб, Т7 и Т8. Транзисторы Тб и Т7
включены по схеме ждущего мультивибратора. При поступлении положительного
импульса с катушки L1, соответствующего первому положительному импульсу
высокочастотных колебаний, па нормально закрытый транзистор Т7 он открывается
и благодаря связи базы транзистора Тб через емкость С14 с коллектором
транзистора Т7 заставляет закрыться транзистор Тб. Транзистор Тб закрыт до
тех пор. пока не разрядится емкость С14 через переменный резистор R24 «Тип
релгоа». Транзистор Т7 возвращается в исходное состояние импульсом с коллек-
тора транзистора Гб по цепи С13, R21 на базу транзистора Т7. На коллекторе
транзистора Тб образуется положительный импульс длительностью 30—100 мкс
в зависимости от положения движка переменного резистора R24. Далее этот
импульс через конденсатор С15 подается на базу транзистора Т8, который работает
в режиме усилителя.
Емкость С/5 и резистор R25 образуют дифференцирующую цепь, которая
выделяет из П-образного импульса только передний и задний фронты. Передний
фронт импульса создает после дифференцирования положительный импульс на базе
транзистора Т8, а задний фронт образует импульс отрицательной полярности
длительностью 20 мкс. Последняя зависит от емкости конденсатора С/5 и сопро-
тивления резистора R25. Импульс положительной полярности, поступающий
с дифференцирующей цепи на базу транзистора Т8, не усиливается, так как
транзистор открыт. Импульс отрицательной полярности, попадая на базу тран-
зистора Т8, закрывает его, образуя на коллекторе усиленный импульс положи-
тельной полярности, который дальше используется в качестве строб-импульса
в блоке совпадения.
Для нормальной работы блока совпадения (логический элемент И) на его вход
нужно подавать импульсы с амплитудой около 1 В. Поэтому слабые отраженные
эхо-сигналы от дефектов или подошвы рельса перед подачей на вход блока
совпадения необходимо усилить. Для этой цели в дефектоскопе есть усилитель
с детектором и сотласова гелем. Усилитель работает следующим образом. На вход
усилителя (база транзистора Т2) через емкость СЗ подаю гея все сигналы
нт,с то элемента — мощный зондирующий импульс и слабые отраженные от дефектов
стн налы. Первый каскад усилителя выполнен на сопротивлениях, что дает возмож-
ность усилить сигнал примерно в 10 раз (20 дБ). Второй каскад усилителя тоже
на сопротивлениях, работает в режиме детектирования.
243
244
245
Высокочастотная составляющая импульса (2 + 0,3 МГц) конденсатором С9
(300 пФ) отводится на землю (конденсатор шунтирует нагрузку детектора RI2).
Видеоимпульсы (импульсы без высокочастотной составляющей) конденсатором СИ)
передаются на базу видеоусилителя (транзистор 24}. В коллекторной цепи
видеоусилителя при работе дефектоскопа создаются усиленные импульсы положи-
тельной полярности, которые подаются на согласователь — эмиттерный повто-
ритель (транзистор Т5). Он позволяет подключить низкоомный вход блока
совпадения к выходу усилителя. Коэффициент усиления регулируется в дефектоскопе
по входу видеоусилителя переменным проволочным резистором RI2 (6,8 кОм), ручка
которого «Чувствительность» выведена на панель управления дефектоскопом.
Электрические импульсы положительной полярности с согласоватсля через
емкость С25 подаются на блок совпадения, где сигналы селектируются по времени
их поступления. Основная задача блока совпадения — выделить из всех сигналов
только соответствующие донным импульсам или эхо-сигналам от дефектов
в первой зоне возникновения (40 — 60 мкс).
Блок совпадения собран на грех гранзисгорах (T9, Т/0, T1I). Транзисторы
T9 и ГН) включены последовательно. Нагрузка в цепи коллектора транзистора
T9 промежуток эмиттер — коллектор транзистора Т10. Если транзистор T9
открыт (на его базу поступает строб-импульс положительной полярности), то в цепи
эмиттера транзистора Т10 незначительное сопротивление открытого перехода
коллектор — тмиттср транзистора T9 и транзистор TH) может пропустить импульс,
приходящий на базу с усилителя (донный или эхо-сигналы). Если строб-имнульса
на базе T9 пет. то сопротивление участка коллектор — тмиттср T9 увеличивается,
а это приводит к запиранию транзистора TH) за счет увеличения сопротивления
в цени эмиттера. В этих условиях зондирующие импульсы и другие сшпалы,
нс относящиеся к донным или эхо-сигналам, не проходят через транзистор Т10.
Если транзистор Т10 пропускает импульсы, приходящие с усилителя, то
в цепи его коллектора выделяются импульсы отрицательной полярности, когорт,тс
закрывают транзистор TII. В цепи коллектора этою транзистора включен
трансформатор Т2, который совместно с емкостью С/9 образует «Звенящий
контур». При поступлении сигналов с усилителя, которые появляются во время
действия строб-имнульса, цепь «Звенящею контура» каждый раз резко отклю-
чается транзистором ТП от питающею напряжения. В «Звенящем контуре»
появляются собственные колебания с частотой около 100 кГц. обусловленные
э.д.с. самоиндукции. Эти колебания, постепенно затухая, длятся около 10 периодов.
Таким образом, уменьшается скважность импульсов и облет чается работа второю
детектора, который преобразует колебания «Звенящего контура» в постоянный ток,
подаваемый па базу транзистора 7/2, который при этом находится в открытом
состоянии и шунтирует цепь тока звуковой частоты, подаваемой в телефоны.
Как только пропадают колебания «Звенящею контура» (через 2 — 3 периода
работы дет|эектоскопа), в транзисторе Т12 увеличивается сопротивление перехода
коллектор — эмиттер и ток звуковой частоты начинает поступать в телефоны,
сигнализируя об уменьшении или исчезновении донного сигнала. Время затяжки
срабатывания транзистора TI2 зависит от величины емкости С22 и резистора 7/35.
При работе по эхо-методу второй детектор ДЗ не используется, эхо-сит налы
со «Звенящею контура» подаются через конденсатор C2I и тумблер 133 через
усилитель на телефоны. Транзистор Т13 — усилитель токов звуковой частоты,
подаваемых в телефоны с блокинг-генератора и со «Звенящего контура». Режим
работы дефектоскопа по зеркально-теневому или эхо-методу изменяют сдвоенным
тумблером ВЗ, который подключает к катушке 1.1 прямую или призматическую
вставку искателя и усилитель тока звуковой частоты к ключевому транзистору
Т12 или к «Звенящему контуру». Призматические вставки искательной системы
«Передняя — задняя» переключаются тумблером В2. Напряжение батареи контро-
лирует вольтметр со шкалой па 15 В, он служит также индикатором включения
дефектоскопа; есть гнездо для подключения внешнего источника питания IU1.
246
45.	КОНСТРУКЦИЯ
ДЕФЕКТОСКОПОВ
Дефектоскоп состоит из полой трубы с рукояткой и искательным устрой-
ством по ее концам (рис. 192). Оператор может, не нагибаясь, установить
искатель на поверхности катания рельса и проверить сомнительный участок
пути. Это особенно важно, когда рельсы проверяют на значительном
протяжении на мостах, в тоннелях и на станционных путях. Бак для
смачивающей жидкости встроен в дефектоскоп, поэтому контролировать
рельсы может один оператор.
Центрирующее приспособление у искательной лыжи состоит из сталь-
ной скобы. Лыжа шарнирно закреплена на плоской П-образпой скобе,
соединенной с корпусом дефектоскопа, и может поворачиваться в двух
взаимно перпендикулярных плоскостях па угол 10—15. Это позволяет
лыже самоустанавливаться на поверхности катания рельса.
В искательной лыже дефектоскопа УРД-63 на плексигласовом протек-
торе смонтированы три искателя — один прямой и два призматических
с углом призмы 47'. Призматические искатели развернуты относительно
продольной оси на угол 34е. Все искатели имеют одинаковые пьезо-
элементы ЦТС-19 диаметром 12 мм и толщиной 0,72 — 0,75 мм, залиты
демпфирующей массой и образуют один неразборный блок. Демпфи-
рующая масса состоит из смеси эпоксидной смолы ЭД-5 с сажей или
свинцовым суриком в такой пропорции, весовые части: ЭД-5 — 100; сурика
свинцового или сажи — 12; о тверди геля — 10. Перед заливкой пьезо эле-
менты и призмы из плексигласа смазывают клеем «88».
При полимеризации эпоксидной смолы в ее объеме фиксируются
пузырьки газа, эффективно поглощающие УЗК. Кроме хорошего демп-
фирования УЗК, этот состав обладает высокой механической прочностью
и полностью защищает пьезоэлементы от попадания влаги. Недостаток
конструкции искателя — некоторые трудности ремонта изношенных плекси-
гласовых протекторов. Однако этот недостаток окупается более стабиль-
ными характеристиками неразборных искателей по сравнению с разбор-
ными.
Угол ввода УЗК в рельс и угол разворота искателей по отношению
к продольной оси рельса выбраны экспериментально при обнаружении
Рис. 192. Искательная система УРДО-3
247
большого числа рельсов с дефектами типа 21.2. Искатель такой конструк-
ции может обнаруживать поперечные усталостные дефекты в ранней стадии
развития. К сожалению, большой уровень помех при контроле старо-
годных рельсов со значительным износом не позволяет полностью
реализовать чувствительность искателей подобной конструкции. С большой
степенью достоверности могут быть выявлены только дефекты с отража-
ющей поверхностью, ориентированной нормально к пучку УЗК.
Большое число поперечных дефектов сб значительным развитием
отражают УЗК только верхней и нижней кромками; отражение усили-
вается при «кольцах роста» дефекта. Бывают (довольно редко) случаи,
когда пропускаются крупные (развитые) дефекты из-за того, что пучок
УЗК, отразившись от плоскости дефекта, не попадает в искатель. Обычно
у такого дефекта пет «колец роста» и он занимает 25 — 30 площади
поперечного сечения головки рельса. Для выявления таких дефектов
нужно изменять угол разворота искателя на 2 — 5° при многократной
проверке подозрительного участка.
Конструкция дефектоскопа УРД0-3, за исключением искательной
системы, аналогична УРД-63. Искательная система с целью унификации
вставок и увеличения срока службы несколько изменена (см. рис. 192).
К корпусу искательной системы 1 винтами прикрепляется сменное стальное
дно с отверстиями для вставок. Твердость закаленного стального дна
должна быть не менее 60 ед. по Роквеллу, потому дефектоскоп можно
эксплуатировать несколько лет, не заменяя дно. Вставки искателей 2, 3, 4
(2 — прямая, 3, 4 — призматические с углом призмы 47 — 45 ) унифициро-
ваны со съемными дефектоскопами УЗД-НИИМ-6 и УРД-58М.
Пьезоэлементы вставок искателей ЦТС-19 имеют диаметр 12 мм,
толщину 0,72 мм. Корпус вставки искателя лагунный. Демпфирующая
масса на основе эпоксидной смолы ЭД-5 с наполнителем — сажа, свинцо-
вый сурик. Крышка искательной системы ли гая из капрона, кренится
к корпусу винтами 5 с внутренней резьбой для шпилек 6. Токоподво-
дящий кабель 7 закрепляется па капроновой крышке и оканчивается
контактной колодкой, от которой гибкие провода подводят ток к вставкам
искательной системы. Вставки в корпусе искательной системы закрепля-
ются винтами 9 (см. рис. 192). Углы разворота призматических вставок
и их установку в корпусе регулируют в дорожной лаборатории по
дефектоскопии; обязательно пришлифовывают поверхность стального дна
и защитные донышки вставок из плексигласа.
46.	ПОДГОТОВКА
ДЕФЕКТОСКОПОВ
К РАБОТЕ. КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ
В ПУТИ
Проверяют годность батареи питания и пополняют запас смачивающей
жидкости в баке. Дефектоскоп включается тумблером ВК1, расположенным
на рукоятке под крышкой (рис. 193). При включении тумблера вольтметр
показывает напряжение батареи, он служит также индикатором вклю-
ченного состояния дефектоскопа.
248
о ЧуВстВи- Тип °
тельность рельса
Призма Вкл
Пряной
Рис. 193. Панель управ-
ления УРД-63
Предусмотрены два режима работы дефекто-
скопа: прямым искателем по зеркально-теневому
методу и призматическим искателем по эхо-
методу. Можно использовать два призматиче-
ских искателя с различным углом разворота
призм, смонтированных в общем кожухе (лыже).
Призматические искатели переключаются тумб-
лером ВЗ, расположенным внизу у искательной
лыжи. Положение тумблера, переключающего
вставки искателя, обозначено надписями: «Пе-
редняя», «Задняя».
Проверку рельсов прямым искателем выпол-
няют в том случае, если нужно проконтроли-
ровать зону шейки и подошвы в пределах
толщины шейки. Для работы по зеркально-
теневому методу необходимо ручкой «Тип рель-
са» добиться совмещения строб-импульса с дон-
ным импульсом (первое донное отражение) и
выбрать усиление приемника, превышающее порог срабатывания инди-
катора на два деления по шкале регулятора «Чувствительность» При
работе с призматическими искателями в схеме дефектоскопа переключают
тумблером «Прямой — Призма». Одновременно вместо «прямого» иска-
теля подключают один из призматических.
Прежде всего следует проверить установку положения строб-импульса.
Для этого искатель дефектоскопа устанавливают на расстоянии примерно
30 мм от торца рельса (по обрезу кромки корпуса искателя для дефекто-
скопа УРДО-3 при положении ВЗ «Задняя»). Рукоятку чувствительности
ставят в положение максимального усиления, вращая ее до упора по
часовой стрелке. Рукоятку «Тип рельса» нужно установить в положение,
при котором в телефонах появится звуковой сигнал.
Вращают рукоятку «Тип рельса» медленно против часовой стрелки
почти до упора. При таком положении ручки будет минимальное время
задержки строб-импульса (около 30 мкс). Для большой точности установки
строб-импульса ручкой «Чувствительность» снижают усиление до предела,
при котором еще будет звуковой сигнал в телефонах, затем уточняют
положение искателя, передвигая его в направлении от горца рельса
на 10 мм. Если звуковой сигнал сохраняется, строб-импульс установлен
правильно.
Дефекты типа 21.2 обычно расположены на расстоянии 5 — 10 мм от
поверхности катания головки рельса. При установке задержки по торцу
рельса будет запас времени на ширину строб-импульса, что достаточно
для выявления дефектов на любой глубине в головке рельса.
Стробирование дает возможность получить только прямое отражение
УЗК от дефектов, расположенных в головке рельса. Поэтому можно более
точно отметить дефектное место в головке рельса, что важно при вскрытии
дефекта на прессе. В некоторых случаях можно обнаружить дефект,
установив строб-импульс таким образом, что будет двойное прозвучивание
головки рельса (обнаруживается дефект вблизи нерабочей грани).
249
Оптимальная чувствительность дефектоскопа устанавливается по тсст-
образцу перед выездом на линию; грубо проверить чувствительность
в процессе работы на линии можно на любом торце рельса. Тест-
образец (эталон) для установки необходимой чувствительности — это
отрезок нового рельса Р50 длиной 750 мм или бывшего в эксплуатации
(рис. 194) незначительное время (износ по высоте менее I мм). В середине
боковой грани головки рельса на расстоянии 200 мм от горца сверлят
отверстие I диаметром 2 мм, глубиной 25 мм. На расстоянии 150 мм
от первого отверстия сверлят второе II диаметром 4,5 мм, глубиной
10—12 мм, а в нижней грани головки через 150 мм от пего делают
пропил III фрезой на глубину 10 мм с наклоном 20 относительно
поперечного сечения. Поверхность катания рельса шлифую т па стенке так,
чтобы искатель дефектоскопа плотно прилегал к поверхности катания.
(Ширина шлифованной плоскости должна быть не менее 20 мм.)
Выбор чувствительности дефектоскопа по тест-образцу позволяет уста-
новить ее верхний и нижний пределы. Если не ограничивать чувстви-
тельность дефектоскопа по верхнему пределу, то возможны случаи снятия
рельсов с дефектом типа 11.1-2 и с большой структурной неоднород-
ностью, особенно в нижней части наклепанного слоя, где располагаются
внутренние продольно-наклонные трещины (ВПНТ). Дефектоскоп следует
так настроить, чтобы отверстие I (см. рис. 194) не выявлялось, а отверстие
II четко обнаруживалось «передним» и «задним» искателями. При выявле-
нии дефекта III должен быть запас по усилению, т. е. можно поворачивать
ручку «Чувствительность» на 2 — 3 деления против часовой стрелки.
В телефоне при этом еще должен быть слышен звуковой сигнал.
В тех случаях, когда дефект / четко обнаруживается, следует ручку
«Чувствительность» поворачивать против часовой стрелки до тех нор. пока
звуковой сигнал от этого отверстия нс исчезнет. Положение ручки нужно
запомнить и не увеличивать усиление при работе на линии выше лого
предела. Отверстие II при этом должно четко выявляться. При работе
на липин надо ясно представлять, какой рельс колеи следует контроли-
ровать «передним», а какой «задним» искателем. Поперечные усталостные
дефекты в головке рельса обычно на двухпутных участках наклонены
в сторону движения, а на однопутных — в сторону преимущественного
Рис. 194. Тест-образец для установки чувствительности УРД-63 и УРДО-3
250
грузопотока. Если это не учитывать, то можно пропустить опасный дефект
лишь потому, что пучок УЗК будет падать на плоскость дефекта под
углом, значительно отличающимся от нормали.
Во избежание ошибок рекомендуется проверять сомнительные участки
на рельсе двумя призматическими искателями поочередно и создавать
сознательно перекос искателя с тем, чтобы варьировать углом разворота
призм, изменяя его на +(2 4-8)’. Дефекты типа 21.2 обнаруживаются
«передним» и «задним» искателями, в то время как дефекты, показанные
на рис. 194,—только одним искателем.
Подготовка дефектоскопа УРДО-3 к работе на линии и оценка его
показаний аналогичны УРД-63. Следует учитывать, что при работе дефек-
тоскопа УРДО-3 зимой при температуре воздуха ниже —25 °C батареи
могут замерзнуть. Для предотвращения этого к дефектоскопу подключают
внешний источник питания (например, две батареи от карманного фонаря
типа 336Л в кармане под одеждой оператора). Чувствительность дефекто-
скопа очень высокая, и если ее не установить предварительно на тест-
образце, то возможны случаи снятия рельсов с дефектами типа 11.2 или
внутренними продольно-наклонными трещинами. В рельсах, длительно
эксплуатирующихся, их очень много, особенно в уложенных на кривых
участках.
Опыт показал, что дефектоскопами УРДО-3 можно контролировать
сварные стыки в зоне головки и выявлять опасные дефекты в сварном
шве (дефект типа 26.3). Следует учитывать, что в некоторых сварных
стыках имеются «валики» о г недостаточно защищенного утолщения
головки рельса (шва), которые могут вызывать появление эхо-сигнала.
В таких сварных швах необходимо ослабить отражающее действие
«валиков» — приложить к поверхности стыка смоченный водой кусок
резины. Если после этого эхо-сигнал заметно уменьшается, значит, причина
его возникновения — «валик» сварного шва.
Заменяя вставки искательной системы, можно дефектоскопом УРДО-3
выявлять опасные продольные расслоения головки, расположенные близко
к рабочей грани головки рельса. Такое расслоение возникает чаще всего
в рельсах, уложенных па кривых участках пути с большой грузонапря-
женностью. Расслоения в головке рельса, смещенные относительно ее
середины более чем на 5 мм, выявляются зеркально-теневым методом.
Угол призмы вставки 30е. Пучок УЗК направляется перпендикулярно
длине рельса на рабочую грань. Отраженный эхо-сигнал от угла, образо-
ванного подголовочной гранью рельса и боковой поверхностью головки,
будет приниматься дефектоскопом в зоне 35—40 мкс. На него следует
настроить строб-импульс ручкой «Тип рельса».
При прозвучивании здорового рельса в телефонах не должно быть
никакого сигнала (ручку «Чувствительность» устанавливают на два деления
больше того положения, при котором возникает в телефонах звуковой
сигнал при крайнем положении ручки «Тип рельса» — 30 мкс). Если
в рельсе есть вертикальная трещина, то при перемещении дефектоскопа
вдоль него над местом расположения трещины будет четкий звуковой
сигнал (существенное ослабление эхо-сигнала от нижней грани головки
рельса).
251
ГЛАВА XIII. АГРЕГАТИРОВАННЫИ
КОМПЛЕКС СЪЕМНЫХ
УЛ ЬТРАЗВУ КО ВЫ X
ДЕФЕКТОСКОПОВ’
47.	СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ
КОМПЛЕКСА
Обобщение опыта эксплуатации современных ультразвуковых дефектоско-
пов для контроля рельсов (УЗД-НИИМ-6М, ДУК-1 ЗИМ и УРД0-3), а также
результатов последних научных исследований позволило сформулировать
требования к агрегатированному комплексу съемных рельсовых дефекто-
скопов. В 1979 г. начат выпуск комплекса из трех дефектоскопов.
Конструктивная основа комплекса — двухканальный дефектоскопиче-
ский блок, выполняющий основные функции по генерированию и приему
сигналов, их обработке и индикации. Унифицированы ультразвуковые
преобразователи, входящие в комплект приборов комплекса. Дефектоскопы
агрегатированного комплекса разработаны па единой ысмсптпой базе,
использованы типовые узлы. Комплекс включает в себя приборы для
сплошной проверки рельсов в пути («Рсльс-5»), выборочного контроля
отдельных сечений («Рельс-4») и сварных стыков и отдельных сечений
рельсов («Рельс-6»). Во всех приборах основным индикатором является
звуковой (телефонные наушники). Кроме этого индикатора, в дефектоскопах
«Рельс-5» 'предусмотрен стрелочный индикатор координат дефекта, а в
дефектоскопах «Рельс-6» — осциллографический.
Отличительная особенность звукового индикатора в приборах комплек-
са — громкость звукового сигнала изменяется в зависимости о г амплитуды
и числа эхо-импульсов. Это существенно упрощает определение координат
и протяженности дефектов наклонными преобразователями. Например, при
возвратно-поступательном перемещении преобразователей по рельсу про-
слушивается характерное нарастание и спад громкости звука. Единичные
импульсы не выделяются звуковым индикатором.
48.	«РЕЛЬС-5»
Дефектоскоп «Рельс-5» (УД-12УР) работает одновременно по эхо- и
зеркально-теневому методам, предназначен для выявления дефектов рель-
сов, обнаруживаемых прибором УЗД-НИИМ-6М (дефекты 11, 20, 21, 24,
25, 26, 27, 30 В, 30 Г, 50, 52, 53, 55, 56, 60, 66, 70). «Рельс-5» отличается
от известных приборов по ряду технических и эксплуатационных характе-
ристик: улучшена схема прозвучивания рельса — повышается надежность,
производительность и достоверность обнаружения дефектов; увеличено
число каналов для контроля головки рельса — обнаруживаются дефекты
различной ориентации; повышена помехоустойчивость, для чего прсд-
1 Материалы главы подготовлены канд. техн, наук В. А. Лончаком.
252	/
усмотрен управляемый звуковой индикатор; расширен диапазон темпера-
тур — дефектоскоп практически пригоден во всех климатических зонах;
улучшено конструктивное исполнение электронного блока и ультразвуко-
вых преобразователей — проще эксплуатировать и обслуживать дефекто-
скоп; использована новая конструкция центрирующей системы и преобра-
зователей — можно компоновать различные схемы прозвучивания рельса
в зависимости от поставленной задачи.
Первая схема — основная (табл. 17), остальные применяются в зависи-
мости от состояния рельсового хозяйства согласно графику.
Основной металл и болтовые стыки обеих рельсовых нитей контроли-
руют при движении дефектоскопа со скоростью, не превышающей
4 км/ч, а сварные стыки и отдельные сечения рельса проверяют ручными
преобразователями.
Дефектоскоп работает при температуре окружающего воздуха от —40
до + 50'С, виброустойчив, закрыт пыле- и брызгозащищающим кожухом.
Рабочая частота ультразвуковых колебаний 2,5 МГц, частота посылок
зондирующих импульсов от 800 до 1200 Гц. Индикация выявленных
дефектов звуковая, раздельно для правого и левого рельсов. Звуковые
генераторы каналов настроены на различные частоты звукового диапазона
(2000 — 4000 Гц — для каналов, работающих по эхо-методу, 800—1200 Гц —
для каналов, работающих по зер-
кально-теневому методу), поэтому
дефекты, обнаруженные по эхо-
импульсному или зеркально-тене-
вому методу, регистрируются раз-
дельно. Дефектоскоп может пи-
таться от любой аккумуляторной
батареи с поминальным напряже-
нием 12 В. Прибор укомплектован
аккумуляторами НКГК-НД для
работы летом и НК-13 —зимой.
Он потребляет мощность не бо-
лее 4,0 Вг. Масса дефектоскопа,
включая 30 л смачивающей жидко-
сти, около 90 кг. Средний расход
смачивающей жидкости 6 л/км.
У прибора 8 дефектоскопиче-
ских каналов, объединенные по-
парно в унифицированных блоках.
Всего 4 дефектоскопических блока.
На них стоят знаки:
О — блок прямых преоб-
разователей левой нити;
СИ — то же, правой нити;
— блок наклонных пре-
образователей левой нити;
L^l — то же, правой нити.
Режим работы блока опреде-
ляется внешней схемой коммута-
Рис. 195. Функциональная схема дефекто-
скопа «Рельс-5» на одну нить:
1 — наклонные преобразователи; 2 — прямые
преобразователи; 3 - ручные преобразователи;
4 — выносная кнопка; А — аттенюатор; ГУЗК —
генератор ультразвуковых колебаний; УВЧ —
усилитель высокой частоты; Д — детектор; В —
видеоусилитель; ВС — временной селектор;
ЗИ — звуковой индикатор; ПН — преобразова-
тель напряжения
253
Таблица 17
Схема прозвучивания рельса
Назначение преобразователей
7/| и Н2 — для выявления дефектов второй груп-
пы у рабочей грани; а = 60 , у = 34

Н) — для выявления дефектов второй группы у
рабочей ।рани; а = 60 , у = 34 ; Н-, — для выявле-
ния поперечных трещин в подошве рельса; а = 45 ,
у = 0"
— для выявления дефектов второй группы у
рабочей । рани; ot = 60 , у = 34 ;
II, — то же, у нерабочей грани
v w
Я, — для выявления дефектов второй группы у
рабочей грани; ot = 60 , у = 34 ;
II2 для выявления дефектов второй труппы в
средней части головки; ot = 60 , у = О'
Примечание. //,, Н2 наклонные преобразователи; Г/,, /7, прямые. Толстой стрел-
кой покатано направление движения поездов; топкой направление перемещения дефекто-
скопа.
ции и зависит от того, в какое из гнезд прибора он вставлен. Работу
схемы дефектоскопа синхронизирует дефектоскопический блок, работаю-
щий с левыми прямыми преобразователями. Остальные блоки переведены
в ждущий режим. Наклонные преобразователи подключаются к усилите-
лям соответствующих блоков дефектоскопических непосредственно, а пря-
мые — через аттенюаторы (рис. 195).
Наклонные преобразователи контролируют головки рельса по )хо-
мстоду. Они принимают эхо-импульсы, блок дефектоскопический усиливает
их, селектирует и подает па звуковой генератор и стрелочный инди-
катор блока электронного. Прямые преобразователи контролируют шейку
и продолжение ее в головку и подошву по зеркально-теневому методу.
Первый по ходу движения дефектоскопа прямой преобразователь — основ-
ной, служит для сплошного контроля рельсов, второй — подключается
кнопкой на ручке’тслежки и образует с основным «ультразвуковой калибр».
Аттенюаторы предназначены для настройки чувствительности при
зеркально-теневом методе и проверки ее в процессе работы. Если все
кнопки аттенюатора отжаты, то на вход усилителя подается полный
сигнал с прямого преобразователя. Включением любой из кнопок на
вход усилителя подают только определенную часть донного отражения.
254
Аттенюатор можно установить в такое положение, чтобы сигнал па входе
усилителя был во столько же раз меньше импульса на преобразователе,
во сколько раз уменьшается донный сигнал при обнаружении минималь-
ного дефекта, подлежащего регистрации. При таком положении аттенюа-
тора для настройки канала на заданную условную чувствительность
на бездефектном участке рельса устанавливают регуляторы усиления блока
дефектоскопического в положение, соответствующее появлению сигнала
в телефоне. Можно контролировать рельсы по первому и второму
донному отражению.
По стрелочному индикатору (его можно подключить к любому каналу
прибора) в зависимости от режима работы проверяют напряжение питания,
оценивают координаты дефектов по эхо-методу и амплитуды донных
отражений по зеркально-теневому.
Напряжение питания электронного блока стабилизировано, можно при-
менять аккумуляторную батарею в диапазоне напряжений от 10,2 до 15 В
и более. Для питания генераторов высокочастотных импульсов блоков
дефектоскопических напряжением + 50 В в приборе предусмотрен преобра-
зователь напряжения.
Основные органы управления дефектоскопом расположены на передней
панели блока электронного (рис. см. па 2 стр. обложки): переключатели
для выбора режима работы, органы управления для настройки параметров
контроля.
Переключатель, обозначенный знаком «л.», определяет режим работы
дефектоскопа и содержит 8 кнопок:
«ВКЛ» — кнопка включения дефектоскопа;
» — кнопка включения звуковых индикаторов (телефонов)
соответствующего канала;
«	»	— кнопка для включения второго капала наклонных преоб-
разователей обоих рельсов одновременно; используется
для определения того, какой призмой — передней или
задней по ходу движения дефектоскопа — выявляется
дефект;
«ГЯ» — кнопка для включения второго канала прямых преобразо-
вателей обоих рельсов; этот переключатель дублирует
кнопку, расположенную на рукоятке тележки;
«ТР 65/50» — кнопка для изменения времени задержки строб-импульса
при контроле рельсов различного типа прямыми преоб-
разователями.
Переключатель, обозначенный знаком « А А » , обеспечивает комму-
тацию стрелочного индикатора и содержит 8 кнопок:
«10 В» — кнопка подключения измерительного прибора к цепи пи-
тания 4-10 В, при этом стрелка прибора должна находиться
в пределах красного сектора посередине шкалы;
— кнопки, обозначенные «—Q», подключают стрелочный
индикатор для оценки времени распространения УЗК от
точки ввода до отражателя, зарегистрированного соответ-
ствующим каналом;	255
— кнопки, обозначенные «_П_*	, подключают измсри-
« (—л ” тельный прибор к соответствующим блокам для оценки
амплитуды донного отражателя;
«\^1» —кнопка переключения дефектоскопа в режим ручного
контроля, при этом задержка строб-импульса блока де-
фектоскопического	равна 12 + 2 мкс.
Переключатели «Аттенюатор», регуляторы с выключателем «Тип
рельса» служат для настройки чувствительности и длительности задержки
строб-импульсов каналов, работающих с прямыми преобразователями.
При выключенных регуляторах «Тип рельса» (левое крайнее положение)
дефектоскоп настроен для работы по второму донному отражению. При
включении регулятора дефектоскоп настраивается для работы по первому
донному отражению.
На передних панелях блоков дефектоскопических расположены регу-
ляторы усиления каждого канала.
Дефектоскоп смонтирован на тележке; на пей расположены блок
электронный, ящик с аккумуляторной батареей, баки для контактирующей
жидкости с регулировочными кранами, центрирующие устройства с бло-
ками преобразователей, ящик с принадлежностями, очистительные и тор-
мозные устройства. Для переноски у тележки есть выдвижные ручки,
а для перемещения по рельсам — ручка, в которую вмонтирована кнопка
подключения второго канала прямых преобразователей. На гслежке
имеются розетки для подключения головных телефонов. Для удобства
работы и транспортирования блок электронный устанавливается па
подъемном устройстве.
Конструкция центрирующего устройства предусматривает возможность
работы с прижимными роликами и без них. В этом случае преобразо-
ватели центрируют по оси рельса специальными рукоятками. Перед
снятием тележки с рельсов для транспортирования центрирующие устрой-
ства поднимают вручную и фиксируют держателями на рамс.
Каждую рельсовую нить контролируют два блока преобразователей
(рис. 196). Наклонные преобразователи можно не разбирая развернуть па
34° в обе стороны относительно продольной оси рельса. Это позволяет
один и тот же тип блока преобразователей устанавливать па любую из
центрирующих систем (левую или правую), развернув наклонные преобра-
зователи в соответствии со схемой прозвучивания.
Преобразователи, аккумуляторная батарея, телефон подключают
кабелями к разъемам на задней стенке блока электронного. Разьемы
маркированы.
Аналогично к этому же блоку подключают ручной преобразователь.
Е1 о можно подключить в любой из каналов вместо преобразовател:
па центрирующей системе.
В комплект де<|>ектоскопа входят ручные преобразователи прямые и
наклонные с углами призм 35, 40, 45 и 50". Все вставки идентичны,
поэтому их можно устанавливать в ручной преобразователь и в блок
преобразователей для решения конкретной задачи контроля.
Подготовка аппаратуры перед проверкой рельсов в пути включает
в себя: выбор схемы установки преобразователей (см. табл. 17), монтаж
их в лыжах, проверку работоспособности прибора. При первичном
256
контроле рельсов дефек-
тоскопом «Рельс-5» (если
участок ранее не про-
веряли прибором УЗД-
НИИМ-6М) первые два
прохода следует выпол-
нить по схеме № 4: один
наклонный преобразова-
тель (р = 45°) направлен
по оси рельса вперед, дру-
гой — назад с разворотом
на угол 34 в сторону
рабочей грани. Затем по
схеме № 1: оба наклонных
преобразователя развора-
чиваются на угол 34” в
сторону рабочей грани
(один по направлению,
другой — против направ-
ления движения дефекто-
скопа). Поперечные тре-
щины в головке рельса
могут развиваться и со
стороны нерабочей грани,
поэтому периодически
Рис. 196. Блок преобразовал слей:
/, 2 — наклонный и прямой преобразователи; 3 — корпус;
4 — основание
контролируют подозреваемые участки по схеме № 3, устанавливая
передний по ходу движения преобразователь с разворотом 34” в сторону
нерабочей грани.
Схемы установки преобразователей должны быть указаны в графике
работы дефектоскопа; перестраивает дефектоскоп па другую схему прозву-
чивания механик-наладчик (мастер по дефектоскопии) совместно с меха-
ником дефектоскопа. Об этом записывают в рабочем журнале.
Перед выходом па линию для проверки рельсов следует произвести
внешний осмотр прибора, подключить соединительные кабели, включить
дефекгоскоп, проверить чувствительность каналов прямых и наклонных
преобразователей. Для настройки каналов прямых преобразователей
необходимо:
включить дефектоскоп, нажав кнопку «Вкл.»;
установить блоки преобразователей по оси рельса при помощи регу-
лировочных винтов на центрирующей системе;
регуляторы усиления вторых каналов блоков дефектоскопических
« МП » и «	» (па передней панели — левые) установить в край-
нее правое положение, а регуляторы основных каналов (правые) — в крайнее
левое;
включить вторые каналы прямых преобразователей, нажав до фиксиро-
ванного положения кнопку « НИ» переключателя «	;
зафиксировать в крайнем левом положении регуляторы «Тип рельса»;
кнопку «Тр» переключателя «	» нажать (настройка на рельсах Р43
или Р50) или оставить в отжатом положении (настройка на рельсах Р65
9 .Ык. 713
257
или Р75); в этом положении регуляторов и кнопок дефектоскоп настраи-
вают для контроля рельсов по второму донному отражению; при настройке
по первому донному отражению регуляторы «Тип рельса» следует
включить *;
нажать до фиксированного положения кнопки « И~~| » переключа-
телей «	» и «	; при акустическом контакте в телефонах
не должно быть звука; стрелка индикаторного прибора должна нахо-
диться в секторе, соответствующем второму или первому донному отра-
жению; при работе по первому донному отражению положение строби-
рующего импульса подстраивают регуляторами «Тип рельса»;
нажать кнопку « т~1 _Г|_» переключателя « \ » (стрелоч-
ный индикатор указывает амплитуду донного отражения) и добиться,
регулируя центрирующую систему, максимального отклонения стрелки;
нажать кнопку «0,2» аттенюатора и вращать регулятор второго канала
дефектоскопического блока « ИО » против часовой стрелки до момента
появления звука в левом телефоне; выключить аттенюатор — звук должен
исчезнуть.
После выполнения этих операций дефектоскоп прокатывают по рель-
сам контрольного тупика, чтобы убедиться, что прибор выявляет в шейке
рельса несплошности: в левом телефоне появляется звук низкого топа.
Аналогично настраивают второй канал прямых преобразователей для
дефектоскопии правого рельса. Включают кнопку « г~1 » переключателя
«	» и работают с правыми преобразователями и регулятором
«Тип рельса», обозначенным « ГМ » .
Проверив работу дополнительного прямого преобразователя при
контроле правого рельса, следует отключить кнопку « ЖИ » переклю-
чателя «	» и таким же образом настроить основные каналы прямых
преобразователей. После этого необходимо проверить работу дефектоскопа
при контроле болтовых стыков в режиме «ультразвукового калибра»,
включив кнопку па рукоятке тележки. Звук в телефонах должен появляться
только при проходе преобразователей над болтовыми отверстиями с мо-
делью или естественным дефектом (вида 53) или над дефектами протя-
женностью больше 50 мм.
Настраивают каналы наклонных преобразователей в два этапа. Сначала
проверяют условную чувствительность дефектоскопа с преобразователями,
а затем последовательно настраивают все четыре капала. Чтобы проверить
условную чувствительность, следует подключить блоки преобразователей
к дефектоскопу, включить дефектоскоп, установить преобразователь на
испытательный образец № /Р, смочив рабочую поверхность образца водой.
Акустическая ось преобразователя должна быть направлена вдоль образца,
Включив кнопки переключателей «	» и « \„ и пользуясь
регуляторами усиления, следует убедиться, что преобразователь с углом
призмы 45° может выявить отверстие 35 с индикацией по звуковому
и стрелочному индикаторам.
При комплексной настройке прибора регуляторы усиления дефектоско-
пических блоков «	» и «	» ставят в левое крайнее поло-
1 Дефектоскопы «Рельс-5», выпущенные после 1981 г., регуляторами «Тип
рельса» можно настраивать по первому донному отражению, используя стрелочный
индикатор.
258
жение, включают кнопки «	» и «Л » переключателя « Ж. » ,
отключают остальные. Поворачивая регулятор усиления второго канала
дефектоскопического блока «	» по часовой стрелке, устанавливают
максимальную чувствительность, при которой в процессе движения
дефектоскопа вдали от стыка и дефектных сечений головки рельса
в телефонах нет звуковых сигналов.
Аналогично настраивают чувствительность второго преобразователя
правого рельса с помощью левого регулятора усиления дефектоскопи-
ческого блока «L^l» , включив кнопку «1^4» переключателя « Ж * •
Отключив кнопку «	» переключателя « Ж », настраивают основные
каналы наклонных преобразователей правыми регуляторами усиления
дефектоскопических блоков.
Для проверки чувствительности ручных преобразовал елей с углами
призм 35, 40 и 50', входящих в комплект прибора, их подключают
в капал II1 левый или к разъему РП на задней стенке электронного
блока. Преобразователь с углом призмы 35'должен выявлять в образце № 1Р
отверстие 45, с углом 40 -45, с углом 50" —35.
Закончив предварительную настройку прибора, нажимают все кнопки
переключателя « Ж », за исключением « ЕЛ». и прокатывают дефек-
тоскоп по контрольному тупику. Наклонные преобразователи должны
отмечать разрывы рельсов в стыках, искусственные и естественные дефекты
в головке рельса, а прямые — выявлять болтовые отверстия, разрывы
рельсов в стыках, искусственные и естественные дефекты в шейке. Сигналы
должны индикацироваться по появлению звуковых сигналов в телс(]юнах
и стрелочному прибору при подключении канала переключателем « \ к >у
Чтобы определить, какой канал наклонных преобразователей зарегистри-
ровал дефект, необходимо отключить кнопку « ЕЯ » переключателя
« Ж »: если звуковой сигнал в телефонах остается, значит дефект
отмечен первым каналом (передним по ходу движения наклонных преоб-
разователей).
В процессе подготовки дефектоскопа к контролю определяют работо-
способность преобразовагелей и, если необходимо, заменяют. Чувстви-
тельность при контроле рельсов прибором «Рельс-5» выбирают по анало-
гии с дефектоскопом УЗД-НИИМ-6М; такой же порядок уточнения резуль-
татов контроля рельсов и их дополнительного осмотра.
Дефектоскопом «Рельс-5» можно выполнять ультразвуковой контроль
болтовых стыков вручную прямым преобразователем, подключая его
в любой из каналов. Если его подключают в каналы	или
«, то дефекты выявляют эхо-методом (звуковой сигнал высокого
тона); в каналы «	» или « СИ » — зеркально-теневым (звуковой
сигнал низкого тона).
Вторично контролируют отдельные участки рельсов и сварных стыков
одним или несколькими ручными наклонными преобразователями с~углами
призмы 40, 45 и 50". Координаты дефектов ориентировочно можно
оценить по шкале микроамперметра и данным, приведенным в табл. 18.
Выявляемость дефектов при контроле прибором «Рельс-5» зависит от
состояния поверхности катания рельсов, конфигурации и ориентации
дефектов. В зоне шейки рельса и продолжения его в головку^ и подошву
могут быть пропущены дефекты, если на поверхности катания есть
9*	259
Таблица 18
Справочные данные для оценки координат дефектов
при контроле рельсов дефектоскопом «Рельс-5»
Шкала	Координаты дефектов, мм, при показаниях по шкале микроамперметра								
	10	20	30	40	50	60	70	80	90
Н4О	22	45	67	90	112	135	158	180	200
Н5О	15	30	45	60	75	90	105	120	135
Е45	30	60	90	120	150	180	210	240	270
надрывы и пробуксовки. В головке рельса лучше выявляются небольшие
поперечные трещины; при невыгодной ориентации крупные дефекты в виде
поперечных трещин с гладкой поверхностью могут быть пропущены.
Слипание (холодная сварка) в сварных стыках, а также другие дефекты
сварки, если они расположены на глубине до 10 мм под поверхностью
катания, обычно не выявляются.
49.	«РЕЛЬС-4»
Однониточный портативный дефектоскоп «Рельс-4» предназначен для
выявления эхо-импульсным или зеркально-теневым методом ультразвуко-
вого контроля дефектов в основном металле и болтовых стыках рель-
сов при вторичном контроле показаний других средств дефектоскопии.
Дефектоскоп обнаруживает те же дефекты, что и «Рельс-5». Прибор
сохраняет работоспособность при темпера! /ре окружающего воздуха от
— 40 до +50 "С. Исполнение дефектоскопа виброустойчивое, пыле- и брызго-
защищенное. Минимальная условная чувствительность прибора с наклон-
ными преобразователями по стандартному образцу 35 мм, номинальная
частота излучаемых акустических колебаний 2,5 МГц, индикация дефектов
звуковая.
В приборе один блок дефектоскопический; режим изменяется переклю-
чателями и регуляторами, размещенными на передней панели. Если пе-
реключатель В] поставлен в положение П (рис. 197), блок работает с пря-
мыми преобразователями в режиме зеркально-теневого метода, в «//» (кноп-
ка отжата) — с наклонными по эхо-методу. Переключатель «Пк —Откл»
служит для коммутации цепей второго канала блока дефектоскопического.
Переключатель «Тр —65/50» изменяет задержку строб-импульса донных
отражений при контроле рельсов Р75, Р65 (кнопка отжата) и Р50, Р43.
Прибор получает питание от шести батарей 3336У, которые обеспечивают
непрерывную работу в течение 8 ч. В дефектоскопе предусмотрена ста-
билизация напряжения питания и индикация разряда батарей. Преобразо-
ватели и телефон подключаются к разъемам на задней стенке прибора.
Выносным аттенюатором настраивают и проверяют условную чувствитель-
ность зеркально-теневого метода.
Прибором «Рельс-4», используя унифицированные блоки преобразова-
телей, можно проводить сплошной контроль участков одной рельсовой нити
260
Рис. 197. Функциональная схема «Рельс-4»
261
I
или рельсов па стеллажах рельсосварочных предприятий. Сначала контро-
лируют головку рельса по эхо-методу наклонными преобразователями,
затем — шейку по зеркально-теневому методу прямыми преобразователя-
ми — одиночным и «ультразвуковым» калибром в стыковой зоне.
При контроле участков рельсов целесообразно второй канал прибора
настроить выносным аттенюатором на требуемую условную чувствитель-
ность с прямым преобразователем, подключенным к разъему ПН па задней
стенке. Затем аттенюатор отсоединить и по стандартному образцу № 1Р
настроить на требуемую условную чувствительность основной капал
с наклонным преобразователем, подключенным к разъему HI. По эхо-
методу контролируют при огжатой кнопке переключателя «Н — П», а по
зеркально-теневому — при нажатой. Переключатель «/7к» должен быть
включен. В указанном режиме настройки существенно упрощается вто-
ричный контроль отдельных участков рельса, который проводится при
неизменных положениях регуляторов усиления дефектоскопического блока.
Контролируют рельсы прибором «Рельс-4» аналогично «Рельс-5». Два
или четыре прибора «Рсльс-4», установленные па тележке от дефектоскопа
УРД-52 или УРД-58, позволяют создать дефектоскоп для контроля двух
рельсовых нитей эхо- и зсркалыю-тснсвым методами.
50.	«РЕЛЬС-6»
Прибор «Рсльс-6» (УД-13УР) служит для контроля сварных стыков
рельсов па рсльсосварочпых предприятиях и в пути, болтовых стыков
и вторичною контроля отдельных участков рельсов. Он пригоден для
работы в лабораторных, цеховых и полевых условиях и сохраняет работо-
способность при температуре окружающего воздуха от —40 до 4-50 ’С.
Исполнение прибора пыле- и брызгозащищенное, функциональная схема
его аналогична ДУК-ПИМ и ДУК-1 ЗИМ. По сравнению с этими прибо-
рами «Рельс-6» имеет следующие преимущества: типовой двухкапальный
блок дефектоскопический позволяет контролировать двумя преобразо-
вателями с разными углами ввода УЗК, нс перенастраивая прибор; по
Техническая характеристика «Рсльс-6»
Минимальная условная чувствительность (но ГОСТ 14782 — 76)
с преобразователями:
40	55	мм
50	45	мм
«Мертвая» зона ио стали с преобразователями:
40'	6	мм
50	3	мм
Номинальная частота излучаемых акустических колебаний	2,5	МГц
Максимальная глубина прозвучивания прямым искателем в рс- 600 мм
жиме контроля «По слоям»
Предел основной погрешности измерения координат	5/„
Индикация обнаруженных дефектов	по экрану ЭЛТ
и звуковая
Потребляемая мощность:
от источника постоянного тока напряжением 12 В, не более 6 Вт
от сети переменного тока 220 В, 50 Гц	20 В А
Масса прибора (с источником питания)	7 кг
262
калиброванному аттенюатору можно оценивать эквивалентную площадь
дефекта по амплитуде сигнала; специализированный звуковой индикатор
значительно упрощает измерение координат дефекта.
Прибор имеет электронно-лучевой индикатор с высокой яркостью све-
чения; уменьшены потребляемая мощность, масса и габариты (с источни-
ком питания), что улучшило эксплуатационные характеристики прибора;
расширен температурный диапазон работы, что дало возможность исполь-
зовать прибор практически во всех климатических зонах.
Глубиномерное устройство дефектоскопа «Рельс-6» позволяет при
контроле стальных изделий по шкале определять координаты обнаружен-
ных дефектов (в мм), а при контроле материалов со скоростью распростра-
нения ультразвуковых колебаний, отличающейся от скорости в стали —
время распространения колебаний от точки их ввода до отражателя.
Генераторы зондирующих импульсов блока дефектоскопического
(рис. 198) возбуждают пьезоэлектрические преобразователи. Принятые
сигналы от преобразователя первого канала через аттенюатор поступают
на усилитель канала /, сигналы второго преобразователя поступают на
усилитель канала 2.
Плавно чувствительность в обоих каналах регулируют регуляторами
усиления, расположенными на передней панели дефектоскопического блока.
По времени регулируют чувствительность усилителя первого канала потен-
циометром ВРЧ на передней панели дефектоскопа. Усиленные в каналах
импульсы детектируются, усиливаются видеоусилителем, селектируются
схемой совпадений и поступают на звуковой индикатор. Детектированные
импульсы из дефектоскопического блока подаются па видеоусилитель,
а затем — на элсктропно-лучевой индикатор. Синхроимпульсы из блока
дефектоскопического подаются па запуск мультивибратора глубиномера.
Продифференцированный задний фронт положительного прямоугольного
импульса мультивибратора поступает на элсктропно-лучевой индикатор.
Длительность задержки (перемещение метки на экране трубки) изменяется
регулятором «Координаты дефекта», по шкалам которого определяют
координаты дефекта при совмещении метки с эхо-сигналом.
Сннхроимпул1»сы, задержанные линией задержки на время прохождения
ультразвукового импульса в призме преобразователя, запускают генератор
напряжения развертки и подсветного импульса. С выхода этого генера-
тора снимается линейно изменяющееся напряжение, подаваемое на элект-
роппо-лучевой индикатор для развертки луча, и импульс подсвета, дли-
тельность которого равна длительности прямого хода напряжения раз-
вертки. Генератор развертки имеет два диапазона длительности. С одного
диапазона на другой переводят переключателем «Длительность развертки».
Плавно изменяю! длительность развертки на каждом диапазоне регуля-
тором «Глубина контроля». Длительность развертки (в мкс) определяют
по шкале «Мкс» глубиномера при положении метки на правом краю
линии, уменьшая показания на 4 мкс.
Дефектоскоп может работать в двух режимах. В режиме «От поверх-
ности» (переключатель «По слоям» выключен) генератор напряжения
развертки запускается через линию задержки от синхронизатора. Изделия
подвергаются контролю до определенной глубины, начиная от поверхности.
В режиме «По слоям», (нажата кнопка переключателя) генератор напря-
263
блок дефектоскопический
Рис. 198. Структурная схема «Рельс-6»
264
жения развертки запускается задним фронтом импульса глубиномера,
и на экране трубки просматривается зона изделия от глубины, установлен-
ной на глубиномере, до глубины, установленной регулятором «Глубина
контроля». Следовательно, единственным элементом прибора, определяю-
щим численные значения зон прозвучивания и координаты дефекта,
является глубиномерное устройство.
Положительный прямоугольный импульс генератора напряжения раз-
вертки, равный по длительности прямому ходу луча, поступает на схему
совпадений блока дефектоскопического. На выходе схемы выделяются
эхо-сигиалы, поступающие на ее вход и совпадающие по времени со
строб-импульсом блока и импульсом подсвета. Таким образом, звуковым
сигнализатором фиксируются только те эхо-сигиалы, которые видны на
экране электронно-лучевого индикатора. Он собран на трубке 8Л06И.
Потенциометры для управления режимом трубки и смещения луча выве-
дены на заднюю панель прибора и закрыты крышкой.
Дефектоскоп может получать питание от любого источника постоян-
ного тока напряжением 12+1,8 В. В комплект прибора входит блок
питания (БП 2), содержащий 9 элементов 373 «Сатурн», и блок питания
от сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц (БП /). Блоки
питания конструктивно идентичны и вставляются в электронный блок
дефектоскопа. В приборе предусмотрена стабилизация напряжения питания
+10 В, а также индикация разряда ба арей. Для питания цепей видео-
усилителя, электронно-лучевого индикатора и генераторов высокочастот-
ных колебаний блока дефектоскопического используется преобразователь
напряжения.
На передней панели электронного блока расположены основные органы
управления дефектоскопа: кнопка «Вкл.» — для включения питания необхо-
димо нажать кнопку; кнопка «По слоям» — дефектоскоп переключают
на режим «Контроль по слоям» нажатием кнопки; кнопка «Длительность
развертки» — при нажатии на нее диапазон регулировки длительности
развертки увеличивается до 120—130 мкс; переключатель «Ослабление,
дБ» — ослабляет эхо-сигналы на входе 1 канала блока дефектоскопиче-
ского.
Плавные регуляторы усиления обоих каналов расположены па передней
напели блока дефектоскопического: «Глубина контроля» изменяет
длительность развертки; «ВРЧ» — отсекает шумы в ближней зоне преоб-
разователя, подключенного к каналу 1; «Координаты дефекта» — исполь-
зуется для измерения координат дефектов.
На передней напели расположены также жран электронно-лучевой
трубки, индикатор включения питания, шкала глубиномера с визирным
окном для отсчета координат дефектов и разьем для подключения
высокочастотных цепей блока дефектоскопического к электронному.
На задней стенке элек тронного блока находятся разъемы I и II для
подключения преобразователей соответственно к 1 или 2 каналу и розетка
«Телефон» (в нерабочем положении их закрывают колпачками), регуляторы
отсечки эхо-сигналов обоих каналов (под крышкой), яркости и фокуси-
ровки луча ЭЛТ, смещения луча по горизонтали и вертикали, потен-
циометры для настройки режима электронно-лучевой трубки и разъемы
для вывода импульсов синхронизации и видеосигналов. На задней стенке
265
блока питания от сети расположены клемма заземления, тумблер «Заряд —
Откл.» для включения блока при зарядке аккумуляторов, предохранитель
0,25 А и контрольная лампочка заряда.
Электронный блок смонтирован на двух платах: на нижней откиды-
вающейся плате — преобразователь напряжения и выпрямители для пита-
ния цепей электронно-лучевой трубки; на боковой, подключенной к блоку
через разъем,— генератор напряжения развертки и мультивибратор глуби-
номера. Дефектоскоп укомплектован прямыми и наклонными преобразо-
вателями с углами призмы 40 и 50°. В наклонных преобразователях
применяются сменные вставки, типовые для рельсовых дефектоскопов.
В комплект поставки дефектоскопа входят стандартные образцы № 1 и 2,
рабочие и настроечные кабели, инструмент и принадлежности для конт-
рольно-профилактических работ.
Перед включением дефектоскопа в сеть необходимо прибор заземлить,
соединив клемму блока питания с шиной заземления кабелем из комплекта
поставки, ti переключатель «Заряд — Откл.» поставить в положение
«Откл».
Проверяют дефектоскоп перед контролем в такой последовательности:
подключить преобразователь к основному каналу 1. Если необходимо
контролирова гь двумя преобразователями — второй подключить к каналу 2.
Подключить телефонные наушники к гнездам «Телефон»;
отпустить кнопки «По слоям», «Длительность развертки», «Ослабление,
дБ»; регуляторы усиления и «Глубина контроля» установить в крайнее
правое положение;
включить дефектоскоп нажатием кнопки «Вкл». О включении прибора
свидетельствует свечение светодиода индикатора и появление линии раз-
вер гки па экране ЭЛТ;
при реверберационных шумах преобразователя, подключенного к 1
каналу, устранить их регулятором ВРЧ. Шумы преобразователя 2 капала
устранить, уменьшая усиление соответствующего капала блока дефекто-
скопического;
определить условную чувствительность дефектоскопа по стандартному
образцу № I и «мертвую» зону по образцу № 2. Условная чувствитель-
ность Ку и «мертвая» зона М дефектоскопа с преобразователем должны
быть: при р = 40":	> 45 мм, М С 8 мм; при Р = 50": Ку > 35 мм,
М .< 3 мм.
Работают с дефектоскопом «Рельс-6» по методикам, разработанным
для прибора ДУК-1 ЗИМ, так как приборы ио функциональным схемам,
режимам работы, органам управления идентичны.
51.	БЛОК ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИЙ
Во всех приборах агрегатировапного комплекса генерирование электри-
ческих высокочастотных импульсов, возбуждающих пьезоэлектрические
преобразователи, усиление, селектирование и индикацию посредством теле-
фонных наушников выполняют блоком дефектоскопическим.
Электрическая схема (рис. 199) собрана на двух платах: усилительной
и импульсной. На плате усилителя расположены: генераторы высокочастотных
импульсов первого (ДЗ, Д7) и второго (Д4, Д9) каналов; усилители высокой
266
частоты первого (77, ТЗ, Т4) и второго (Т2, Т5, Тб) каналов; детектор-
смеситель первого (77, ТУ) и второго (Т8, Т1(1) каналов; видеоусилитель (Т11,
Т12, Т13). На импульсной плате: синхронизатор (Т'1, Т'4); генераторы задержан-
ного импульса (Т'б, Т’8, Т'9) с эмиттерным повторителем (Т'И) и строб-импульса
(Т'14, Т'15, Т'16); схема совпадений I (ДТО, Д'П, Т'18); триггер (Т'2, Т'З)
с эмиттерным повтори гелем (Т'5); схема совпадений 2 (Д'4, Д'5, Т'7); электронный
ключ (Д'8, Д'9, Т70); звуковой генератор (Т'12, Т’13, 7 77).
Генератор высокочастотных импульсов ударного возбуждения собран па после-
довательно соединенных тиристорах 31^ Д7 типа КУ 104Г первого и Д4, Д9
второго каналов. Запускающий импульс положительной полярности, поступающий
с синхронизатора на управляющий электрод ДЗ (Д4), переводит тиристор в прово-
дящее состояние, вызывая лавинообразное отпирание тиристора (Д9). Накопи-
тельные емкости СЗ С9 (С4, СИ) последовательно разряжаются через контур,
образованный L1 (£2}-и пьезоэлсмешом преобразователя. Благодаря этому размах
колебаний зондирующего импульса значительно превышает напряжение источника
питания генератора.
В дефектоскопах «Рельс-5» и «Рельс-6» напряжение питания генераторов
50 — 60 В и размах колебаний цс менее 140 В, а в «Рельс-4» при напряжении
питания генераторов 24 В — не менее 60 В. 
^.тмипишь высокой частоты состоит из входного каскада на транзисторе Т1
\. (Т2) и каскодного усилителя на транзисторах ТЗ. Т4 (Т5, Тб) типа фТ 315PJ Коэф-
фициент усиления Ку =\2ОООч-3 500 на резонансной частоте 2,5 МГц определяется
параметрами кошура 7д, С23, С27 (L4, С24, С28). Ширина полосы пропускания
усилителя определяется параметрами этих же контуров и резисторами R34, R36
и устанавливается в пределах от 0,3 до 0,7 МГц. Регулируют усиление потенцио-
метрами R"1 и R"2, расположенными на передней панели дефектоскопического
блока. С анодов тиристоров Д7 по цепи Rll, С13 и Д9 по цепи RI2. С16 на базы
транзисторов Т1 и Т2 подастся напряжение временной регулировки чувствитель-
ности (ВРЧ). Отрицательное напряжение ВРЧ отсекает шумы преобразователя
и способствует выделению >хо-сигпалов в ближней зоне. Во втором канале блока
напряжение ВРЧ подается па базу Т2 входного каскада усилителя, в первом
канале — выведено па разъем Ш1. В тгом случае можно подключать внешние регу-
ляторы ВРЧ (например, в приборе «Рельс-6») что позволяет точнее настроить
прибор для выявления дефектов в ближней зоне. В некоторых модификациях
блока дефектоскопического напряжение ВРЧ может подаваться па базу Т4 (Тб).
Детектори:меситель собран па транзисторах Т7. T9 (Т8. Т10) типа КТ 315Г
по схеме эмиттерпого нов гори геля с динамической нагрузкой. Продетектирован-
иыс сигналы обоих каналов усилителя смешиваются па резисторе R43. Уровень
шумов отсекается положительным напряжением, подаваемым на резистор R43
через R51 и контакт А4 разъема Ш2.
Видеоусилитель состоит из инверторов положительных (TI1 типа КТ 315Г)
и отрицательных импульсов (Т12 типа КТ 361Т). С нагрузки R54 >миттерного
повтори геля сигналы положительной полярности амплитудой до 8 В подаются па
схему совпадений и на кош акт Л6 разъема Ш2.
Синхронизатор собран на транзисторе  ТТ-типа КТ 315Г по схеме блокинг-
генератора в автоколебательном режиме. Положительная обратная связь выпол-
няется импульсным трансформатором Тр/1 тшш-М-МТИ-95. Элементы C^j, R^pnpc-
деляют частоту следования импульсов. Импульсы положительной полярности, про-
шедшие эмиттерный повторитель (Т'4 типа КТ 315Г), подаются на запуск генера-
тора задержки, генераторов высокочастотных импульсов и контакт^/ разъема-И/2.
Блокинг-генератор может быть переведен в ждущий режим под действием поло-
жительного запирающего напряжения вд эмиттер транзистора Т'1, для чего необхо-
димо соединить контакты Б5 и Бб разъема 1112. Синхронизатор запускается
импульсами положительной полярности, подаваемыми на контакт Б4 разъема Ш2
от внешнего генератора импульсов или от аналогичного блока дефектоскопического.
267

Рис. 199. Электрическая схема дефектоскопического блока
Ш2
А1
А2
АЗ
АЧ
А5
AS
А?
AS
Б1
62
S3
ВА
55
В6
,57
Цепь
Синхрониз
корпус
пканал
Отсечка
ВиОеоселею
ВиВеоВыхоа
СтЬинп. ~
Телефон
Конную, прян.
Коннупнш.
Зйбеткка
Внешн-синхр.
ЖВущ. режйн
чо В
<30'8
\/т • i I 7 I 1 L
Генератор задержки собран на транзисторах Т'6. Т'9 типа КТ 315Г и Т'8
типа 361Г по схеме ждущего мультивибратора. Длительность задержки опреде-
ляется постоянной времени цепочки Cfet. (Т^. R'26. Схема срабатывает при подаче
на базу'/Г|<| положительною запускающего импульса. Задним фронтом импульса
задержки через инвертор YH1V и цепочку С7Я^/^(^запускается генератор строб-
импульса. Длительность задержки изменяется при параллельном подключении
к резне гору /<2г^ через контакт БЗ разъема 1112 дополнительных резисторов.
Без внешних резисторов длительность задержки должна быть 115 + 6 мкс. При
работе блока дефектоскопического в эхо-импульсном режиме параллельно К'26
путем замыкания контактов Б2 и Б6 разъема Ш2 подключается R'30 и длитель-
ность задержки устанавливается 30 + 5 мкс.
Генерапюр cmpov-импумса аналогичен по схеме мультивибратору задержки.
Длительность сгроб-импульса определяется постоянной времени цепочки С20, С'21,
R'45 и при работе в эхо-импульсном режиме равна 60 + 5 мкс, а зеркальпо-
тепевом — 12 + 2 мкс. В лом случае должны замыкаться контакты Б1 и Б6
разъема IH2 и параллельно резистору R'45 подключается R'46.
Схема совпадений I собрана на диодах^/Д^б. и ДТ |, на которые подаются
строб-импульс с коллектора 7*7?^ и видеоимпульс е усилительной платы. Эхо-
сигнал, выделенный схемой совпадений, через гмиггериый повгоритсль\Л7>> посту-
пает на дальнейшую обработку. В режиме работы блока с наклонными преобра-
зователями нроселектированпые сигналы проходят электронный ключ (Т'10) и по-
даются па звуковой генератор. При работе с прямыми преобразователями диод
Д'8 электронною ключа отключается ог цепи +10 В и сигналы, приходящие со
схемы совпадений /, не выделяются па нагрузке R'28 транзистора Т'10. В этом
режиме напряжение питания +10 В подастся на триггер и схему совпадений 2
(Д'4. Д'5. Т'7).
Триггер (Т'2, Т'З типа КТ 315Г) собран по схеме статического триггера
с автоматическим смещением в цени эмиттеров. Через когггакт Б1 разъема Ш2
он подключается к напряжению питания только при работе блока с прямыми
преобразователями, когда реализуется зеркально-теневой метод контроля. По цепи
С'9, Д'2 триггер запускается передним фронтом стробирующего импульса и по
цепи С'1(), Д'1 срывается донным эхо-сигналом, выделенным схемой совпадений /
Импульс, формируемый па коллекторе Т'З, через эмггггерный повторитель Т'5
подается па один из входов схемы совпадений 2, гга второй вход которой подан
синхроимпульс. При донном эхо-сиг гните короткий импульс триггера гг синхро-
импульс нс совпадают ио времени и ггс проходят схему совпадений 2; если этого
сигнала пет, триггер ггс срывается и гга выходе схемы совпадений 2 появляются
синхроимпульсы. вызывающие срабатывапие звукового генератора.
Звуковой генератор собран по схеме блокипг -генератора (Т'17 типа КТ 315Г)
с гипамичсским эмигтерным сопротивлением (Т'17 типа КТ 315Г). Импульсы
положительной полярности поступают гга накопительную емкость С'17, напря-
жение гга которой определяется числом и амплитудой эхо-сигналов или синхро-
импульсов. С увеличением амплитуды или числа импульсов, что определя-
ется размером и протяженностью дефекта, растет напряжение па емкости СП,
транзисторы Т'12 и Т’13 сильнее отпираются, при этом повышается гок через
транзистор Т'17 и напряжение, генерируемое блокинг-геггератором, увеличивается.
Таким образом, громкость звука возрастает ггропорционаэгыю амплитуде и числу
эхо-сигналов. Телефоны подключаются к блоку через когггакт А8 разъема 1112.
Выходы генераторов и входы усилителей высокой частоты обоих
каналов разделены, что дает возможность подключать внешние атте-
нюаторы, а также разделыго-совмещенные преобразователи. На разъем
Ш2, расположенный на задней стенке каркаса, выведены все цепи, необхо-
димые для питания блока, изменения режима его работы, а также для
контроля параметров.
270
ГЛАВА XIV. КОНТРОЛЬ
СВАРНЫХ
СТЫКОВ
52.	ДЕФЕКТЫ СВАРКИ
Контактный способ является основным видом сварки бесстыковых плетей
и длинных рельсов, термически обработанных и не упрочненных. Основной
объем контактной сварки новых и большую часть ремонта старогодных
длинных рельсов и бесстыковых плетей (85 %) выполняют стационарные
рельсосварочные предприятия. Часть работ (15”£) по контактной сварке
рельсов выполняют в пути при восстановлении бесстыковых плетей в мес-
тах изломов и повреждений; в отдельных случаях сварку старогодных
рельсов производят непосредственно на станционных путях и звеносбо-
рочных базах [16].
Электроконтактную сварку рельсов выполняют без присадочных мате-
риалов двумя методами: непрерывным оплавлением и с предваритель-
ным прерывистым подогревом. На рельсосварочпых предприятиях для
сварки используют автоматизированные кош актно-сварочные машины
МСГР-500 и К-190, а в пути — передвижные или самоходные агрегаты
(ПРСМ), оснащенные контактными головками К-355 и других моделей.
Машины МСГР-500 работают по методу непрерывного оплавления [20].
По действующим техническим условиям ТУ 32 ЦП-560—77 «Рельсы
железнодорожные новые сварные» и ТУ 32 ЦП-561—77 «Рельсы железно-
дорожные старогодные отремонтированные сварные» свариваемые рельсы
должны быть одного типа и одной марки стали, одинакового способа
производства металла, зермического состояния, вида упрочнения и легиро-
вания. Все рельсы проверяют на прямолинейность в горизонтальной
и вертикальной плоскостях и искривление ио спирали (скручивание).
Перед подачей на сварку рельсы укладывают в штабеля гак, чтобы
заводские и маркировочные знаки па шейке были с одной стороны.
Маркировочные знаки, определяющие группу годности рельсов, изъятых
из эксплуатации, наносит отправитель на шейке рельса со стороны
рабочей грани на расстоянии I м ог левого торца светлой масляной
краской. Немаркированные рельсы ремонту не подлежат. Выявленные
дефектные места отмечают краской одним крестом с указанием справа
номера (типа) дефекта.
Группу годности условно обозначают соответствующим числом верти-
кальных линий (I, II, III, IV). Для рельсов, отнесенных к I или II группе,
указывают пропущенный тоннаж. Если, например, рельсы Р65 эксплуати-
ровались на прямом участке пути или на кривом при радиусе не менее
1000 м, имели приведенный износ головки не более 9 мм и к моменту
изъятия их из пути пропустили не более 620 млн. т брутто груза, то их
относят к I группе; при увеличении пропущенного тоннажа до
271
670 млн. т брутто и приведенного износа до 11 мм — к И группе,
а в том случае, когда пропущенный тоннаж превосходит значения,
указанные для I и II групп, — к III группе. В эту же группу относят
рельсы после обработки абразивным инструментом участков подошвы,
пораженной коррозией. К IV группе относятся такие рельсы, которые
сваркой и ремонтом невозможно (или неэкономично) привести в состояние,
пригодное для укладки в путь.
Перед сваркой рельсы очищают от грязи, тщательно осматривают
и проверяют дефектоскопом по всей длине; дефектные сечения размечают
для удаления. Торцы стыкуемых рельсов и контактирующие с зажимами
сварочной машины поверхности зачищают до металлического блеска;
выпуклые маркировочные знаки на шейке на расстоянии менее 100 мм от
места сварки зашлифовывают заподлицо с прокатным профилем рельсов.
Подготовленные в соответствии с техническими условиями рельсы фикси-
руют зажимными устройствами рельсосварочной машины. В первый
момент сварки торцы рельсов соприкасаются по отдельным выступам
с одновременным выделением на них большого количества тепла.
Металл мгновенно расплавляется. Между торцами рельсов образуются
жидкие перемычки; они разрушаются при дальнейшем нагреве металла
и выбрасываются в виде искр. Появлением новых контактов и перемычек
сопровождается весь процесс прогрева концов рельсов. Как только
па торцах образуется тонкий слой расплавленного металла и рельсы по
длине прогреются, наступает процесс осадки. Расплавленный металл
выдавливается, металл рельсов пластически деформируется и сваривается.
Утолщение по периметру рельса удаляют сразу после окончания сварки
при температуре не ниже 800 °C зубилом или гратоснимателсм.
Стыки термически и механически обрабатывают для обеспечения не-
обходимых прочности, долговечности, износостойкости и надежности
сварных рельсов. Обработанная поверхность сварных рельсов должна
быть чистой, без раковин, заусенцев. Поверхность катания и боковые
грани должны быть прямолинейными. Деформация в юпс сварного
соединения не должна превышать 0,5 мм. Местные неровности после
шлифования в сварном стыке допускаются, мм, для: бесстыковых пле-
тей — 0,3; рельсов длиной 25 и 12,5 м I и II групп — 0,5; III группы — 1.
Ширина шва определяется в основном зоной гсрмическо! о влияния;
она гем больше, чем длительнее нагрев и выше сто температура.
По техническим условиям ТУ 32 ЦП-560—77 при отсутствии внутрен-
них дефектов сварки качество стыка нового рельса считается удовлетво-
рительным, если при статических испытаниях контрольных образцов
(подошва в зоне растяжения) стрела прогибе! составляет не менее 30 мм,
а разрушающая нагрузка не менее, кН: 1800 для Р75; 1500—Р65;
1000 - Р50; 750 - Р43.
Внутренние дефекты в стыке, неудовлетворительная механическая обра-
ботка выдавленного при сварке металла приводят к развитию в условиях
эксплуатации поперечных, косых или продольных трещин в различных
зонах сварного стыка. Все дефекты и изломы в стыке, а также в пре-
делах до 100 мм в обе стороны от него согласно Классификации
дефектов и повреждений рельсов (РТМ 32/ЦП-1-75) отнесены к трем
группам: 26.3; 56.3 и 66.3.
272
Характерные дефекты контактной сварки вызываются механическим
разделением более чистой твердой и загрязненной жидкой фаз. Причи-
нами возникновения дефектов даже при полностью автоматизированной
сварке являются отклонение химического состава стали от нормального
или нарушение режима сварки. Наиболее часто встречающиеся дефекты:
рыхлость, неполная сварка (плоский излом), пузырь, непровар, кратерная
усадка и силикатное скопление (светлое и серое).
Рис. 200. Дефекты в сварных стыках рельсов, выявленные при ультразвуковом
контроле:
а- пережог; б — неполная сварка; « — непровар; г —кратерная усадка; д — свищ; е — по-
перечная трещина в головке, развившаяся от дефекта сварки
273
Различают рыхлости неокисленныс и окисленные. Окисленные рых-
лости, известные в практике как пережог, имеют в месте излома струк-
туру, показанную на рис. 200. а. Излом может быть темным или с цветами
побежалости. У неокисленной рыхлости светло-матовый зернистый излом.
Этот вид рыхлости встречается значительно реже. Рыхлости могут образо-
вываться у поверхности и внутри рельса, достигая иногда таких размеров,
при которых стык разваливается в сварочной машине. Причиной обра-
зования рыхлости может служить загрязненность металла, затяжная сварка
при слишком малом сварочном токе, неравномерный разогрев по сечению
из-за неправильной подготовки торцов рельсов и несимметричное поло-
жение стыка в губках машины.
Появление дефекта неполная сварка (рис. 200,6) обычно сопровожда-
ется пузырями и кратерной усадкой. Этот дефект возникает при недоста-
точном разогреве и подслуживании разведенных торцов. В изломе дефект
похож на плоское серое пятно; на серой поверхности его иногда заметны
следы предварительной обработки торцов или пятна черноватой окалины;
плоскость пятна перпендикулярна оси рельса. Пузыри и непровары
(рис. 200, в) возникают при слишком большом сварочном гоке, прежде-
временной осадке еще неравномерно разогретого стыка, недостаточном
давлении осадки. Поверхность таких дефектов гладкая, блестящая. Если же
дефекты имеют выход на поверхность, го они, окисляясь, приобретают
темную окраску.
Пузыри и непровары часто бывают окружены кратерной усадкой, пред-
ставляющей собой плоское светло-серебристое с цветами побежалости
или черное (окисленное) пятно, иногда сероватое или с серой каймой
(рис. 200,^). Кратерная усадка может быть любых размеров и чаще
всего возникает в середине подошвы. Причины образования те же, что
в случае пузырей и непроваров. Разновидность пузыря —свищ (рис. 200,<)).
Этот дефект аналогичен по внешним признакам и природе пузырю, по
всегда выходит на поверхность, поэтому чаще всего в результате окисле-
ния имеет темную окраску.
Силикатные скопления (серые и светлые) являются следствием содержа-
щихся в стали силикатных включений. Серое силикатное скопление — эго
плоское матово-серое пятно небольшого размера в любой части сечения
рельса. При плохой осадке число таких пятен возрастает, ухудшается
четкость границ. Светлое силикатное скопление узкой длинной формы
возникает при очень высоком давлении осадки. Серебристо-блестящее пят но
из очень тонких продольных полосок силикатных включений направлено
всегда поперек сечения (в подошве вертикально, в шейке горизоп гальпо).
Все эти дефекты, кроме серого силикатного скопления площадью менее
15 мм2 или скоплений не более 3 общей площадью менее 25 мм2,
недопустимы.
Внутренние дефекты сварки в ряде случаев не влияют на статическую
прочность стыка, поэтому излом стыка весьма часто проходит не по
дефектному сечению. Например, в одном из сварных стыков плети из
рельсов Р65 был обнаружен дефект. Стык был вырезан и разрушен
на гидравлическом прессе так, что растяжению подвергалась подошва.
При этом излом рельса начался в подошве по сварному стыку, а в области
головки прошел по зоне термического влияния, но не по дефектному
274
Рис. 201. Сварные стыки:
а — схема излома, б — расположение де-
фекта но данным металлографического
исследования
сечению (рис. 201,«). Металлографическое иссл<дование подтвердило, что
в головке был пережог площадью около 40% сечения головки (рис. 201,6).
Нередко даже при наличии дефектов в зоне подошвы излом происходит
при нагрузках и стреле прогиба, равных или {значительно превышающих
требуемые по техническим условиям. В то же\время испытания сварных
стыков рельсов под пульсирующей нагрузкой показали, что дефекты сварки
существенно снижают усталостную прочность стыков. Установлено, что
дефекты в головке и шейке меньше влияют на долговечность стыков,
чем дефекты в подошве рельса.	s
В условиях эксплуатации дефекты сварки могут явиться причиной
развития дефектов усталостного происхождения (см. рис. 200, е) и вызвать
разрушение рельсовой плети по сварному стыку. Только неразрушающие
методы контроля позволяют своевременно выявить внутренние дефекты
в сварных стыках. Наиболее надежный метод — ультразвуковая дефекто-
скопия. Дефекты сварки, выходящие на поверхность, после отделочной
шлифовки могут быть обнаружены при тщательном внешнем осмотре.
,53. МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО
КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СТЫКОВ
РЕЛЬСОВ
По сравнению с размерами рельса толщина шва контактной сварки —
небольшая величина. Наибольшее развитие дефекты имеют в плоскости
сварного стыка. Поэтому прозвучивагь сварной шов следовало бы прямым
преобразователем в направлении, перпендикулярном или близком к нему.
Однако применить такую схему (рис. 202,а) можно только в том случае,
если сварной шов отстоит от плоскости, на которой устанавливается
искатель, па расстоянии не более 200 — 300 мм и нс ближе, чем «мертвая»
зона преобразователя.
При нрозвучивапии шва прямым преобразователем со стороны поверх-
ности катания головки (рис. 202,6) ультразвуковая волна, проходя вдоль
шва расстояние 150 мм и более, претерпевает значительное затухание,
связанное с рассеянием колебаний на границах зерен в зоне сварки.
Именно этим в большинстве случаев объясняется появление звукового
сигнала в дефектоскопах УРД-58, УРД-63, УЗД-НИИМ-6М, УД-12УР
«Рельс-5» и уменьшение амплитуды донного импульса на экране дефекто-
скопов ДУК-13ИМ, ДУК-66П, УД-13УР «Рельс-6» при расположении
преобразователя над стыком. Поэтому дефектоскопы, работающие по
зеркально-теневому методу с прямыми преобразователями, не применяют
для контроля сварных стыков.
275
Обычно условная протяженность участка рельса со сварным стыком,
в пределах которого ультразвуковая волна претерпевает значительное
затухание, приблизительно равна 50 мм. Наблюдаются случаи, когда
протяженность этого участка возрастаем Основная причина увеличения
участка — наличие вертикального или горизонтального расслоения основ-
ного металла в головке, а также косые или продольные трещины
в шейке от маркировочных знаков, механических повреждений при обра-
ботке сварного стыка и эксплуатации, дефектов сварки. В этом случае
де(|)ектоскопист, контролирующий рельсы по зеркально-теневому методу,
обязан при пониженной скорости контроля измерить условную протя-
женность, установить причину, вызвавшую срабатывание индикаторов
дефектоскопа, и принять необходимые меры. В то же время упругие
колебания ультразвуковой частоты практически не рассеиваются при пере-
сечении сварного стыка под углом к его плоскости. Поэтому контроль
качества сварных стыков рельсов осуществляют эхо-методом наклонными
преобразователями.
Ультразвуковые колебания вводятся в сварной шов через основной
металл (рис. 202, в). Так как происходит диффузное рассеяние упругой
волны, падающей на дефект, преобразователем будет восприниматься
эхо-импульс от искомого дефекта. Однако наряду с полезными эхо-
импульсами возможно возникновение ложных импульсов из-за отражения
ультразвуковых колебаний от неровностей на поверхности рельса. Поэтому
контролировать следует после механической обработки выдавленного при
сварке металла; преобразователи при прозвучивании перемещают в зоне
сварного стыка по периметру рельса.
В процессе прозвучивания оператору необходимо постоянно следить
за положением преобразователя и акустическим кон тактом между преобра-
зователем и поверхностью рельса. Дефектоскоп должен иметь звуковой
или световой индикатор обнаружения дефектов (это освобождает оператора
от необходимости одновременно наблюдать за экраном трубки или
стрелочным индикатором и перемещаемым преобразователем). Дефекто-
скоп должен иметь также глубиномер для измерения координат отра-
Рис. 202. Схема прозвучивания сварного стыка С прямым (а, б) и наклонным («)
искателями; ультразвуковые колебания введены в стык через основной металл;
/ — па основном металле; 2 — на бездефектном стыке с крупнозернистой структурой; 3 — на
дефектном с мелкозернистой структурой; Э — экран дефектоскопа с изображением paiHcpiKii;
Д — .дефект
276
Рис. 203. Схема прозвучивания сварного стыка рельса
жающей поверхности. Указанным требованиям наиболее полно удовлет-
воряют ультразвуковые дефектоскопы ДУК-13ИМ, ДУК-66Г1М, «Рельс-6»,
УЗД-НИИМ-6М и «Рельс-5».
Основное условие контроля качества сварного стыка — обеспечение
наиболее надежного выявления внутренних дефектов при возможно
наименьшем числе операций. Поэтому разработке методики ультразвуко-
вого контроля сварных стыков рельсов предшествовал ряд исследований
по выбору основных параметров контроля и схемы прозвучивания. При
исследовании данные ультразвукового контроля сравнивали с данными,
полученными в результате осмотра изломов и металлографического
анализа. Была установлена целесообразность применения ультразвуковых
колебаний частотой 2,5 МГц и прозвучивания каждого сварного стыка
двумя преобразователями с углами призмы 40 и 50' в такой после-
довательности :
прямым и многократно от раженным лучом подошвы сверху (рис. 203, а)
преобразователем с углом призмы 50";
прямым лучом зоны перехода шейки в подошву и прямым и много-
кратно отраженным лучом перьев подошвы снизу (рис. 203,6) преобра-
зователем с углом призмы 50°;
прямым и многократно отраженным лучом шейки сбоку (рис. 203, е)
преобразователем с углом призмы 50°;
прямым лучом головки сверху (рис. 203, г) преобразователем с углом
призмы 50";
277
прямым лучом головки сверху и с боковых поверхностей (рис. 203,0)
преобразователем с углом призмы 40' ;
прямым лучом головки, шейки и участка подошвы под шейкой
(рис. 203, е) с поверхности катания рельса преобразователем с углом
призмы 40'.
Условная чувствительность в процессе прозвучивания должна состав-
лять 40 мм по стандартному образцу № 1 для преобразователя с углом
призмы 40’ и 35 мм — для преобразователя с углом призмы 50". При
контроле рельсов, уложенных в пути, подошву снизу не прозвучивают.
По приведенной на рис. 203 схеме сварной стык можно контролировать
одним преобразователем с углом призмы 40 . В этом случае условная
чувствительность дефектоскопа с преобразователем должна быть повы-
шена приблизительно на 4 дБ, что будет соответствовать условной
чувствительности по стандартному образцу № 1, равной 45 мм. При
прозвучивании преобразователь устанавливают перпендикулярно шву и.
систематически поворачивая на 10—30', перемещают зигзагообразно вдоль
сварного стыка.
Продольное перемещение должно быть таким, чтобы обеспечивалось
прозвучивание сварного шва акустической осью преобразователя с шагом
2 — 3 мм. Это особенно важно при контроле сечений рельса прямым
лучом, например i оловки сверху и подошвы снизу в зоне перехода
шейки в подошву.
Пределы поперечного перемещения преобразователя при рекоменду-
емом шаге продольного сканирования выбирают из условия наиболее
полного прозвучивания сварного стыка и зоны термического влияния.
Пределы перемещения при контроле равны, мм:
200 — сварного стыка шейки и продолжения ее в головку и подошву
с поверхности катания рельса преобразователем с углом призмы 40 ;
100 —сварного стыка головки рельса сбоку преобразователем с у!лом
призмы 40 и головки сверху преобразователем с углом призмы 50’;
125 — шейки сбоку преобразователем с углом призмы 50’,
Рис. 204. Схема выявления дефекте
при прозвучивании шейки (а) и го-
ловки (б)
85 — подошвы рельса сверху и
снизу преобразователем с углом приз-
мы 50 .
Сварной стык в подошве и шейке
рельса прозвучивают многократно
отраженным лучом. Благодаря этому
обеспечивается выявление дефектов,
расположенных у поверхности, по
которой перемещают преобразова-
тель (рис. 204.«). Сварной стык в
головке рельса прозвучивается пря-
мым лучом. Поэтому дефекты, рас-
положенные у боковых поверхностей
головки, выявляются при перемеще-
нии преобразователя по противо-
положной относительно дефектов
поверхности (рис. 204, 6).
При прозвучивании рельса с по-
278
верхпости качания эхо-импульс от дефекта в головке формируется
в соответствии с принципами, изложенными в гл. IV. Дефекты, распо-
ложенные в слое под поверхностью катания, соответствующем по вели-
чине «мертвой» зоне преобразователя, не выявляются. В этом случае
весьма перспективным может оказаться применение «головных» волн,
распространяющихся на незначительной, приблизительно до 10 мм, глу-
бине от поверхности, по которой перемещают преобразователь.
Формирование эхо-импульса от дефекта в шейке при озвучивании его
с поверхности катания имеет свои особенности, не подчиняющиеся
общеизвестным законам. Дефект в шейке озвучивается не только лучом,
распространяющимся по прямой от излучателя к дефекту, но и одно-
временно лучами, отстоящими от оси искателя на некоторый угол <рр
и претерпевшими одно или несколько отражений от боковых поверх-
ностей шейки (рис. 205, а).
Рис. 205. К анализу аку-
стического трак га при
контроле шейки рельса:
а — схема распространения
ультразвуковой волны в шей-
ке рельса; б — модель аку-
стического факта; в - зави-
симость суммарной ампли-
туды U% эхо-сигнала от глу-
бины Н расположения отра-
жателя в образце толщиной
80 мм (/) и в рельсе (2)
279
При вводе сдвиговой волны в шейку с поверхности катания головки
часть ультразвукового пучка как бы экранируется боковыми частями
головки и не проходит в шейку. Этим исключаются боковые лучи, которые
могли бы участвовать в формировании суммарного эхо-импульса от
отражателей, расположенных по всей высоте шейки и зоне ее сопряжения
с подошвой. Кроме того, в формировании эхо-импульса от отражателей
в зоне сопряжения шейки с подошвой из оставшихся лучей дополнительно
исключаются некоторые лучи, проходящие мимо отражателя в перья
подошвы.
На схеме расчета суммарного эхо-импульса (рис. 205,б): 2 — действи-
тельный отражатель; /, 3 — 7 —мнимые отражатели. Линии отображают:
I—I — поверхность катания головки; //-// — акустически непрозрачный
экран, моделирующий влияние головки па распространение ультразвуковой
волны и исключающий проникновение части пучка в шейку; III —III —
зону угловых отражателей, создаваемых поверхностью подошвы и отра-
жателями, расположенными вблизи от этой поверхности. По схеме
(рис. 205) эхо-импульс от отражателя, расположенного в шейке в дальней
зоне преобразователя, может быть представлен как совокупность эхо-
импульсов двух видов: эхо-импульсов первого вида от действительного
и мнимого отражателей, когда падающие и отраженные волны распростра-
няются по одному и тому же лучу; эхо-импульсов второго вида от
действительного и мнимого отражателей, когда падающая волна распро-
страняется по одному лучу, а отраженная — по другому. Отдельные эхо-
импульсы первого и второго видов, совпадающие ио времени, будуз
ин терферировать между собой, что в зависимости от фазовых соотношений
может приводить к увеличению или уменьшению амплитуды суммарного
эхо-импульса.
Вследствие многократных отражений от боковых поверхностей шейки
амплитуда суммарного эхо-импульса от дефекта в ряде случаев при
прочих равных условиях может оказаться больше, чем амплитуда эхо-
имнульса от такого же дефекта в изделиях большой толщины. Амплитуда
суммарного эхо-импульса от отражателя убывает с увеличенном глубины
его расположения (рис. 205, в) и только в пределах 90—130 мм наблю-
дается ее увеличение приблизительно на 7 дБ по сравнению с амплитудой
эхо-импульса в образце толщиной 80 мм. Эта особенность благоприятно
влияет па обнаружение дефектов в зоне перехода шейки в подошву при
контроле шейки с поверхности катания головки -рельса.
Опыт показывает, что весьма часто дефекты в сварном стыке обра-
зуются но краям подошвы. Для более надежного выявления таких
дефектов края подошвы дополнительно нужно прозвучавши сверху при
перемещении преобразователя под углом от 0 до 30‘ к краю подошвы
(рис. 206). До контроля стыка участок по периметру рельса, в пределах
которого будут перемещать преобразователь, очищают от мазута, грязи
и песка и покрывают слоем контактирующей среды. Плохая обработка
и очистка поверхности рельса снижает надежность контроля.
Особое внимание следует обратить на качество поверхности катания
головки рельса, так как плохая обработка выдавленного при сварке
металла и низкое качество шлифовки вызывают увеличение мертвой зоны,
т. е. возрастает вероятность пропуска дефектов, расположенных в преде-
280
Рис. 206. Схема прозвучивания краев
перьев подошвы
50'
лах до 10—16 мм от поверхности катания. В условиях эксплуатации
эти дефекты могут явиться причиной развития поперечных контактно-
усталостных трещин в головке (дефект 26.3).
При контроле, кроме эхо-импульсов от дефектов, могут быть приняты
ложные эхо-импульсы. Наиболее вероятные причины возникновения
ложных импульсов при контроле:
подошвы — отражение от неровностей на кромке подошвы и в месте
перехода подошвы в шейку;
шейки — отражение от цифровых и буквенных знаков на боковых
поверхностях шейки;
головки — отражение от псровносгей на нижних поверхностях головки
рельса.
Для того, чтобы отличить ложные импульсы ог импульсов, обусловлен-
ных дефектами, следует прежде всего глубиномером дефектоскопа опре-
делить координаты отражающей поверхности. При контроле подошвы
и шейки сбоку измеряют только расстояние L от точки ввода луча
До отражающей поверхности (см. рис. 204). Если результаты измерений
и осмотра поверхности контролируемого участка подтверждают возмож-
ность возникновения ложных отражений, то следует дополнительно
зачистить поверхность. Изложенная методика является общей при контроле
сварных стыков рельсов дефектоскопами чинов ДУК-1 ЗИМ, ДУК-66ПМ,
«Рельс-6», «Рельс-5» и УЗД-НИИМ-6М и положена в основу действующих
инструкций по ультразвуковой дефектоскопии сварных стыков рельсов.
54. КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СТЫКОВ
РЕЛЬСОВ ДЕФЕКТОСКОПАМИ
ДУК-1 ЗИМ, ДУК-66ПМ, «РЕЛЬС-6»
и УЗД-НИИМ-6М
Достоверность результатов ультразвукового контроля сварных стыков
любым из указанных приборов во многом обусловливается соответствием
основных параметров контроля параметрам, заданным инструкцией. К ос-
новным параметрам контроля сварных стыков относятся: условная
чувствительность дефектоскопа с преобразователем; угол ввода луча;
«мертвая» зона; точность работы глубиномера.
Настраивают дефектоскопы и проверяют их основные параметры по
стандартным образцам № 1, 2, 3 или ЗР. Условная чувствительность
по стандартному образцу № 1 должна составлять 35 мм при контроле
преобразователем с углом призмы р = 50° и 40 мм — с углом призмы
Р — 40‘. Если контролируют стыки только одним преобразователем
281
с р = 40 , то условная чувствительность по стандартному образцу № 1
должна составлять 45 мм. Уменьшение чувствительности может послужить
причиной пропуска дефектов, а увеличение — привести к перебраковке
сварных стыков. Поэтому чувствительность дефектоскопа следует система-
тически проверять в процессе работы.
Угол ввода луча проверяют по стандартному образцу № 2 дефектоско-
пом с электронно-лучевой трубкой (ДУК-13ИМ, ДУК-66ПМ, «Рельс-6»).
Изменения угла ввода луча и положения центра излучения в основном
связаны с износом призмы преобразователя. Поэтому эти параметры
необходимо проверять после контроля 30—40 стыков, т. е. практически
ежедневно перед началом работы.
Величина «мертвой» зоны в значительной степени зависит от положе-
ния ручек «Чувствительность» и «ВРЧ» («ВЛРУ»), поэтому должна
систематически проверяться после настройки прибора на заданную услов-
ную чувствительность. Точность работы глубиномера проверяют до начала
работы. Угол ввода луча, величина «мертвой» зоны и точность работы
глубиномера дефектоскопов ДУК-13ИМ, ДУК-66ПМ, «Рсльс-6» И
УЗД-НИИМ-6М должны соответствовать данным, приведенным в гл. VIII —
X, XIII. Перед контролем дефектоскоп настраивают на требуемый режим
работы в зависимости о г прозвучивасмой зоны стыка.
При контроле сварных стыков рельсов дефектоскопами ДУК-13ИМ
и «Рельс-6» следует:
подсоединить к прибору кабель с преобразователем па частоту 2,5 мГц
и телефонные наушники и включить прибор;
установить тумблер «Контроль от поверхности — по слоям» в положе-
ние «ОГ поверхности», а ручку «Глубина контроля» — в крайнее правое
положение;
установить ручку «Чувствительность» в крайнее правое положение,
а ручку «ВРЧ» — в левое положение, при котором па экране электронно-
лучевой трубки отсутствует зондирующий импульс. Если зондирующий
импульс имеет длительность и амплитуда его уменьшается неравномерно
с изменением положения ручки «ВРЧ», то потенциометр «Отсечка» необхо-
димо установить в положение, при котором нет импульсов, обусловлен-
ных шумами в призме преобразователя;
проверить возможность настройки дефектоскопа с комплектом преобра-
зователей, предназначенных для работы, на заданную условную чувстви-
тельность и «мертвую» зону. Убедиться, что ручка «АСД» находится
в положении, при котором звуковые индикаторы срабатывают, есЛи
амплитуды эхо-импульса на *кране трубки 5 — 7 мм.
Для прозвучивания подошвы, шейки и головки сверху преобразовате-
лем с углом призмы 50" следует:
включить преобразователь с углом призмы 50";
установить ручку «Координаты дефекта» в положение, при котором
цифра 100 мм по шкале «Н» для преобразователя с углом призмы 40'
будет расположена против визирной линии;
установить ручку «Глубина контроля» в положение, при котором
маркерная метка будет находиться на правом конце линии развертки;
установить ручками «Чувствительность» и «ВРЧ» чувствительность
дефектоскопа, равную 35 мм по стандартному образцу № 1. Ручка «ВРЧ»
282
должна находиться в крайнем левом положении, при котором на экране
дефектоскопа нет зондирующего импульса. Дефектоскоп с преобразова-
телем 50' считается настроенным на заданную условную чувствительность,
если в стандартном образце № 1 выявляются всеми индикаторами
дефектоскопа отверстия на глубине от 5(15) до 35 мм включительно,
а амплитуда эхо-импульса от отверстия на глубине 40 мм меньше ампли-
туды импульса, соответствующего порогу срабатывания «АСД».
Для прозвучивания головки сбоку и с поверхности катания рельса
преобразователем с углом призмы 40 следует:
заменить преобразователь с углом призмы 50' на преобразователь
с углом призмы 40 ;
вращением ручек «Чувствительность» и «ВРЧ» настроить дефектоскоп
с преобразователем на условную чувствительность, равную 40 мм по
стандартному образцу № 1.
Для прозвучивания головки, шейки и участка подошвы под шейкой
с поверхности катания преобразователем с углом призмы 40" следует:
убедиться, что маркерная метка находится на правом конце развертки,
а по шкале «Н» для преобразователя с углом призмы 40 установлена
цифра 100;
переключить тумблер режима работы дефектоскопа в положение
«Контроль по слоям»;
установить ручку «Координаты дефекта» в положение, при котором
цифра против визирной линии по шкале «Н», соответствующей преобра-
зователю с углом призмы 40", указывала бы 82 мм для Р65, 52 мм —
для Р50 и 40 мм — для Р43.
При контроле сварных стыков рельсов дефектоскопом ДУК-66ПМ
следует:
подсоединить к гнезду «Выход-1» кабель с преобразователем на
частоту 2,5 МГц;
вставить контур на частоту 2,5 МГц в гнездо «Индуктивность», распо-
ложенное слева под дверцей;
установить переключатель «I — II» схем прозвучивания положение
«I + П»;
выставив остальные ручки в соответствии с указаниями гл. IX, вклю-
чить дефектоскоп;
установить ручки «Ослабление» и «ВАРУ» в положения, при которых
обеспечивалось бы выявление отверстия в стандартном образце № 1 на
глубине 40 и 35 мм, а «мертвая» зона не превышала бы 8 и 3 мм
для преобразователя с углами призм 40 и 50' соответственно.
Условная чувствительность дефектоскопа может быть также проверена
и установлена или по стандартному образцу № 2, или по стандартному
образцу № ЗР. Для этого преобразователь располагают на рабочей поверх-
ности стандартного образца в положении, при котором амплитуда эхо-
импульсов от цилиндрического отверстия в стандартном образце № 2 или
от фокусирующей цилиндрической поверхности в стандартном образце
№ ЗР — максимальная. Ручками «Ослабление» амплитуду эхо-импульса
от соответствующего отражателя в стандартном образце устанавливают
по высоте, приблизительно равной 15 мм; затем увеличивают чувствитель-
ность прибора с включенным преобразователем на число децибел,
283
соответствующее разнице эхо-импульсов от отражающей поверхности
в стандартных образцах № 2 или ЗР и от отверстия на глубине 40 или
35 мм в стандартном образце № 1 в зависимости от применяемого
преобразователя.
Если сварные стыки контролируют только преобразователем с углом
призмы 40°. то разницу амплитуд эхо-импульсов определяют для эхо-
импульсов от отражающей поверхности в стандартном образце № 2 или ЗР
и от Отверстия в стандартном образце № 1, расположенного на глубине 45 мм.
Установленная таким образом чувствительность соответствует определен-
ной условной чувствительности по стандартному образцу № 1 для
используемого преобразователя.
Для прозвучивания подошвы, шейки и головки сверху преобразователем
с углом призмы 50 следует:
вставить шкалу, соответствующую частоте 2,5 мГц и преобразователю
с углом призмы 50", и настроить глубиномер;
убедиться, что ручка «Зона АСД» на лицевой напели находится
в крайнем левом положении;
установить потенциометр «Координаты де(|>екта» в положение, при
котором цифра 65 по шкале «Н» будет расположена против визирной
линии;
сместить ручкой «Развертка плавно» маркерную метку в правый конец
развертки. Вращая ручку «Координаты дефекта», совместить визирную
линию с цифрой 0 на шкале глубиномера и затем, вращая ручку
«Зона АСД», растянуть стробирующий импульс до конца развертки.
Установленная длительность с пробирующего импульса cooi встсз вует 65 мм
глубинй контроля.
При контроле головки сверху п сбоку преобразователем с углом
призмы 40, а также при прозвучивапии сварного стыка по всему пери-
метру рельса только одним преобразователем 40' выставленная зона
контроля сохраняется и для данного преобразователя соответствует
100 мм. Для прозвучивания шейки и участка подошвы под шейкой
с поверхности катания преобразователем с углом призмы 40" длительность
стробирующего импульса должна незначительно превышать высоту
контролируемого рельса, т. е. 190 мм — для Р65, 160 мм — для Р50 н
150 мм — для Р43. Если возникают сомнения в правильности показаний
глубиномера, необходимо его погрешность оцепить по стандартному
образцу № ЗР (см. гл. IV).
При контроле сварных стыков рельсов дефектоскопом УЗД-НИ14М-6М
следует:
подсоединить кабель с комбинированным наклонным преобразова-
телем, включить прибор и отрегулировать напряжение питания;
установить переключатель в положение «Контроль ручной», а тумблер
«Прямой — наклонный» — в положение «Наклонный»;
установить комбинированный преобразователь стороной с углом
призмы 50 на стандартный образец № 1 и настроить дефектоскоп
с данным преобразователем на условную чувствительность 35 мм.
Дефектоскоп с преобразователем считается настроенным па заданную
чувствительность, если в телефонных наушниках появляется сигнал и от-
клоняется стрелка индикатора при обнаружении отверстий на глубине
284
от 15 до 35 мм. Озвучивание отверстия на глубине 40 мм не должно
сопровождаться звуковым сигналом и отклонением стрелки индикатора.
Преобразователем с углом призмы 50° контролируют подошву, шейку
и головку с поверхности катания рельса. Для прозвучивания головки
сбоку, шейки и участка подошвы под шейкой с поверхности катания
комбинированный преобразователь устанавливают на головку плоскостью,
соответствующей углу призмы 38'. Условная чувствительность по стан-
дартному образцу № 1 должна быть равна 40 мм.
Если контроль сварного стыка ограничивается только одним преобра-
зователем с углом призмы 40' (38), условную чувствительность дефекто-
скопа с данным преобразователем повышают приблизительно на 4 дБ,
т. е. она должна соответствовать 45 мм по стандартному образцу № 1.
Координаты отражающей поверхности (дефекта) измеряют дефекто-
скопами ДУК-13ИМ, ДУК-66ПМ, «Рельс-6» и УЗД-НИИМ-6М в соответ-
ствии с указаниями гл. VIH —X, XIII. На рельсосварочных предприятиях
при обнаружении хотя бы одного дефекта сварной стык бракуют и плеть
направляют сварщику для изготовления нового сварного стыка. Если
дефект обнаружили в пути, то. плеть с дефектным стыком заменяют
новой или сварной стык вырезают, рельс вновь сваривают передвижной
рельсосварочной машиной.
Чтобы определить частоту выявления дефектов в зависимости от их
характера и места расположения и установить причины увеличения или
уменьшения числа выявляемых дефектных стыков на каждом РСП
Рис. 207. Карта дефектного стыка, обнаруженного на РСП-23
285
систематически накапливают и анализируют результаты ультразвукового
контроля сварных стыков. Для этого па каждый дефектный стык состав-
ляют карты (рис. 207), в которые заносят результаты ультразвукового
контроля (УЗД) и осмотра излома сварного стыка (излома).
Профиль рельса условно разделен на десять зон (на карте очерчены
жирными линиями), упрощающих сопоставление результатов УЗД и осмот-
ра излома; масштабная сетка упрощает оформление карты при контроле
различных типов рельсов. При записи результатов УЗД на профиле
рельса (показан на карте слева) заштриховывают зону, соответствующую
участку сварного стыка, в котором был обнаружен дефект, указывают
условную протяженность дефектного участка и расстояние между ним
и контуром рельса. Положение преобразователя, при котором данный
дефект выявлен, обозначают стрелкой. На конце стрелки над чертой ука-
зывают минимальную условную чувствительность, при которой дефект
еще выявляется всеми индикаторами дефектоскопа, а под чертой — угол
призмы соответствующего преобразователя. Тип рельса, температуру
и дату контроля, условную чувствительность, при которой выполняется
контроль, фиксируют в графах таблицы карты контроля. В таблице
записывают также нагрузку и стрелу прогиба, при которых произошел
излом сварного стыка на гидравлическом прессе.
На профиль рельса (на карте справа) в масштабе наносят видимый
в изломе дефект, строго соблюдая его очертание и месторасположение.
Измеренные линейкой реальные размеры дефекта, протяженность и высоту
его, расстояние от поверхностей рельса по вертикали и горизонтали указы-
вают на профиле рельса. Характер каждого видимого в изломе дефекта
записывают в карте у соответствующего изображения дефекта. При
большом числе данных можно оцепить выявляемость дефектов в зависи-
мости от их размеров, характера и месторасположения и стабильность
технологического процесса сварки на РСП.
55, ВЫЯВЛЯЕМОСТЬ ДЕФЕКТОВ.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ
КОНТРОЛЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ
Выявляемость дефектов, т. е. способность дефектов отражать падающую
на них ультразвуковую волну в направлении к преобразователю, при
прочих равных условиях во многом зависит от их характера, размеров
и расположения. Для оценки выявлясмости дефектов целесообразно поль-
зоваться измеряемыми характеристиками, физический смысл и определение
которых даны в гл. IV:
коэффициент выявлясмости дефекта Кд или минимальная условная
чувствительность Kymjn, при которой еще дефект фиксируется;
координаты дефекта (Н„, L„) и преобразователя относительно дефекта
(Хо, 7<Ф соответствующие максимальной амплитуде эхо-импульса от
выявленного дефекта;
условная протяженность AL, условная ширина АХ и условная высота
АН дефекта (см. рис. 80,«, б);
286
Таблица 19
Усредненные значении измеряемых характеристик дефектов,
выявляемых в сварных сзыках рельсов
Место расположения дефекта	Угол призмы искателя, град	Условная чувствитель- ность по стандартному образцу № 1, мм	Временной интервал между эхо- импульсом и зондирующим импульсом, мкс	Условная ширина А.¥. мм	Угловые характеристики	
					То- град	Ду, град
Головка	40	30 -45	15-70	10-20	0-20	2-10
	50	30 — 35	20-100			
Шейка	40	15-45	10-70	5-15	0-10	2-10
	50	20-35	15-70			
11одошва	40	15-45	15-50	5-20	0-30	5-15
	50	20-35	15-70			
разность Лу предельных значений Yi и у2 углов поворота преобразо-
вателя (Лу = у, — у2) относительно у,„ при которых еще дефект регистри-
руется всеми индикаторами дефектоскопа (см. рис. 80, в).
При контроле сварных стыков рельсов на РСП и в пути измерение
этих характеристик весьма трудоемко. Поэтому в практике ограничиваются
определением координат выявленного дефекта и минимальной условной
чувствительности, при которой еще дефект обнаруживается (см. рис. 207).
Получить полные данные об измеряемых характеристиках дефектов можно
в лабораторных условиях. Ориентировочные усредненные значения харак-
теристик дефектов, измеренные при исследованиях на образцах сварных
стыков рельсов с реальными дефектами, приведены в табл. 19.
Рис. 208. Распределение дефектов по
сечению сварного стыка рельса
Рис. 209. К выявлясмости дефектов
в зависимости от их размеров
287
Оценить надежность обнаружения дефектов сварки при ультразвуковом
контроле можно только при тщательном обобщении и анализе резуль-
татов практического применения ультразвуковой дефектоскопии. НИИ
мостов ЛИИЖТа с 1961 г. ведет систематическое накопление данных
контроля по специальным справкам и картам контроля, получаемым
с рельсосварочных предприятий. Анализ карт более 7000 забракованных |
сварных стыков показал, что ультразвуковые дефектоскопы при строгом
соблюдении методики контроля позволяют достаточно надежно выявлять
внутренние дефекты в различных зонах сварного стыка.
Наиболее часто возникают и выявляются в сварных стыках рыхлость
(32 %), непровар (25), трещины (4), силикатные скопления (10) и газовые
пузыри (6 /о). В большинстве случаев (66 %) дефекты образуются в наиболее
опасной при эксплуатации и самой трудоемкой для контроля зоне стыка —
в подошве и значительно реже (И",,) в головке рельса (рис. 208).
Зависимость частоты выявления дефектов от их размера иллюстрируется
графиком (рис. 209), по оси абсцисс которого отложена площадь S дефекта,
а по оси ординат — число N дефектов (площадь дефектов равна или
меньше заданного значения S). На рисунке показано: Р —рыхлость; Н —
непровар; С — силикатное скопление; Т — трещина; ГП — газовый пузырь.
Выявляемость дефектов в одной и той же зоне стыка (головка, шейка,
подошва) при прочих равных условиях в значительной степени зависит
от расстояния между дефектом и поверхностью рельса. При расположе-
нии вблизи от поверхности, когда де(|>скт и поверхность создают
угловой отражатель для падающей па него ультразвуковой волны, выяв-
лясмость дефектов в 5—10 раз выше, чем при расположении того же
дефекта вдали от поверхности. Выявляемость дефектов при контроле
преобразователем с углом р = 40 в большинстве случаев выше, чем
с р = 50 . В средней части шейки выявляемость дефектов зависит в основ-
ном от способа прозвучивания стыка с поверхности шейки.
Прозвучивапие отраженным лучом позволяет более надежно выявлять
дефекты, чем прямым. Однократно отраженным лучом выявляемость
дефекта, смещенного в сторону поверхности, на которой находится преоб-
разователь, приблизительно в 2 раза выше, чем при расположении
дефекта в средней части толщины шейки. Это связано с тем, что для
ультразвукового луча со сравнительно большим углом раскрытия основ-
ного лепестка диаграммы направленности на небольшом расстоянии
расположенные дру! от друга дефект и поверхность шейки рельса обра-
зуют отражатель, близкий но своим свойствам к угловому.
При озвучивании дефектов, расположенных в шейке рельса и в зонах
ее перехода в головку и подошву, с поверхности катания наихудше
выявлясмостью обладают дефекты, расположенные приблизительно в сре.)
ней части рельса (рис. 210). Вблизи подошвы рельса выявляемость де
фекта резко возрастает из-за образования углового отражателя. Этим же
объясняется и наилучшая выявляемос ть дефектов в подошве рельса, распо-
ложенных у поверхности, противоположной той, с которой ведется озву-
чивание. Дефекты в шейке рельса, уверенно обнаруживаемые с боковых
поверхностей ее, могут быть не выявлены с поверхности катания. Поэтому ,
невыполнение каких-либо операций, предусмотренных методикой контроля,
может привести к пропуску дефектов сварки.
288
По данным контроля каждый стык
оценивают по качественному (альтер-
нативному) признаку: годный или
негодный (дефектный). Основные при-
чины возникновения дефектов в свар-
ных стыках рельсов (исследования
ВНИИЖТ) — нарушение работы
рельсосварочных машин и неудов-
летворительная подготовка свари-
ваемых торцов. Сварные стыки, в
которых при контроле на рельсо-
сварочном предприятии обнаружены
дефекты, ремонтируют, поэтому их
относят к внутризаводскому браку,
а не к браку готовой продукции.
Если предприятие сваривает одно-
типные рельсы на одной и той же
рельсосварочной машине, можно
предположить, что систематические
изменения в технологическом про-
цессе отсутствуют. Однако не исклю-
чена возможность случайных изменений в технологическом процессе,
которые, по-видимому, и являются превалирующими в образовании
внутренних дефектов сварки.
Случайные изменения в технологическом процессе могут быть уста-
новлены только на основе анализа статистических данных о качестве
сваренных стыков. Поэтому с момента внедрения ультразвуковой дефекто-
скопии па предприятиях в НИИ мостов ЛИИЖТ накапливаются и обоб-
щаются данные контроля сварных стыков. Анализ данных контроля более
12 млн сварных стыков показал, что
благодаря автоматизированному
процессу сварки средний процент
внутризаводского брака на различ-
ных предприятиях за любой доста-
точно большой промежуток времени
незначителен. Тем не менее из-за
случайных нарушений в технологии
нередко увеличивается внутризавод-
ской брак.
Для своевременной ликвидации
. их нарушений целесообразно ввести
ла рельсосварочных предприятиях
контроль за технологическим про-
цессом, основанный на статистиче-
Рис. 210. Зависимость амплитуды Сд
эхо-импульса от глубины Н располо-
жения моделей дефектов в рельсе:
I — модели дефектов, выполненные фрезе-
рованием
ском анализе данных внешнего осмот- Рис. 211. Контрольная карта
ра и ультразвуковой дефектоскопии.
Такой контроль сводится к подсчету среднего значения внутризаводского
брака Р за определенный предшествующий период, например за год,
сопоставлению Р со средним значением внутризаводского брака рг за
289
текущий период (месяц), сравнению Р с соответствующим значением
брака на других рельсосварочных предприятиях.
Сравнение среднего значения брака Р на данном предприятии с такими
же показателями на других предприятиях дает возможность оценить
уровень организации работ на предприятии и принять необходимые меры
к улучшению организации работ. На основании сравнения среднего
значения брака за текущий период (месяц) с Р за предшествующий
период (год) внутри предприятия можно оценить стабильность технологи-
ческого процесса на предприятии.
Для удобства сравнения используют контрольные карты (рис. 211),
на которых указывается среднее значение Р за предшествующий период
и контрольная граница Кк, в пределах которой изменение текущего
значения брака не является признаком случайного нарушения в техноло-
гическом процессе.
Чтобы рассчитать среднее значение брака Р, необходимо определить
число N проконтролированных и М забракованных за предшествующий
год сварных стыков. Затем вычислить отношение
Р = (M/N) 100%.
Контрольная граница
К„ = Р + 3 |/У(1~P)/(N/12).
Определяют внутризаводской брак р( за текущий месяц и сравнивают
его со средним значением Р внутризаводского брака. Внутризаводской брак
Pi за текущий месяц вычисляют как отношение те,- забракованных стыков
за данный месяц к числу п, проконтролированных за 'лот же месяц
стыков:
Pt = (nii/Hi) 100%
и отмечают на контрольной карге точкой. Если отложенная на контроль-
ной карте точка оказывается за пределами контрольной границы Кв, то
это означает, что в технологическом процессе произошли нарушения,
вызвавшие увеличение числа дефектных стыков. Ломаная линия, получен-
ная при соединении отложенных на карте точек, иллюстрирует характер
изменений в технологическом процессе на рельсосварочном предприятии.
Принцип построения контрольной карты положен в основу Методики
оценки стабильности технологического процесса сварки рельсов, утверж-
денной Главным управлением пути МПС.
Разработке методики предшествовали: проверка однородности резуль-
татов контроля различными операторами; определение закона распреде-
ления внутризаводского брака на рельсосварочных предприятиях; обосно-
вание расчета контрольной границы. Применение методики для оценки
стабильности технологического процесса сварки рельсов способствует
повышению его уровня, а следовательно, снижает затраты па ремонт
забракованных стыков.
290
56.	ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ
РЕЛЬСОВ НА РЕЛЬСОСВАРОЧНЫХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ (РСП)
Рельсы, поступившие на РСП для ремонта, после очистки их от грязи
проверяют по всей длине внешним осмотром и методами магнитной
и ультразвуковой дефектоскопии. Это необходимо как для уточнения
места расположения дефектных участков, из-за которых рельсы были
изъяты из пути, так и для выявления других дефектов, ранее нс зафикси-
рованных. Для этой цели можно использовать дефектоскопы; МРД-66
модернизированный однониточный, УРД-63 (УРДО-3), «Рельс-6», «Рельс-4»
и др. Контроль рельсов выполняют по типовым методикам в соответ-
ствии с инструкцией по эксплуатации прибора конкретного типа.
Рельсы с коррозионными повреждениями подошвы до обработки ее
абразивным инструментом целесообразно дополнительно проверить на
отсутствие поперечных коррозионно-усталостных трещин (дефект типа 69);
сильно развитые трещины не могут быть удалены шлифовкой. В этом
случае можно использовать ультразвуковой дефектоскоп с электронно-
лучевой срубкой, например ДУК-1 ЗИМ, ДУК-66ПМ, «Рельс-6». Для
снижения трудоемкости поиск трещин осуществляется в зоне проекции
шейки па подошву наклонным преобразователем, перемещаемым по
поверхности катания вдоль оси рельса (рис. 212).
Поперечная трещина с поверхностью подошвы образует угловой отра-
жатель. Отражение ультразвука от такого дефекта в общем случае
сопровождается трансформацией падающей на него волны. Если же
ультразвуковая волна падает под углом а « 45 (Р « 37), трансформация
отсутствует; амплитуда U, отраженного импульса возрастает приблизи-
тельно пропорционально высоте трещины в пределах от 2 до 7 мм
(рис. 213).
Дефектоскоп настраивают на условную чувствительность поиска Ку =
= 40 мм по стандартному образцу № 1, преобразователь перемещают
с двух сторон озвучиваемого сечения рельса (положения «1» и «2» на
рис. 212). При появлении эхо-импульсов на экране электронно-лучевой
трубки измеряют координаты расположения предполагаемого дефекта
Рис. 212. Схема выявления коррозионно-усталостной поперечной трещины в по-
дошве рельса
10*	291

О I 4	6	8	10 17. 14	16	18	20 22	24 6, мн
Рис. 213. Экспериментальная зависимость относительной амплитуды эхо-
импульса от высоты h модели трещины коррозионною происхождения
и дополнительно озвучивают данное сечение рельса при условной чувстви-
тельности оценки Ку = 30 мм. Признаком обнаружения поперечной корро-
зионно-усталостной трещины является равенство глубины Нп расположения
выявленного дефекта высоте Нр контролируемого рельса и расстоянию Гд
от точки выхода луча до места расположения трещины, т. с.
Нд а Нр % L„.
Обнаруженные дефектные участки вырезают, после чего скомплекто-
ванные в одну плеть рельсы сваривают.
Для оценки структуры металла в сварном стыке в начале и в течение
смены сваривают и испытывают контрольные образцы (после их осты-
вания) на гидравлическом прессе.
Если стрела прогиба и нагрузка, при которых произошел излом,
соответствуют требованиям технических условий, внутренних дефектов нет,
то сварной стык считается выдержавшим испытания. По проверенному
таким образом режиму сварки изготавливают все однотипные рельсовые
плети.
Каждый сварной стык после шлифовки выдавленно! о при сварке
металла и остывания его до температуры не менее + 60 “С подвергают
внешнему осмотру и ультразвуковому контролю. При необходимости
разрешается искусственно охлаждать сварной стык, имеющий температуру
более + 250 °C, подачей воздушно-водяной смеси к сварному стыку в соот-
ветствии с инструкцией, утвержденной Главным управлением пути МПС.
292
Ультразвуковой контроль на рельсосварочном предприятии выполняют
дефектоскопами ДУК-13ИМ, ДУК-66ПМ и «Рельс-6». В качестве контак-
тирующей жидкости можно использовать любое минеральное масло без
механических включений или воду, равномерным слоем омывающую
поверхность, по которой перемещают преобразователь. Стыки, в которых
при ультразвуковом контроле обнаружен дефект, бракую! и отмечают
краской на поверхности катания рельса в зоне стыка. Об обнаружении
дефекта в сварном стыке оператор сообщает начальнику цеха или сменному
мастеру. Результаты контроля регистрируют в журнале и картах контроля,
форма которых утверждена Главным управлением пути МПС.
Ультразвуковую дефектоскопию на РСП разрешается выполнять только
на специально оборудованном рабочем месте при температуре не ниже
+10 °C. На рабочем месте оператора находятся стандартные образцы для
определения и проверки основных параметров ультразвукового контроля,
образцы рельса с реальными дефектами в головке, шейке и подошве, шабер
и щетка для снятия окалины и ржавчины с поверхности рельса в зоне
контроля, линейка с миллиметровыми делениями для измерения условных
размеров дефектов и т. п. Дефектоскоп устанавливают от контролируемого
стыка па таком расстоянии, чтобы оператор мог свободно пользоваться
органами управления прибора одновременно с перемещением преобразо-
вателя. Недалеко от прибора должен быть установлен щиток для под-
водки напряжения 220 В от стабилизатора, 36 В для переносной лампы
и провода от заземляющего контура.
Состояние дефектоскопической аппаратуры проверяют не реже одного
раза в месяц представитель дефсктоскопной лаборатории службы пути и
начальник цеха сварки. Если в процессе применения дефектоскопа
обнаружится, что качество его работы ухудшилось, дефектоскоп подвер-
гают досрочному осмотру. Результаты осмотра с указанием выполненных
работ по устранению обнаруженных неисправностей заносят в журнал.
Достоверность ультразвуковой дефектоскопии при прочих равных усло-
виях во многом зависит от квалификации оператора. Поэтому к произ-
водству работ по ультразвуковой дефектоскопии сварных стыков допуска-
ются лица, которые прошли специальную теоретическую подготовку,
практическое обучение по программе, утвержденной МПС, и получили
диплом на право производства работ. Операторы, имеющие диплом на
право контроля и систематически работающие в этой области, не реже
одного раза в год подвергаются квалификационной комиссией прове-
рочным испытаниям. При успешной сдаче испытаний оператору продле-
вают удостоверение на право ведения контроля. Если оператор не подвер-
гался испытаниям или получил неудовлетворительную оценку на экзаменах,
он лишается права на ведение контроля впредь до сдачи проверочных
испытаний. Операторов, у которых был перерыв в работе по ультразву-
ковой дефектоскопии более 6 месяцев, лишают прав на контроль впредь до
сдачи проверочных испытаний.
Организация квалификационной комиссии и руководство ее работой
возлагаются на начальника РСП. В состав квалификационной комиссии
входят: главный инженер РСП, начальник или старший мастер цеха
сварки, инженер по дефектоскопии службы пути управления соответству-
ющей дороги или начальник дорожной лаборатории по дефектоскопии.
293
Правильность работы оператора проверяют путем сравнения данных
результатов ультразвукового контроля образцов, специально сваренных при
нарушенном режиме сварки, с данными осмотра излома и, если необхо-
димо, металлографического анализа. Такие требования к квалификации
предъявляют всем операторам по ультразвуковому контролю стыков как
при сварке на РСП и в пути, так и при вторичном контроле сварных
рельсов в условиях эксплуатации.
57.	ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ПРИ
СВАРКЕ РЕЛЬСОВ В ПУТИ
Стыки контролируют в пути как при сварке рельсов передвижной рельсо-
сварочной машиной, так и в процессе эксплуатации сварных рельсов.
Рельсы, свариваемые в пути, контролируют различными средствами
дефектоскопии по всей длине до сварки, а после сварки — только зону
сварного стыка ультразвуковым дефектоскопом. Наиболее целесообразно
применять дефектоскопы ДУК-1 ЗИМ, «Рельс-6», ДУК-66ПМ с питанием
от аккумуляторных батарей.
Перед прозвучиванием сварного стыка поверхность рельса по периметру
на расстоянии 100—120 мм в обе стороны от стыка, за исключением
подошвы снизу, очищают от ржавчины, окалины, песка и мазута (на
эксплуатируемых рельсах) и покрывают минеральным маслом. После про-
верки основных параметров контроля и настройки дефектоскопа с соот-
ветствующим преобразователем на заданный режим работы сварной стык
прозвучивают.
В пути сварные стыки контролируют механик и его помощник, про-
шедшие специальную теоретическую и практическую подготовку. Очистку
поверхности сварного стыка по опыту ряда дорог целесообразно поручать
рабочему низшей квалификации.
Ультразвуковой контроль сварных стыков разрешается выполнять при
температуре окружающего воздуха не ниже +5 "С. При более низкой
температуре в связи с ухудшением условий работы возможен пропуск
дефектов. Прозвучивать рельсы, свариваемые в пути, можно только после
остывания металла в зоне сварки до температуры, указанной в § 56.
Забракованные по результатам ультразвукового контроля сварные
стыки вырезают, а рельсы вновь сваривают. Данные ультразвуковой
дефектоскопии и осмотра излома фиксируют в документах, аналогичных
документам, оформляемым РСП. Все эксплуатируемые рельсы, в сварных
стыках которых выявлены дефекты, относят к остродефектным и немед-
ленно заменяют, а результаты ультразвукового контроля заносят в рабо-
чий журнал. Маркируют такие рельсы и назначают порядок пропуска
поездов по ним в соответствии с указаниями, изложенными в руководя-
щих технических материалах 32/ЦП-3-75 «Признаки дефектных и остро-
дефектных рельсов» и Инструкции по обеспечению безопасности движения
поездов при производстве путевых работ.
294
ГЛАВА XV.
ОРГАНИЗАЦИЯ
КОМПЛЕКСНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И
РЕМОНТА
ДЕФЕКТОСКОПОВ
58.	ПЛАНИРОВАНИЕ
И ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ
С целью наиболее эффективного использования и содержания дефекто-
скопных средств, своевременного ремонта, бесперебойной работы в путе-
вом хозяйстве создана определенная организационная структура службы
дефектоскопии (рис. 214). Дефектоскопия рельсов, как и все другие отрасли
путевого хозяйства, находится в ведомственном подчинении службы пути
(П) Управления дороги. Непосредственно вопросами дефектоскопии за-
нимается старший инженер по дефектоскопии (ПДИ) отдела эксплуата-
ции (НП). Старший инженер службы пути обеспечивает организацию бес-
перебойной работы съемных дефектоскопных средств и вагонов-дефекто-
скопов (ПС), подготовку и повышение квалификации кадров дефектоско-
пистов, обобщение и внедрение передового опыта использования дефекто-
скопов, контроль за своевременной поставкой материалов и запасных частей,
а также ремонт дефектоскоппых средств на дороге в стационарной или
передвижной дорожных лабораториях по дефектоскопии (ПЛД).
На отделениях дороги наладчик дефектоскопов (НОД ПД) отвечает за
работу дефектоскоппых средств путевого хозяйства, контролирует своевре-
менную замену остродефектных рельсов, следит за обеспечением дефекто-
скопов необходимыми материалами, запасными частями, за укомплекто-
ванностью кадров операторов и дефектоскопистов, организацией их техни-
ческой учебы. На дистанциях пути старший оператор (или мастер) руко-
водит цехом дефектоскопии, обеспечивает эффективное использование де-
фектоскопов, контроль за своевременной заменой осгродефектных рельсов,
ведение отчетности, составление графиков и учет рабочего времени
операторов.
Скорость развития и
потенциальная опасность
дефектов различных ти-
пов в рельсах еще в доста-
точной мере не изучены,
поэтому главное в си-
стеме контроля рельсов —
своевременно обнаружить
и изъять из пути дефект-
ные рельсы с трещинами
на ранней стадии их раз-
вития. Для этого пу-
тевое хозяйство дорог
Рис. 214. Организационная структура службы
дефектоскопии
295
оснащено большим числом дефектоскопов различных типов. Дефектоско-
пами того или иного типа можно выявить дефекты только определен-
ной разновидности. Наибольшее число типов дефектов выявляется при-
борами «Рельс-5» и УЗД-НИИМ-6М.
Более надежное выявление всех опасных для движения поездов дефек-
тов в рельсах может быть обеспечено при комплексном применении рель-
совых дефектоскопов. Для этого на околотках, дистанциях пути и в целом
по дороге следует рационально планировать работу различных дефекто-
скопов на одном и том же участке пути. Исходные данные для рацио-
нального планирования могут быть получены на основании анализа
выхода дефектных рельсов на околотках, дистанциях пути и дороге зи-
мой, летом и осенью, а также условий эксплуатации, состояния пути и про-
изводства работ по дефектоскопии рельсов.
При анализе выхода рельсов особое внимание уделяется определению
частоты повторения выхода рельсов по каждому типу дефекта на плани-
руемом для контроля участке пути. В зависимости от того, какие типы
дефектов развиваются в рельсах данного участка, определяется преиму-
щественное использование того или другого дефектоскопа.
Например, если на участке подавляющее число выявленных дефектов
представляют собой поперечные контактно-усталостные трещины (дефек-
ты 21), то очевидно, что такой, участок необходимо чаще проверять де-
фектоскопами «Рельс-5», УЗД-НИИМ-6М, МРД и вагонами-дефектоско-
пами.
На участках, где рельсы выходят из строя в основном из-за трещин
от болтрвых отверстий, горизонтальных и вертикальных расслоений в го-
ловке, продольггых трещин в местах сопряжения головки и шейки рель-
сов, можгго ограничиться применением ультразвуковых дефектоскопов
УРД-58, УРДО-3 и «Рельс-4», а также «Рельс-5», УЗД-НИИМ-6М. При
планировании работы дефектоскопов необходимо учитывать возможную
производительность каждого типа дефектоскопа. В общем случае она за-
висит от состояния рельсов проверяемого участка.
Всевозможные неопасные повреждения на поверхности катания головки
рельса (рваные наплывы металла, боксовины, вмятины, заусенцы и т. п.)
в значительной мере затрудняют работу маг нитпых дефектоскопов. Маг-
ии гпые дефектоскопы часто фиксируют такие повреждения, как опасные
дефекты. Это приводит к тому, что оператор гаграчивает много времени
па осмотр большого числа отмеченных дефектоскопом мест. Неопасные
Дефекты, мазут, песок и другие загрязнения па поверхности катания, вы-
зывающие нарушение акустического контакта, затрудняют эксплуатацию
ультразвуковых дефектоскопов. Оператору приходится очищать рельсы и
делать повторные заезды по одному и тому же месту контролируемого
рельса. Поэтому дневная или месячная норма рабочего пробега дефекто-
скопа в зависимости от состояния рельсов на участке может быть раз-
личной и устанавливается мастером по эксплуатации дефектоскопов или
старшим оператором совместно с начальником дистанции пути.
В связи с изложенным, а также учитывая расстояние между населен-
ными пунктами и интенсивность движения поездов, месячная норма для
магнитных дефектоскопов составляет 180 — 200 км летом, 160—180 км
296
зимой, а для ультразвуковых дефектоскопов обычно 100 — 120 км летом
и 80—100 км зимой. IIри особо тяжелых местных условиях и факторах,
влияющих на контроль, нормы проверки уменьшают.
От правильного распределения средств дефектоскопии, особенно при
их недостатке, во многом зависит своевременное выявление потенциально
опасных дефектов в рельсах. Распределяют дефектоскопы по дистанции
исходя из необходимой периодичности контроля рельсов на отдельных
участках пути, определяемой выходом рельсов из эксплуатации по дефек-
там различного типа.
Начальники дистанций пути совместно с руководителями цехов дефек-
тоскопии на основании ежемесячного анализа выхода рельсов определяют
средний на 10 км развернутой длины объем п„ выхода рельсов по каж-
дому типу дефектов согласно РТМ 32/ЦП-1-75 на каждом участке дис-
танции пути, отличающемся условиями эксплуатации рельсов и состоя-
нием рельсового хозяйства, например, nt (II группа); nt (III группа);
щ (V группа); щ (VI группа); пг (II группа); п2 (П1 группа); п2 (V rjyyn-
па); п2 (VI группа). Затем определяют участок с минимальным объемом
nmill выхода рельсов по каждому типу дефектов, выявляемых различными
дефектоскопами.
Коэффициент К распределения необходимого объема контроля опре-
деляется как отношение среднего объема п„ выхода рельсов на каждом
участке к минимальному nmin:
К = n„/nmin.
По полученным коэффициентам определяется суммарная длина пути
(/,„ км), которую необходимо проверить в месяц с учетом многократного
прохода дефектоскопов по каждому участку:
/„ = U ,К„,
где	/2; /3 — длина каждого участка пути;
К„ = К,; К2', К3 — коэффициенты распределения объема контроля рельсов на соот-
ветствующем участке пути.
Учитывая месячные нормы контроля рельсов, типы, число дефектоско-
пов на дистанции и данные по выявляемое™ дефектов различными ти-
пами дефектоскопов (табл. 20 и 21), определяют суммарную возможную
длину /„ контроля участков пути.
Таблица 20
Средний объем п„ выхода рельсов но дефектам
па 10 км разверну! ой линии
Тип дефекта	Длина участка			Тип дефекта	Длина участка		
	/.	Z,	li			/,	>1
20.1-2; 21.1-2; 24; 25; 27.1-2	1	2	4	50.1-2; 52.1-2; 53.1-2; 55	2	3	0,5
ЗОВ.1-2; ЗОГ.1-2; 38.1	1	1	I	60.1-2 26.3; 56.3; 66.3	0,1	1 0,3	—
297
Коэффициент возможного объема контроля рельсов
= /в//,,-
Возможный объем работы каждого типа дефектоскопа на каждом участке
/в 4 ,/61
Исходя из полученного объема работы устанавливается периодичность
контроля рельсов:
р = Цп/1„.
При недостаточной периодичности контроля, температурах ниже минус
25 ' С или при резких колебаниях отрицательных температур дополнительно
вводятся ежедневные обходы рабочих отделений монтерами пути с осмот-
ром рельсов визуально при помощи зеркал, остукиванием рельсов мо-
лоточками.
Пример. На дистанции три участка, отличающиеся условиями эксплуатации и
состоянием рельсов /t = 50 км, /2 = 60 км, 13 = 80 км; 12 дефектоскопов: для
сплошного контроля УЗД-НИИМ-6М или «Рельс-5» — 3 шт., УРД-58 — 2, МРД-66 —
3 шт.; для контроля сварных стыков рельсов ДУК-66ПМ или «Рельс-6» — 2 шт.,
для вторичного контроля УРДО-3 или «Рельс-4» — 2 шт.
Средний объем и„ выхода рельсов по дефектам за прошедший месяц на 10 км
развернутой линии принимаем по габл. 20. Для дефектоскопа УЗД-НИИМ-6М
щ =4; п2 — 7; п3 = 5,5; nmi„ = 4. Тогда = 1; К2 = 1,75; К3 = 1,38, /,, = 1 x 50 +
+ 1,75 х 60 + 1,38 х 80 = 265,4 км.
Допустим, летом месячная норма контроля 110 км, /в.= 110 х 3 = 330 км. Тогда
N„ = 330/265,4 = 1,24.
Таблица 21
Типы дефектов в рельсах, подлежащих выявлению
эксплуатируемыми дефек госкопами
Тип дефекта и повреждения рельсов
Поперечные трещины в головке 20.1-2;
21.1-2; 24; 25; 27.1-2 (11 ipynna)
Продольные трещины в головке 30.В1-2;
ЗОГ.1-2; 38.1 (111 группа)
Дефекты и повреждения шейки 50.1-2; 52.1-2;
53.1-2; 55 (V группа)
Дефекты и повреждения подошвы 60.1-2
(VI группа)
Дефекты сварки 26.3; 56.3; 66.3
Г МРД-66	: Вагон-дефек- тоскоп (магнит- ' ный)	УРД-52 (ручным искате- лем)	УРД-63 УРДО-3. «Рельс-4»	ДУК-13ИМ. ДУК-66ПМ. «Рельс-6»	УРД-58	|	УЗД-НИИМ-бМ. «Рельс-5»
+	+		+			+
	+	+	+		+	+
		+	+		+	+
		+	+		+	+
				+		(руч- ным иска- телем)
Примечание. Знаком «+» обозначены обнаруживаемые типы дефектов и повреждений.
298
Возможный объем контроля дефектоскопом УЗД-НИИМ-6М участков, аналогич-
ных /1; 12 и 13, км:
/в| = 62; 1в2 = 130,2; /в3 = 138.
Периодичность контроля участков: =62:50= 1,24; Р2 = 130,2 :60 = 2,17; Р3 =
= 138:80 = 1,72.
Аналогично рассчитывают периодичность Р контроля участков /2, G де-
фектоскопами УРД-58, МРД-66, ДУК-66ПМ («Рельс-6»), УРДО-3 («Рельс-4»), Для
УРД-58: Р, = 1,42; Р2 = 2,2; Р3=0,71; для МРД-66: Pi = 1,1; Р2 = 2,2; Р3 = 4,4.
При благоприятных климатических условиях продолжительность работы при-
борами ДУК-66ПМ («Рельс-6») составляет приблизительно 7 месяцев; возможный
объем контроля — 4200 стыков/год.
Таким образом, при наличии указанного числа дефектоскопов, участок lt сле-
дует контролировать один раз в 3 года, а участок 12 один раз в год. Недоста-
точность контроля участка 13 дефектоскопом УРД-58 рекомендуется компенсировать
при контроле дефектоскопом УЗД-НИИМ-6М. Целесообразно планировать прибор
УРДО-3 («Рельс-4») только для вторичного контроля рельсов по показаниям де-
фектоскопов МРД-66 или вагона-дефектоскопа.
Составление графика работы дефектоскопов — ответственная часть ор-
ганизации дефектоскоиировапия рельсов на дистанциях пути. Прежде всего
при составлении графика следует учесть состояние рельсов, характер их
повреждений и возможную производительность дефектоскопов на прове-
ряемом участке. Правильно составленный график устанавливает такую
периодичность контроля различными типами дефектоскопов, при которой
каждый опасный дефектный рельс будет вовремя выявлен и изъят из пути.
Основным показателем выполнения графика является не только число
проверенных километров, но и высокое качество контроля каждого рельса
на проверяемом участке. Съемные рельсовые дефектоскопы закреплены
за дистанциями пути. График работы составляет ежемесячно мастер по
эксплуатации дефектоскопов или старший оператор, утверждает начальник
дистанции пути. В зависимости от условий видимости приближающихся
поездов в графике планируется участие сигналистов для ограждения участ-
ков, па которых работают операторы. В графике должны быть указаны
места хранения дефектоскопов, контрольные тупики для проверки, время
на проведение технического обслуживания дефектоскопов и технической
учебы операторов.
На график работы дефектоскопов (рис. 215, вкладка) руководитель
цеха дефектоскопии по сообщениям операторов ежедневно наносит испол-
ненный 1 рафик. Для наглядности линии выполняются различными цве-
тами. При частой периодичности контроля или большом числе исполь-
зуемых дефектоскопов отметка о ежедневном выполнении графика за-
носится в таблицу на графике. По окончании месяца операторы сдают
отчеты о выполненной работе, подводятся итоги работы цеха дефекто-
скопии, определяется эффективность использования дефектоскопов.
График работы вагона-дефектоскопа составляет старший инженер по
дефектоскопии службы пути, утверждает начальник службы пути. В гра-
фик работы вагона-дефектоскопа включают прежде всего участки пути с
большой грузонапряженностью, где работа со съемными дефектоскопами
затруднена из-за большого числа проходящих поездов. Г рафиком предус-
матривается время на расшифровку осцилограмм, осмотр отмеченных рель-
сов, техническое обслуживание вагона, «окна» в графике движения поез-
299
дов и другие работы, необходимые по эксплуатационным условиям конт-
ролируемого участка.
Производительность работы вагона-дефектоскопа определяется рабочей
скоростью вагона с учетом перечисленных условий и составляет для маг-
нитных вагонов с записью осциллограмм па кинопленку около 2 тыс. км/ме-
сяц, а с записью па бумажную ленту дефектографом ДГЭ — около 3 тыс.
59.	ПОРЯДОК РАБОТЫ
С ДЕФЕКТОСКОПАМИ НА ПЕРЕГОНЕ
Качество контроля рельсов в пути в значительной степени зависит от
квалификации оператора-дефектоскописта. Оператор должен хорошо знать
не только устройство и порядок работы с дефектоскопом, но и состоя-
ние рельсового хозяйства проверяемого участка. Оценка показаний дефек-
тоскопа и составление заключения об опасности обнаруженного дефекта
значительно упрощаются, если оператор располагает необходимыми сведе-
ниями о рельсах: тип рельса; завод-изготовитель; время укладки в путь;
покилометровый выход; типы дефектов, наиболее часто встречающихся
па данном участке; номера плавок вышедших ранее дефектных рельсов;
причины развития этих дефектов. Эти сведения оператор получает в дис-
танции пути и уточняет их с дорожным мастером па каждом околотке.
Работу па перегоне выполняют в отрыве от ремонтных и подзарядпых
баз, часто при неблагоприятных метеорологических условиях. Поэтому
очень важно подготовить дефектоскоп для работы па линии и внима-
тельно проверить состояние источников питания (неудовлетворительное
их состояние отрицательно влияет па режим работы дефектоскопов, что
может привести к пропуску дефектных рельсов); тщательно осмотреть
все токоподводягцие проводники, кабели вилок искательных устройств,
элементы крепления и т.п. До выезда на перегон все замеченные неис-
правности необходимо устранить. После этого проверить в соответствии
с инструкцией по эксплуатации дефектоскопа чувствительность, «мертвую»
зону, точность работы глубиномера и другие параметры дефектоскопа
но стандартным образцам и на контрольном тупике из рельсов с реаль-
ными дефектами. Убедившись в исправности дефектоскопа, оператор вы-
езжает па перегон. Он должен иметь при себе: рабочий журнал, выписку
из графика работы, расписание поездов, а перед отправлением со стан-
ции па перегон получить сведения от дежурного но станции о факти-
ческом движении поездов и необходимый инструктаж. Кроме того, у опе-
ратора должны быть ручные флаги, петарды и духовой рожок подачи
сигнала об опасности или, если необходимо, для остановки поезда.
Работает со сьемным дефектоскопом оператор, его помощник ведет
наблюдение за приближением поезда, оказывает помощь при снятии де-
фектоскопа с пути и осмотре рельсов. Оператора и его помощника соп-
ровождает в пределах своего участка пути дорожный мастер или бригадир.
Все дефектные и остродефектные рельсы, выявленные при контроле,
маркируют (рис. 216): на шейке с внутренней сгороггы колеи на расстоя-
нии около 1 м от левого стыка (зазора) светлой масляной краской на-
300
XX 27
Рис. 216. Образцы маркировки дефектного и остродсфсктного рельсов:
а — вне стыка; б — по всей длине рельса; в. г - па левом и правом концах релцса
<) остролефскгного с дефектом вис стыка
носят: для дефектного рельса — один косой крест (рис. 216, «), остро дефект-
ного — два (рис. 216, д); на шейке рядом с дефектом с той стороны с
которой виден дефект (или всегда с внутренней стороны колеи, если
дефект обнаружен дефектоскопом), повторяют один косой крест для де-
фектного и два для остродефектного рельса и рядом указывают тип (но-
мер) дефекта. Если дефект распространен ио всей длине рельса, то в се-
редине рельса указывают тип (номер) этого дефекта с черточками перед
номером и после номера (рис. 216, б). Если дефект расположен на лсвцм
конце в пределах стыка, то его номер ставят рядом с первой маркиров-
кой и вторую маркировку не делают (рис. 216, я). При расположении
дефект па правом конце рельса в пределах стыка дополнительно к пер-
вой повторяют маркировку на правом конце и указывают тип (номер)
дефекта (рис. 216, с). При замене внезапно обнаруженного остродсфсктного
рельса маркировку делают после изъятия его из пути в гот же де!1Ь
Подробную характеристику обнаруженного дефекта и клейма рельса (тци
марка завода, год проката, номер плавки) записывают в рабочий журН;1л’
утвержденной формы.
Остродефектные рельсы заменяют немедленно после обнаружения, а
дефектные — в плановом порядке. До замены за ними устанавливают над-
зор. Вопрос о скорости движения поездов по пути с дефектными рель-
сами решает начальник дистанции пути с учетом фактического состояния
пути и условий эксплуатации. По рельсам с поперечным изломом щ)и
с выколом части головки пропуск поездов не допускается. По остроде_
фектным рельсам с трещинами (без полного излома) возможен пропуск
отдельных поездов со скоростью не более 15 км/ч; в необходимых слу-
чаях поезд сопровождает проводник.
Порядок пропуска поездов в каждом отдельном случае устанавливает
работник дистанции пути по должности не ниже бригадира. Если поезд
301
остановлен у лопнувшего рельса, по которому согласно заключению бри-
гадира пути, а при его отсутствии — машинист, может пройти поезд, то
по нему разрешается пропустить только один первый поезд со скоростью
не более 5 км/ч. По лопнувшему рельсу в пределах моста или тоннеля
пропуск поездов во всех случаях запрещается. При поперечном изломе
или трещине рельсовой плети бесстыкового пути, если образовавшийся
зазор менее 25 мм, до вырезки дефектного участка допускается соедине-
ние концов плети накладками, сжатыми струбцинами (утвержденного МПС
типа). В этом случае поезда в течение 3 ч пропускают по дефектной плети
со скоростью не более 25 км/ч. Такой стык должен находиться под не-
прерывным наблюдением специально выделенного работника.
При обнаружении остродефектного рельса, угрожающего безопасности
движения поездов, это место нужно немедленно оградить по схеме ограж-
дения внезапно возникшего места препятствия согласно Инструкции по
сигнализации па железных дорогах Советского Союза и вызвать путевую
бригаду для замены рельса. По окончании рабочего дня оператор по те-
лефону или лично передает диспетчеру дистанции пути сведения об об-
наруженных дефектных рельсах по каждому километру пути. Сопровож-
дающий бриг аду дорожный мастер или бригадир расписывается в рабочем
журнале о получении уведомления гга каждый выявленный дефектный
рельс и принимает меры по их замене; по телефону сообщает
в дистанцию пути дату замены рельса и высылав! корешок уведомления.
Зимой работу выполняют после прохода снегоочистигеля. Во время снего-
падов игти сильных дождей раб'ота со съемными дефектоскопами па пе-
регоне прекращается.
Качество работы дефектоскопов и их техническое состояние периоди-
чески проверяет механик-наладчик, обслуживающий, как правило, дефекто-
скопы 3—4 дистанций. Механики-наладчики находятся в распоряжении
службы пути и выезжают па прикрепленные к ним дистанции по графику.
При повреждении дефектоскопа механик-наладчик выезжает па дистанцию
немедленно по вызову или распоряжению старшего инженера службы
пути. Оп ремонтирует и регулирует дефектоскоп па перегоне или в мас-
терских дистанции совместно с оператором дефектоскопа. Если в этих
условиях отремонтировать дефектоскоп невозможно, его отправляю! в
дорожную лабораторию по дефектоскопии.
60.	СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ВАГОНА-
ДЕФЕКТОСКОПА И СЪЕМНЫХ
РЕЛЬСОВЫХ ДЕФЕКТОСКОПОВ
Опасные для движения поездов дефекты в рельсах приходится выявлять
среди многочисленных неопасных повреждений металла на поверхности
катания рельса в виде вмятин, выкрашиваний, отслоений, плен и т. и.
Кроме того, металл на поверхности катания может иметь местную не-
однородность структуры, вызванную наклепом или термическим воздейст-
вием при боксовапии колес подвижного состава. Все эти повреждения
рельсов создают о предел енный уровень помех, осложняющий работу,
особенно с магнитными вагонами-дефектоскопами.
302
В вагонах-дефектоскопах расшифровка записей импульсов э.д.с., на-
водимых в искателе при проходе над дефектом, основывается на том,
что импульсы от опасных дефектов отличаются небольшим числом харак-
терных форм, в то время как импульсы от неопасных дефектов имеют
сравнительно большое разнообразие форм, что соответствует большому
числу всякого рода неопасных повреждений на поверхности катания го-
ловки рельса.
При расшифровке осциллограмм вагона-дефектоскопа обычно учитыва-
ется форма, фаза и амплитуда импульсов э.д.с., наводимой в искателе
над дефектом. По этим признакам выделяют импульсы опасных дефек-
тов из ряда имеющихся на пленке или бумажной ленте импульсов, отно-
сящихся к неопасным повреждениям. Однако на рельсах, где поверхность
катания повреждена выщербинами, боксовинами, пленами и расслоения-
ми, форма и амплитуда импульсов э.д. с. над опасными дефектами мо-
гут быть искажены. Такие импульсы называются сомнительными.
Нередки случаи, когда форма, фаза и амплитуда импульса над неопас-
ным повреждение^ (например, над поперечным надрывом в отслоившемся
наплыве) почти такие же, как над опасным дефектом (например, над по-
перечной трещиной усталости в головке рельса). В процессе расшифровки
сложной записи можно пропустить опасные дефекты или изъять из пути
рельсы с неопасными дефектами.
Правильная организация совместной работы вагона-дефектоскопа и
съемных дефектоскопов позволяет не допустить пропуска опасных дефек-
тов рельсов или изъятия из пути рельсов с неопасными дефектами. Для
этого после проезда вагона-дефектоскопа на участке осциллограмму рас-
шифровывают согласно инструкции, данные записывают в журнал резуль-
татов контроля рельсов и в две ведомости: в первую вписывают те опас-
ные дефекты рельсов, импульсы э.д.с. от которых не вызывают никаких
сомнений, затем ее вручают представителю дистанции пути; дефектные
рельсы, занесенные в эту ведомость, подлежат немедленной замене; во
вторую заносят дефектные рельсы с сомнительными импульсами, ведо-
мость вручают представителю дистанции пути, который вручает выписки
из этой ведомости каждому оператору съемного дефектоскопа о сомни-
тельно дефектных рельсах, отмеченных вагоном-дефектоскопом на обслу-
живаемом оператором участке пути. Оператор съемно! о дефектоскопа при
очередной проверке рельсов на закрепленном за ним участке пути вто-
рично контролирует все места на отмеченных вагоном-дефектоскопом сом-
нительно дефектных рельсах и дает окончательное заключение о характере
дефектов в таких рельсах.
Если вторично работники дистанции нуги проконтролировать сомни-
тельные участки не могут в день проверки или при эгом нарушается
график работы съемных дефектоскопов, то натурный осмотр должны вы-
полнить работники вагона-дефектоскопа с применением дефектоскопов
УРДО-3, «Рельс-4», «Рельс-6» или ДУК-66ПМ. Вторичный контроль сом-
нительно дефектных рельсов позволяет выявлять усталостные трещины
на ранней стадии их развития и исключает возможность пропуска уже
развившихся.
Комплексное использование вагонов-дефектоскопов и съемных рель-
совых дефектоскопов дает возможность повысить надежность и качество
303
контроля рельсов по выявлению в них опасных для движения поездов
дефектов и производительность работы вагонов-дефектоскопов. С целью
определения эффективности работы дефектоскопных средств, выявления
недостатков в работе, улучшения качества проверки рельсов на дистан-
циях пути ежемесячно руководителем цеха дефектоскопии проводится ана-
лиз использования дефектоскопов на дистанции, а инженером по дефекто-
скопии службы пути — по дороге.
В процессе анализа проверяют выполнение плана проверки рельсов,
учитывают простои дефектоскопов из-за ремонта и по другим причинам,
систематизируют остродефектные рельсы, обнаруженные каждым типом
дефектоскопа и дру! ими средствами, и определяют эффективность исполь-
зования дефектоскопов, %, для:
дистанции пути
Э = [Л/(Л + Б + В)] 100;
дороги
Э = [(Л + Б)/(Л + Б + В)] 100,
где А, Б — число остро дефектных рельсов, выявленных съемными дефектоскопами
и вагонами-дефектоскопами соответственно;
В — число остро дефектных рельсов или изломов, выявленных (рушми
средствами.
При определении эффективности использования средств дефектоскопии
дефектные рельсы, выявленные вагонами-дефектоскопами, относят к рель-
сам, обнаруженным другими средствами. Для удобства анализа сведения
об использовании средств дефектоскопии по дистанции (от делению, дорою)
представляются в табличной форме.
61.	ДОРОЖНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ.
ЦЕХА ДЕФЕКТОСКОПИИ
ДИСТАНЦИЙ ПУТИ
Для обеспечения бесперебойной высокоэффективной работы дефектоскопов,
поддержания их в технически исправном состоянии и продления срока
службы необходим систематический технический надзор, профилактическая
проверка и ремонт. С этой целью па дорогах оборудованы стационарные
и передвижные лаборатории и цехи дефектоскопии па дистанциях пути.
Дорожные стационарные лаборатории расположены в помещениях пло-
щадью до 400 м2, оснащены коптролыю-измсригелыюй аппаратурой, ста-
ночным оборудованием; в их распоряжении постоянный штат работни-
ков (рис. 217).
Дефектоскопы, поступающие па плановую проверку и в ремонт, прежде
всего осматривают в отделении приемки и выдачи. Помещение отделения
оборудовано контрольным тупиком из рельсов с реальными дефектами
и стандартными образцами. В процессе осмотра обращают внимание на
внешний вид дефектоскопа и состояние его искательной системы, после
чего проверяют работоспособность дефектоскопа па контрольном тупике
и стандартных образцах.
304
Рис. 217. План стационарной дорожной дефектоскопией лаборатории Октябрь-
ской дороги:
/ — производственный отдел; 2 ~ кладовая; 3 — кабинет для технической учебы, курсов
подготовки и повышения квалификации операторов дефектоскоппых тележек; 4 — отделение
ремонта электронной аппаратуры; 5 механический цех; 6, 7 — отделения окраски дефекто-
скопов, ремонта и хранения запасных частей вагоне в-дефектоскопов; 8 — комната для
технического обслуживания дефекгоскопов дистанций пути; 9, 10, II, 12, 13 — отделения
струйной записи, приемки и выдачи дефектоскопов; ремонта дефекгоскопов локомотивной
й вагонной служб
Настраивает дефектоскоп оператор; правильность настройки и умение
оператора работать с дефектоскопом проверяет работник лаборатории.
В журнале фиксируют результаты приемки с указанием: типа и номера
дефектоскопа, дистанции пути, фамилии оператора и общего состояния
прибора (внешний вид, состояние искательной системы и других узлов,
выявляемость дефектов па контрольном тупике и основные параметры
контроля), а также замечания оператора но эксплуатации дефектоскопа.
После этого в механическом цехе дефектоскоп разбирают по блокам.
Механический цех оснащен оборудованием для обработки материалов
(токарные, сверловочные, наждачные станки, универсальный фрезерный ста-
нок, верстаки и инструмент для слесарных работ), шкафами для инстру-
мента и запчастей. В этом цехе: ремонтируют механические устройства
центрирования лыж, части рамы, искатели, колеса, корпуса; изготавливают,
заменяю! части, вышедшие Из строя (винты, оси, втулки, донышки и др.);
собирают дефектоскоп после ремонта.
В отделение ремонта электронной аппаратуры поступает электронная
часть дефектоскопа и искательная система. В этом отделении проверяют
все электрические параметры, чувствительность индикаторных блоков и,
если они не соответствуют техническим условиям, заменяют негодные
элементы и детали, настраивают электрические схемы. В отделении обо-
рудованы специальные столы-стенды, что позволяет на одном рабочем
месте комплексно настроить электрическую схему.
Защитные кожуха дефектоскопов, рамы после очистки их от грязи, ржав-
чины и старой краски поступают в отделение окраски дефектоскопов с
последующей горячей сушкой в специальных шкафах. Здесь же находится
гальваническая установка для обработки отдельных деталей дефекто-
скопов. Отремонтированный и настроенный дефектоскоп после сборки про-
веряют по стандартным образцам и на контрольном тупике. По окончании
ремонта в формуляр дефектоскопа вписывают весь перечень выполненных
работ. Если некоторые детали (сопротивления, емкости, индуктивности
305
и т. п.) в процессе ремонта были заменены другими, то это указывают
в формуляре. Ведение формуляра облегчает работу ремонтников и меха-
ников-наладчиков при отыскании повреждения, позволяет выявить харак-
тер наиболее часто встречающихся повреждений данного типа дефекто-
скопа, упорядочить контроль за его содержанием.
Передвижные лаборатории размещены в обычных классных вагонах
и оборудованы контрольно-измерительной аппаратурой. Основные источ-
ники питания вагона-лаборатории — вагонная динамо-машина и аккумуля-
торная батарея емкостью 400 А • ч. Переменный ток вырабатывают вра-
щающиеся преобразователи. В вагоне установлен трансформатор для пи-
тания оборудования лаборатории от сети переменного тока при стоянке
на станции. В аппаратном зале вагона расположена контрольно-измери-
тельная аппаратура и распределительные устройства (щиты, измеритель-
ные приборы и т. п.). Остальная часть вагона предназначена для отдыха
работников лаборатории и проводников. Вагоны-лаборатории приписаны
к одной из дистанций пути; их штат устанавливает начальник службы
пути в зависимости ог числа работающих на Дороге дефектоскопистов.
Работает вагон-лаборатория по плану, утвержденному начальником служ-
бы пути.
Передвижные лаборатории предназначены для периодической проверки
технического состояния дефектоскопов, проведения текущих ремонтов и
настройки дефектоскопов на дистанциях пути. Работники передвижной ла-
боратории контролируют: уровень подготовки операторов; знание ими
конструкции и принципа работы дефектоскопа, умение правильно его
настроить; укомплектованность дефектоскопа сигналами и вспомогатель-
ным инструментом; правильность ведения рабочего журнала оператором
дефектоскопа и дистанционного журнала учета дефектных и остродефект-
ных рельсов; наличие предупреждений поездам па период замены; про-
ведение обязательной проверки дефектоскопами стрелочных переводов и
приемо-отправочных путей; сопровождение дефектоскопов бригадирами
пути и дорожными мастерами; состояние всех устройств и оборудования,
которые необходимы для эксплуатации дефектоскопов: наличие тупиков
из рельсов с реальными дефектами, стандартных образцов для настройки
дефектоскопов, измерительной аппаратуры, оборудования, предназначен-
ного для зарядки аккумуляторов, защитных средств.
Кроме того, они проводят техническую учебу, оказывают помощь в
освоении новых средств дефектоскопии и путем опросов устанавливают
качество проводимой технической учебы в соответствии с тематическим
планом, рекомендуемым дорожной лабораторией и утвержденным руко-
водством дистанции пути; контролируют своевременное выполнение тех-
нического обслуживания, занесение результатов в формуляр каждого де-
фектоскопа, правильность организации эксплуатации дефектоскопов в соот-
ветствии с разработанными графиками, ведение исполненных графиков,
периодичность проверки рельсов; проверяют содержание инструктажа по
охране труда, ознакомление всего состава дефектоскоп истов со случаями
травматизма; анализируют случаи излома рельсов, причины невыявления
дефект ов в рельсах средствами дефектоскопии, распространяют опыт ра-
боты лучших дефектоскопистов, внедряют рационализаторские предложе-
ния. Результаты проверки дистанций пути оформляются актом; на месте
306
15,0
Рис. 218 План цеха дефектоскопии дистанции пути:
I — слесарно-механическая мастерская (комната для проведения технической учебы с опера-
торами): II набора тория наладчика дефектоскопов; III рабочая комната для старшего
оператора; IV — комната для настройки дефектоскопов на тталонном тупике; V - аккумуля-
торная; Г/— кладовая; / щит; 2, 3 наждачный и намоточный станки; 4 сверлильный
станок; 5 слесарный стол: б — токарный станок; 7 пульт для настройки дефектоскопов
с приборами; 8 — эталонные рельсы длиной 0.3 — 0,4 м; 9 — контрольно-испытательный тупик
разрабатываются мероприятия по устранению недостатков в использо-
вании средств дефектоскопии.
Цехи дефектоскопии па дистанции пути занимают помещения площадью
до 150 м2. В них размещены мастерские для слесарных работ и по
ремонту тележек и других обустройств дефектоскопа, лаборатория для
настройки дефектоскопов, аккумуляторная, контрольный тупик, кабинет
для проведения технической учебы и собраний дефектоскопистов дистан-
ции нуги. На многих дистанциях пути дефектоскопы ремонтируют на се-
рийно выпускаемых столах-пультах с контрольно-измерительной аппара-
турой для настройки железнодорожных радиостанций; цехи укомплектованы
станочным оборудованием (рис. 218). В лаборатории цеха дефектоскопии
проводятся ежемесячное техническое обслуживание дефектоскопов и те-
кущий ремонт наладчиком при участии операторов, эксплуатирующих
дефектоскоп.
62.	СИСТЕМА ПЛАНОВО-
ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО РЕМОНТА
ДЕФЕКТОСКОПОВ
Общие сведении. Комплекс организационно-технических мероприятий,
направленных на повышение работоспособности дефектоскопов, своевре-
менное их техническое обслуживание и ремонт, представляет собой систему
планово-предупредительного ремонта рельсовых дефектоскопов. На доро-
гах принята система, в соответствии с которой планово-предупрсди icni.
307
Таблица 22
Межремонтные нормы эксплуатации дефектоскопа
Вил ремонта	Часы	Месяцы и годы	Срок простоя в ремонте, дни
Техническое обслуживание	100-160	1 месяц	1
Текущий ремонт	—	6 месяцев	3
Средний	»	—	4 года	ю
ный ремонт дефектоскопа выполняют по заранее разработанному плану
по истечении межремонтной нормы эксплуатации, предусмотренной клас-
сификацией видов ремонта (табл. 22).
Правилами предусмотрены следующие виды планово-предупредитель-
ного ремонта рельсовых дефектоскопов: ежемесячное техническое обслу-
живание (техническое обслуживание) текущий ремонт, средний ремонт.
Техническое обслуживание дефектоскопов состоит из комплекса мероприя-
тий по созданию наиболее благоприятных условий работы их узлов и
деталей и своевременному предотвращению неисправностей. В соответствии
с периодичностью и объемом работ техническое обслуживание делится на
ежесменное техническое обслуживание и техническое обслуживание. Еже-
сменное техническое обслуживание выполняют оператор и его помощник
перед началом и после окончания работы, а техническое обслуживание —
оператор через 100—160 ч работы дефектоскопа с участием наладчика
или мастера цеха дефектоскопии.
Техническое обслуживание. Ежесменное техническое обслуживание вклю-
чает в себя процессы:
очистку дефектоскопа от масла, пыли и 1рязи; промывку рабочего
инструмента в бензине, спирте, ацетоне; прочистку и смазку машинным
маслом шарниров и центрирующих систем;
проверку исправности токопроводящих шлангов, телефонов, телефон-
ных шпуров, искателей, надежности закрепления аппаратного ящика на
тележке, правильности установки лыж, напряжения анодных цепей и сте-
пени разряженпости аккумуляторов дефектоскопа;
регулирование искательного устройства и, если необходимо, проверку
правильности балансировки и выявляемое-™ дефектов на контрольном
тупике;
проверку комплектности прибора, наличия инструмента, сигнальных
принадлежностей, журнала дня записи дефектов.
В процессе технического обслуживания выполняют все работы, преду-
смотренные при ежесменном обслуживании, а также следующие операции:
осмотр, проверку и, если необходимо, ремонт изолирующих прокладок
и подкладок, штепсельных вилок, штеккеров, шпуров, шланг ов, отдельных
проводов;
измерение сопротивления изоляции кабеля питания;
разборку, осмотр и очистку искателей от влаги и грязи;
ремонт механическою устройства для центрирования лыжи;
очистку аккумуляторной батареи от грязи и окислов, проверку плотности
электролита в аккумуляторах, проверку степени разряженпости аккумуля-
торной батареи нагрузочной вилкой;
308
ремонт или замену сеток рамы тележки, регулирование колес тележки,
проверку изоляции ходовой части.
Результаты осмотра с указанием выполненных работ по устранению
обнаруженных неисправностей записывают в рабочий журнал.
Текущий ремонт. Этот вид ремонта осуществляет стационарная дорож-
ная лаборатория или вагон-лаборатория на линии. При текущем ремонте
выполняют работы, предусмотренные при техническом обслуживании, а
также определяют на испытательных приборах соответствие радиоламп
их основным параметрам; проверяют коэффициент усиления усилителей
высокой частоты, напряжение на электродах ламп и транзисторов по
установленным нормам, реле на ток срабатывания и отпускания, потреб-
ляемую мощность, форму и амплитуду импульсов по каскадам контроль-
но-измерительными приборами, правильность работы дефектоскопа на
тупике с дефектными рельсами; проверяют чувствительность индикатор-
ных приборов и поблочно настраивают дефектоскоп; очищают дефектоскоп
от ржавчины и старой краски и окрашивают корпус дефектоскопа. О вы-
полнении текущего ремонта делается соответствующая запись в фор-
мулярах.
Средний ремонт. Этот вид ремонта производит стационарная дорож-
ная лаборатория по дефектоскопии. Выполнение ремонта должно
соответствовать структуре ремонтного цикла. Представитель дистанции
пути сдает дефектоскоп в ремонт в дорожную лабораторию по дефекто-
скопии. При среднем ремонте частично разбирают аппаратный ящик де-
фектоскопа, разбирают и ремонтируют рамы ходовой части и механизмов
подвески деталей и искателей, заменяют неисправные панели, резисторы,
переменные сопротивления, печатные платы, электроизмерительные при-
боры, штепсельные разъемы, контактные вилки, электролитические конден-
саторы, провода, шпуры и другие детали; ремонтируют и заменяют
трансформаторы, автотрансформаторы, контурные катушки, искатели, ре-
монтируют аккумуляторные батареи (если необходимо, заменяют неисправ-
ные банки); собирают, регулируют и испытывают дефектоскоп. После
среднего ремонта дефектоскоп окрашивают и сдают представителю дис-
танции пути по акту. Данные о ремонте и модернизации заносят в фор-
муляры дефектоскопа.
63.	КОНТРОЛЬНЫЕ ТУПИКИ
После ремонта дефскюскопов на контрольных тупиках их настраивают,
регулируют чувствительность, проверяют перед выездом па перегон. Конт-
рольные тупики имеются при всех дорожных и дистанционных лабора-
ториях, па удаленных от цеха дефектоскопии околотках. В тупики длиной
7—15 м укладывают отрезки рельсов с различными типами дефектов.
Образцы рельсов для тупиков подобраны из снятых дефектных рельсов.
Длина рельса — приблизительно 3 м. Для проверки и настройки дефекто-
скопов типа МРД в тупик укладывают образцы рельсов с поперечными
трещинами усталости в головке рельса (дефект 20.1-2 или 21.1-2). Перед
укладкой образцов рельсов в тупик дефекты в них «эталонируют». Де-
фектные рельсы располагают так, чтобы поперечные контактно-усталостные
309
огпВ. ф¥,5, пропил поВ отв. фв
глубиной. углом ВО0	сквозное
10мм	глубиной 10мм
В головке пропил В головке
под углом ВО °	отв. Ф 5,
глубиной 10 мм	глубиной 10мм ?1.1
Рис. 219. Контрольный туник для настройки дефектоскопов
трещины (дефект 21.2) были с наружной и внутренней стороны и нс бли-
же I м от болтового стыка.
Для проверки и настройки ультразвуковых дефекгоскопов УРД-58,
УРД-63, УРДО-3, «Рельс-4», «Рсльс-5» и УЗД-НИИМ-6М укладывают
образцы рельсов с трещинами но болтовым отверстиям в стыковой части
рельса (дефект 53.1), с внутренними вертикальными и горизонтальными
расслоениями в головке и шейке рельса (дефекты 50.1-2; 52.1-2; 20.1-2;
21.1-2; ЗОВ.1-2 и ЗОГ.1-2) и с волосовинами (дефект 60.2) в подошве, рас-
положенными в пределах проекции толщины шейки.
Для настройки ультразвуковых дефектоскопов в образцах рельсов,
укладываемых в контрольный тупик, выполняют модели дефектов: па
боковой поверхности посередине головки рельса высверливают отверстие
диаметром 4,5 мм па глубину 10 мм; на нижней грани головки под углом
20 делают пропил шириной не более 1,5 мм; в шейке рельса па глу-
бине, соответствующей приблизительно половине высоты последнего, про-
сверливают отверстие диаметром 6 мм.
В контрольные тупики укладывают образцы рельсов тяжелых типов
(имеющихся на данной дороге или данной дистанции нуги). Стыки об-
разцов рельсов соединяют обычными накладками с нормальным числом
болтов (рис. 219). Контрольные тупики укладывают па нормальных шпалах
с подкладками и костылями. Чтобы сигналы от соседних дефектов не
сливались, расстояние между дефектами должно быть не менее 0,5 м.
Каждый контрольный тупик должен иметь паспорт с подробным описа-
нием всех типов дефектов в испытательных образцах рельсов и схему
укладки образцов рельсов с нанесением точного местоположения де-
фектов.
Испытательные образцы в контрольном тупике необходимо оберегать
от ударов твердыми предметами, ржавления и других повреждений ме-
талла поверхности головки рельса, повышающих уровень помех, что ус-
ложняет условия работы при настройке дефектоскопов.
310
64.	ПОДЗАРЯДНЫЕ ПУНКТЫ
Дорожные и дистанционные мастерские оборудованы подзарядными уст-
ройствами для зарядки аккумуляторных батарей дефектоскопов. Основной
элемент подзарядного устройства — выпрямитель. Сетевой переменный ток
преобразовывается в постоянный выпрямительным элементом — селеновой
шайбой или кремниевыми диодами. Широко применяют выпрямители
ВСА-5К (рис. 220). Они рассчитаны на питание от сети однофазного
переменного тока напряжением 127/220 В, частотой 50 — 75 Гц. Выходные
электрические параметры выпрямителей при работе на активную нагрузку
составляют: выпрямленный ток 12 А; выпрямленное напряжение в среднем
не мепее 65 В; к. п. д. не менее 60%. Выпрямленное напряжение выпрями-
теля при работе на аккумуляторную батарею может повышаться на 10 — 15 %.
Напряжение сети через выключатель В1 и предохранитель Пр] пода-
ется на первичную обмотку понижающего трансформатора Тр. Переменное
регулируемое напряжение подается на кремниевые диоды D. Выпрямлен-
ное напряжение поступает на выходные клеммы « + » и «—» через
выключатель В1 и предохранитель Пр2. Выпрямители обеспечивают плав-
ную регулировку выпрямленного напряжения двумя ступенями: первая —
от 0 до 50 %, вторая — от 50 % до номинального значения выпрямлен-
ного напряжения, при этом перекрытие между ступенями составляет не
менее 0,5 В. Переводят с одной ступени на другую переключателем В2,
а напряжение в пределах каждой ступени рыулируют вращением ручки
ре!улятора напряжения. Для защиты кремниевых диодов от перенапря-
жений, возникающих в момент коммутаций, в схеме предусмотрен огра-
ничитель ОС.
Аккумуляторные батареи подготавливают для зарядки согласно инст-
рукции по эксплуатации и уходу за аккумуляторами. Перед включением
Рис. 220. Схема выпрямителя
311
батарей на зарядку проверяется их полярность. Заряжают батареи следу-
ющим образом: убедившись, что выпрямитель отключен от сети, присо-
единяют батареи, строго соблюдая соответствие полярности клемм батарей
и выпрямителя (плюс к плюсу и минус к минусу); проверяют по вольт-
метру правильность подключения и исправность заряжаемой батареи;
ручку регулятора выводят на минимальное напряжение; включают выпря-
митель и заряжают в соответствии с инструкцией по эксплуатации ак-
кумуляторов. По окончании зарядки отключают выпрямитель от сети и
нагрузки. Необходимо следить, чтобы в процессе зарядки батарей заряд-
ный ток не превышал 12 А.
В случае эксплуатации выпрямителей при температуре окружающего
воздуха от +35 до +50 °C следует снизить нагрузку па выпрямителе
на 20%. Не допускается подавать на выпрямитель переменное напряжение
выше номинального. Разрешается повышать напряжение сети не более
чем на 10% за счет возможного колебания напряжения сети, но при этом
номинальная нагрузка должна быть снижена не менее чем па 10%.
Допускается слабое точечное искрение под контактными щетками регули-
руемого трансформатора. При увеличении искрения выпрямитель следует
отключить от сети, снять кожух и очистить контактные поверхности
вторичной обмотки трансформатора от накопившейся пыли, после чею
закрыть кожух и включить выпрямитель. Нахождение щеток в неизмен-
ном положении при номинальной нагрузке допустимо не более 3 ч. Во
избежание выхода из строя кремниевых диодов запрещается без нагрузки
включать и выключать выпрямитель.
65.	ОБСЛУЖИВАНИЕ
АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
И УХОД ЗА НИМИ
Источником питания в съемных рельсовых дефектоскопах служат щелоч-
ные аккумуляторные батареи двух типов (табл. 23): кадмисвопикслсвые
(КН) и железоникелевые (ЖН).
Кадмиевоникслевые и железоникелевые аккумуляторы имеют одинако-
вые электрические данные и размеры, отличаются только массой. Элект-
ролитом для щелочных аккумуляторов служит раствор едкого кали
плотностью 1,19—1,21 (23 — 25 по Боме) с добавкой 20 г моногидрата
лития на 1 л или раствор едкого натра плотностью 1,17- 1,19 (21—23
по Бомс) с добавкой 10 г моногидрата лития на 1 л дистиллированной
воды. На таком электролите можно работать при температуре от —15
до +35 "С. Если температура ниже —15 С, то аккумуляторы должны
работать на растворе едкого кали повышенной плотности 1,26—1,28
(30 — 32" по Боме).
При замене электролита нормальной плотности электролитом повы-
шенной плотности нужно иметь в виду следующее:
аккумуляторы, которые до перехода на электролит из едкого кали
повышенной плотности работали па растворе из едкого кали с нормаль-
ной плотностью, заливают раствором едкого кали повышенной плотности
без какой-либо подготовки;
312
Таблица 23
Основные параметры щелочных аккумуляторов
Тип аккумуля- тора	Номинальная емкость, А-ч	Номинальный заряд- ный ток 7-часового ре- жима, А		Номинальный разряд- ный ток 8-часового ре- жима, А	Размеры, мм					Количество электроли- та, л	Масса, кг	
				Тол- щина	Ширина		Высо га			без электролита 		I с электролитом
					без папф	с цап- фами	без бор- ков	с бор- ками			
Кадмиевоникелспые аккумуляторы
АНК-2,25	2,25	0,56	0,28	20	45	65	120	132	0,042	0,28	0,33
HKH-I0	10	2,5	1,25	31	80	100	НО	132	0,12	0,60	0,74
НКН-22	22	5,5	2,75	32	105	125	200	213	0.270	1.35	1,67
НКН-45	45	11,25	5,65	53	105	125	200	213	0,45	2,18	2,72
НКН-60	60	15	7,50	45	128	148	.330	349	0,75	3,7	4,6
НКН-ЮО	100	25	12,50	70	128	148	330	349	1,2	5,1	6.5
Железо11 икелевые аккумулято ры
ЖН-22	22	5,5	2,75	32	105	125	200	213	0j27	1,41	1,73
ЖН-45	45	11,25	5,60	5.3	105	125	200	213	0,45	2,31	2,85
ЖН-60	60	15	7,50	45	128	148	330	349	0.75	3,88	4,78
ЖН-100	100	25	12,50	70	128	148	330	349	1,2	5,4	6,8
аккумуляторы, которые до перехода на электролит повышенной плот-
ности работали па едком натре, сначала заливают (па 2 — 3 зарядно-разряд-
ных цикла) раствором едкого кали плотностью 1,19, после чего электролит
заменяют раствором едкого кали повышенной плотности;
вылитый из аккумулятора электролит следует сохранять в герметически
закрытом сосуде (если необходимо его использовать вновь).
Старый электролит заменяют новым через каждые 100 циклов,
не реже одного раза в год, если емкость аккумулятора заметно снижа-
ется, то его заменяют ранее указанного срока. Перед заменой электро-
лита батарею разряжают нормальным разрядным током 8-часового ре-
жима (см. табл. 23) до 1 В па один элемент. Старый электролит выливают,
энергично встряхивая аккумулятор (батарею) для удаления грязи из со-
суда. После удаления старого электролита аккумуляторы промывают дис-
тиллированной водой и немедленно заливают электролитом. Аккумуля-
торы, промытые дистиллированной водой, нельзя оставлять без электро-
лита, так как в противном случае неизбежна их коррозия.
Введение в эксплуатацию новых или находящихся без электролита
аккумуляторов. С поверхности банок аккумуляторов и батарейных ящиков
313
удаляют чистой тряпкой пыль и соль, проверяют правильность соедине-
ния аккумуляторов и батареи, плотно затягивают гайки крепления меж-
элементных соединений. Затем аккумуляторы заливают электролитом и
через 2 ч проверяют напряжение на каждом из них. Если на каком-либо
аккумуляторе нет напряжения, его оставляют еще на 10 ч, после чего
снова проверяют напряжение. Если после 12-часовой стоянки не появится
на зажимах напряжение, аккумулятор считают непригодным и удаляют
из батареи.
Электролит заливают в аккумулятор через чистую стеклянную, эбони-
товую или фарфоровую воронку. Металлические воронки применять нель-
зя, так как это может вызвать короткое замыкание внутри аккумулятора.
Нельзя проливать электролит из крышки аккумуляторов в батарейный
ящик, так как это увеличивает саморазряд батареи.
Перед зарядкой проверяют уровень электролита над пластинами ак-
кумуляторов — он должен быть не менее 5 и не более 12 мм. Строгое
соблюдение уровня электролита требуется для предупреждения разбрыз-
гивания электролита из аккумуляторов во время заряда. Уровень элект-
ролита определяют стеклянной трубкой диаметром 5 — 6 мм с метками
на высоте 5 и 12 мм. Стеклянную трубку опускают в аккумулятор до
пластин, затем, плотно закрыв пальцем верхний конец трубки, ее выни-
мают. Высота электролита в трубке показывает уровень электролита над
пластинами.
Для уменьшения или увеличения уровня электролита в аккумуляторе
пользуются резиновой грушей. После установления нормального уровня
электролита^ аккумуляторы включают па зарядку. Положительный полюс
аккумуляторной батареи подключают к положительному полюсу источ-
ника тока, а отрицательный — к отрицательному. Однотипные аккумуля-
торы для включения на зарядку соединяют последовательно.
Число последовательно соединенных аккумуляторов зависит от на-
пряжения источника тока: 1,8—1,9 В па один элемент, а при зарядке ла
морозе 2 — 2,2 В на один элемент.
Аккумуляторы заряжают нормальным зарядным током в течение 12 ч,
а разряжают — 4 ч. Таким режимом выполняют 2 — 3 цикла (заряд — разряд).
После этого аккумуляторы могут быть пущены в эксплуатацию. Иногда
аккумуляторы после длительного бездействия имеют временное снижение
емкости, что требует дополнительной их тренировки перед пуском в
эксплуатацию. В этих случаях аккумулятору дают нормальный заряд, а
затем производят разряд нормальным током в течение 8 ч, не обращая
внимания на напряжение аккумуляторов. Разрядку ведут вначале без
внешнего источника тока на реостат до тех пор, пока возможно под-
держивать постоянную силу разрядного тока.
Для более глубокой разрядки нормальная сила разрядного тока под-
держивается внешним источником тока. Аккумуляторы подключают к
выпрямителю так, чтобы положительный полюс аккумулятора был соеди-
нен с минусом выпрямителя, а отрицательный полюс — с положительным
полюсом выпрямителя. Силу тока регулируют реостатом выпрямителя.
После такой глубокой разрядки дают зарядку нормальным током в те-
чение 16 ч, затем аккумулятор направляют в эксплуатацию. Последую-
щие зарядки выполняются в течение 7 ч нормальным зарядным током.
314
Для предохранения электролита от поглощения углекислоты из воздуха
в каждый аккумулятор вливают вазелиновое масло. В один элемент типа
Н КД-45 или ЖН-45 вливают 8 см3 вазелинового масла (вазелиновое
масло можно заменить таким же количеством керосина).
Аккумуляторы, хранившиеся с электролитом не более одного года,
вводятся в эксплуатацию без смены электролита. При более длительном
хранении электролит меняется. Электролит заменяется также, если при
эксплуатации аккумуляторы имеют заниженную емкость.
Зарядка аккумуляторов, находящихся в эксплуатации. Аккумуляторы и
аккумуляторные батареи заряжаются током нормального зарядного режи-
ма. Продолжительность зарядки 7 ч. Систематические педозаряды портят
аккумуляторы. В случае крайней необходимости допускается ускоренная
зарядка следующим режимом: 2,5 ч током, вдвое большим нормального,
и 2 ч нормальным током. Через каждые 10—12 циклов или при нерегуляр-
ной эксплуатации один раз в месяц производится усиленная зарядка в
течение 6 ч нормальным током и 6 ч током, равным половине нормаль-
ного. Аккумуляторы заряжаются при открытой крышке батарейного ящика
и вывернутых вентильных пробках. Зарядка аккумуляторов с завернутыми
пробками может привести к значительному выпучиванию стенок аккуму-
ляторов. При зарядке аккумуляторов с вывернутыми пробками после
каждой зарядки проверяется уровень электролита и, если необходимо,
добавляется электролит до нормы. Выплеснутый во время зарядки элект-
ролит собирается резиновой грушей, а крышки аккумуляторов вытира-
ются сухой тряпкой.
Категорически запрещается во время зарядки аккумуляторов подходить
к ним с огнем, так как выделяемые в процессе заряда газы могут
воспламениться и вызвать опасный взрыв.
список
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Портативные осцилло! рафы/Е. К. Блтодин. 3. М. Бондар, К. В. Крав-
ченко и др. М.: Сов. радио, 1978 — 264 с.
2.	ГОСТ 12997 — 76. Государей венная система промышленных приборов и средств
автоматизации. Общие технические требования. Методы испытаний.
3.	ГОСТ 15467 — 79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Тер-
мины и определения.
4.	ГОСТ 16504 — 74. Качество продукции. Контроль и испытания. Основные
термины и определения.
5.	ГОСТ 14782 — 81. Контроль нсразрушающий. Швы сварные. Методы ультра-
звуковые.
6.	ГОСТ 18576- 80. Коп (роль нсразрушающий. Рельсы железнодорожные. Ме-
тоды ультра звуковые.
7.	Гурвич А. К., Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль сварных
швов. Киев: Техника, 1972. 460 с.
8.	Гурвич А. К., Кузьмина Л. И. Справочные диа!раммы направлен-
ности искателей ультразвуковых дсфсктоскопов. Киев: Техника, 1980, 101 с.
9.	Дефектоскопия рельсов/А. К. Гурвич, Б. П. Довнар, В. Б. Козлов и др.
М.: Транспорт, 1978, 440 с.
10.	Дорофеев А. П., Каза ма по в 1О. Г. Элсктроматци гная дефекто-
скопия. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.
11.	Классификация дефектов н повреждений рельсов: РТМ 32/ЦП-1-75. М.:
Транспорт, 1977, 64 с.
12.	Мелентьев Л. ГЕ. Порошин В. Л., Фадеев С. 14. Содержание
и ремонт рельсов. М.: Транспорт, 1977. 158 с.
13.	Панин Н. М. Переменные ат гешоаторы и их применение. М.: Энертия,
1971. 121 с.
14.	Правила ремонта ультразвуковых и матпитных съемных рельсовых дефекто-
скопов. М.: Транспорт, 1983. 112 с.
15.	Приборы для неразрунтатощего контроля материалов и изделий/Под ред.
В. М. Клюева. М.: Машиностроение, 1976. 741 с.
16.	Сварка железнодорожных рельсов/Под ред. В. Б. Шляп и на. М_: Транспорт
1979. 141 с.
17.	С т е п а н е н к о 14. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем.
М.: Энертия, 19^7. 672 с.
18.	Термически упрой|спиыс рельсы/Под ред. А. Ф. Золотарского. М.: Тран-
спорт, 1976, 264 с?
19.	Химченко Н. В., Бобров В. А. Нсразрушающий контроль в химиче-
ском и нефтяном машиностроении. М.: Машиностроение, 1978 . 264 с.
20.	Шур Е. А. Повреждения рельсов. М.: Транспорт. 1971. 112 с.
316
ОГЛАВЛЕНИЕ
О i авторов............................................................ 3
Глава I. Типы рельсов. Классификация дефектов
1.	Тины и маркировка рельсов........................................ 5
2.	Условия работы рельсов в iiyin.................................. 8
3.	Изломы и дефекты рельсов, их	классификация.......................... 9
Глава II. Основы неразру тающего контроля
4.	Контроль качества продукции....................................... 25
5.	Дефект и сто характеристики........................................ 28
6.	Дефектность........................................................ 30
7.	Надежность систем контроля........................................ 31
8.	Эффективность систем.............................................. 35
Глава 111. Электромагнитные методы дефектоскопии
9.	Классификация ^методов............................................ 40
К). Магнитный метод.................................................. 53
II.	Магнитодинамический метод........................................ 63
12.	Вихретоковый метод............................................... 67
Глава IV. Акустические методы дефектоскопии
13.	Классификация методов............................................ 71
14.	Физические основы ультразвуковой	дефектоскопии................... 71
15.	Эхо-метод........................................................ 90
16.	Зеркально-теневой метод......................................... 113
17.	Функциональные решения ультразвуковых	дефектоскопов .......	121
Г л а в а V. Приборы неразрушаюшего контроля
18.	Общие требования................................................. 127
19.	Элементы приемно-усилительных блоков............................. 129
20.	Элементы импульсных устройств...................................  134
Г лава VI. Магнитный рельсовый дефектоскоп МРД-66
21.	Назначение и принцип работы...................................... 145
22.	Искатели.....................................’................... 151
23.	Подготовка дефектоскона к работе. Контроль рельсов в пути ....	154
Глава VII. Магнитный вагон-дефектоскоп
24.	Назначение и принцип работы....................................... 164
25.	Искатели...........................................................166
26.	Регистрирующая аппаратура..........................................168
27.	Работа вагона-дефектоскопа на	линии................................174
28.	Основные факторы, определяющие оптимальные режимы работы аппа-
ратуры ............................................................... 176
29.	Расшифровка осциллограмм..........................................184
30.	Основные неисправности и способы	их устранения.....................188
Глава VIII. Ультразвуковой дефектоскоп ДУК-13ИМ
31.	Назначение и принцип работы....................................... 190
32.	Подготовка дефектоскопа к работе. Контроль рельсов в пути..........195
317
Глава IX. Ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66ПМ
33.	Назначение и принцип	работы........................................ 200
34	Электрическая схема................................................ 203
35.	Конструкция........................................................ 206
36	Подготовка дефектоскопа к	работе. Контроль рельсов в пути.......... 208
Глава X. Ультразвуковой рельсовый дефектоскоп УЗД-НИИМ-6М
37. Назначение и принцип работы........................../.............209
38. Подготовка дефектоскопа к работе. Контроль рельсов в пути ....	217
Глава XI. Ультразвуковые рельсовые дефектоскопы УРД-58 и УРД-58М
39.	Назначение и принцип работы УРД-58 ............... 1.............. 225
40.	Подготовка УРД-58 к работе. Контроль рельсов в пути . /.......... 230
41	Назначение и принцип работы УРД-58М ... у. . I.................... 233
42.	Подготовка УРД-58М к работе. Контроль рельсов ылЛга.............. 237
Глава XII. Ультразвуковые рельсовые дефектоскопы УРД-63 и УРДО-3
43.	Назначение и принцип работы...............*........................240
44.	Электрическая схема УРДО-3........................................242
45.	Конструкция дефектоскопов.........................................247
46.	Подготовка дефектоскопов к работе. Контроль рельсов в пути ....	248
Глава XIII. Агрегатировапиый комплекс съемных ультразвуковых дефекто-
скопов
47.	Структура	и	назначение комплекса...................................._252
48.	«Рельс-5».............................................................252
49.	«Рельс-4»	...........................................................260
50.	«Рельс-6» ............................................................262
51.	Блок дефектоскопический.............................................. 266
Глава XIV. Контроль сварных стыков	.
52.	Дефекты цварки................................................... 271
53.	Методика ультразвукового контроля сварных стыков рельсов ....	275
54.	Контроль сварных стыков рельсов дефектоскопами ДУК-13ИМ,
ДУК-66ПМ, «Рельс-6» и УЗД-НИИМ-6М...................................  281
55.	Выявляемость дефектов. Использование данных контроля для улучше-
ния технологии сварки.................................................286
56.	Организация контроля рельсов на рсльсосварочиых предприятиях (РСП)	291
57.	Организация контроля при сварке рельсов в пути..................?	294
Глава XV. Организация комплексно! о использования и ремонта дефекто-
скопов
58.	Планирование и	организация	работы.........................295
59.	Порядок работы	с дефектоскопами па	перегоне.......................300
60.	Совместная работа ватона-дефектоскопа и съемных рельсовых дефекто-
скопов ...............................................................302
61.	Дорожные лаборатории. Цеха	дефектоскопии	дистанций пути ....	304
62.	Система планово-предупредительного ремонта дефектоскопов ....	307
63.	Контрольные тупики............................................... 309
64.	Подзарядные пункты................................................311
65.	Обслуживание аккумуляторных батарей и уход за ними...............312
Список использованной литературы......................................316
318
/
Анатолий Константинович Гурвич,
Болеслав Павлович Довнар,
Виктор Борисович Козлов,
Григорий Абрамович Круг,
Лидвя Ивановна Кузьмина,
Александр Николаевич Матвеев
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ РЕЛЬСОВ
ПРИ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ
Переплет художника В. А. Чернецова
Технический редактор Г. II. Федорова
Корректор-вычитчик Р. А. Казанкина
Корректор Т. А. Ионова
И Б № 2054
Сдано в набор 18.01.81. Подписано в печать 19.04.83.
Т-07502. Формат 60X90'/i« Бум. кн.-журп. Гарни-
тура тайме. Офсетная печать. Уел. кеч. л. 20-}-I вкл.
Уел. кр.-отт. 21,95. Уч.-изд. л. 24,16-|-1,07 вкл. Тираж
7(100 экз. Заказ N» 713. Цена I р. 40 к. Изд. № I -3- I /3 N“ 0791
Ордена «Знак Почета» издательство «Транспорт», 107174
Москва, Басманный туп., 6а
Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового
Красного Знамени Ленинградское производственно-тех-
ническое объединение «Печатный Двор» имени А. М. Горь-
кого Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной
торговли. 197136. Ленинград, П-136, Чкаловский пр., 15
Отпечатано в Московской типографии №	4
Союзполиграфпрома при Государе пи вном комитете CG( Р
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
129041, Москва. Б. Переяславская ул.. 16
Г j
33
34
Государственный комитет СССР по делам издательств, по mi щ .|>..н
и книжной торговли
г
37
38
М
39
40
41
42
Г.
43
44
45
46
Издательство «Транспорт»
Готовятся к изданию киши:
47
48
49
50
51
Г.
52
53
54
55.
56.
57.
Гт
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
Путь и безопасность движения поездов/В. И. Белый, И II 1»>
лотии, В. А. Лаптев и др.; Под рсд. В. Я. Шульги.
перераб. и доп.—М.: Транспорт, 1983 — 16 л,—В пер.: I р !> к
25 000 экз.
На основе обобщения опыта дорог сети и результант и, „их
исследований рассмогрспы вопросы обеспечения путейцам,......пн
пости движения поездов. Особое внимание уделено техн,, нм 
организационным основам безопасности движения.
Дан анализ передового опыта контроля за состоянием нут < к
вещены организационные меры по повышению безопасное, „ ,аийн1
ния поездов при высоких скоросчях движения, на бесстыковом и ,,,
мостах и стрелочных переводах, в условиях рекуперативного пр
мочения, при стихийных явлениях.
2-е издание дополнено сведениями по опыту дорог сети, ого и
постям. связанным с участками бесстыкового пути и мостами
1-е издание вышло в 1976 г.
Для дорожных мастеров и инженерно-технических рабо,никои —
' путейцев.
ФРИШ МАН М. А. Как работает путь под поездами. — 4-е пщ.
перераб. и доп,—М.: Транспорт, 1983 — 15 л,—В пер.: 1 р 70 к
25 000 экз.
В книге в популярной форме рассказано о природе возникший’
пия вертикальных и горизонтальных (поперечных и продольных) спи.
действующих на рельсовый путч, при проходе подвижного состава,
а также при изменении температуры. Рассмотрены принципы расчет
устойчивости и прочности пути, определения допускаемых скоростей
движения поездов; требования к подвижному составу для уменьше-
ния воздействия его па путь, а также к конструкции пути и его со-
держанию для снижения возникающих в нем напряжений и дефор-
маций.
4-е издание дополнено главами «Бесстыковой путь» и «Движение
транспортеров», сведениями о земляном пологие па БАМе.
3-е издание вышло в 1975 т.
Для инженерно-технических работников путевого хозяйства
Будет полезна специалистам всех отраслей железнодорожного транс-
порта.
ЗАКАЗЫ ПРИНИМАЮТСЯ
отделениями издательства «Транспорт», центральным магазином
«Транспортная книга» (107078, Москва, Садовая Спасская ул., д. 21).
Отдел «Книга —почтой» указанного магазина (113114, Москва, 1-й Па-
велецкий пр., д. 1/42, корп. 2) и отделения издательства высылают
литературу наложенным платежом.
1
318

ПЕРЕДНЯЯ ПАНЕЛЬ
ДЕФЕКТОСКОПА
11
10
9-
8
16
17
18
19
УЗДНИИМВМ
1	- ТУМБЛЕР ВКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ;
2	- ГНЕЗДА ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТЕЛЕФОННЫХ
НАУШНИКОВ; 3 - ПОТЕНЦИОМЕТР РЕГУЛИРОВКИ
ГЛУБИНОМЕРА; 4 - РУЧКА ВРЕМЕННОЙ РЕГУЛИРОВКИ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ (ВРЧ); 5, 9-РУЧКИ
РЕГУЛЯТОРА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КАНАЛОВ
ПРЯМЫХ ИСКАТЕЛЕЙ; 6 - ТУМБЛЕР ВЫКЛЮЧЕНИЯ
ЗВУКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ КАНАЛОВ ПРЯМЫХ
ИСКАТЕЛЕЙ; 7 - ТУМБЛЕР ВЫКЛЮЧЕНИЯ НАКЛОННОЙ
ВСТАВКИ ПРАВОГО КОМБИНИРОВАННОГО ИСКАТЕЛЯ;
8 - ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ РЕЖИМА РАБОТЫ ДЕФЕКТОСКОПА
И СТРЕЛОЧНОГО ИНДИКАТОРА; 10.11 - РУЧКИ
АТТЕНЮАТОРОВ ДЛЯ ЗАДАНИЯ НЕОБХОДИМОЙ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗЕРКАЛЬНО-ТЕНЕВОГО МЕТОДА
КОНТРОЛЯ; 12 - ТУМБЛЕР ВКЛЮЧЕНИЯ АТТЕНЮАТОРОВ;
13 - СТРЕЛОЧНЫЙ ИНДИКАТОР; 14.1Б - РУЧКИ НАСТРОЙКИ
ПРИБОРА НА КОНТРОЛЬ РЕЛЬСА ЗАДАННОГО ТИПА;
16 - КНОПКИ ВКЛЮЧЕНИЯ СТРЕЛОЧНОГО ИНДИКАТОРА
ПРИ ЗАСТРОЙКЕ ДЕФЕКТОСКОПА НА КОНТРОЛЬ ПРАВОГО
РЕЛЬСА; 17 - РЕГУЛЯТОР ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ;
18 - ТУМБЛЕР СКАЧКООБРАЗНОГО УМЕНЬШЕНИЯ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КАНАЛА НАКЛОННЫХ ИСКАТЕЛЕЙ;
19 - РУЧКА РЕГУЛИРОВКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КАНАЛА
НАКЛОННЫХ ИСКАТЕЛЕЙ
УЛЬТРА ЗВУКОВ* )И
ДЕФ» КЗ < и К< >11
1ДУН66ПМ