Ультразвуковой контроль поверхности катания железнодорожных вагонных колес и бандажей локомотивов с использованием рэлеевских волн

Аннотация

Ультразвуковой контроль поверхности цилиндрических объектов эхо-методом с использованием рэлеевской волны имеет многие преимущества. Несмотря на строгие требования к очистке поверхности, метод широко реализуется в отраслях промышленности и транспорта, например на поверхности катания цельнокатаных колес или бандажей подвижного состава железных дорог. Учитывая способность преобразователя рэлеевской волны принимать волны побочным («задним») лепестком диаграммы направленности, влияние на результаты контроля возможных загрязнений или избытка контактной жидкости на поверхности ввода, объяснить положение и амплитуду сигнала становится особенно сложно. С помощью математического моделирования и экспериментальных исследований получены диаграммы направленности пьезопреобразователей рэлеевских волн, на которых присутствует «задний лепесток», характерный для пьезопреобразователей такого типа. Эффективность излучения и (или) приема зависит от параметров контроля и аппаратуры; это влияние более выражено при отклонении ширины пьезоэлемента преобразователя (например, при изготовлении) и изменении частоты в пределах 20 %, допускаемых ГОСТ Р 55724-2013. Экспериментально построен и проверен на модели акустический тракт рэлеевской волны, отразившейся от дефекта диаметром 7 мм на поверхности катания колеса. Показано, что амплитуда эхо-сигнала изменяется неравномерно, локальные максимумы, полученные экспериментально, достигают 9 дБ относительно экспоненциальной зависимости, характерной для распространения по безграничной поверхности. Причина таких явлений лежит в многократных переотражениях волн от границ на поверхности катания железнодорожных вагонных колес и бандажей локомотивов (фаска обода, галтельный переход к гребню) и дальнейшей их интерференции.