Ultrasonic Thread Surface Inspection of Railroad Car Wheels and Locomotive Tires Using Rayleigh Waves

Authors

  • A. V. Platunov Kalashnikov Izhevsk State Technical University
  • V. V. Muravev Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Udmurt Federal Research Center
  • O. V. Muraveva Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Udmurt Federal Research Center

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-41-48

Keywords:

railway wagon wheels and locomotive tires, modeling, Rayleigh waves

Abstract

Ultrasonic surface inspection of cylindrical objects using the Rayleigh wave echo method has many advantages. Despite strict requirements for surface cleaning, the method is widely implemented in industries and transport, for example on the all-rolled wheel thread or tires of railroad rolling stock. Taking into account the ability of the Rayleigh wave transducer to receive waves with a side ("back") lobe of the ray diagram, the influence of possible contamination or excess of contact fluid on the input surface on the control results, it becomes particularly difficult to explain the position and amplitude of the signal. Using mathematical modeling and experimental studies, the ray diagrams of Rayleigh wave piezoelectric transducers with the "back lobe" characteristic of piezoelectric transducers of this type were obtained. The efficiency of emission and (or) receiving depends on the parameters of control and apparatus; this effect is more evident if the width of the transducer piezoelement deviates (e.g., during fabrication) and the frequency varies within 20 %, allowed by GOST R 55724-2013. The acoustic path of the Rayleigh wave reflected from the flaw with a diameter of 7 mm on the wheel thread is experimentally constructed and tested on the model. It is shown that the amplitude of the echo-signal changes nonuniformly, the local maxima obtained experimentally reach 9 dB relative to the exponential relation characteristic of propagation over a boundless surface. The reason for such phenomena lies in multiple re-reflections of waves from the boundaries on the tread surface of railway wagon wheels and locomotive tires (rim chamfer, ridge to ridge transition) and their further interference.

Author Biographies

A. V. Platunov, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

PhD in Engineering

V. V. Muravev, Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Udmurt Federal Research Center

DSc in Engineering, Professor

O. V. Muraveva, Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Udmurt Federal Research Center

DSc in Engineering, Professor

References

Дымкин Г. Я., Кириков А. В., Бондарчук К. А. Иммерсионный контроль объектов криволинейного профиля поверхностными ультразвуковыми волнами // Дефектоскопия. 2022. № 8. С. 25-35. DOI 10.31857/S0130308222080036.

Контроль натяга колец подшипников поверхностными волнами с использованием эффекта акустоупругости / С. А. Бехер, Л. Н. Степанова, А. О. Рыжова, А. Л. Бобров // Дефектоскопия. 2021. № 4. С. 13-21. DOI 10.31857/S0130308221040023.

Исследование выявляемости поверхностных плоскостных дефектов ультразвуковым методом с применением волн Рэлея / Н. П. Алешин, Н. В. Крысько, С. В. Скрынников, А. Г. Кусый // Дефектоскопия. 2021. № 6. С. 26-34. DOI 10.31857/S0130308221060038.

Хлыбов А. А., Углов А. Л. Об использовании параметров структурного шума при контроле поверхностными акустическими волнами Рэлея стали 20ГЛ в процессе упругопластического деформирования // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 3-10. DOI 10.31857/S0130308221070010.

Бабкин С. Э. Определение скорости основных типов акустических волн в металлах приставным датчиком // Дефектоскопия. 2020. № 4. С. 32-39. DOI 10.31857/S0130308220040041.

Муравьев В. B., Гущина Л. В. Структуроскопия витков пружин после высокотемпературной механической обработки на основе измерения скорости рэлеевских волн // Приборы и методы измерений. 2022. Т. 13. № 2. С. 147-154. DOI 10.21122/2220-9506-2022-13-2-147-154.

Акустическая структуроскопия стальных образцов, нагруженных изгибом с вращением при испытаниях на усталость / В. В. Муравьев, О. В. Муравьева, А. Ю. Будрин, М. А. Синцов, А. В. Зорин // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 1. С. 37-44.

Муравьев В. В., Гущина Л. В., Казанцев С. Оценка накопленной поврежденности шеек осей колесных пар вагонов ультразвуковым методом с использованием рэлеевских и головных волн // Дефектоскопия. 2019. № 10. С. 14-23. DOI 10.1134/S0130308219100026.

Оценка напряженно-деформированного состояния сварных соединений углеродистых сталей после различных режимов тепловложения акустическим методом / А. Н. Смирнов, В. Л. Князьков, Н. В. Абабков [и др.] // Дефектоскопия. 2018. № 1. С. 40-46.

Локализация пластического течения и деформационное упрочнение металлов / Л. Б. Зуев, А. Г. Лунев, С. А. Баранникова, О. С. Стаскевич // Деформация и разрушение материалов. 2018. № 7. С. 2-10.

Хлыбов А. А. Исследование влияния микронеоднородности среды на распространение поверхностных волн // Дефектоскопия. 2018. № 6. С. 3-10.

Могильнер Л. Ю. Применение цилиндрического отражателя для настройки чувствительности при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия. 2018. № 7. С. 27-36. DOI 10.1134/S0130308218070047.

Иляхинский А. В., Родюшкин В. М. Экспериментальные исследования влияния повреждаемости стали на закономерности распространения поверхностных волн // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2018. № 3. С. 36-43. DOI 10.15593/perm.mech/2018.3.04.

О возможности применения поверхностных и головных ультразвуковых волн при неразрушающем контроле качества изделий аддитивного производства / Н. П. Алешин, М. В. Григорьев, Н. А. Щипаков [и др.] // Дефектоскопия. 2017. № 12. С. 16-23.

Деренский И. Г. Применение поверхностных волн для контроля железнодорожных рельсов // Инженерный вестник Дона. 2011. № 1. С. 360-364.

Муравьева О. В., Зорин В. А. Метод многократной тени при контроле цилиндрических объектов с использованием рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 5. С. 3-9.

Дамаскин А. Л., Дымкин Г. Я., Костюк О. М. Исследования акустического тракта при эхо-импульсном контроле поверхностными волнами // Дефектоскопия. 1991. № 2. С. 26-29.

Буденков Г. А., Недзвецкая О. В. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. М.: Физматлит, 2004. 135 с.

Published

30.06.2023

How to Cite

Platunov А. В., Muravev В. В., & Muraveva О. В. (2023). Ultrasonic Thread Surface Inspection of Railroad Car Wheels and Locomotive Tires Using Rayleigh Waves. Intellekt. Sist. Proizv., 21(2), 41–48. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-41-48

Issue

Section

Articles