Применение поверхностных ультразвуковых волн для обнаружения контактно-усталостных трещин в поверхности катания

Алексей Леонидович Бобров; Кирилл Игоревич Гончаров

doi:10.22213/2413-1172-2024-3-62-69

Авторы

А. Л. Бобров Сибирский государственный университет путей сообщения
К. И. Гончаров Сибирский государственный университет путей сообщения

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-3-62-69

Ключевые слова:

чувствительность контроля, усталостные трещины, ультразвуковой контроль, поверхностные волны

Аннотация

Целостность и долговечность рельсов играет ключевую роль в безопасности движения поездов. Однако постоянное взаимодействие поверхности головки рельса с колесами подвижного состава приводит к высокой повреждаемости этих участков, особенно поверхности головки рельса, в которой развиваются усталостные трещины на поверхности с последующим развитием. Своевременное обнаружение усталостных трещин в поверхности катания возможно ультразвуковым методом с использованием поверхностных волн. Исследована чувствительность поверхностной ультразвуковой волны к препятствиям в поверхности рельсов в виде протяженных пазов, зарубок конечной протяженности и известной глубины, а также реальных трещин. Исследования проводились эхоимпульсным методом на частотах 1,25; 1,8; 2,5 и 4 МГц. Исследования показали, что поверхностные волны чувствительны к поверхностным усталостным трещинам, а амплитуда отраженных импульсов зависит от длины волны и глубины распространения трещин. Также исследовано влияние расстояния до усталостных трещин, угла ориентации преобразователя относительно оси рельса на чувствительность поверхностной волны к этим дефектам. Полученные результаты позволяют сделать выводы, что использование поверхностных ультразвуковых волн позволяет обнаруживать усталостные трещины в поверхности рельса, однако на определение их глубины по амплитуде влияет много факторов, учет которых в реальных условиях затруднителен. Таким образом, использование эхоимпульсного метода и преобразователей поверхностных волн позволяет находить контактно-усталостные трещины в головке рельсов, что может быть использовано для их своевременного устранения.

Биографии авторов

А. Л. Бобров, Сибирский государственный университет путей сообщения

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры физики, электротехники, диагностики и управления в технических системах

К. И. Гончаров, Сибирский государственный университет путей сообщения

аспирант

Библиографические ссылки

Акустические волны в материалах и элементах конструкций с дефектами, неоднородностями и микроструктурой : монография / М. С. Аносов, А. М. Антонов, А. В. Бочкарев [и др.]. Нижний Новгород : Нижегородский государственный технический ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2021. 311 с.

Глухов А. А., Сторожев В. И. Анализ модели распространения поверхностных рэлеевских волн в функционально-градиентном ортотропном полупространстве с приграничной локализованной зоной неоднородности // Журнал теоретической и прикладной механики. 2023. № 2 (83). С. 26-38. DOI: 10:24412/0136-4545-2023-2-26-38

Косачёв В. В., Гандурин Ю. Н., Муравьёв С. Е. Неразрушающий контроль параметров шероховатости и нарушенного слоя свободной поверхности анизотропного твердого тела на основе поверхностных акустических волн // Физика твердого тела. 2012. Т. 54, № 10. С. 1983-1987. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783412100198

Перелыгина А. Ю., Конюхов В. Ю., Балановский А. Е. Исследование распространения трещины в поверхностном белом слое рельсовой стали // Вестник Донского государственного технического университета. 2020. Т. 20, № 2. С. 125-136. DOI: 10.23947/1992-5980-2020-20-2-125-136

Шелухин А. А. Оценка реальной чувствительности приемочного ультразвукового контроля рельсов // Дефектоскопия. 2020. № 11. С. 17-27. DOI: 10.31857/S0130308220110020

Статистическая модель оценки надежности систем неразрушающего контроля на основе решения обратных задач / А. Е. Александров, С. П. Борисов, Л. В. Бунина [и др.].Russian Technological Journal, 2023, vol. 11, no. 3, pp. 56-69. DOI: 10.32362/2500-316X-2023-11-3-56-69

Kou L. (2022) A Review of Research on Detection and Evaluation of the Rail Surface Defects. Acta Polytechnica Hungarica, vol. 19, no. 3, pp. 167-186. DOI: 10.12700/APH.19.3.2022.3.14

Mićić M., Brajović L., Lazarević L., Popović Z. (2023) Inspection of RCF rail defects - Review of NDT methods. Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 182. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.109568 (accessed: 06.06.2024).

Бояркин Е. В., Пичугина А. А., Черкашина А. Г. Особенности выявления дефектов в головке рельса волнами Рэлея // Фундаментальные и прикладные вопросы транспорта. 2024. № 1 (12). С. 5-11. DOI: 10.52170/2712-9195_2024_1_5

Palmer S., Dixon S., Edwards R., Jian X. (2015) Transverse and longitudinal crack detection in the head of rail tracks using Rayleigh wave-like wideband guided ultrasonic waves: Proc. of SPIE - The International Society for Optical Engineering, vol. 5767, pp. 70-73.

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

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

Murav’ev V.V. Len’kov S.V., Tapkov K.A. (2019) In-production nondestructive testing of internal stresses in rails using acoustoelasticity method.Russian Journal of Nondestructive Testing, vol. 55, no. 1, pp. 8-14. DOI: https://doi.org/10.1134/S1061830919010078

Муравьев В. В., Тапков К. А. Оценка остаточных напряжений в дифференцированно термоупрочненных рельсов акустическим методом : монография. Ижевск : Изд-во УИР ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2023. 156 с.

Марков А. А., Иванов Г. А. Исследование способа обнаружения продольных трещин в головке рельса // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2019. Т. 22, № 4. С. 46-56. DOI: 10.22213/2413-1172-2019-4-46-56

Возможности ручного вихретокового контроля для измерения глубины контактно-усталостных трещин поверхности катания рельсов / С. П. Шляхтенков, Д. Б. Некрасов, С. В. Палагин [и др.] // Дефектоскопия. 2023. № 4. С. 37-45. DOI: 10.31857/S0130308223040036

Изучение механизмов питтинга, споллинга и других контактно-усталостных дефектов в рельсах. Часть 5. Классификация контактно-усталостных повреждений железнодорожных рельсов / В. Н. Цвигун, Е. А. Шур, С. В. Коновалов [и др.] // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2015. № 35. С. 147-173.

Кузнецова Н. В.Статистический анализ изъятий рельсов с контактно усталостными видами дефектов // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2021. Т. 17, № 17. С. 41-47.

Оценка организационно-технологической надежности производственного процесса шлифования рельсов на основе имитационного моделирования / А. С. Ильиных, В. А. Аксёнов, Е. О. Юркова, А. В. Матафонов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2019. № 4 (51). С. 40-45.

Образование дефектов контактно-усталостного характера на внутренних нитях кривых малого и среднего радиусов / В. С. Коссов, О. Г. Краснов, М. Г. Акашев, Н. М. Никонова // Путь и путевое хозяйство. 2023. № 7. С. 13-18.