CC BY
1237
Общетехнические и социальные проблемы
201
УДК 620.19
С. А. Рождественский
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ
Выполнен анализ применяемых средств контроля и технологической документации на ультразвуковой контроль элементов стрелочных переводов. Приведены результаты исследований по обоснованию схем прозвучивания и уровней чувствительности контроля, а также основные положения разработанных автором технологической инструкции по контролю сварных швов крестовин проекта 2750 и правил контроля элементов стрелочных переводов.
контроль ультразвуковой, сварной шов, крестовина, остряковый рельс, рамный рельс, усовик, сердечник, стрелочный перевод.
1 Состояние неразрушающего контроля элементов стрелочных переводов
Анализ статистики обнаружения дефектов стрелочных переводов, проведенный по сети железных дорог ОАО РЖД, показал, что наибольшее число дефектов выявляется в сердечниках крестовин стрелочных переводов. Распределение дефектов по элементам стрелочных переводов приведено на рисунке 1.
Рис. 1. Распределение дефектов в стрелочных переводах по местам их образования
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
ОЕщетехнические и социальные проблемы
В соответствии с НТД/ЦП-1 -93 [1] и дополнением к НТД/ЦП-1-93 [2] дефекты в стрелочных переводах, подлежащие выявлению, классифицируются по месту образования: в рамных рельсах (ДР); в остряках (ДО); в соединительных путях (имеют тот же характер, что и в рельсах нормального профиля); в сердечниках цельнолитых крестовин (ДС, ДУ); в цельнолитых сердечниках крестовин с привариваемыми рельсовыми окончаниями; в усовиках и сердечниках стрелочных переводов с непрерывной поверхностью катания (ДУН, ДСН).
В настоящее время неразрушающий контроль элементов стрелочных переводов проводится с применением съемных дефектоскопов для сплошного контроля рельсов («Поиск-2», «Поиск-103», «Авикон-01», «Авикон-11», РДМ-2, РДМ-22, АДС-02), дефектоскопных средств для вторичного контроля рельсов (РДМ-3, РДМ-1, РДМ-1М1, «Рельс-6», АКР-1224), дефектоскопов для контроля сварных стыков («Рельс-6», РДМ-3, РДМ-33, «Пеленг УД2-102», «Авикон-02Р») и мобильных средств сплошного контроля рельсов (АМД-1, АМД-3, АГМс-Д, АС-5Д, АД3, МТКП, ЛДМ, СПС, УЗВД, СВД («Вигор»), СВД («Радиоавионика»), СВД («Твема»), МВД).
Из перечисленных наиболее эффективными средствами для контроля элементов стрелочных переводов являются съемные дефектоскопные тележки, дефектоскопы для ручного контроля, а также средства вторичного контроля рельсов. Однако положение с контролем осложняют следующие обстоятельства:
в холодное время года затруднен контроль элементов стрелочных переводов дефектоскопами для вторичного контроля и дефектоскопами для контроля сварных стыков;
большая трудоемкость контроля, ввиду чего требуется корректировка норм на контроль;
отсутствие утвержденных правил контроля и технологических инструкций на контроль элементов стрелочных переводов имеющимися дефектоскопическими средствами.
За 2000-2005 годы парк эксплуатируемых средств диагностики обновился более чем на 60%, в том числе вагонов-дефектоскопов - на 52%, съемных дефектоскопов - на 66%, что позволило довести эффективность средств дефектоскопии до 99,92%.
Однако параллельное обновление нормативно-технической документации, регламентирующей работу средств НК рельсов, шло гораздо медленнее.
В частности, в основном документе - Приказе №2ЦЗ:
не регламентирована работа большого числа современных дефектоскопических средств;
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
203
месячные нормы проверки приведены для старых и почти не используемых сейчас средств контроля;
большое количество вопросов вызывает методика расчета периодичности контроля.
Документы, регламентирующие общую технологию контроля, отсутствуют или требуют переработки, например, Правила контроля стрелочных переводов отсутствуют.
В связи с этим была сформулирована задача разработать технологию контроля элементов стрелочных переводов.
2 Исследования по обоснованию методик контроля
Как было показано выше, одним из элементов стрелочного перевода, в котором наиболее часто выявляются дефекты, является сердечник. Среди прочих на сети железных дорог с 1998 года широко применяются стрелочные переводы проекта 2750, имеющие сварную крестовину из нелитой и литой частей (рис. 2).
Выпуск крестовин данного проекта был начат Новосибирским стрелочным заводом в 1998 году. В настоящее время крестовины изготавливаются и на Муромском стрелочном заводе. Всего было выпущено и уложено в путь более 2000 крестовин.
Крестовина данного стрелочного перевода имеет ряд особенностей, которые необходимо принимать во внимание при ультразвуковом контроле (УЗК). Так, крестовина имеет трехслойную структуру, что обусловлено химическим составом свариваемых материалов. Рельсовые окончания свариваются между собой продольным сварным швом в зоне головки и подошвы, затем выполняется приварка сваренных между собой рельсовых окончаний к литой части сердечника из высокомарганцовистой стали через вставку из хромоникелевой стали.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
ООбщетехнические и социальные проблемы
Рис. 2. Строение сварного сердечника крестовины проекта 2750
По причине отсутствия методики контроля сварных швов крестовин стрелочных переводов проекта 2750 и для своевременного выявления дефектов, а также повышения безопасности движения поездов в рамках плана НТР ОАО РЖД было принято решение о разработке «Технологической инструкции по неразрушающему контролю сварных швов крестовин проекта 2750 в условиях их эксплуатации».
Для обоснования исходных требований к инструкции был проведен анализ дефектов, возникающих в сварных швах приварки рельсовых окончаний к сердечнику, а также исследованы акустические характеристики металлов, составляющих сварной шов сердечника крестовины.
На основе информации, полученной с четырех железных дорог, были построены распределения дефектов в сварных стыках крестовин стрелочных переводов проекта 2750 по пропущенному тоннажу и по расположению в зонах сечения рельса (рис. 3, 4).
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
205
Рис. 3. Выход дефектов по пропущенному тоннажу
Рис. 4. Распределение дефектов по сечению рельса
Проведенный анализ дефектов, возникающих в сварных швах крестовин данного проекта, показал следующее.
Основным типом дефектов в
поперечном сварном шве является выходящая на поверхность
вертикальная трещина, расположенная в месте приварки рельсовых окончаний и хромоникелевой вставки (рис. 5).
В примыкающем к поперечному сварному шву продольном шве свариваемых вместе рельсовых
окончаний, помимо технологического непровара, имеются также
Рис. 5. Трещина в поперечном сварном шве
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
ООбщетехнические и социальные проблемы недопустимые непровары.
Исследования акустических свойств металлов, составляющих данные сварные швы, проводились в целях обоснования основных параметров методики контроля сварных швов крестовины. Для этого из части головки сердечника крестовины был изготовлен образец, содержащий как поперечный, так и продольный сварной швов (рис. 6).
Рис. 6. Образец для измерения акустических свойств металлов, составляющих сварной шов сердечника крестовины
В данном образце было проведено исследование зависимости скорости и затухания ультразвука от размещения пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) относительно сварных швов.
Полученные результаты позволяют сформулировать следующее: на границе поперечного сварного шва наблюдается скачкообразное изменение скорости ультразвуковых колебаний. Данное изменение скорости носит локальный характер и не влияет на достоверность результатов контроля. Полученные зависимости затухания ультразвука на различных участках сварного шва (рис. 7, где U1 и U2 - соответственно амплитуда первого и второго донного сигнала) демонстрируют значительное увеличение затухания ультразвука в зоне поперечного сварного шва и в литой части образца, что показывает необходимость проводить УЗК поперечного сварного шва со стороны приваренных рельсовых окончаний.
При разработке Технологической инструкции предусматривалась возможность ее применения с использованием имеющихся средств контроля.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
207
Рис. 7. Зависимость затухания ультразвука в образце
3 Разработанные нормативные документы
С учетом перечисленных выше требований была разработана «Технологическая инструкция по неразрушающему контролю сварных швов крестовин проекта 2750 в условиях их эксплуатации» [3].
Контроль по данной Технологической инструкции производится в два этапа:
1) визуальный контроль для выявления поверхностных дефектов в сварных швах приварки крестовин стрелочного перевода типа продольных трещин на поверхности катания головки, а также поперечных трещин в головке, шейке и подошве;
2) УЗК для выявления внутренних и выходящих на поверхность дефектов в сварных швах крестовин стрелочного перевода типа трещин, непроваров, газовых раковин и неметаллических включений, а также дефектов типа поперечных трещин в головке, шейке и подошве, кроме ее перьев.
При проведении визуального контроля поперечного сварного шва необходимо принимать во внимание, что контролируемый шов состоит из металлов с различными магнитными свойствами, ввиду чего на границе металлов возможно скопление металлической пыли, визуально похожее на трещину.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
ООбЩетехнические и социальные проблемы
УЗК продольного шва и поперечного сварного шва выполняется только с поверхности катания и с боковых поверхностей рельсовых окончаний в четыре этапа:
1) контроль с поверхности катания эхо-методом продольного шва в головке рельса ПЭП с углом ввода луча а = 50°, Ку = 16 дБ;
2) контроль с поверхности катания эхо-методом поперечного шва в области головки рельса, шейки рельса и ее проекции в подошву рельса ПЭП с углом ввода луча а = 50°, Ку =24 дБ;
3) контроль с боковых поверхностей головки поперечного шва эхометодом с боковых граней головки ПЭП с углом ввода луча а = 50°, Ку = = 24 дБ;
4) контроль с поверхности катания зеркальным методом поперечного шва в области шейки рельса и ее проекций в подошву и головку рельса двумя ПЭП с углом ввода луча а = 45°, включенными по раздельной схеме, Ку = 16 дБ.
Время контроля 25-30 минут. Контроль проводится при температуре окружающего воздуха не менее 5°С.
Признаками обнаружения дефекта являются:
при визуальном контроле - следы трещины;
при УЗК эхо-методом - наличие в стробе зоны контроля сигнала, вызывающего срабатывание индикатора;
при УЗК зеркальным методом - появление сигнала в зоне h ~ 180 мм.
В зависимости от результатов контроля принимается решение:
1) обнаружены внутренние дефекты в продольном сварном шве -крестовина относится к дефектной, за ней устанавливается усиленное визуальное наблюдение;
2) визуально обнаружено наличие трещины в продольном сварном соединении - крестовина считается остродефектной и подлежит немедленной замене. К остро дефектным относят также крестовину, в которой при визуальном или ультразвуковом контроле обнаружен дефект в поперечном шве.
Крестовина проекта 2750 является одним из элементов стрелочного перевода. Кроме нее контролю подлежат рамные рельсы и соединительные рельсы, усовики, остряки.
Общие правила контроля элементов стрелочного перевода [4] также разработаны на основе дополнительных опытных исследований и анализа опыта контроля пути. Данные правила распространяются на УЗК элементов стрелочных переводов в пути однониточным многоканальным дефектоскопом.
УЗК подлежат (рис. 8):
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
209
а) рамные рельсы и соединительные рельсы;
б) усовики - только в рельсовой части переднего вылета крестовины до начала литого сердечника;
в) остряки - от корня до места, где плоский кант головки не менее 18 мм и параллелен подошве. Высокая корневая часть остряка, в пределах от выпрессовки и до его ближнего конца, проверяется согласно технологии контроля зоны болтовых стыков рельсов используемым типом дефектоскопа. Средняя корневая часть остряка, расположенная между выпрессовкой и сечением, где ширина плоского наката не менее 18 мм, контролируется всеми каналами эхо-метода и зеркально-теневого метода (ЗТМ). При этом следует настроить зону контроля канала ЗТМ РС-ПЭП на высоту контролируемой части остряка.
Рис. 8. Одиночный обыкновенный стрелочный перевод (участки, подлежащие УЗК, отмечены пунктиром)
УЗК элементов стрелочных переводов с непрерывной поверхностью катания (СПНПК) (рис. 9) и сечений остряков, не описанный выше, осуществляют путем прозвучивания зоны головки, устанавливая ручной ПЭП П121-2,5-70 перпендикулярно поперечному сечению остряка и перемещая в направлении от корня к острию с систематическим разворотом в обе стороны на 15...250.
УЗК рельсов сердечника СПНПК в зонах от первых болтовых отверстий до сечения, площадь поверхности катания в котором становится меньше площади контактной поверхности призмы ПЭП, и контроль остряков рельсов в зонах над креплением тяг осуществляется при установке ручного ПЭП П121-2,5-70 в центре поверхности катания.
Контроль острия рельсов сердечника СПНПК в зонах острия до сечения, в котором площадь поверхности катания становится равной
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Об0щетехнические и социальные проблемы
площади контактной поверхности призмы ПЭП, и контроль остряков рельсов в зоне от острия до первой стрелочной тяги осуществляется при установке ручного ПЭП П121-2,5-70 на боковую грань острия параллельно образующей.
Рис. 9. Крестовина с подвижным сердечником, собранным из остряковых рельсов (участки, подлежащие контролю, отмечены штриховкой):
1 - литая часть усовиков; 2 - длинный рельс сердечника;
3 - короткий рельс сердечника
Основные параметры контроля представлены в таблице.
ТАБЛИЦА. Основные параметры УЗК элементов стрелочных переводов
Угол ввода а, град Мертвая зона М, мм Условная чувствительность Ку, дБ
0 <6 16
70 <3 16
45 - 18
55 (58) <8 16
Заключение
Разработанная по результатам проведенных исследований «Технологическая инструкция по неразрушающему контролю сварных швов крестовин проекта 2750 в условиях их эксплуатации. ТИ 07-47.2005» утверждена, а «Правила контроля элементов стрелочного перевода» готовятся к утверждению в ОАО РЖД. Их применение на сети дорог позволит повысить безопасность движения поездов.
Библиографический список
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
211
1. НТД/ЦП 1-2-3-93 Классификация дефектов рельсов. Каталог дефектов рельсов. Признаки дефектных и остродефектных рельсов. - М. : Транспорт, 1993. - 64 с.
2. Дополнение к НТД/ЦП 1-2-3 -93. Классификация дефектов и повреждений элементов и повреждений стрелочных переводов. Каталог дефектов и повреждений элементов стрелочных переводов. Признаки дефектных и остродефектных элементов стрелочных переводов. - М. : Транспорт, 1993. - 64 с.
3. Технологическая инструкция по неразрушающему контролю сварных швов крестовин проекта 2750 в условиях их эксплуатации. ТИ 07.47-2005. - М. : Департамент пути и сооружений ОАО РЖД, 2006. - 24 с.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
