Ультразвуковой контроль

Существует множество  ультразвуковых дефектоскопов, такие  как УД2-12, УД2-70, УДС2-32 и д. р. На железнодорожном  транспорте имеют право использования  только те дефектоскопы, которые разрешены  в соответствующей документации.

В последнее время появилось  много современных дефектоскопов.

Встроенная в УД4-Т методика комплексного ультразвукового контроля колесных пар вагонов находит  самое широкое применение на предприятиях, занимающихся формированием, эксплуатацией  и ремонтом колесных пар, включая  УЗК в процессе восстановления изношенных элементов или их термического упрочнения.

Для контроля колесных пар  вагонов компанией "Votum" разработано  сканирующее устройство нового типа УСК-4Т. В отличие от применяемого ранее УСК-4 оно позволяет отслеживать линейное перемещение ПЭП на колесе и автоматически передавать в дефектоскоп координаты дефектных участков, что очень важно при включении в протокол томографических изображений.

УСК-4Т имеет встроенный вихретоковый датчик для выявления  заводских клеймений с целью  недопущения переброковки колес (ложной срабатывание дефектов в зоне клеймений). Благодаря встроенной многоканальной системе, УЗ и ВТ датчики работают одновременно!

При работе с дефектоскопом  Томографик 2.1 переключение режимов  контроля УСК-4Т происходит автоматически. При работе с другими дефектоскопами соответствует базовой модификации.

Специализированная методика контроля колесных пар вагонов предусматривает  контроль:

· осей типа РУ, РУ-1, РУ-1Ш;

· * ободьев цельнокатаных  колес (при помощи УСК-4);

· * приободной зоны дисков цельнокатаных  колес (при помощи УСК-4);

· * гребней цельнокатаных  колес (при помощи УСК-4 или вручную).

· Томографик 2.1 обеспечивает функциональные возможности, которые  принципиально не могут быть реализованы  другими приборами. Концепция развития Томографика 2.1 ориентирована на максимальное уменьшение роли человеческого фактора  за счет реализации таких режимов  как:

· слежение за акустоконтактом;

· * полный мониторинг ПЭП;

· * анализ затухания в  контролируемых материалах;

· * визуализация дефектов, включая  эквивалентную площадь, глубину

· залегания и ориентацию в пространстве.

В ходе сравнительных испытаний  установлено, что благодаря самотестированию, простоте настройки и автоматизации  большинства контрольных операций, УД4-Т обеспечивает повышение производительности контроля при одновременном увеличении его достоверности. создали в 1998 г. стенд AURA, представляющий собой автоматизированную систему ультразвуковой дефектоскопии колесных пар. На этом стенде проверяют обод и диск колеса на наличие поверхностных и внутренних дефектов.

В 1999 г. три стенда AURA были приняты в опытную эксплуатацию компанией Reise & Touristik, входящей в холдинг  железных дорог Германии, в депо по обслуживанию поездов ICE в Нюрнберге, а также в пассажирских вагонных депо Мюнхен-Нойаубинг и Ноймюнстер. После ее успешного завершения стенды переданы в постоянную эксплуатацию. За два года и несколько месяцев  на этих стендах первого поколения  испытано около 30 тыс. колесных пар.

Достоинства испытательных  стендов AURA

В общем виде достоинства  стендов AURA можно сформулировать следующим  образом:

· низкие затраты времени;

· автоматическая подача колесных пар;

· отсутствие необходимости  в магнитном порошке для испытаний  колесных дисков;

· простота обслуживания благодаря  ориентированному на пользователя программному обеспечению;

· удобство технического обслуживания, диагностики и ремонта благодаря  системе функционального контроля;

· возможность дистанционного диагностирования;

· непосредственное документирование результатов испытаний;

· возможность последующей  оценки результатов испытаний на базе хранящихся в запоминающем устройстве (ЗУ) изображений;

· быстрая оценка состояния  колесных пар;

· компьютерная визуализация результатов исследований;

· удобство проведения работ  по оценке состояния стенда с последующим  документированием результатов.

Испытательный стенд AURA оснащен  самой современной компьютерной техникой. Все механические, гидравлические и пневматические воздействия выполняются  в автоматическом режиме. Отображаемые результаты измерений помещаются в  ЗУ, благодаря чему возможен их последующий  анализ.

При создании автоматизированной системы AURA были использованы:

· разработки DВАG, выполненные в соответствии с детальными техническими требованиями к системе (центр TZF в Кирхмёзере);

· электронная платформа PCUS 40, разработанная в виде модульной  ультразвуковой карты, встраиваемой в  персональный компьютер (институт IZFP);

· надежные механические устройства, эксплуатируемые на испытательных  стендах DBAG;

· проверенные в течение  длительного времени разработки в области возбуждения бесконтактным  способом поляризованных поперечных волн (технология EMUS);

· опробованные новые способы  испытаний кованых деталей сложной  геометрии.

Еще на стадии выработки  концепции осуществлялось тесное взаимодействие с депо для поездов ICE в Нюрнберге.

Ультразвуковую дефектоскопию  колесных пар выполняют, используя 26 пьезоэлектрических и две электромагнитные ультразвуковые головки EMUS. Для работы пьезоэлектрических головок (MWB, SE, MB) требуется  жидкостная среда, головки EMUS работают в обычных условиях с воздушным  зазором 0,2 мм. Испытания проводят при  вертикально и наклонно установленных  головках, что обеспечивает оптимальный  охват исследуемой области.

Большое значение имеет то, что установка позволяет контролировать с помощью ультразвука колесные диски различной формы, в том  числе изогнутые. При этом не требуется  применять магнитный порошок  и удалять с колеса лакокрасочный  слой. С помощью традиционных пьезоэлектрических головок решить эту задачу не удалось, поэтому обратились к технологии EMUS. Она предусматривает применение для дефектоскопии параллельных поверхности диска поляризованных ультразвуковых волн, создаваемых электромагнитными  колебаниями. При использовании  этого метода в зоне перехода от обода колеса к диску не происходит трансформации волн, приводящей к  возникновению возмущений. Это позволяет  проводить в установленном порядке  исследования как поверхности, так и всего объема колеса.

В системе AURA использованы многоканальные электронные устройства на основе разработанной в институте IZFP электронной платформы PCUS 40 (34 активных и шесть резервных каналов), которая благодаря модульной конструкции легко может быть расширена до 64 каналов. Каждый канал позволяет выполнять четыре независимых измерения, причем предусмотрена регистрация времени и пространственных координат отклонений.

В процессе испытаний на экран монитора выводятся четыре изображения, полученные при измерениях, и результаты этих измерений, представленные в виде кривых. Изображения перед  началом измерений могут индивидуально  выбираться оператором системы на всех каналах. Окончательные результаты испытаний для обеих сторон колесного  диска отображаются в виде диаграмм.

При анализе результатов  испытаний, необходимых, например, для  настройки системы или уточнения  результатов измерений, можно с  помощью мыши и курсора отметить характерные точки полученных кривых. Кривые, построенные системой по этим точкам, отображают динамику амплитуд. Это позволяет уточнить величину полученных при измерении амплитуд и координаты дефектов. Вспомогательным  средством является боковое изображение, по которому можно определить глубину  дефекта.

Разработчики системы  ориентировались на минимальное  время испытания, которое должно составить 5 мин. При этом колесо делает два полных оборота. Помимо этого, требуется  время на подготовку (регистрацию  исходных данных, закатку колесной пары на стенд, установку магнитов в  уже определенной и воспроизводимой  начальной точке испытаний) и  завершение испытаний (подготовку и  выдачу протокола). С учетом этого  в настоящее время в течение  одного часа удается испытать пять колесных пар. Проводятся мероприятия  по увеличению производительности до 6 колесных пар в час.

Помехи, вызываемые внешними воздействиями

К внешним воздействиям при  испытаниях относятся, например, наличие  электромагнитных полей в непосредственной близости от установки или чрезмерное количество пыли в воздухе, но в первую очередь -- загрязнение передающей среды: например, наличие ржавчины или воды в подводимом сжатом воздухе или загрязнение воды как передающей среды в случае использования пьезоэлектрических испытательных головок. В депо Нюрнберг потребовалось построить дополнительную установку для осушки и фильтрации сжатого воздуха. Система оборотного водоснабжения была заменена устройством подачи свежей воды.

Помехи, обусловленные объектами  испытаний

Причины помех этого вида, являющиеся основными, могут быть установлены  практически очень быстро. Они, как  правило, возникают вследствие геометрических отклонений (нарушения допусков) или  дефектов изготовления, например наличия  выступов и рисок, образующихся на диске  при обработке, или отпечатков, остающихся в области бандажа после испытаний  на твердость. Дополнительные сложности  вносит различие форм дисков (прямые, волнистые).

Указанные помехи классифицированы, т. е. имеют стандартные определения. Они отображаются на мониторе оператора  в окне для комментариев. У некоторых  забракованных колесных пар, например с геометрическими отклонениями, дефекты могут быть устранены  дополнительной обработкой. Специальные  дополнительные испытания таких  колесных пар проводят вне стенда, после чего их рассматривают как  пригодные к эксплуатации.

С момента ввода системы  в работу операторы накопили опыт, необходимый для обработки и  оценки результатов испытаний. С  системой высокого технического уровня должны работать хорошо обученные специалисты.

Внутренние помехи

Под внутренними понимают помехи, создаваемые механическими  и электрическими устройствами самой  системы. Они могут быть вызваны  работой недостаточно точно настроенных  компонентов, например импульсных датчиков, или механических устройств, имеющих  повышенный износ (например, привода  колесной пары), а также выходом  из строя пружин измерительных головок. Отказы по вине электронных устройств стенда происходят крайне редко.

Надежность испытаний

Для подтверждения работоспособности  испытательной системы при каждой смене оператора (минимум один раз  в сутки) проводят испытания эталонного колеса с моделированными дефектами. Получаемый протокол сопоставляют с  эталонным, фиксируя имеющиеся отклонения.

Для обеспечения бесперебойной  работы системы AURA заключен договор  на ее обслуживание с институтом IZFP, который, в частности, предусматривает  техническое обслуживание ее компонентов  со следующей периодичностью:

· механической части (модуля 200) -- через каждые полгода;

· блока датчиков (модуля 300) -- через каждый квартал;

· блока испытательных  головок (модуля 400) -- через каждый квартал.

Новые требования к системе

Для того чтобы расширить  зону применения системы AURA на подвижной  состав компаний DB Regio и DB Cargo, входящих в холдинг DBAG (депо на станциях Делич, Виттенберге и Падерборн), систему AURA модернизировали. Программа модернизации включала:

· удвоение числа испытательных  головок и измерительных каналов  для уменьшения длительности цикла  до 3,5 мин (за счет отказа от поворота блока  датчиков на 180°);

· обеспечение автоматического  поперечного перемещения головок EMUS и выбора рабочей частоты для  испытаний дисков с различной  кривизной;

· оснащение стенда вихретоковым модулем для обнаружения дефектов под поверхностью катания;

По сравнению с примененными в первой версии системы изнашивающиеся подошвы испытательных головок уменьшены, а размеры блока изменены таким образом, что на нем помещаются 60 датчиков (рис. 3), в том числе вихретоковые.

Для испытания сплошных осей колесных пар система AURA дополнена  ультразвуковым устройством с групповым  излучателем Saphir (модуль 2), которое  поставила фирма Siemens NDT. Это устройство позволяет выявлять поперечные трещины  на поверхности оси, особенно в недоступных  местах (зоны напрессовки тормозных  дисков).

Модуль 2 расположен непосредственно  за модулем 1; управляющие компьютеры обоих модулей соединены между  собой. Вращение колесной пары в модуле 2 обеспечивается с помощью роликов.

Рис. 7. Схема испытания  сплошных осей:

1 -- шейка оси; 2 -- подступичная  часть; 3 -- испытательные головки; 4 -- зона посадки тормозного диска; F0 - F4 -- наиболее опасные зоны, проверяемые  в ходе испытаний

Рис. 8. Схема испытания  полых осей:

1 -- направляющий центр; 2 -- датчик перемещений; 3 -- система  датчиков; 4 -- испытательная головка; 5 -- привод; 6 -- кабель

Испытательные головки с  групповым излучателем располагают  на проверяемой сплошной оси колесной пары с помощью манипуляторов, которые  смонтированы на портале и могут  перемещаться в горизонтальном направлении. Концепцию испытаний сплошных осей схематически поясняет рис. 4. Полые  оси проверяют изнутри через  центральный канал (рис. 5).