Измерения и неразрушающий контроль на железнодорожном транспорте
Современные технологические процессы изготовления продукции машиВнностроения во многих случаях сопровождаются промежуточным контролем каВнчества изделий. В связи с этим важное значение приобретают неразрушающие методы контроля качества, которые позволяют не только обнаруживать дефекВнты на поверхности или в толще изделия, но и определять их форму и размеры, а также пространственное положение. Каждый из этих методов обладает опредеВнленными преимуществами, что позволяет с большей точностью выявлять те или иные типы дефектов.
Процессы образования и роста дефектов ставят под угрозу возможность безаварийной эксплуатации подвижного состава. Обеспечение безопасности движения за счет своевременного обнаружения заводских и усталостных деВнфектов в ответственных элементах пути и подвижного состава приносит огромВнный экономический эффект и служит сохранению человеческих жизней. РешеВнние этой проблемы достигается современными физическими методами неразрушающего контроля.
В настоящее время неразрушающий контроль представляет собой самоВнстоятельную интенсивно развивающуюся на стыке физического материаловеВндения и технологии отрасль науки и техники, которая находит широкое примеВннение в различных сферах производства и особенно на транспорте.
Практика показывает, что правильная организация контроля, а также умелое использование того или иного метода контроля, разумное сочетание этих методов позволяют с большой надежностью оценить наличие дефектов контролируемых изделий.
I. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ
1.1. Краткие теоретические сведения
1.1.1. Физические основы
Ультразвуковые колебания являются одним из многочисленных примеВнров колебаний, имеющих место в природе (морские волны, ветровые импульсы и т. д.) и возникающих под действием одного или, что гораздо чаще, нескольВнких непрерывно действующих импульсов.
Ультразвуковые волны получили широкое применение в народном хоВнзяйстве, в механических, физических, химических процессах, в медицине. Ультразвуковые колебания широко применяются для контроля качества матеВнриала, сварных соединений и др. Дл
я этих целей пьезоэлектрическим преобраВнзователем возбуждаются ультразвуковые колебания. Возбуждение их происхоВндит в результате так называемого пьезоэффекта - электрические колебания, поВнданные на пластину, преобразуются в механические. Это имеет место в пластиВннах из кварца, титаната бария и других материалов вследствие перестройки в них положения кристаллов, оси которых под действием проходящего тока поВнворачиваются в металле, и в результате этого поворота изменяется и суммарная длина пластины. Эти удлинения, следующие непрерывно друг за другом, созВндают волну.
Частота колебаний, возбуждаемая ультразвуком, может варьироваться в широких пределах - от 0,5 - 1,0 Гц до 20 МГц.
Между изделием и ультразвуковым преобразователем акустический контакт создают путем введения слоя воды или незамерзающей магнитной жидкости. Если акустический контакт невозможен, то применяют бесконтактный ввод ультразвуковых колебаний с помощью электромагнитных акустических преобразователей (ЭМА), чувствительность которых ниже, чем у пьезоэлектрических.
Волны передают механическую энергию, а скорость их перемещения определяется лишь свойствами колеблющейся среды:
(1.1)
где 
- длина волны;
- частота.
Приближенно скорость распространения продольной волны определяется по формуле:
(1.2)
где Е - модуль упругости;
ртАФплотность среды, подверженной колебаниям.
Скорость распространения поперечной волны определяется по формуле:
(1.3)
где G- модуль поперечной упругости, 
-коэффициент поперечного сокращения Пуассона, для стали - 0,3.
1.1.2. Аппаратура ультразвукового (УЗ) контроля
Процессы преобразования энергии УЗ-колебаний происходят в трех тракВнтах дефектоскопа:
- электроакустический тракт, где электрические колебания преобВнразуются в ультразвуковые и обратно, состоит из пьезопреобразователей, демпферов, переходных и контактных слоев, электрических колебательных контуров генератора;
- электрический тракт состоит из генератора, усилителя и определяет амплитуду зондирующего импульса;
- акустический тракт определяет путь от излучателя до отражателя в металле и обратно - от отражателя до приемника.
Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения УЗ-колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефекВнтов. Аппаратура УЗ-контроля включает в себя пьезопреобразователь, электронВнный блок и вспомогательные устройства.
Основной частью пьезопреобразователя является пьезоэлемент, например пластина кварца или титаната бария в виде диска толщиной, равной половине длины волны ультракоротких (УК) колебаний. Преобразователи разделяются на прямые (вводят продольную волну перпендикулярно контролируемой поверхВнности); наклонные (вводят поперечную волну под углом к поверхности); разВндельно-смещенные (вводят продольную волну под углом 5 - 10В° к плоскости, перпендикулярной поверхности ввода).
Прямой УЗ-преобразователь состоит из корпуса, пьезопластины, окруженной с одной стороны демпфером, сокращающим длительность своВнбодных колебаний, а с другой - защитным донышком , предохраняющим ее от механических повреждений.
Наклонный преобразователь имеет пьезопластину , приклеВненную к призмам из полимеров (оргстекло, полистирол и др.). Малая скорость распространения волн в полимерах позволяет при малых углах падения волн на объект вводить поперечные волны под большим углом. Когда ультразвуковой импульс достигает противоположной стороны образца, он отражается от нее и продолжает зигзагообразный путь между двумя поверхностями.
Вместе с этим смотрят:
Автоматизированная система оперативного управления перевозками
Автоматика и автоматизация на железнодорожном транспорте
Автомобильные дизельные топлива
Автомобильные эксплуатационные материалы
Автомобильный кран