[go: up one dir, main page]

RU2834598C1 - Rail ultrasonic inspection method - Google Patents

Rail ultrasonic inspection method Download PDF

Info

Publication number
RU2834598C1
RU2834598C1 RU2024128007A RU2024128007A RU2834598C1 RU 2834598 C1 RU2834598 C1 RU 2834598C1 RU 2024128007 A RU2024128007 A RU 2024128007A RU 2024128007 A RU2024128007 A RU 2024128007A RU 2834598 C1 RU2834598 C1 RU 2834598C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
amplitude
signal
ultrasonic
scanning
Prior art date
Application number
RU2024128007A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Тарабрин
Евгений Владимирович Юрченко
Сергей Антонович Одынец
Олег Николаевич Кисляковский
Ольга Евгеньевна Чистякова
Константин Романович Овсеенко
Original Assignee
Акционерное общество "Фирма ТВЕМА"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Фирма ТВЕМА" filed Critical Акционерное общество "Фирма ТВЕМА"
Application granted granted Critical
Publication of RU2834598C1 publication Critical patent/RU2834598C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring.
SUBSTANCE: invention can be used for ultrasonic inspection of rails. An ultrasonic transducer (UST) is placed in a given scanning zone and control operations are carried out, including probing with ultrasonic frequency pulses, recording of reflected signals by means of flaw detector with provision of their visualization in the form of amplitude-time scanning. A time zone corresponding to a given scanning zone is selected on the sweep, the aperture of which is selected from the condition that the probing pulse does not enter it, a signal utility criterion is set, and reflected signals recorded in this time zone are analysed. UST is moved in scanning zone and control operations are repeated. In the allocated time zone, the arithmetic mean value of the amplitudes of the received signals is determined through a step specified by the flaw detector, amplitude N of which is in the range satisfying the condition N ≤ N1 – N2, where N1 is the dynamic range of signals displayed on the flaw detector screen, N2 is the criterion for qualifying the signal as useful. Signal usefulness criterion is exceeding of its amplitude of this arithmetic mean value by N2 ≥ 12 dB. Each signal, the amplitude of which exceeds the obtained arithmetic mean value by the value N2 ≥ 12 dB, in a given scanning area is formed as a result of accumulation due to additional summation of signals taking into account time shift of signals relative to each other, corresponding to movement of UST during scanning, in n scanning cycles, in which the amplitude of the received signals exceeds the level of -6 dB within the boundaries of the main lobe of the beam pattern of the UST. Wherein n = m, where m is the number of maxima of these signals.
EFFECT: providing the possibility of increasing the reliability of ultrasonic testing of rails.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля рельсов и может использоваться при ультразвуковой дефектоскопии рельсов железнодорожной инфраструктуры и метрополитена.The invention relates to the field of non-destructive ultrasonic testing of rails and can be used in ultrasonic flaw detection of rails of railway infrastructure and subway systems.

Одним из актуальных вопросов в области сплошного ультразвукового контроля рельсов является проблема выделения на ультразвуковой дефектограмме полезного сигнала на фоне шумов и помех.One of the pressing issues in the field of continuous ultrasonic testing of rails is the problem of identifying a useful signal on an ultrasonic defectogram against a background of noise and interference.

Известные способы ультразвукового контроля рельсов в подавляющем большинстве основаны на измерении амплитуды принятого сигнала от дефекта или искусственного отражателя и последующем измерении уровня шума на бездефектном участке рельса. После набора статистических данных делают вывод о том, что при выявлении отражателя (дефекта или конструктивного элемента) определенных размеров будет обеспечиваться необходимое соотношение сигнал/шум с заданной вероятностью. При этом для задания браковочной чувствительности получают принятый сигнал от контрольного отражателя, а признаком обнаружения дефекта является получение принятого сигнала с амплитудой, превышающей заданный уровень, являющийся браковочным (Межгосударственный стандарт ГОСТ 18576-96. «Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые». Издательство стандартов. М., 2001). Однако диапазон видимых сигналов, находящихся ниже стандартного уровня (половины высоты экрана дефектоскопа), зрительно ограничен, а добавление усиления (повышение чувствительности) в целях обнаружения дефектов на ранней стадии развития (малых размеров) не дает результата, поскольку помимо полезных сигналов возрастает и амплитуда шумовых сигналов, что с большой долей вероятности может привести к ложной браковке.The known methods of ultrasonic testing of rails are overwhelmingly based on measuring the amplitude of the received signal from a defect or artificial reflector and then measuring the noise level on a defect-free section of the rail. After collecting statistical data, a conclusion is made that upon detection of a reflector (defect or structural element) of certain dimensions, the required signal/noise ratio with a given probability will be ensured. In this case, to set the rejection sensitivity, a received signal is received from the control reflector, and a sign of detection of a defect is the receipt of a received signal with an amplitude exceeding a given level, which is the rejection level (Interstate standard GOST 18576-96. "Non-destructive testing. Railway rails. Ultrasonic methods". Publishing house of standards. Moscow, 2001). However, the range of visible signals below the standard level (half the height of the flaw detector screen) is visually limited, and adding gain (increasing sensitivity) to detect defects at an early stage of development (small sizes) does not produce results, since in addition to useful signals, the amplitude of noise signals also increases, which with a high degree of probability can lead to false rejection.

Известен, например, способ ультразвукового контроля рельсов, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию принятых сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны (зоны селекции), апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала в виде строб-импульса, уровень которого соответствует заданной чувствительности контроля, и анализ зарегистрированных в этой временной зоне принятых сигналов, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля (А.А. Марков, Д.А. Шпагин. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов. Учебное пособие. «Образование-культура», Санкт-Петербург, 2008, с. 51-53, 88-100). В этом способе для задания критерия полезности сигнала используют строб-импульс в соответствии с заданной чувствительностью контроля, при которой может быть выявлен минимальный дефект. При этом дефектоскоп идентифицирует принятый сигнал как полезный, когда он попадает в выделенную временную зону и его уровень превышает уровень строб-импульса.For example, a method of ultrasonic testing of rails is known, in which an ultrasonic transducer is placed in a given scanning zone and testing operations are carried out, including probing with ultrasonic frequency pulses, recording of received signals by means of a flaw detector with provision of their visualization in the form of an amplitude-time sweep, allocation of a time zone (selection zone) corresponding to the given scanning zone, the aperture of which is selected from the condition of non-inclusion of the probing pulse in it, setting the criterion of the signal usefulness in the form of a strobe pulse, the level of which corresponds to the given sensitivity of testing, and analysis of the received signals recorded in this time zone, moving the ultrasonic transducer in the scanning zone and repeating the testing operations (A.A. Markov, D.A. Shpagin. Ultrasonic flaw detection of rails. Study guide. "Education-culture", St. Petersburg, 2008, pp. 51-53, 88-100). In this method, a strobe pulse is used to set the signal usefulness criterion in accordance with the specified control sensitivity at which a minimal defect can be detected. In this case, the flaw detector identifies the received signal as useful when it falls within the allocated time zone and its level exceeds the strobe pulse level.

Однако такой способ не дает достаточно достоверных результатов, что связано с зависимостью результатов контроля от качества акустического контакта ультразвукового преобразователя с контролируемым объектом и влиянием субъективных факторов, например, некорректной настройки чувствительности. Этот недостаток способа особенно проявляется при сплошном контроле рельсов на больших скоростях. Потеря акустического контакта при этом неизбежна, а существенное падение уровня отраженных сигналов приводит к пропуску дефектов в рельсе. Возможна и иная ситуация, при которой происходит существенное возрастание амплитуд сигналов, приводящее к перебраковке. Поэтому традиционная методика контроля, заключающаяся в принятии решения о браковке «сверху», обладает низким уровнем достоверности результатов контроля.However, this method does not provide sufficiently reliable results, which is due to the dependence of the testing results on the quality of the acoustic contact of the ultrasonic transducer with the tested object and the influence of subjective factors, such as incorrect sensitivity settings. This disadvantage of the method is especially evident during continuous testing of rails at high speeds. Loss of acoustic contact is inevitable, and a significant drop in the level of reflected signals leads to the omission of defects in the rail. Another situation is also possible, in which there is a significant increase in signal amplitudes, leading to re-rejection. Therefore, the traditional testing method, which consists of making a decision on rejection "from above", has a low level of reliability of the testing results.

Известен также способ ультразвукового контроля рельсов, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию принятых сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны, апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала и анализ зарегистрированных в этой временной зоне принятых сигналов, включающий определение их амплитуд через заданный промежуток времени, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля, при этом в выделенной временной зоне формируют адаптивный порог на основе скорости нарастания переднего фронта принятого сигнала за заданный промежуток времени и прибавляемого к амплитуде шумового сигнала смещения, величины которых выбирают в зависимости от типа используемого ультразвукового преобразователя, в качестве критерия полезности сигнала выбирают превышение амплитудой сигнала адаптивного порога при заданной скорости нарастания переднего фронта сигнала и если приращение амплитуды за заданный промежуток времени больше заданного значения, адаптивный порог формируют из этого заданного значения, а если это приращение меньше заданного значения или равно ему, адаптивный порог считают полностью повторяющим форму сигнала и, соответственно, сигнал считают шумовым (RU 2662464 С1, 2018).Also known is a method of ultrasonic testing of rails, in which an ultrasonic transducer is placed in a given scanning zone and testing operations are carried out, including probing with ultrasonic frequency pulses, recording the received signals by means of a flaw detector with provision for their visualization in the form of an amplitude-time sweep, selecting a time zone corresponding to the given scanning zone on it, the aperture of which is selected from the condition of non-entry of the probing pulse into it, setting a signal usefulness criterion and analyzing the received signals recorded in this time zone, including determining their amplitudes after a given period of time, moving the ultrasonic transducer in the scanning zone and repeating the testing operations, while in the selected time zone an adaptive threshold is formed on the basis of the rate of rise of the leading edge of the received signal over a given period of time and the offset added to the amplitude of the noise signal, the values of which are selected depending on the type of the ultrasonic transducer used, the criterion for the usefulness of the signal is the excess of the adaptive threshold by the signal amplitude at a given rate of rise of the leading edge of the signal and if the increment of the amplitude over a given the time interval is greater than the specified value, the adaptive threshold is formed from this specified value, and if this increment is less than the specified value or equal to it, the adaptive threshold is considered to completely repeat the signal shape and, accordingly, the signal is considered noise (RU 2662464 C1, 2018).

Однако в этом способ выбранные параметры расчета адаптивного порога существенно зависят от характера анализируемых сигналов (например, с плавным или резким нарастанием/спадом импульса ультразвуковой частоты). Это также снижает достоверность ультразвукового контроля рельсов.However, in this method, the selected parameters for calculating the adaptive threshold depend significantly on the nature of the analyzed signals (for example, with a smooth or sharp increase/decrease in the ultrasonic frequency pulse). This also reduces the reliability of ultrasonic testing of rails.

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ ультразвукового контроля рельсов, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию отраженных сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны, апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала и анализ зарегистрированных в этой временной зоне отраженных сигналов, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля, в выделенной временной зоне определяют среднеарифметическое значение амплитуд принятых сигналов через задаваемый дефектоскопом шаг, амплитуда N которых находится в диапазоне, удовлетворяющему условию N ≤ N1 - N2, где N1 - динамический диапазон отображаемых на экране дефектоскопа сигналов, N2 - критерий квалификации сигнала как полезного, а в качестве критерия полезности сигнала выбирают превышение его амплитуды этого среднеарифметического значения на величину N2 ≥ 12 дБ (RU 2472143 С1, 2013). Временную зону в этом способе выбирают из временной апертуры исходя из условия, чтобы зондирующий ультразвуковой импульс не входил в эту зону, поскольку вследствие значительной амплитуды он может внести существенную погрешность в расчет среднеарифметического значения амплитуд сигналов в выбранной временной зоне. Для расчета среднеарифметического значения сигналов используют диапазон амплитуд так, что амплитуда N этих сигналов не превышает разницы между динамическим диапазоном N1 отображаемых на экране дефектоскопа сигналов и критерия N2 квалификации сигнала как полезного. Такой подход при определении среднеарифметического значения отраженных сигналов (эхо-сигналов) наиболее оптимален, он позволяет, в частности, устранить неопределенность в принятии решения о полезности сигналов, когда они имеют значительную амплитуду, например, сигналы от отражателей в виде конструктивных элементов в рельсах.Of the known methods, the closest to the proposed one is the method of ultrasonic testing of rails, in which an ultrasonic transducer is placed in a given scanning zone and testing operations are carried out, including probing with ultrasonic frequency pulses, recording reflected signals using a flaw detector with provision of their visualization in the form of an amplitude-time sweep, selecting a time zone on it corresponding to a given scanning zone, the aperture of which is selected from the condition of not including a probing pulse in it, setting a criterion for the usefulness of the signal and analyzing the reflected signals recorded in this time zone, moving the ultrasonic transducer in the scanning zone and repeating the testing operations, in the selected time zone determining the arithmetic mean value of the amplitudes of the received signals through a step set by the flaw detector, the amplitude N of which is in the range satisfying the condition N ≤ N 1 - N 2 , where N 1 is the dynamic range of the signals displayed on the flaw detector screen, N 2 is the criterion for qualifying the signal as useful, and the excess of its amplitude over this arithmetic mean value is selected as the criterion for the usefulness of the signal by the value N 2 ≥ 12 dB (RU 2472143 C1, 2013). The time zone in this method is selected from the time aperture based on the condition that the probing ultrasonic pulse does not enter this zone, since due to its significant amplitude it can introduce a significant error in the calculation of the arithmetic mean value of the signal amplitudes in the selected time zone. To calculate the arithmetic mean value of the signals, a range of amplitudes is used such that the amplitude N of these signals does not exceed the difference between the dynamic range N 1 of the signals displayed on the flaw detector screen and the criterion N 2 for qualifying the signal as useful. This approach to determining the arithmetic mean value of reflected signals (echo signals) is the most optimal, it allows, in particular, to eliminate the uncertainty in making a decision on the usefulness of signals when they have a significant amplitude, for example, signals from reflectors in the form of structural elements in rails.

Однако этот способ также не обеспечивает необходимую достоверность ультразвукового контроля рельсов. Это связано со следующими обстоятельствами. На дефектограммах даже вне зоны болтовых или сварных стыков возможно присутствие большого количества шумовых сигналов (шумовых дорожек), связанных с диффузным отражением ультразвуковых волн от различных зон головки рельса и обусловленных качеством отражающих поверхностей (например, загрязнений, сетки термических трещин). Шумовые сигналы могут иметь амплитуду, соизмеримую с амплитудой принятых полезных (основных) сигналов. Поэтому среднеарифметическое значение амплитуд шумовых сигналов в каждом цикле излучения-приема может достигать существенных значений, что в свою очередь может привести лишь к незначительному превышению полезного сигнала уровня шумов, а, следовательно, и к пропуску дефектов. Кроме того, наличие шумовых дорожек и шумового фона в целом значительно затрудняет процесс визуальной оценки дефектограмм.However, this method also does not provide the required reliability of ultrasonic testing of rails. This is due to the following circumstances. Even outside the area of bolted or welded joints, defectograms may contain a large number of noise signals (noise tracks) associated with the diffuse reflection of ultrasonic waves from various areas of the rail head and caused by the quality of reflecting surfaces (e.g., contamination, a network of thermal cracks). Noise signals may have an amplitude commensurate with the amplitude of the received useful (main) signals. Therefore, the arithmetic mean value of the amplitudes of noise signals in each emission-reception cycle may reach significant values, which in turn may lead to only a slight excess of the useful signal over the noise level, and, consequently, to the omission of defects. In addition, the presence of noise tracks and the noise background as a whole significantly complicates the process of visual assessment of defectograms.

Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в создании способа ультразвукового контроля, лишенного недостатков прототипа. Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности ультразвукового контроля рельсов.The technical problem solved by the invention consists in creating a method of ultrasonic testing, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result of the invention consists in increasing the reliability of ultrasonic testing of rails.

Это достигается тем, что в способе ультразвукового контроля рельсов, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию отраженных сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны, апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала и анализ зарегистрированных в этой временной зоне отраженных сигналов, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля, в выделенной временной зоне определяют среднеарифметическое значение амплитуд принятых сигналов через задаваемый дефектоскопом шаг, амплитуда N которых находится в диапазоне, удовлетворяющему условию N ≤ N1 - N2, где - динамический диапазон отображаемых на экране дефектоскопа сигналов, N2 - критерий квалификации сигнала как полезного, а в качестве критерия полезности сигнала выбирают превышение его амплитуды этого среднеарифметического значения на величину N2 ≥ 12 дБ, каждый сигнал, амплитуда которого превышает полученное среднеарифметическое значение на величину N2≥12 дБ, в заданной зоне сканирования формируют в результате накопления за счет дополнительного суммирования сигналов с учетом сдвига по времени сигналов один относительно другого, соответствующего перемещению ультразвукового преобразователя в процессе сканирования, в n циклах сканирования, в которых амплитуда принятых сигналов превышает уровень -6 дБ в границах основного лепестка диаграммы направленности ультразвукового преобразователя, при этом n = m, где m - количество максимумов этих сигналов.This is achieved by the fact that in the method of ultrasonic testing of rails, in which an ultrasonic transducer is placed in a given scanning zone and testing operations are carried out, including probing with ultrasonic frequency pulses, recording reflected signals by means of a flaw detector with provision of their visualization in the form of an amplitude-time sweep, allocation of a time zone corresponding to a given scanning zone on it, the aperture of which is selected from the condition of non-entry of the probing pulse into it, setting the criterion of signal usefulness and analysis of the reflected signals recorded in this time zone, moving the ultrasonic transducer in the scanning zone and repeating the testing operations, in the allocated time zone the arithmetic mean value of the amplitudes of the received signals is determined through a step set by the flaw detector, the amplitude N of which is in the range satisfying the condition N ≤ N 1 - N 2 , where is the dynamic range of the signals displayed on the flaw detector screen, N 2 is the criterion for qualifying the signal as useful, and the excess of its amplitude of this arithmetic mean value by the value N is selected as the criterion of signal usefulness. 2 ≥ 12 dB, each signal, the amplitude of which exceeds the obtained arithmetic mean value by the value N 2 ≥ 12 dB, in a given scanning zone is formed as a result of accumulation due to additional summation of signals taking into account the time shift of the signals relative to one another, corresponding to the movement of the ultrasonic transducer during scanning, in n scanning cycles, in which the amplitude of the received signals exceeds the level of -6 dB within the boundaries of the main lobe of the directional pattern of the ultrasonic transducer, where n = m, where m is the number of maxima of these signals.

Указанный технический результат обеспечивается всей представленной в формуле изобретения совокупностью существенных признаков, каждый из которых необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата.The specified technical result is ensured by the entire set of essential features presented in the invention formula, each of which is necessary, and together they are sufficient to solve the specified technical problem and to achieve the specified technical result.

Заявленное изобретение является зависимым по отношению к изобретению, охраняемому патентом РФ №2472143.The claimed invention is dependent on the invention protected by Russian patent No. 2472143.

На фиг.1 отображена дефектоскопная информация в виде фрагмента развертки типа В. На фиг.2 показана последовательность отраженных сигналов от одного отражателя при перемещении ультразвукового преобразователя вдоль рельса в виде разверток типа А. Фиг. 3 поясняет сдвиги по времени сигналов при перемещении ультразвукового преобразователя относительно отражателя в рельсе. На фиг.4 показан пример количества циклов, участвующих в суммировании и усреднении при накоплении сигналов. На фиг.5 - фиг.7 отображены результаты осуществления изобретения.Fig. 1 shows the flaw detection information in the form of a fragment of a type B scan. Fig. 2 shows the sequence of reflected signals from one reflector when moving the ultrasonic transducer along the rail in the form of type A scans. Fig. 3 explains the time shifts of signals when moving the ultrasonic transducer relative to the reflector in the rail. Fig. 4 shows an example of the number of cycles involved in summation and averaging when accumulating signals. Figs. 5 - 7 show the results of implementing the invention.

В соответствии с предложенным способом выделяют в одном цикле излучения-приема ультразвукового, преимущественно пьезоэлектрического, преобразователя, установленного на контролируемый рельс, временной зоны для расчета в ней среднеарифметического значения амплитуд принятых сигналов. Временную зону выбирают из временной апертуры исходя из условия, чтобы зондирующий импульс не входил в эту зону, поскольку вследствие значительной амплитуды он может внести существенную погрешность в расчет среднеарифметического значения амплитуд сигналов в выбранной временной зоне. Для расчета среднеарифметического значения сигналов используют диапазон амплитуд так, что амплитуда N этих сигналов не превышает разницы между динамическим диапазоном N1 отображаемых на экране дефектоскопа сигналов и критерия N2 квалификации сигнала как полезного. Критерий полезности в виде превышения величины 12 дБ установлен экспериментальным путем. Этот подход при определении среднеарифметического значения отраженных сигналов позволяет, в частности, устранить неопределенность в принятии решения о полезности сигналов, когда они имеют значительную амплитуду, например, сигналы от конструктивных элементов в рельсах. Такие сигналы вносят существенный вклад в величину среднего уровня сигналов, что чревато повышением этого уровня и соответственно могло бы привести к пропуску дефектов.In accordance with the proposed method, a time zone is allocated in one emission-reception cycle of an ultrasonic, predominantly piezoelectric, transducer installed on a controlled rail for calculating the arithmetic mean value of the amplitudes of the received signals in it. The time zone is selected from the time aperture based on the condition that the probing pulse does not enter this zone, since due to its significant amplitude it can introduce a significant error in calculating the arithmetic mean value of the signal amplitudes in the selected time zone. To calculate the arithmetic mean value of the signals, a range of amplitudes is used such that the amplitude N of these signals does not exceed the difference between the dynamic range N 1 of the signals displayed on the flaw detector screen and the criterion N 2 of qualifying the signal as useful. The criterion of usefulness in the form of exceeding the value of 12 dB was established experimentally. This approach to determining the arithmetic mean value of the reflected signals allows, in particular, to eliminate the uncertainty in making a decision on the usefulness of signals when they have a significant amplitude, for example, signals from structural elements in rails. Such signals make a significant contribution to the average signal level, which is fraught with an increase in this level and, accordingly, could lead to the omission of defects.

Особенностью предложенного способа является накопление сигналов при сплошном ультразвуковом контроле рельсов путем суммирования сигналов с учетом сдвига по времени сигналов один относительно другого. Сдвиг обусловлен разницей во времени прихода ультразвуковых волн от ультразвукового преобразователя до отражателя и обратно при перемещении ультразвукового преобразователя вдоль рельса с установленным шагом сканирования, например, 5 мм. Поскольку при ультразвуковом контроле рельсов, например, посредством мобильного транспортного средства, ультразвуковой преобразователь, т.е. излучатель-приемник, движется относительно отражателя, поэтому сигналы от отражателя принимаются ультразвуковым преобразователем всегда с определенными интервалами друг относительно друга. Трехмерное изображение (развертка типа В) одного из вариантов набора сигналов, которые отображаются на дефектограмме при прохождении ультразвуковым преобразователем нескольких участков (сечений) рельса с расположенными в них отражателями, показано на фиг.1. Приведенные на фиг.1 фрагменты развертки типа В могут быть представлены в виде совокупности разверток типа А этого же сигнала. На фиг. 2 отображено несколько разверток типа А сигналов, поясняющих физику процесса. Как видно из фиг.2, полезный сигнал 1 от одного и того же отражателя при перемещении ультразвукового преобразователя вдоль рельса меняется как по амплитуде, так и по длительности. Такая же ситуация складывается и с шумовым сигналом 2. При накоплении сигналов путем их суммирования при движении ультразвукового преобразователя по рельсу необходимо учитывать их сдвиг по времени (временной сдвиг) Δt один относительно другого в каждом цикле сканирования (фиг.3). При этом одновременно с суммированием полезного сигнала происходит суммирование шумов, которые имеют случайное значение амплитуды. Их суммирование и усреднение снижает их энергетический вес в общей ультразвуковой картине при контроле рельсов, поскольку шумовые сигналы, как правило, не имеют огибающей, а их амплитуда носит случайный характер без выраженных нарастания и спада. К основным параметрам накопления сигналов при ультразвуковом контроле рельсов, помимо величины временного сдвига сигналов при изменении взаимного расположения пары ультразвуковой преобразователь-отражатель в процессе сканирования рельса, относится количество n циклов сканирования (суммирования), участвующих в суммировании и усреднении. Количество n циклов сканирования определяется как количество m максимумов амплитуд принятых сигналов от отражателей в границах основного лепестка диаграммы направленности ультразвукового преобразователя на уровне -6 дБ (n=m). При этом для шумовых сигналов величина n, как правило, существенно меньше, чем для полезных сигналов. Графически этот параметр поясняется фиг.4 для n=13. Выбор величины уровня -6 дБ обусловлен необходимостью исключения возможности пропуска дефектов при их выявлении не основным лепестком диаграммы направленности, что обеспечивается установкой поисковой чувствительности, превышающей контрольную в два раза, т.е. на 6 дБ. Такая обработка сигналов при ультразвуковой дефектоскопии приводит к значительному снижению отображения помех на дефектограмме и повышению четкости выделения полезных сигналов от отражателей в рельсе на фоне помех и шумов. Это повышает качество отображения данных ультразвукового контроля рельсов, например, в виде развертки типа В, и сводит к минимуму количество сторонних (не полезных) сигналов малой амплитуды, что позволяет объективно с достаточной точностью выявлять и идентифицировать дефекты в рельсах и, соответственно, повысить достоверность ультразвукового контроля рельсов.The peculiarity of the proposed method is accumulation of signals during continuous ultrasonic testing of rails by summing the signals taking into account the time shift of the signals relative to one another. The shift is caused by the difference in the time of arrival of ultrasonic waves from the ultrasonic transducer to the reflector and back when the ultrasonic transducer moves along the rail with a set scanning pitch, for example, 5 mm. Since during ultrasonic testing of rails, for example, by means of a mobile vehicle, the ultrasonic transducer, i.e. the emitter-receiver, moves relative to the reflector, therefore the signals from the reflector are always received by the ultrasonic transducer at certain intervals relative to one another. A three-dimensional image (type B scan) of one of the variants of a set of signals that are displayed on a defectogram when the ultrasonic transducer passes several sections (cross-sections) of the rail with reflectors located in them is shown in Fig. 1. The fragments of the type B scan shown in Fig. 1 can be presented as a set of type A scans of the same signal. Fig. 2 shows several type A scans of signals explaining the physics of the process. As can be seen from Fig. 2, the useful signal 1 from the same reflector changes both in amplitude and in duration when the ultrasonic transducer moves along the rail. The same situation occurs with the noise signal 2. When accumulating signals by summing them when the ultrasonic transducer moves along the rail, it is necessary to take into account their time shift (time shift) Δt relative to one another in each scanning cycle (Fig. 3). In this case, simultaneously with the summation of the useful signal, the summation of noises occurs, which have a random amplitude value. Their summation and averaging reduces their energy weight in the overall ultrasonic picture when testing rails, since noise signals, as a rule, do not have an envelope, and their amplitude is random in nature without pronounced increases and decreases. The main parameters of signal accumulation during ultrasonic testing of rails, in addition to the value of the time shift of signals when changing the mutual arrangement of the ultrasonic transducer-reflector pair during rail scanning, include the number n of scanning (summing) cycles involved in summing and averaging. The number n of scanning cycles is defined as the number m of amplitude maxima of the received signals from the reflectors within the boundaries of the main lobe of the ultrasonic transducer radiation pattern at the level of -6 dB (n=m). In this case, for noise signals, the value n is, as a rule, significantly less than for useful signals. This parameter is graphically illustrated in Fig. 4 for n=13. The choice of the value of the level -6 dB is due to the need to exclude the possibility of missing defects when they are detected by something other than the main lobe of the radiation pattern, which is ensured by setting the search sensitivity to be twice as high as the control sensitivity, i.e. by 6 dB. Such signal processing during ultrasonic flaw detection leads to a significant reduction in the display of interference on the defectogram and an increase in the clarity of selecting useful signals from reflectors in the rail against the background of interference and noise. This improves the quality of display of ultrasonic rail testing data, for example, in the form of a B-type scan, and minimizes the number of extraneous (non-useful) low-amplitude signals, which allows for objectively detecting and identifying defects in rails with sufficient accuracy and, accordingly, increasing the reliability of ultrasonic rail testing.

Примеры реализации. Проведены операции сплошного ультразвукового контроля рельсов на испытательном участке Московского центра диагностики и мониторинга устройств Перово-4 с использованием мобильного средства контроля автомотрисы СУПДК «СЕВЕР», оснащенной многоканальным дефектоскопом ЭХО-КОМПЛЕКС-2 (производства АО «Фирма ТВЕМА»). Сравнивались результаты контроля без накопления сигналов в соответствии со способом-прототипом и с накоплением сигналов в соответствии с предложенным способом. Результаты контроля поясняются фрагментами дефектограмм на фиг.5 - фиг.7, где отображены развертки типа В от ряда отражателей в рельсах, полученные способом-прототипом (изображения I) и предложенным способом (изображения II). При этом сигналы, зафиксированные ультразвуковыми преобразователями, излучающими в направлении движения автомотрисы (наезжающие), индицируются на дефектограммах голубым цветом, а сигналы, зафиксированные ультразвуковыми преобразователями, излучающими ультразвуковые волны в направлении, противоположном направлению движения автомотрисы (отъезжающие), индицируются желтым цветом. Один и тот же отражатель на дефектограмме записывается и наезжающим и отъезжающим ультразвуковым преобразователем. Дефектограммы фиг.5 и фиг. 6 получены с использованием в качестве ультразвукового преобразователя пьезоэлектрического преобразователя с углом ввода 42 градуса без разворота. Дефектограммы фиг.7 получены с использованием в качестве ультразвукового преобразователя пьезоэлектрического преобразователя с углом ввода 58 градусов и разворотом относительно продольной оси рельса 34 градуса. На фиг.5 на дефектограммах I и II отображены сигналы от болтовых отверстий болтовых стыков и сигнал от дефекта в виде горизонтальной трещины в галтельном переходе от головки к шейке рельса с выходом на торцевую поверхность рельса. На фиг.6 на дефектограммах I и II отображен ряд сигналов от болтовых отверстий болтовых стыков и один сигнал от дефекта, представляющего собой трещину, развивающуюся от цилиндрической стенки болтового отверстия болтового стыка. На фиг.7 на дефектограммах I и II отображены два сигнала от двух искусственных отражателей, имитирующих поперечные трещины в головке рельса. Из приведенных изображений следует, что предложенный способ обеспечивает по сравнению со способом-прототипом значительно более высокое качество отображения данных ультразвукового контроля рельсов, практически полное устранение шумовых сигналов 2 и увеличение условных размеров отражателей в рельсах. Многократное повторение проездов показало тот же результат, при этом не было зафиксировано случаев пропуска дефектов.Examples of implementation. Operations of continuous ultrasonic testing of rails were carried out on the test section of the Moscow Center for Diagnostics and Monitoring of Perovo-4 Devices using the mobile testing facility of the SUPDK SEVER railcar equipped with the ECHO-COMPLEX-2 multichannel flaw detector (manufactured by JSC Firma TVEMA). The testing results were compared without signal accumulation in accordance with the prototype method and with signal accumulation in accordance with the proposed method. The testing results are explained by fragments of defectograms in Fig. 5 - Fig. 7, which display type B scans from a number of reflectors in the rails obtained by the prototype method (images I) and the proposed method (images II). In this case, the signals recorded by the ultrasonic transducers emitting in the direction of the railcar movement (approaching) are indicated on the defectograms in blue, and the signals recorded by the ultrasonic transducers emitting ultrasonic waves in the direction opposite to the direction of the railcar movement (departing) are indicated in yellow. The same reflector on the defectogram is recorded by both the approaching and departing ultrasonic transducer. The defectograms in Fig. 5 and Fig. 6 were obtained using a piezoelectric transducer with an input angle of 42 degrees without rotation as the ultrasonic transducer. The defectograms in Fig. 7 were obtained using a piezoelectric transducer with an input angle of 58 degrees and a rotation relative to the longitudinal axis of the rail of 34 degrees as the ultrasonic transducer. In Fig. 5, defectograms I and II show signals from the bolt holes of the bolted joints and a signal from a defect in the form of a horizontal crack in the fillet transition from the head to the web of the rail with an outlet on the end surface of the rail. In Fig. 6, defectograms I and II show a number of signals from the bolt holes of the bolted joints and one signal from a defect in the form of a crack developing from the cylindrical wall of the bolt hole of the bolted joint. In Fig. 7, defectograms I and II show two signals from two artificial reflectors simulating transverse cracks in the rail head. From the images provided, it follows that the proposed method provides, in comparison with the prototype method, a significantly higher quality of display of ultrasonic rail testing data, a virtually complete elimination of noise signals 2 and an increase in the conventional dimensions of reflectors in the rails. Multiple repetitions of the passes showed the same result, while no cases of missing defects were recorded.

Проведенные испытания подтверждают вывод о повышении достоверности ультразвукового контроля рельсов по сравнению со способом-прототипом.The tests conducted confirm the conclusion about the increased reliability of ultrasonic testing of rails compared to the prototype method.

Способ ультразвукового контроля рельсов, реализуемый в соответствии с изобретением, обеспечивает более высокую достоверность ультразвукового контроля рельсов по сравнению с аналогичными известными способами.The method of ultrasonic testing of rails, implemented in accordance with the invention, ensures higher reliability of ultrasonic testing of rails compared to similar known methods.

Claims (1)

Способ ультразвукового контроля рельсов, при котором размещают в заданной зоне сканирования ультразвуковой преобразователь и проводят операции контроля, включающие зондирование импульсами ультразвуковой частоты, регистрацию отраженных сигналов посредством дефектоскопа с обеспечением их визуализации в виде амплитудно-временной развертки, выделение на ней соответствующей заданной зоне сканирования временной зоны, апертуру которой выбирают из условия невхождения в нее зондирующего импульса, задание критерия полезности сигнала и анализ зарегистрированных в этой временной зоне отраженных сигналов, перемещают ультразвуковой преобразователь в зоне сканирования и повторяют операции контроля, в выделенной временной зоне определяют среднеарифметическое значение амплитуд принятых сигналов через задаваемый дефектоскопом шаг, амплитуда N которых находится в диапазоне, удовлетворяющем условию N ≤ N1 - N2, где N1 - динамический диапазон отображаемых на экране дефектоскопа сигналов, N2 - критерий квалификации сигнала как полезного, а в качестве критерия полезности сигнала выбирают превышение его амплитуды этого среднеарифметического значения на величину N2 ≥ 12 дБ, отличающийся тем, что каждый сигнал, амплитуда которого превышает полученное среднеарифметическое значение на величину N2 ≥ 12 дБ, в заданной зоне сканирования формируют в результате накопления за счет дополнительного суммирования сигналов с учетом сдвига по времени сигналов один относительно другого, соответствующего перемещению ультразвукового преобразователя в процессе сканирования, в n циклах сканирования, в которых амплитуда принятых сигналов превышает уровень -6 дБ в границах основного лепестка диаграммы направленности ультразвукового преобразователя, при этом n = m, где m - количество максимумов этих сигналов.A method of ultrasonic testing of rails, in which an ultrasonic transducer is placed in a specified scanning zone and testing operations are carried out, including probing with ultrasonic frequency pulses, recording reflected signals by means of a flaw detector with provision for their visualization in the form of an amplitude-time sweep, selecting a time zone on it corresponding to a specified scanning zone, the aperture of which is selected from the condition of not including a probing pulse in it, setting a criterion for the usefulness of a signal and analyzing the reflected signals recorded in this time zone, moving the ultrasonic transducer in the scanning zone and repeating the testing operations, in the selected time zone determining the arithmetic mean value of the amplitudes of the received signals through a step specified by the flaw detector, the amplitude N of which is in the range satisfying the condition N ≤ N 1 - N 2 , where N 1 is the dynamic range of the signals displayed on the flaw detector screen, N 2 is the criterion for qualifying a signal as useful, and the excess of its amplitude of this arithmetic mean value by the value of N 2 is selected as the criterion for the usefulness of a signal ≥ 12 dB, characterized in that each signal, the amplitude of which exceeds the obtained arithmetic mean value by N 2 ≥ 12 dB, in a given scanning zone is formed as a result of accumulation due to additional summation of signals taking into account the time shift of the signals relative to one another, corresponding to the movement of the ultrasonic transducer during scanning, in n scanning cycles, in which the amplitude of the received signals exceeds the level of -6 dB within the boundaries of the main lobe of the directional pattern of the ultrasonic transducer, where n = m, where m is the number of maxima of these signals.
RU2024128007A 2024-09-23 Rail ultrasonic inspection method RU2834598C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2834598C1 true RU2834598C1 (en) 2025-02-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1471152A (en) * 1973-06-19 1977-04-21 British Steel Corp Testing of articles
RU2472143C1 (en) * 2011-08-16 2013-01-10 Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" Method of ultrasound control
RU2723146C1 (en) * 2019-11-07 2020-06-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Ultrasonic method for determination of mechanical stresses in rails and device for its implementation
RU2725705C1 (en) * 2020-01-09 2020-07-03 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Ultrasonic inspection method of articles with equidistant surfaces
RU2764571C1 (en) * 2021-06-02 2022-01-18 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Ultrasonic method for detecting and evaluating rail welded joints in high-speed inspection

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1471152A (en) * 1973-06-19 1977-04-21 British Steel Corp Testing of articles
RU2472143C1 (en) * 2011-08-16 2013-01-10 Закрытое акционерное общество "Фирма ТВЕМА" Method of ultrasound control
RU2723146C1 (en) * 2019-11-07 2020-06-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Ultrasonic method for determination of mechanical stresses in rails and device for its implementation
RU2725705C1 (en) * 2020-01-09 2020-07-03 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Ultrasonic inspection method of articles with equidistant surfaces
RU2764571C1 (en) * 2021-06-02 2022-01-18 Открытое акционерное общество "Радиоавионика" Ultrasonic method for detecting and evaluating rail welded joints in high-speed inspection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Camacho et al. Ultrasonic crack evaluation by phase coherence processing and TFM and its application to online monitoring in fatigue tests
KR890000607B1 (en) Defect detection method and apparatus of metal
CN104535657B (en) A kind of sheet workpiece phased array supersonic guided wave image-forming detecting system and its detection method
US9341599B2 (en) Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detection apparatus, and pipe manufacturing method
US9759692B2 (en) System and method of dynamic gating in non-destructive weld inspection
RU2521720C1 (en) Method and device for welding zone imaging
US4441369A (en) Ultrasonic detection of extended flaws
US20130180337A1 (en) Signal processing of lamb wave data for pipe inspection
CA2390712A1 (en) Method for inspecting clad pipe
WO2014062467A1 (en) A method of locating and sizing fatigue cracks
CN120468291B (en) A system for detecting defects on the inner wall of oil pipelines
CN105143874A (en) Method and device for non-destructive inspection of rotationally symmetrical workpieces having segments of different diameters
RU2834598C1 (en) Rail ultrasonic inspection method
JP3581333B2 (en) A method for estimating the shape and size of internal corrosion of pipes using the echo height of ultrasonic pulses
JP7078128B2 (en) Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detector, steel material manufacturing equipment, steel material manufacturing method, and steel material quality control method
RU2662464C1 (en) Method for ultrasonic inspection
RU2472143C1 (en) Method of ultrasound control
RU2149393C1 (en) Process of ultrasonic test of cylindrical articles
RU2652511C1 (en) Method of micro cracks on the rail head rolling surface ultrasonic detection
JP7252918B2 (en) Soft tissue detection method
RU2436080C1 (en) Method for rail base ultrasonic control
CN119577170B (en) A data management method for railway infrastructure maintenance
RU2641613C2 (en) Method of quality control of interference fit
RU2777298C1 (en) Method for ultrasonic inspection of rails
JP7294283B2 (en) Ultrasonic flaw detection method, ultrasonic flaw detector, and steel manufacturing method