Определение амплитуды сигнала по экрану дефектоскопа

(уровень 1 соответствует 0,5 высоты экрана)

Продолжение таблицы 2.9

Вопросы, изложенные в этом разделе, рассмотрены в [44, 45, 46].

1.3. Отражение, преломление и трансформация

ультразвуковых волн

Пусть волна падает на границу раздела двух различных по акустическому сопротивлению сред. При этом часть энергии волны проходит из первой среды во вторую, а другая часть отражается от поверхности их раздела в первую. Рассмотрим происходящие при этом процессы в упрощенной постановке, т. е. будем предполагать, что среды полубесконечные, волна плоская, граница раздела плоская и акустически гладкая.

На границе раздела могут происходить три явления: отражение, преломление и трансформация волн. Отражение – это изменение направления распространения волны, при котором волна не переходит во вторую среду. Преломление – это изменение направления распространения волны, при котором волна не переходит во вторую среду, происходящее при отражении и преломлении на границе раздела двух сред. Трансформация – это преобразование (превращение) волны одного типа в другой. Переходы исходного состояния волны в другие связаны энергетическими соотношениями, определяемыми, главным образом, типом падающей волны, углом ее падения и соотношением удельных акустических сопротивлений обеих сред.

В общем случае, если волна падает на границу раздела двух твердых сред под углом β из первой среды во вторую, то в обеих средах возникают четыре волны (рис. 2.10): в каждой по две волны продольного и поперечного типа. Причем при облучении продольной l-волной образуются отраженные продольная l₁ и поперечная t₁, возникшая в результате явления трансформации, и две преломленные волны l₂ и t₂, из которых последняя также трансформированная (рис. 2.10, а). При облучении поперечной волной образуются отраженные волны l₁ и t₁, но трансформированная волна уже продольная, и две преломленные – l₂ и t₂, где волна продольного типа l₂ трансформированная (рис. 2.10, б).

Углы отражения γ_l1, γ_t1 и преломления α_l1, α_t1 отсчитываются от нормали к границе раздела в точке падения (ввода), они связаны между собой углом падения β через соответствующие скорости законом Снеллиуса (закон «синусов» в оптике):

(2 .13)

где C_l1, C_t1– скорости продольной и поперечной волн в первой среде;

C_l2, C_t2– то же, но во второй среде.

Из соотношения Снеллиуса следует: для волны одного типа угол отражения равен углу падения, углы отражения и преломления волн тем больше, чем выше скорость их распространения.

Частный случай – нормальное падение волны (рис. 2.11). Это наиболее простая ситуация, так как β = 0 и, следовательно,

α = 0. Отсюда главная особенность – нет явления трансформации волн, отраженная и прошедшая волны будут того же типа, что и падающая.

Энергетика волн характеризуется тем, что интенсивности отраженной I_отр и падающей I_пад связаны через коэффициент R отражения как I_отр = RI_пад, а интенсивность прошедшей I_прош – через коэффициент прозрачности D,т. е. I_пр = DI_пад. В соответствии с законом сохранения энергии I_пад = I_прош + I_отр.

(2.14)

Известно, что

(2.15)

По вышеизложенному можно сделать выводы:

1) доли прошедшей и отраженной энергии не зависят от собственных величин Z₁ и Z₂,а зависят только от их отношения (так как перемены мест Z₁ и Z₂ в формулах (2.15)не изменяют значений R и D);

2) если R = 0, то D = 1, т. е. нет потерь на отражение, наблюдается полное прохождение ультразвука через границу раздела, а это выполняется при Z₁ = Z₂(среды первая и вторая акустически равноценны);

3) Если r = 1, то D = 0, т. е. энергия падающей волны полностью отражается, что выполняется, когда Z₁ >> Z₂.

Коэффициенты отражения продольной волны на границе между сталью и некоторыми средами, заполняющими полости дефектов сварки, приведены в табл. 2.10.

Таблица 2.10

Коэффициент отражения R по интенсивности

на границе стали с другими материалами

Из табл. 2.10 видно, что шлаковые включения будут выявляться гораздо хуже дефектов тех же размеров, но с воздушным заполнением. Приведенные значения справедливы для несплошностей, размеры которых намного больше длины волны. Если же размеры несплошности в направлении, перпендикулярном ультразвуковому лучу, значительно меньше длины волны, то волны огибают ее без существенного отражения. Для получения заметного отражения достаточно, чтобы размеры несплошностей были соизмеримы с диной волны.

При малой толщине несплошности доля отражений от нее энергии зависит еще и от величины раскрытия несплошности в направлении распространения волны. Так, если в среде с акустическим сопротивлением z₁ имеется тонкий слой включения из материала с акустическим сопротивлением z₂, то коэффициент отражения по интенсивности при нормальном падении звуковой волны будет

,(2.16)

где δ – толщина слоя,

λ ₂ – длина волны в слое.

Видно, что, если , то и . В тех случаях, когда , , коэффициент отражения имеет максимальное значение и определяется только соотношением акустических сопротивлений.

Если в стали имеется шлаковое включение, то, подставив соответствующие значения в формулу (2.16), получим, что в зависимости от толщины включения коэффициент отражения от него ультразвуковых колебаний 0 < R < 0,47.

Иными словами, при определенной толщине шлаковое включение может быть звукопрозрачным, то есть не отражающим ультразвуковые волны.

В процессе термической обработки или под влиянием других деформаций шлак разрушается и постепенно отделяется от поверхности металла. Вследствие этого ультразвук отражается от границы сталь – газ.

Рассмотрим более сложные случаи.

1. Продольная волна падает под углом β на границу раздела двух твердых сред при скользящем контакте. Практически важный случай в дефектоскопии, когда между средами имеется прослойка жидкости. Но он совпадает с общим случаем, если коэффициенты отражения и прозрачности для продольных волн будут такими:

(2.17)

где – приведенные акустические сопротивления продольной (Z₁, Z₂) и поперечной (W₁, W₂) волн соответственно в первой и во второй средах. Здесь уже коэффициенты R и D зависят от угла β_l. Рассмотрим следующие случаи.

1) Пусть β_l = 0(нормальное падение l-волны). Тогда

Данный случай сводится к частному, рассмотренному ранее: трансформация отсутствует, выражения (2.17) для R и D вырождаются в (2.15).

2) Увеличиваем угол падения β_l (рис. 2.10, а) до тех пор, когда уже продольная волна C_l1 не вводится во вторую среду, а сливается с границей раздела, т. е. α_l = 90°, и становится неоднородной. При этом угол падения принимает значение β_l = β_кр1.

Таким образом, наименьший угол падения продольной волны β_кр1 из первой среды на границу со второй, при котором преломленная продольная волна во второй среде перестает существовать, называется первым критическим углом.

Из (2.13) при α_l = 90° получаем, что sinβ_кр1 = C_l1/C_l2. Так как C_l1/C_l2 £ 1 (синус не может принимать значений больше единицы), то такой угол существует. Например, для пары «оргстекло-сталь» первый критический угол β_кр1= 27,5°.

3) Пусть в диапазоне β_l > β_кр1растет β_l. Теперь (рис. 2.12, а) во вторую среду вводится только поперечная волна. При значении β_l = β_кр2уже поперечная волна будет скользить вдоль границы двух сред.

Таким образом, наименьший угол падения продольной волны β_кр2 из первой среды на границу со второй, при котором прошедшая поперечная волна скользит по границе раздела называется вторым критическим углом.

Из (2.13) очевидно, что sinβ_кр2 = С_l1/C_t2 £ 1, так как α_t = 90°. Это означает, что β_кp2 существует, когда C_t2 ³ C_l1. Заметим, что условие β_кp1< β_l < β_кp2 в практике ультразвукового контроля положено в основу способа возбуждения поперечных волн наклонными преобразователями. Вдоль поверхности в этом случае распространяется неоднородная волна. Она самостоятельно не существует, в данном случае она «живет» за счет энергии падающей, является продольной, но на своем пути теряет энергию, переизлучая ее в поперечную (см. рис. 2.12, б), и с глубиной быстро затухает. Для пары «оргстекло-сталь» второй критический угол равен 55°.

2. Поперечная волна падает под углом β_t на границу раздела твердой и газообразной сред. Для любого твердого материала (первая среда) существует такой угол β_кp3, когда отраженная продольная волна будет скользить вдоль границы двух сред (рис. 2.12, в).

Таким образом, наименьший угол падения поперечной волны из твердой среды на границу с газом, при котором отраженная продольная волна исчезает в первой среде, называется третьим критическим углом.

Тогда , что возможно, так как всегда . При углах, больших β_кp3, эта неоднородная волна существует, но энергию она отдает сразу. Для пары «сталь-воздух» третий критический угол β_кp3= 34°.

Теперь можно проследить, как изменяются коэффициенты отражения R_tt и R_tl и коэффициенты прозрачности D_ll и D_lt. На рис. 2.13, а показана зависимость D_ll(β)и D_lt(β)для пары «оргстекло-сталь. В области малых углов β_l = (0 – 10°) в стали существует практически только продольная волна, что используется при ультразвуковом контроле колесных пар (КП). Далее, вплоть до первого критического угла идет область одновременного существования волн двух типов. Эту область в дефектоскопии используют редко. В интервале между первым и вторым критическими углами существует только поперечная волна. Эту область наиболее часто используют в дефектоскопии КП для возбуждения в стали поперечных волн. За вторым критическим углом может быть возбуждена поверхностная волна.

На рис. 2.13, б показаны и при отражении волны от границы раздела «твердая среда-газ». При угле падения резко падает амплитуда поперечной волны и возрастает амплитуда продольной. При углах коэффициенты и .

Величиной углов отражения и преломления плоских ультразвуковых волн подчиняются закону Снеллиуса только в том случае, если поверхность раздела сред является зеркально-плоской. Однако на практике таких поверхностей нет. Чистота их обработки определяется средним размером высоты шероховатостей. Поверхность может считаться «акустически зеркальной», если размер длины волны в несколько раз превышает уровень шероховатости. Если же размеры шероховатости меньше или соизмеримы с длиной волны, то поверхность считается диффузной, при этом отраженные и преломленные волны случайным образом рассеиваются в различных направлениях.

Для излучения (возбуждения) и приема ультразвуковых волн используются электроакустические преобразователи, технические характеристики и принцип работы которых приведены в разделе 1.10.

1.4. Методы акустического контроля

Методы делят на две большие группы: пассивные, основанные только на приеме акустических волн и колебаний, и активные, использующие и излучение, и прием.

Подгруппу активных методов, в которых применяют бегущие волны, разделяют на методы прохождения, отражения и комбинированные.

Методы прохождения предполагают наличие излучающего и приемного преобразователей по разные стороны ОК. Они могут регистрировать: в амплитудно-теневом методе – уменьшение амплитуды прошедшей волны, если на линии акустического тракта появляется дефект, т. е. имеет место эффект акустической тени за дефектом; во временно-теневом – запаздывание импульсов, вызванное огибанием дефекта; в велосиметрическом – изменение скорости упругих волн, связанное с наличием дефекта.

В методах отражения применяют односторонне располагаемые на ОК один или два преобразователя, как правило, с импульсным излучением. Основные среди них: эхо-метод (ЭИМ) и зеркально-теневой (ЗТМ).

ЭИМ является самым распространенным, наиболее информативен. Суть метода (рис. 2.14): в некоторый момент времени генератор возбуждает колебания пьезопластины ПЭП, формируя зондирующий импульс (ЗИ); одновременно с этим запускается развертка электронно-лучевой трубки (ЭЛТ); упругие колебания, распространяясь в ОК, достигают противоположной его стороны и, отразившись от нее, возвращаются к пьезопластине, возбуждая в ней механические колебания; на ее электродах возникает переменное напряжение, которое поступает через приемно-усилительный тракт на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ, на экране последней появляются импульсы, называемые донными (ДИ), и таким образом «толщина» ОК переводится во временную диаграмму. Эхо-импульс от дефекта (ЭИ) появляется только между ЗИ и ДИ, что и является признаком обнаружения дефекта.

В эхо-методе использует два информативных параметра: амплитуда эхо-сигнала А, характеризующая отражательную способность дефекта, она пропорциональна его эквивалентной площади; время прихода эхо-сигнала t позволяющее рассчитать глубину залегания или координаты дефекта.

Благодаря универсальности, надежности, высокой чувствительности к выявлению дефектов, возможности применения к различным материалам, эхо-метод получил наибольшее распространение среди акустических методов контроля. Он применяется в разных отраслях промышленности на самых разных этапах технологического процесса.

Зеркально-теневой метод (ЗТМ) основан на измерении амплитуды донного сигнала, сочетает теневой и эхо-методы. Схема ЗТМ показана на рис. 2.15. Признак обнаружения дефекта – уменьшение амплитуды прошедшего сигнала или его исчезновение. Контроль проводят обычно совмещенным ПЭП.

Зеркально-теневой метод по технике выполнения сходен с методами отражения, в то время как принцип выявления дефекта по ослаблению сигнала дважды прошедшего изделие в зоне дефекта близок к теневому. Информативный параметр – амплитуда донного сигнала. Коэффициент выявляемости дефекта К_д вводят для количественной характеристики выявляемости дефекта при ЗТМ:

, (2.18)

где – минимальная амплитуда донного сигнала при наличии дефекта на пути ультразвукового пучка,

– амплитуда донного сигнала в изделии без дефекта.

Чем больше размер дефекта, тем меньше коэффициент выявляемости. Его значения лежат между 0 и 1. ЗТМ эффективен при выявлении скопления мелких дефектов. Часто применяется совместно с эхо-методом.

Недостатки зеркально-теневого метода: невысокая чувствительность к мелким дефектам, он требует стабильного акустического контакта, шероховатость снижает достоверность контроля.

ЗТМ удобен, когда к детали имеется односторонний доступ.

ЭИМ и ЗТМ широко применяются в дефектоскопии рельсов и колесных пар подвижного состава.

К активным методам относят импедансный метод, который основан на анализе изменения полного акустического сопротивления (импеданса) участка поверхности ОК. В низкочастотных импедансных дефектоскопах преобразователем служит (рис. 2.16) колеблющийся стержень, опирающийся на поверхность детали. При изменении импеданса первоначальный режим колебаний стержня нарушается: смещается собственная частота его колебаний, изменяется амплитуда, что служит признаком дефекта. В высокочастотных импедансных дефектоскопах преобразователем служит пьезопластина.

В активных методах с использованием стоячих волн выделяют подгруппы методов свободных (МСК) и вынужденных колебаний (МВК) всего ОК (интегральные) или его части (локальные). Они основаны на анализе частотного спектра колебаний, возбужденных в ОК.

Если твердое тело, обладающее определенными массой, гибкостью и механическим сопротивлением, возбудить резким ударом, то в нем возникнут свободные (собственные) затухающие колебания. При заданных размерах и форме ОК, однородности материала, из которого он изготовлен, частота собственных колебаний является величиной определенной. При наличии в детали дефекта параметры колебательной системы (упругость, масса) меняются, что ведет к изменению частоты собственных колебаний и степени их затухания.

Вынужденные колебания предполагают постоянную связь колеблющегося ОК с возбуждающим генератором, частоту которого изменяют. Информационным параметром здесь являются частоты и полосы резонансов вынужденных колебаний, которые несколько отличаются в связи с воздействием возбуждающего генератора.

Простейший случай реализации МСК – проверка на «звон» стеклянной посуды, простукивание бандажей колес и корпусов буксовых узлов «по чистоте звона» осмотрщиками вагонов. Контроль на слух субъективен и малонадежен, позволяет обнаружить только грубые дефекты. Более совершенными являются приемы, основанные на аппаратурном анализе спектра частот колеблющегося ОК. МСК, получивший приборное оснащение, применяют в подшипниковой промышленности.

Использующиеся пассивные методы: бегущие волны – в акустико-эмиссионном и стоячие – в вибро- и шумодиагностическом методах.

Вибродиагностический метод реализован в установке для безразборной диагностики буксовых узлов в условиях деповского и капитального ремонта. Данный метод и установка перспективны, но требуют совершенствования в части обработки измерительной информации и выработки «верных» критериев браковки, например значимых «весов» дефектов в частном спектре вибрации.

Вопросы, изложенные в этом разделе, рассмотрены в [44, 45].

1.5. Стандартные образцы для ультразвукового контроля

колесных пар вагонов

Стандартные образцы подразделяются на:

- государственные (ГСО);

- стандартные образцы предприятия (СОП);

- отраслевые (ОСО);

- настроечные (НО).

Государственные стандартные образцы. К наиболее распространенным ГСО, применяемым на железнодорожном транспорте относятся:

Образец СО-2 (рис. 2.17) предназначен для:

- настройки нуля глубиномера ультразвуковых дефектоскопов;

- настройки уровня браковочной чувствительности;

- проверки угла ввода ультразвуковой волны в объект контроля;

- проверки мертвой зоны преобразователя, включенного по совмещенной схеме контроля

Образец СО-3 (рис. 2.18) предназначен для:

- настройки нуля глубиномера ультразвуковых дефектоскопов;

- определения положения «точки» выхода ультразвуковой оси преобразователя;

- определения стрелы преобразователя.

Образец СО-3Р (рис. 2.19) объединяет функции двух стандартных образцов СО-2 и СО-3.

Стандартные образцы предприятия. Используются только на отдельно взятом предприятии. Они изготавливаются и поверяются метрологической службой предприятия. Паспорт на СОП утверждается главными специалистами в лице главного инженера и технолога данного предприятия. Применение СОП регламентируется руководящим документом на ультразвуковой контроль колесных пар вагонов РД 07.09-97.

Требования к стандартным образцам предприятия осей колесных пар вагонов.Линейно-угловые размеры оси должны соответствовать размерам, указанным на эскизе оси соответствующего типа (рис. П.1.1, П.1.2). Шероховатость поверхности R_z рабочего торца зарезьбовой канавки, должна быть в пределах 10 – 20 мкм.

Ось должна удовлетворять требованиям «прозвучиваемости» и не иметь дефектов, выявляемых при ультразвуковом контроле.

Ширина пропилов должна составлять (2,0 ± 1,0) мм. Пропилы должны быть перпендикулярными продольной оси колесной пары.

Пропилы на подступичной части оси должны быть выполнены рядом со ступицей без распрессовки колес.

Расстояние от начала подступичной части оси до пропилов в сечениях Б – Б и Д – Д должно быть не менее (20,0 ± 5,0) мм.

На шейку оси с моделью дефекта в сечении А – А должны быть надеты кольца роликовых подшипников.

Размеры L указаны относительно торца оси, ближнего к пропилу.

Образцы СОП для контроля обода колеса колесных пар вагонов. Образец СОП КО 07.09-97 для контроля поверхности катания обода колеса не должен содержать естественных дефектов, а также не допускается совмещение данного СОП с другими стандартными образцами контроля цельнокатаного колеса.

В зоне расположения отражателей образцов для контроля основного сечения обода и гребня колеса не допускается наличие естественных дефектов. Каждый из этих образцов может быть выполнен из части колеса или конструктивно совмещен в одном колесе с другими, кроме СОП КО 07.09.02.

Образец для контроля поверхности катания обода колеса СОП КО 07.09.02 (рис. П.1.3) применяется для проверки основных параметров контроля поверхности катания и подповерхностной зоны обода колеса на участке дефектоскопирования с отражателем в виде отверстия Æ 7 мм и глубиной 3 мм, выполненного на поверхности катания (разрез А – А) (РД 07.09-97).

Проверка работоспособности преобразователя и настройки уровня браковочной чувствительности при контроле основного сечения обода и гребня колеса осуществляется по специальному образцу колеса с моделями дефектов. Положение моделей дефектов представлено на рис. П.1.4, а:

– контрольный отражатель 1 (отверстие, выполненное сверлением, диаметром (4,0 ± 0,3) мм, глубиной (5,0 ± 0,3) мм (рис. П.1.4, б, сечение А-А) для юстировки ПЭП П121-2,5-40, применяемого для контроля основного сечения обода; под юстировкой понимается ориентация кассеты с преобразователем относительно модели дефекта по максимальной амплитуде отраженного сигнала;

– контрольный отражатель 2 (СОП КО 07.09.03) – паз (пропил) глубиной (3,0 ± 0,5) мм шириной (1–2 мм (рис. П.1.4, б, сечение Б – Б)) для проверки работоспособности ПЭП П121-2,5-40, применяемого для контроля основного сечения обода;

– контрольный отражатель 3 (СОП КО 07.09.03) – отверстие диаметром (3,0±0,3) мм, глубиной (2,0±0,3) мм (рис. П.2.4, б, сечение В – В) для проверки работоспособности ПЭП П121-2,5-50, применяемого для контроля гребня обода колеса.

Отраслевые стандартные образцы. Отраслевой стандартный образец используется в пределах отдельно взятой отрасли хозяйства страны. Для настройки чувствительности при контроле колес колесных пар вагонов используются следующие стандартные образцы.

Образец № 1 из комплекта ОСО 32.008-09 (рис. П.2.1, а) применяется при контроле прямым преобразователем и предназначен для настройки уровня предельной чувствительности дефектоскопа, выраженной в мм², и настройки устройства временной регулировки чувствительности (ВРЧ) с целью выравнивания чувствительности дефектоскопа к отражателям, имеющим равные размеры и расположенным на различной глубине залегания. Образец представляет набор эталонных моделей в виде «плоскодонных» цилиндрических отражателей (отверстий, имеющих плоскую торцевую поверхность), расположенных на разной глубине относительно поверхности ввода ультразвуковых колебаний. Уровни предельной чувствительности:

– для отверстия диаметром 4 мм составляет 13 мм²;

– для отверстия диаметром 5 мм – 20 мм².

Образец № 2 из комплекта ОСО 32.008-09 (рис. П.2.1, б) по назначению аналогичен образцу № 1. Применяется для настройки чувствительности при контроле наклонным преобразователем с углом ввода 50°. Значение угла ввода, для которого используется образец, определяется значением угла наклона торцевой поверхности цилиндрического отверстия к акустической оси преобразователя.

Образец ОСО 32-006-2002 (рис. П.2.2) применяется для осевого прозвучивания предподступичной части оси с цилиндрической поверхности (BR1, BR2, BR3 и BR4).

Образец ОСО 32-004-97 (рис. П.2.3) применяется для проверки работоспособности аппаратуры и настройки уровня браковочной чувствительности при контроле поверхности катания обода колеса. Данный образец эквивалентен СОП КО 07.09.02 (рис. П.1.3)

Настроечные образцы. В настоящее время введено новое определение стандартного образца – «Настроечный образец». Оно заменяет существовавшее ранее определение «Стандартный образец предприятия» как наиболее полно отражающее его функциональное назначение. Настроечные образцы для ультразвукового контроля изготавливаются из реальных объектов, не содержащих естественных дефектов и отвечающих требованиям прозвучиваемости материала.

К настроечным образцам ультразвукового контроля колесных пар вагонов относятся:

– образец НО 1.11.002-К, предназначенный для настройки уровня браковочной чувствительности при контроле колес по методикам ультразвукового контроля DR1 – DR4 (рис. П.3.1, П.3,2);

– образец НО 1.11.002-О (рис. П.3.3, П.3.4) – для настройки уровня браковочной чувствительности при контроле осей колесных пар вагонов по методикам УЗК AR1 – AR4 (сечения А – А, Г – Г, (в сечении Г – Г – паз глубиной 4 мм)), проверки правильной настройки уровней браковочной чувствительности и работоспособности устройства сканирования оси УСО-1 при контроле по методикам BR1 – BR4 (сечения Г – Г, Ж – Ж, пазы (пропилы) глубиной 2 мм).

Вопросы, изложенные в этом разделе, рассмотрены в [15, 29, 30].

1.6. Технология ультразвукового контроля объектов

железнодорожного транспорта

1.6.1 Технология ультразвукового контроля

в соответствии с РД 07.09-97 на базе ультразвукового

дефектоскопа УД2-102

Ультразвуковой контроль оси колесной пары вагона включает: оценку структуры материала (контроль на «прозвучиваемость»), проверку средней и дальней подступичной части, шейки оси и внешней кромки подступичной части. В случае обнаружения дефектов в средней и подступичной части оси – выполнение подтверждающего контроля со стороны цилиндрической поверхности средней части поперечными волнами. В качестве примера в табл. 2.11 указаны номера типовых вариантов контроля осей колесных пар вагонов дефектоскопом УД2-102 и вид эталонных отражателей, по которым осуществляется настройка уровня браковочной чувствительности дефектоскопа. Уровни чувствительности обозначаются буквой N с указанием номера индекса равного порядковому номеру искусственного отражателя (от 1 до 6) в соответствующей зоне стандартного образца оси (номера отражателей и чувствительностей регламентируются в руководящем документе РД 07.09-97 на ультразвуковой контроль элементов колесных пар вагонов). Исключение составляет номер браковочной чувствительности N₀ при выполнении контроля оси на «прозвучиваемость», настройка которой осуществляется по государственному стандартному образцу СО-2. Чувствительность дефектоскопа (для любого варианта контроля) настраивается посредством вариации коэффициента усиления приемного тракта, при этом значение амплитуды сигнала от отражателя устанавливают равным некоторому стандартному уровню. Для объектов железнодорожного транспорта за стандартный принимается уровень равный 50 % высоты А-развертки. Полученное значение коэффициента усиления является уровнем браковочной чувствительности.

Контроль оси колесной пары на «прозвучиваемость». Контроль на прозвучиваемость осуществляется зеркально-теневым методом, продольными волнами с установкой прямого преобразователя (угол ввода 0°) на торец (ось РУ1Ш) или в зарезьбовую канавку оси РУ1.

Настройка уровня чувствительности N₀ выполняется по эталонным отражателям государственного стандартного образца СО-2.

В этом случае уровень браковочной чувствительности в децибелах определяется по выражению N₀ = N_СО-2 + N_усл., где N_со-2 – уровень сигнала от отражателя в стандартном образце, N_усл. – условная чувствительность, значение которой зависит от размеров объекта и глубины расположения контролируемого участка. Существует два варианта настройки чувствительности. Первый (наиболее распространенный) способ в качестве эталонного отражателя использует «донную» поверхность образца, расположенную на глубине 59 мм от поверхности ввода ультразвуковых колебаний (рис. 2.20, а). Определив значение N_СО-2 (50 % высоты А-развертки), устанавливается уровень «браковки», равный N₀ = N_СО-2 + 46 дБ (значение N_усл. = 46 дБ).

Существует методика настройки уровня браковочной чувствительности по цилиндрическому отверстию Æ 6 мм стандартного образца СО-2, расположенному на расстоянии 160 мм от его боковой стенки (рис. 2.20, б). При этом значение уровня условной чувствительности составляет 22 дБ и значение браковочного уровня определяется по уравнению: N₀ = N_СО-2 + 22 дБ.

Контроль средней и дальней подступичной частей оси (кроме зоны под внешней кромкой ступицы). Схема прозвучивания оси при контроле средней и дальней подступичной части представлена на рис. 2.21. Контроль осуществляется эхо-импульсным методом, продольными волнами с установкой прямого преобразователя на торец (ось РУ1Ш) или в зарезьбовую канавку оси РУ1.

Определение значения уровня браковочной чувствительности N₁ при контроле осуществляется по искусственному отражателю стандартного образца предприятия КО 07.09.01 (сечение «Г» рис. П.1.1 для оси РУ1, или рис. П.1.2 – для РУ1Ш).

Контроль ближней шейки и предподступичной части оси с элементами буксового узла. Схема прозвучивания оси при контроле шейки представлена на рис. 2.22. Контроль осуществляется эхо-импульсным методом, продольными волнами с установкой прямого преобразователя на торец (ось РУ1Ш) или в зарезьбовую канавку оси РУ1.

Таблица 2.11

Типовые варианты контроля осей колесных пар вагонов

Контролируемая часть оси	Эталонный отражатель	Уровень чувствительности	Тип контролируемой оси
РУ1	РУ1Ш
номер типового варианта	тип ПЭП, схема прозвучивания	номер типового варианта	тип ПЭП, схема прозвучивания
Ось (контроль на «прозвучиваемость»)	Донная поверхность СО-2	N0		П131-2,5-0/18, с зарезьбовой канавки		П111-2,5-К12, с тор-ца оси
Средняя и дальняя подступичная части (кроме внешней кромки ступицы)	Пропил глубиной 4,0 мм в сечении г – г	N1		П131-2,5-0/18, с зарезьбовой канавки		П111-2,5-К12, с тор-ца оси
Ближняя шейка и предподступичная часть (кольца надеты)	Пропил глубиной 3,0 мм в сечении А – А	N2		П131-2,5-0/18, с зарезьбовой канавки		П111-2,5-К12, с тор-ца оси
Ближняя подступичная часть оси под внешней кромкой ступицы (кольца надеты)	Пропил глубиной 3,0 мм в сечении Б – Б	N3		П131-2,5-0/18, с зарезьбовой канавки		П121-2,5-18, с торца оси

Продолжение таблицы. 2.11

Ближняя шейка и предподступичная часть (кольца сняты)	Пропил глубиной 1,0 мм в сечении Е – Е	N4		П121-2,5-50, с цилиндрической поверхности шейки		П111-2,5-К12, с ци-линдрической поверхности шейки оси
Ближняя подступичная часть оси под внешней кромкой ступицы (кольца сняты)	Пропил глубиной 1,5 мм в сечении Д – Д	N5		П121-2,5-50, с цилиндрической поверхности шейки		П121-2,5-50, с цилиндрической поверхности шейки оси
Средняя и подступичная части (подтверждающий контроль)	Пропил глубиной 1,5 мм в сечении В – В	N6		П121-2,5-50, со средней части оси		П121-2,5-50, со средней части оси
Ближняя шейка и предподступичная часть, кольца надеты (подтверждающий контроль)	Пропил глубиной 3,0 мм в сечении А – А	N7		П111-5,0-6-ШС, с зарезьбовой канавки		П111-5,0-К6, с торца оси

Продолжение таблицы. 2.11

«Сквозное» прозвучивание
Кольца надеты: ось   средняя и дальняя подступичная части (кроме внешней кромки ступицы) ближняя шейка и предподступичная часть	Донная поверхность СО-2 Пропил глубиной 4,0 мм в сечении г – г Пропил глубиной 3,0 мм в сечении А – А	N0   N1     N2	107 или	П131-2,5-0/18, с зарезьбовой канавки	207 или	П111-2,5-К12, с торца оси
Кольца сняты: ось   средняя и дальняя подступичная части (кроме внешней кромки ступицы) ближняя шейка и предподступичная часть	Донная поверхность СО-2 Пропил глубиной 4,0 мм в сечении г – г Пропил глубиной 1,0 мм в сечении Е – Е	N0   N1     N4

Примечание. Местоположение дефектов указано в соответствии с данными, приведенными в приложении 1.

Определение значения уровня браковочной чувствительности выполняется по искусственному отражателю стандартного образца предприятия КО 07.09.01 (сечение «А», рис. П.1.1 для оси РУ1, или рис. П.1.2 – для РУ1Ш).

При контроле ближней шейки и предподступичной части оси с напрессованными кольцами подшипников буксового узла возникают ложные сигналы, которые необходимо отделить от сигналов, идущих от дефектов. Эта задача решается при подтверждающем контроле с применением прямого преобразователя с резонансной частотой, равной 5,0 МГц. Уровень браковочной чувствительности N₇ для этого контроля настраивается по тому же эталонному отражателю, что и уровень чувствительности N₂.

Аналогичным образом осуществляется контроль шейки оси с демонтажем колец подшипников (уровень чувствительности N₄). В качестве эталонного, используется отражатель сечения «Е» образца КО 07.09.01.

Контроль ближней подступичной части оси с напрессованными кольцами в зоне под внешней кромкой ступицы колеса. Схема прозвучивания оси при контроле внешней кромки подступичной части представлена на рис. 2.23. Контроль осуществляется эхо-импульсным методом, продольными волнами с установкой наклонного преобразователя на торец (ось РУ1Ш) или в зарезьбовую канавку оси РУ1.

Определение значения уровня браковочной чувствительности производится по искусственному отражателю стандартного образца предприятия КО 07.09.01 (сечение «Б», рис. П.1.1 для оси РУ1, или рис. П.1.2 – для РУ1Ш).

Контроль внешней кромки подступичной части при демонтаже буксового узла (шейка без колец подшипников) выполняется с применением поперечных волн (преобразователь устанавливается на цилиндрическую поверхность шейки (рис. 2.24)).

Определение значения уровня браковочной чувствительности N₅ производится по искусственному отражателю СОП КО 07.09.01 (сечение Д – Д).

Подтверждающий контроль средней и подступичной части. Данный вариант контроля выполняется в случае обнаружения дефектов в средней или подступичной части оси продольными волнами для подтверждения результатов контроля (независимо от наличия или отсутствия буксового узла колесной пары.). Схема прозвучивания оси представлена на рис. 2.25.

Определение значения уровня браковочной чувствительности производится по искусственному отражателю стандартного образца предприятия КО 07.09.01 (сечение В – В, рис. П.1.1 для оси РУ1, или рис. П.1.2 – для РУ1Ш).

Режим «сквозного» прозвучивания при контроле осей колесных пар вагонов. Режим «сквозного» прозвучивания позволяет заменить три типовых варианта контроля – на «прозвучиваемость», контроль средней и дальней подступичной частей и шейки оси (для осей типов РУ1 и РУ1Ш – с напрессованными и со снятыми кольцами, см. табл. 2.11). Для каждого конкретного варианта контроля (для типа оси и варианта с кольцами и без них) создается отдельная настройка дефектоскопа. Уровень чувствительности в варианте «сквозного» прозвучивания устанавливается для каждой зоны контроля с использованием режима временной регулировки чувствительности (ВРЧ). Данный режим позволяет установить значения уровней браковочной чувствительности для каждой контролируемой зоны.

Ультразвуковой контроль цельнокатаного колеса. Контроль колеса включает: проверку обода (поверхность катания, основное сечение материала, гребень) и приободной зоны диска. Контроль приободной зоны диска, гребня и основного сечения обода выполняется с применением устройства сканирования колеса УСК-4 (рис. 2.26).

Контроль основного сечения обода колеса. Контроль выполняется эхо-импульсным методом, поперечными волнами, наклонным преобразователем со значением угла ввода 40° (кассета № 2). Настройка уровня браковочной чувствительности осуществляется по боковому цилиндрическому отверстию, расположенному на глубине 44 мм от поверхности ввода ультразвуковых колебаний стандартного образца СО-2 или СО-3Р. Для этого кассета № 2 с преобразователем 40° извлекается из устройства сканирования УСК-4 и устанавливается на поверхность стандартного образца (рис. 2.27).

Уровень браковочной чувствительности определяется по выражению N_бр.о. = N_СО-2.40 + 24 дБ, где N_СО-2.40 – значение амплитуды сигнала от цилиндрического отражателя в стандартном образце, 24 – уровень условной чувствительности в децибелах при контроле основного сечения обода.

Значение N_СО-2.40 определяется по стандартной методике настройки чувствительности (изменяя коэффициент усиления установить значение амплитуды сигнала от отражателя равное 50 % высоты А-развертки).

После установки результирующего коэффициента усиления приемного тракта дефектоскопа и сборки устройства сканирования установить УСК-4 на стандартный образец КО 07-09-04 (рис. П.1.4, а, отражатель 1). Произвести ориентацию (юстировку) положения ПЭП кассеты 2 относительно отражателя данного образца (юстировка осуществляется по максимальному значению амплитуды отражаемого сигнала). При правильной настройке чувствительности разность амплитуды сигнала от отражателя 3 (рис. П.1.4, а) и уровня браковочной чувствительности не должна превышать значения, равного 2 дБ.

Контроль гребня обода колеса. Контроль выполняется эхо-импульсным методом, поперечными волнами, наклонным преобразователем со значением угла ввода 50° (кассета №3). Схема прозвучивания образца для настройки чувствительности представлена на рис. 2.28. Все действия аналогичны предыдущему варианту настройки чувствительности.

Уровень браковочной чувствительности для контроля гребня определяется по выражению N_бр.г. = N_СО-2.50 + 12 дБ, где N_СО-2.50 – значение амплитуды сигнала от цилиндрического отражателя в стандартном образце, 12 – уровень условной чувствительности в децибелах при контроле гребня обода колеса. После сборки устройства сканирования и установки результирующего коэффициента проверяется уровень чувствительности по стандартному образцу предприятия КО 07.09.05. При правильной настройке чувствительности разность амплитуды сигнала от отражателя 3 (рис. П.1.4, а) и уровня браковочной чувствительности не должна превышать значения равного 2 дБ.

Контроль поверхности катания. Настройка дефектоскопа при контроле поверхности катания колеса осуществляется по стандартному образцу (рис. П.1.3). Порядок проведения контроля представлен в табл. 2.12.

На рис. 2.29 представлена схема установки ПЭП на поверхность катания обода колеса при настройке дефектоскопа и проведении контроля.

Контроль поверхности катания осуществляется из двух произвольно взятых точек на поверхности обода колеса, смещенных относительно друг друга на 90° рис. 2.30). В каждой точке контроль осуществляется в двух противоположных направлениях.

Таблица 2.12