Образец для испытания ультразвукового зонда

Полезная модель относится к устройствам для испытаний ультразвуковых (УЗ) зондов, использующихся для исследований объектов сложной формы, например, железнодорожных рельсов. Устройство может быть использовано при изготовлении и эксплуатации УЗ зондов. Образец для испытания ультразвукового зонда выполнен в виде металлического колеса, с возможностью вращения вокруг оси, обод колеса имеет поперечное сечение, совпадающее с профилем поперечного сечения рельса, а оси вращения колеса и симметрии сечения параллельны. Образец имеет внутренние модели дефектов и их поверхностные метки. Образец может быть использован для динамических испытаний УЗ зондов при их изготовлении и эксплуатации.

Полезная модель относится к устройствам для испытаний чувствительных элементов ультразвуковых (УЗ) дефектоскопов-зондов, использующихся для исследований объектов сложной формы, например, железнодорожных рельсов. Образец может быть использован при изготовлении и эксплуатации УЗ зондов.

При УЗ дефектоскопии объектов используются УЗ зонды, содержащие электроакустические преобразователи (ЭАП), обеспечивающие излучение и прием УЗ зондирующих сигналов с возможностью обнаружения дефектов [1]. Для исследования всего объема объекта перемещают УЗ зонд по поверхности объекта, а зондирование осуществляется с шагом, выбранным, исходя из требований по разрешающей способности.

УЗ зонды могут быть выполнены в виде «лыжи» [2] или в виде УЗ колеса [3-5], катящегося по поверхностям исследуемого объекта. В последних вариантах на оси вращения колеса установлены ЭАП, снаружи колеса имеется эластичная мембрана, а внутренний объем заполнен звукопроводящей жидкостью. В любом варианте исполнения зонда стремятся к обеспечению наиболее полному исследованию сложного по форме объекта, каковым является рельс.

Известен образец для испытания УЗ зонда [6], в котором для проверки работоспособности дефектоскопов используется испытательный участок рельса, в котором выполнены искусственные дефекты, Согласно этому патенту имеется возможность испытания ультразвуковых зондов со сложными схемами прозвучивания на рельсе с искусственно созданными дефектами. Такой подход приближает испытания УЗ зондов рельсов к реальности.

Недостатком патента [6] является возможность испытаний УЗ зонда только в статическом режиме, передвигая вручную УЗ зонд по поверхности образца, выполненного в виде отрезка рельса.

Известен образец для испытания УЗ зонда [7], в котором выполнен в виде колеса (диска) с возможностью вращения вокруг оси, что позволяет проводить испытания УЗ зондов в динамическом режиме в лабораторных условиях плоских объектов.

Недостатком образца для испытания УЗ зонда [7] является его непригодность для исследования УЗ зондов со сложными схемами прозвучивания.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является образец для испытаний ультразвуковых зондов - [8], выполненный в виде объемного металлического тела, имеющего внутренние модели дефектов и их поверхностные метки. Внутренние модели дефектов обычно выполняются в виде сверлений, пропилов и т.п. искусственных отражателей УЗ сигналов. Метки на поверхности образца позволяют контролировать положение УЗ зонда (ЭАП) на поверхности образца относительно моделей дефектов. Такое устройство позволяет выполнить испытание УЗ зонда, т.е. проверить по отдельности качество изготовления каждого ЭАП, правильность углов ввода и приема УЗ колебаний зонда и т.п.

Недостатком образца [8] является возможность контроля УЗ зондов только в статике - при ручном перемещении УЗ зонда по поверхности образца.

При практическом использовании УЗ зонды перемещают по рельсовому пути с высокими скоростями - до 80 км/час. В таких условиях могут проявляться явления, которые трудно наблюдать в статических условиях. Наблюдать и контролировать УЗ зонд, расположенный под вагоном-дефектоскопом и перемещается по рельсам с высокой скоростью крайне сложно. Необходимость в таком наблюдении особенно актуальна для акустических УЗ колес, у которых на высоких скоростях вращения могут возникать:

- вибрации, связанные с точностью балансировки;

- вспенивание акустической жидкости внутри колеса;

- пробуксовка колеса;

и другие явления.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение качества испытания УЗ зондов рельсов в лабораторных условиях за счет проведения испытаний в динамическом режиме на образце, совпадающем по форме с объектом исследований в лабораторных условиях.

Для решения поставленной задачи образец для испытания ультразвукового зонда, выполненный в виде объемного металлического тела, имеющего внутренние модели дефектов и их поверхностные метки, выполнен в виде колеса, с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, обод колеса имеет поперечное сечение, совпадающее с профилем поперечного сечения рельса, а оси вращения колеса и симметрии сечения обода колеса параллельны.

Заявляемый образец иллюстрируют следующие графические материалы:

Фиг. 1 - образец, где:

1 - образец;

2 - ось вращения образца;

3 - модели дефектов;

4 - метки дефектов.

Фиг. 2 - образец с УЗ зондом в виде «лыжи», где:

5 - лыжа;

6 - ЭАП.

Существенными отличиями заявляемой полезной модели являются.

Выполнение образца для испытаний УЗ зонда в виде колеса с возможностью вращения вокруг оси. Такое исполнение образца позволяет проводить испытания УЗ зонда в динамическом режиме, вращая рельс-колесо.

В прототипе образец позволяет проводить только статические испытания.

Выполнение обода образца (колеса) с поперечным сечением, совпадающим с профилем поперечного сечения рельса, позволяет проводить полунатурные испытания УЗ зондов со сложными схемами прозвучивания, например, использующими отражение зондирующего сигнала от поверхностей рельса.

В прототипе образец выполнен в виде металлического бруска, что позволяет проверять только прямые линии зондирования от ЭАП к дефекту и обратно.

Выполнение колеса так, что оси вращения колеса и симметрии сечения обода колеса параллельны, позволяет получить образец в виде рельса, фиг. 1. Такая форма позволяет получить плоскую поверхность поверхности катания «рельса колеса» и проводить испытания любых УЗ зондов, выполненных в виде лыжи, колеса или одиночных ЭАП.

В прототипе возможно испытание любых зондов, но только в статическом режиме и для простых схем прозвучивания.

Рассмотрим возможность реализации заявляемой полезной модели на примере испытаний УЗ зонда в виде лыжи.

Заявляемый образец 1 в простейшем случае может быть выполнен токарной обработкой металлической заготовки приобретающей вид «согнутого в кольцо рельса» Фиг. 1, с осью вращения 2. Диаметр колеса 1 выбирается таким, чтобы кривизна поверхности в незначительной степени влияла на точность измерений. В образцы 1, Фиг. 1 или 2, вводятся модели дефектов 3 в виде искусственно созданных отражателей УЗ сигналов, выполненных в виде сверлений, пропилов и т.п. На образец 1 наносятся метки 4, которые могут быть выполнены в виде рисок (при ручном вращении образца), магнитных, оптических и т.п. маркеров пригодных для автоматического считывания на высоких скоростях вращения образца 1. Метки 4 располагаются в соответствии с положением моделей дефектов 3. УЗ зонд 5 подключается к УЗ дефектоскопу. На образец устанавливается УЗ зонд в виде лыжи 5 с установленным на ней ЭАП. Он может располагаться преимущественно на поверхности катания образца (рельса), поскольку боковые поверхности головки, шейки и т.д. искривлены. Направления излучения и приема сигналов ЭАП УЗ зонда зависят от выбранной методики измерений.

При проведении статических испытаний образец 1 поворачивается вручную. При этом проверяется соответствие моментов появления УЗ сигналов, отраженных от моделей дефектов 3 положению УЗ зонда 5 (ЭАП 6) относительно меток 4. Оценивается амплитуда принятых сигналов. При необходимости проводится замена или коррекция положения ЭАП.

Для проведения динамических измерений образец 1 снабжается приводами, обеспечивающими его вращение с заданной скоростью. УЗ зонд 5, фиг. 2, выполненный в виде лыжи с ЭАП 6 устанавливается на образец 1 неподвижно, используя, например, штатные механизмы вагона дефектоскопа, обеспечивающие удержание в заданном положении и прижатие УЗ зонда к рельсу. В этом случае возможно испытание и этих механизмов. Около образца 1 устанавливаются датчики устройства считывания магнитных, оптических и т.п. меток 4. Выходы УЗ дефектоскопа и датчиков подключаются к компьютеру. Описанные выше приводы, механизмы удержания, датчики и компьютер выходят за рамки заявляемой полезной модели и на Фиг. 2 не показаны с целью упрощения.

При вращении образца с выбранной скоростью УЗ зонд 5 (ЭАП 6), взаимодействуя с дефектоскопом, излучает зондирующие и принимает УЗ сигналы, отраженные от моделей дефектов 3, а датчики меток 4 передают в компьютер сигналы, синхронизирующие положение образца 1 с текущим относительным положением УЗ зонда 5. В результате появляется возможность оценить точность и качество изготовления УЗ зонда, качества и ориентации ЭАП, свойств механизмов подвеса УЗ зонда на рельсе и т.д.

Таким образом, заявляемый образец может быть реализован, обеспечивает возможность полунатурных динамических испытаний УЗ зондов, а за счет этого позволяет повысить качество дефектоскопии и безопасность железнодорожных перевозок.

Источники информации:

1. Марков А.А. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов., 2-е изд. перераб. и доп. - СПб.: Образование - Культура, 2008. 283 с.

2. Патент GB 1506214.

3. Патент RU 89235.

4. Патент WO 9701094.

5. Патент US 6604421.

6. Патент RU 134133

7. Патент WO 2014187580

8. ГОСТ 18576-96.

Образец для испытания ультразвукового зонда, выполненный в виде объемного металлического тела, имеющего внутренние модели дефектов и их поверхностные метки, отличающийся тем, что образец выполнен в виде колеса с возможностью вращения вокруг оси, обод колеса имеет поперечное сечение, совпадающее с профилем поперечного сечения рельса, а оси вращения колеса и симметрии сечения обода колеса параллельны.