Приведена краткая информация о результатах и опыте практического НК свариваемых на РСП рельсах и возможности использования результатов ультразвукового контроля для оценки стабильности и уровня технологического процесса сварки.

 Об авторе

Кузьмина Лидия Ивановна 

 С. н .с. НИИ мостов ПГУПС. III уровень по акустическим ме­тодам контроля. Основные направления работ - технологии НК рельсов, стан­дартизация и метрологическое обеспе­чение процесса УЗК металлопродукции.

Восстановление и сварку старогодных рельсов и сварку новых рельсов в длинномер­ные плети выполняют в стационарных условиях на рельсосварочных предприятиях (РСП). Сварку рельсов выполняют электроконтактным способом (стыковая сварка оплавлением по ГОСТ 2601) . При нарушениях режимов сварки и подготовки к сварке торцов рельсов, а также при отклонениях химического состава металла от заданных стан­дартами значений возможно возникновение внутренних дефектов: плоскостных, вертикально ориентированных и имеющих характер структур­ных изменений с весьма малым раскрытием.

Все дефекты электроконтактной сварки (за исключением серого силикатного включения) от­носят к виду "критические" ("недопустимые") не­зависимо от их размера и места расположения в сечении рельса.

По завершении сварки выдавленный металл по всему периметру рельса удаляется гратоснимателем и зашлифовывается заподлицо с основным металлом.

Сварное соединение с зоной термического влияния, пред­ставляющей собой зону структурной неоднородности, составляет участок рельса протяженностью 25 ч 30 мм в обе стороны от места соединения торцов. Это обстоятельство превращало сварной участок рельса в сечение контроленепригодное.

 Предусмотренный ранее выборочный разрушающий контроль специально свариваемых контрольных образцов в начале, середине и конце рабочей смены путем их статического разрушения на гидравлическом прессе не позволял ни выявлять дефекты сварки, ни, тем более, гарантировать их от­сутствие в отгруженной на железные дороги партии сварных рельсов. Если внутренние дефекты сварки в ряде случаев не влияют на ре­зультаты статических испытаний, то под воздействием динамичес­кой нагрузки в условиях эксплуатации они неизбежно приводят к развитию трещины (например, контактно-усталостной попереч­ной трещины в головке) и разрушению стыка (рис. 1).

Исследования, про­веденные НИИ мостов ПГУПС, показали, что единственно возможным методом обнаружения внутренних дефектов является эхо-импульс­ный метод ультразвуковой дефектоскопии.

Рис. 1

НК на базе ультразвукового метода на всех РСП на территории России и государств ближ­него зарубежья (бывшего СССР) был введен с 1961 г. СССР (до конца 80-х гг.) - единственная страна, где ультразвуковому контролю в обяза­тельном порядке подвергается каждый сварной стык на РСП и проводится периодический конт­роль этих стыков при их эксплуатации в пути.

Ультразвуковой контроль разрешается осуществлять на специаль­но оборудованном рабочем месте в технологическом потоке РСП (рис. 2) дефектоскопами, отвечающими следующим основным пара­метрам контроля : частота колебаний f =2,5 МГц; диаметр преобразователя 2а = 12 мм; угол ввода наклонного преобразова­теля α = 48 + 52°; условная чувствительность по стандартному образцу СО-2 К_у = 24 дБ; мертвая зона М ≤ 8 мм.

Для обеспечения требуемой достоверности результатов контроля прозвучивание сварного стыка и зоны термического влияния осущест­вляют с двух сторон стыка по всему периметру рельсов (рис. 3) по схеме продольно-поперечного сканирования с шагом продольного сме­щения ПЭП не более 3 мм, сопровождая эту процедуру поворотом ПЭП относительно продольной оси рельса на ±15 + 20°. Принятые пределы перемещения ПЭП относительно сварного стыка обеспечи­вают прозвучивание всего металла соединения (и зоны термического влияния в том числе) в зоне подошвы и шейки рельса прямым и многократно отраженным лучом.

Правильность принятых значений основ­ных параметров контроля и сканирования подтверждается систематическим анализом резуль­татов ультразвукового и фрактографического контроля, представляемых РСП. Обнаруженные на РСП дефектные сварные стыки вырезают, а рельсы переваривают. Таким образом, эти де­фектные стыки представляют собой внутриза­водской брак и сведения о них могут быть использованы для оценки уровня технологического процесса сварки как внутри каждого РСП, так и между различными РСП.

С 1961 г. проанализированы сведения о результатах контроля более 16 млн. сварных стыков, из которых более 35 тыс (= 0,22 %) было забраковано.

Установлено, что наиболее часто обнару­живаются дефекты в подошве - 66 %, в шейке - 22 % и в головке - 12 %. При этом, независимо от места расположения дефекта, преобладает рыхлость (пережог) - 44 %; непровар - 28 %, газовый пузырь (свищ) - 12 %, трещины - 7 %, силикатные скопления (светлые и серые) - 8 % и кратерные усадки - 1 %.

Рис. 2

 Рис. 3

 В 1991 г. Департаментом пути и сооружений МПС РФ утверждено к опытному внедрению разработанное НИИ мостов ПГУ ПС "Положение о системе сквозного неразрушающего контроля рельсов в технологическом потоке РСП", преду­сматривающее:

-        входной контроль старогодных рельсов;

-        пооперационный контроль качества рельсов на этапах подготовки рельсов под сварку, сварки и термообработки;

-        приемочный контроль сварных стыков рель­сов визуально-измерительным и ультразвуковым методами.

Поскольку до настоящего времени на ука­занных участках технологического потока РСП отсутствуют средства автоматизированного НК рельсов, а контроль каждого сварного стыка ограничивается внешним осмотром и ультразву­ковым контролем, выполняемым "вручную", осо­бое значение в обеспечении необходимой на­дежности обнаружения дефектов сварки имеют квалификация операторов (дефектоскопистов), оборудование рабочего места на контрольном посту РСП, систематический контроль за ведени­ем журнала контроля и систематический анализ результатов контроля.

В целях повышения надежности сквозного НК рельсов на РСП Указанием МПС РФ № С-450у от О9.О4.99 введены "Правила оформления и представления в РСП рекламаций на рельсы с дефектными стыками", определены сроки замены морально устаревших дефектоскопов приборами РДМ-3, сроки сертификации контрольных масте­ров и старших дефектоскопистов в соответствии с Правилами и аккредитация контрольных постов РСП. В 1998 г. начата разработка автома­тизированного ультразвукового бесконтактного входного контроля старогодных рельсов и стенда автоматизированного ультразвукового контроля сварных стыков рельсов после удаления выдав­ленного металла. Важно, что при входном конт­роле старогодных рельсов предполагается не только выявление дефектов, но и сортировка рельсов на 3 группы по степени коррозионных повреждений подошвы, снижающих ресурс рельсов.