Приведены основные положения инструкций ультразвукового контроля осей колесных пар вагонов, позволяю­щие повысить достоверность конт­роля за счет введения единого метро­логического обеспечения и специали­зированных средств контроля.

Об авторах

Застава Анатолий Павлович

Начальник физической лаборатории АОЗТ "Завод по ремонту электроподвижного состава" (Москва). Кандидат технических наук. III уровень по акустическим методам контроля.

Лазарев Владимир Львович

Инженер I категории физической лаборатории АОЗТ "Завод по ремонту электроподвижного состава" (Москва). Окончил МЭИ в 1986 г. по специальности "Инженерная электрофизика". II уровень по акустическим методам контроля.

Одним из наиболее важных элементов вагонов метрополитена и МПС с точки зрения безопасной эксплуатации является колесная пара, и поэтому неразрушающему контролю ее деталей уделяется повышенное внимание.

Согласно действующей нормативно-технической документации оси колесных пар подвергаются ультразвуковому контролю при изготовлении, в процессе ремонта и периодически в процессе эксплуатации.

 В прошлом году на АОЗТ "Завод по ремонту электроподвиж­ного состава" (ЗРЭПС) был введен входной контроль осей на выяв­ление металлургических дефектов.

Это решение обусловлено обнаружением в двух осях внутренних металлургических дефектов, которые не выяв­лялись при проведении контроля с торцевых поверхностей согласно требованиям. Металлографические исследова­ния подтвердили наличие таких дефектов в виде внутренних разрывов, имеющих продольную ориентацию и ширину до ^ мм. Наряду с продольными дефектами в одной из осей на глубине, примерно равной трети диаметра оси, был обнару­жен поперечный дефект (разрыв) площадью около 400 мм2 и раскрытием до 3 мм.

Контроль осуществляется с цилинд­рических поверхностей оси прямым преоб­разователем (ПЭП) типа П111-2.5-К12 (в дальнейшем - прямой ПЭП) и наклонным ПЭП с чувствительностью, эквивалентной плоскодонному отражателю диаметром 3,6 мм.

Основными недостатками действующих инструкций по конт­ролю осей колесных пар являются настройка чувствитель­ности по искусственным отражателям, отражающая способность которых не проверяется при их изготовлении, а также наличие шу­мовых сигналов, амплитуда которых зачастую превышает брако­вочный уровень.

Отсутствие требований к проверке отражающей способности, от величины которой зависит браковочная чувствительность конт­роля, приводит к тому, что одна и та же ось, в зависимости от отра­жающей способности искусственного отражателя в имеющейся оси "контрольной колесной пары", может быть забракована в одном депо и считаться годной по результатам контроля в другом.

Наличие в зоне контроля шумовых сигналов, по амплитуде близких к браковочному уровню, в значительной степени затрудня­ет проведение контроля и снижает его достоверность, вследствие возможного пропуска дефекта из-за привыкания дефектоскопистов к наличию подобных сигналов, а также вследствие интерференции шумового сигнала с эхо-сигналом от трещины и возможного умень­шения суммарной амплитуды эхо-сигналов при наложении их друг на друга.

Для устранения указанных недостатков нами разработана инструкция, согласно которой контроль осей колесных пар вагонов метрополитена прово­дится до монтажа внутренних колец буксовых подшипников прямым ПЭП с торцевых поверх­ностей и наклонным ПЭП с поверхности шеек.

С целью установки браковочного уровня чувствительности контроля прямым ПЭП с торцевых поверхностей проведен контроль 50 и 40 осей колесных пар вагонов серии 81-714/717 и типа "Е" соответственно (рис. 1).

Рис. 1. Распределение максимального уровня шума (светло-зеленая область) по экрану ЭЛТ дефектоскопа (I деление = 250 мм) и амплитуды сигналов над общим шумом, наблюдаемые при контроле осей вагонов серии 81-714/717 (а) и типа "Е" (б): I, 2 и 3 - зоны контроля; 3 - браковочный уровень; зеленые прямоугольники - интервал значений амплитуды эхо-сигналов от пропилов глубиной 6 мм (а) и 4 мм (б). Амплитуды сигналов приведены относите­льно амплитуды эхо-сигнала от отражателя 0 6 мм в образце С02 по ГОСТ 14782.

Основываясь на общепринятом правиле, что при проведении ультразвуковой дефектоскопии амплитуда шумовых сигналов должна быть более, чем на 6 дБ меньше браковочного уровня, из приве­денных на рис. 1 данных можно сделать вывод, что браковочный уро­вень контроля осей без использования блока временной регулировки чувствительности (ВРЧ) должен быть установлен -52 и -62 дБ соответственно для осей вагонов серии 81-714/717 и типа "Е". Однако в этом случае чувствительность контроля дальней части оси оказы­вается весьма низкой.

Для обеспечения более высокой чувстви­тельности контроля проведена модернизация дефектоскопа УД2-12 в части расширения зоны действия ВРЧ, а также разработан и изготовлен блок ИС-1, позволяющий проводить настройку блока ВРЧ без образцов, так как провести точ­ную настройку по искусственным отражателям в оси весьма затруднительно.

Как видно из рис. 1, общая протяженность контролируемой зоны согласно новой инструкции составляет 1,0 + 8,0 делений горизонталь­ной шкалы экрана вместо 4,5 + 8,0 делений. При этом в зонах, распо­ложенных в пределах 1,0 + 2,0 и 4,5 + 8,0 делений, браковочные уровни одинаковы (с учетом использования ВРЧ в зоне от 4,5 до 8,0 деле­ний). Для зоны от 2,0 до 4,5 делений, где находятся шумовые сиг­налы максимальной амплитуды, браковочный уровень установлен на 24 дБ ниже по сравнению с другими зонами контроля.

Для уменьшения вероятности перебраковки осей колесных пар в инструкцию введен раздел "Подтверждение дефектов", согласно которому наличие дефекта должно подтвердиться при контроле с цилиндрической поверхности или с противоположного торца оси.

С целью обеспечения единого подхода к установке браковочных уровней контроля осей разработаны и введены в инструкцию стандарт­ные образцы предприятий с искусственными отражателями для настройки чувствительности контроля прямым и наклонными ПЭП, а ось "контрольной колесной пары" используется толь­ко для проверки настройки режимов контроля и овладения навыками контроля. При аттестации образцов сопоставляют отражающие характе­ристики искусственных отражателей и отра­жателя 0 6 мм в стандартном образце СО2 по ГОСТ 17782.

Сопоставительный анализ чувствительности контроля подступичной и средней частей оси со­гласно разработанной инструкции и по действую­щей инструкции показывает, что при контроле осей вагонов типа "Е" чувствительность в начале зоны контроля осталась прежней, в средней и дальней частях зоны она увеличена на 4 ч 8 дБ, тогда как в случае вагонов серии 81-714/717 чув­ствительность в начале зоны контроля на 4 дБ ниже, а в конце - на 4 дБ выше.

При технических осмотрах колесных пар в электродепо метрополитенов и при ремонте ва­гонов контроль шеек осей проводят прямыми ПЭП.

Однако при проведении контроля часть энергии ультразвуковых колебаний отражается от внутренних колец буксовых подшипников, и на экране дефектоскопа в зоне контроля наблю­даются эхо-сигналы от колец (в дальнейшем - сигналы помех), амплитуда которых зачастую превышает браковочную чувствительность.

С целью повышения достоверности ре­зультатов контроля разработана инструкция по дополнительному контролю шеек осей колесных пар вагонов метрополитена, который проводится при обнаружении прямым ПЭП эхо-сигналов, по амплитуде близких к браковочному уровню. По этой инструкции контроль проводят с исполь­зованием специального ПЭП типа П121-5,0-СШ.

Рис. 2. Количество шеек осей колесных пар, при контроле которых преобразователями типа П111-2,5-К12 и П121-5,0-СШ разница между браковочным уровнем и максимальной амплитудой сигналов помех составляла - 2; 0; 2; 4 дБ и т. д.

Анализ полученных результатов (рис. 2) при контроле шеек S0-ти осей колесных пар прямым ПЭП и ПЭП типа П121-5,0-СШ показывает, что при контроле на частоте 2^ МГц в 16 % случаев амплитуда шумовых сигналов равна или превышает браковочный уровень.

При контроле ПЭП типа П121-5,0-СШ со­отношение сигнал/шум значительно выше, и амплитуда сигналов помех была меньше брако­вочного уровня на 10 дБ и более для всех осей.

Опытные образцы специальных преобра­зователей типа ПС изготовлены также и для контроля шеек осей типа РУ1 и РУ1Ш вагонов МПС. Два варианта таких ПЭП испытаны совме­стно с представителями НИИ мостов и ВНИИЖТ. Установлено, что при проведении контроля шеек осей с использованием ПЭП типа ПС амплитуда эхо-сигналов, обусловленных отражением от ко­лец подшипников, на 10-12 дБ меньше брако­вочной чувствительности, и присутствие этих сигналов не влияет на принятие решения о на­личии трещины на поверхности шейки оси колес­ной пары. Таким образом, применение таких ПЭП позволяет исключить два фактора, влияющие на достоверность контроля: наличие в зоне контроля сигналов помех и использование при контроле трансформированного луча.

При ремонте колесной пары неразрушающий контроль ее деталей: шестерни редуктора и внутреннего кольца буксового подшипника про­водится магнитопорошковым методом. Однако в прошлом году имелись случаи разрушения этих деталей. Проведенные исследования показали, что в обеих деталях трещины имеют усталост­ный характер и развиваются от галтельных пере­ходов с малым радиусом, в которых магнитный метод малоэффективен. В связи с этим для по­вышения достоверности неразрушающего конт­роля в настоящее время проводится работа по разработке инструкций ультразвукового контро­ля. По предварительной оценке ультразвуковой метод позволит выявлять в галтельных перехо­дах указанных выше деталей усталостные тре­щины, отражающая способность которых равна или превышает отражающую способность искус­ственных отражателей в виде пропила глубиной 0,2 - 0^ мм.

Выводы

С целью повышения достоверности конт­роля разработаны инструкции контроля осей ко­лесных пар вагонов метрополитена в условиях ремонта и шеек осей колесных пар вагонов мет­рополитена в условиях эксплуатации (контроль без демонтажа буксовых подшипников).

Разработанная инструкция по ультразвуко­вому контролю шеек осей с буксовыми подшип­никами вагонов метрополитена с помощью спе­циальных ПЭП позволяет повысить достовер­ность контроля за счет уменьшения величины сигналов помех на 10 - 12 дБ по сравнению с браковочным уровнем. Аналогичные ПЭП могут быть использованы и при контроле осей колес­ных пар типа РУ1 и РУ1Ш вагонов МПС.

Использование магнитопорошкового мето­да при контроле деталей сложной формы не всегда обеспечивает выявление трещин в галтельных переходах с малым радиусом.