Представлен метод диагностики, основанный на использовании эффекта магнитной памяти металла к зонам действия максимальных рабочих на­грузок. Метод позволяет без специ­ального намагничивания с помощью малогабаритных приборов с автоном­ным питанием выполнять экспресс- анализ состояния рельсов и определять участки, предрасположенные к повреж­дениям.

Об авторе

 Дубов Анатолий Александрович

Директор ООО "Энергодиагностика", кандидат технических наук, профессор кафедры ремонта и модернизации энергооборудования Института по­вышения квалификации государст­венных служащих. Научные интересы - методы и средства неразрушающего контроля оборудования, в том числе, новый метод диагностики, основан­ный на использовании магнитной памяти металла.

 Основными источниками усталостных повреждений рельсов являются зоны концентрации напряжений (КН), возникновение ко­торых при эксплуатации обусловлено дефектами металла и рабо­чими нагрузками. Традиционные методы и средства эксплуатаци­онного контроля (магнитные дефектоскопы и ультразвуковые дефектоскопы) позволяют выявлять уже развитые дефекты, не обеспечивая диагностику рельсов на стадии их предразрушения.

Эффективным методом оценки напряженно-деформирован­ного состояния рельсов является метод магнитной памяти металла (ММП).

Процессами, предшествующими эксплуатационному повреж­дению рельсов, являются изменения свойств металла (коррозия, усталость) в зонах концентрации напряжений и деформаций. Соответственно, происходит изменение намагниченности металла, отражающей фактическое состояние оборудования. Метод магнит­ной памяти, основанный на измерении поля остаточной намагни­ченности на поверхности контролируемого объекта, позволяет производить оценку его напряженно-деформированного состояния с учетом структурных изменений. При контроле используется эффект магнитной памяти металла к зонам действия максималь­ных рабочих нагрузок.

По инициативе Ассоциации "Метро" и Службы пути Москов­ского метрополитена специалистами фирмы "Энергодиагностика" и дефектоскопической станции метро проведена опытная про­верка метода магнитной памяти металла при контроле эксплу­атируемых рельсовых путей и отдельных рельсов в электродепо "Красная Пресня".

На рис. 1 представлена схема конт­роля рельса с помощью прибора ИКН-1М, имеющего сканирующее устройство в виде тележки и двухканальный датчик для измерения поля остаточной намагничен­ности на поверхности рельса.

 Рис. 1. Схема контроля рельса с помощью индикатора концентрации напряжений ИКН-1М-3: 1,2 - феррозондовые датчики сканирующего устройства; 3 - измеритель длины; 4 - прибор ИКН-1М-3; І₆ - базовое расстояние между датчиками

На рис. 2 представлен фрагмент результатов контроля. При сравнении рис. 2а и 26 видно, что распределение поля Н_Р на ле­вом рельсе имеет относительно равномерный характер. На правом рельсе с внутренней рабочей стороны зафиксировано резкопеременное изменение Н_Р, обусловленное контактно-усталостным из­носом головки рельса.

 В настоящее время проблемной является задача контроля "подошвы" рельсов, в которой в процессе эксплу­атации образуются усталостные трещины. На рис. 3 показано расположение линий концентра­ций напряжений и деформаций, выяв­ленных на одном из участков рельса с ис­пользованием ММП. Вдоль этих линий воз­можно развитие тре­щин. Приведенный на рис. 3 пример сви­детельствует о воз­можности решения задачи контроля "по­дошвы" рельса с ис­пользованием ММП.

Рис. 3. Результаты контроля правого рельса пикета 37+08,8 в зоне КН № 1

В лабораторных условиях была выполнена проверка дефектных рельсов с использованием ММП и УЗД. На рис. 4 представлены результаты контроля участка рельса с дефектом (код 21.2 - трещина в головке). Видно, что зона КН, харак­теризующаяся знакопеременным изменением поля Н_р, совпала с расположением дефекта. Присутствие слева и спра­ва от зоны КН областей с максималь­ными абсолютным и значениями поля Н_р свидетельствует о максималь­ных амплиту­дах колебаний рельса при ра­бочих нагруз­ках.

Рис. 4. Результаты контроля участка рельса с дефектом (код 21.2)

 Выполненная экспериментальная работа подтвердила принципиальные возможности но­вого метода диагностики (без специального намагничивания, с помощью малогабаритных приборов с автономным питанием) выполнять экспресс-анализ состояния рельсов и опреде­лять участки, предрасположенные к повреж­дениям.

Для практического внедрения метода маг­нитной памяти металла при контроле рельсов по договору со Службой пути Московского метропо­литена разрабатывается специальное сканирую­щее устройство и методика контроля.

 На заседании ТК-371 во ВНИИОФИ 1 июля 1999 г. был рассмотрен проект Государственного стандарта "Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Термины, определения и обозначения".

Одним из спорных оказался вопрос наименования нового магнит­ного метода контроля.

По проекту ММП - это метод неразрушающего магнитного конт­роля, основанный на анализе распределения магнитных полей рас­сеяния, отображающих структурную и технологическую наследст­венность металла изделий и сварных соединений. Для оборудования, находящегося в эксплуатации, эффект магнитной памяти проявля­ется в необратимом изменении намагниченности металла в направ­лении действия главных напряжений от рабочих нагрузок.

Известно, что большинство металлоконструкций и оборудования, изготовленных из ферромагнитных материалов, под действием ра­бочих нагрузок подвержены "самонамагничиванию" в магнитном поле Земли. При "самонамагничивании" оборудования и конструкций про­являются различные эффекты магнитострикции. Однако в рассмат­риваемом методе контроля используется последействие, которое проявляется в виде магнитной памяти металла к фактическим де­формациям и структурным изменениям в металле оборудования. Необратимое изменение намагниченности в направлении действия главных напряжений от рабочих нагрузок, а так же остаточную намаг­ниченность деталей и сварных соединений после их изготовления и охлаждения в магнитном поле Земли предложено называть магнит­ной памятью металла.

Метод магнитной памяти металла, по мнению автора, представ­ляет принципиально новое направление в технической диагностике. Это второй после акустической эмиссии пассивный метод, при котором используется информация излучения конструкций. При этом ММП, кроме раннего обнаружения развивающего дефекта, допол­нительно дает информацию о фактическом напряженно-дефор­мированном состоянии объекта контроля и выявляет причину образования зоны концентрации напряжений - источника развития повреждения.