Контроль качества рельсов
Контроль качества приобретает в последнее время особое значение в связи с развитием железных дорог, увеличением интенсивности движения железнодорожного транспорта, повышением массы подвижного состава и нагрузки на ось. При производстве рельсов стремятся обеспечить высокие эксплуатационные характеристики с ресурсом работы до 500 млн. т.
Важным требованием к качеству является соблюдение нормативных значений кривизны поверхности качения и боковых закруглений головки рельса. Отклонения формы и в особенности местные продольные неровности на поверхности качения головки в средней части, а также на концах рельсов значительно ускоряют развитие контактно-усталостных дефектов. При проходе вагонного или локомотивного колеса по неровностям на головке рельсовой нити резко возрастают дополнительные динамические усилия, величина которых пропорциональна квадрату скорости движения поезда. Так при скорости движения грузового поезда 80 км/ч и глубине допускаемой по стандарту неровности 0,5 мм на длине 1 м дополнительное динамическое усилие составляет 27 % статической нагрузки колеса на рельсовую нить. Повышение скорости всего до 100 км/ч (на 25 %) приводит к увеличению дополнительного динамического усилия примерно в 1,6 раза. В контактной зоне дополнительные динамические силовые воздействия увеличиваются в еще большей степени.
При неровности поверхности качения головки рельса на длине 0,25 м и глубине 1 мм дополнительные динамические усилия в контакте повышают статическую нагрузку в 2-2,8 раза. Увеличение длины неровности до 0,5 м. что эквивалентно уменьшению ее глубины в два раза, снижает значение дополнительного динамического усилия примерно до половины статической нагрузки.
Таким образом, динамические силы, обусловленные продольными неровностями на поверхности качения головки, могут существенно сокращать срок службы рельсов.
В условиях интенсивной эксплуатации железных дорог работоспособность рельсов определяется не столько их износом по длине, сколько развитием разнообразных пороков (по одиночным изъятиям). Причины возникновения дефектов в рельсах при службе могут быть отнесены к двум группам: эксплуатационной, вызванной неудовлетворительным состоянием пути и подвижного состава, и металлургической, вызванной дефектами, возникшими при изготовлении. Более 15 % рельсов выходит из строя вследствие развития в них пороков металлургического происхождения. Особенно опасны дефекты макроструктуры металла, так как они являются концентраторами напряжений. При визуальном контроле такие дефекты практически не обнаруживают. Резко снижают срок службы рельсов неметаллические включения, вытянутые в виде строчек длиной в несколько десятков миллиметров. По данным ЦНИИ МПС, дефекты контактно-усталостного происхождения, вызванные наличием неметаллических включений, являются наиболее распространенными. Поэтому наряду с выявлением и отсортировкой на металлургических заводах рельсов с дефектами макроструктуры необходимо сортировать и рельсы со скоплениями крупных неметаллических включений.
Ультразвуковой контроль рельсов в потоке производства при помощи дефектоскопов с контактными датчиками оказался неэффективным из-за влияния окалины, шероховатости поверхности, высокой температуры металла и других неблагоприятных факторов, которыми сопровождается процесс прокатки.
В РФ работы по дефектоскопии рельсов направлены на создание бесконтактных ультразвуковых дефектоскопов, использующих для излучения и приема ультразвука электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМА). Необходимый уровень сигналов обеспечивается при зазорах между ЭМА – преобразователем и рельсом 3-4 мм.
Для контроля качества рельсов за рубежом применяют специализированные дефектоскопы и установки, принцип работы которых основан на использовании ультразвукового и магнитографического методов.