"ГОСТ 18576-96. Межгосударственный стандарт. Контроль неразрушающий. Рельсы железнодорожные. Методы ультразвуковые"
(введен в действие Постановлением Госстандарта России от 04.07.2001 N 257-ст)

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом мостов Петербургского государственного университета путей сообщения (НИИ мостов ПГУ ПС)

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (Протокол N 10 от 4 октября 1996 г.)

За принятие проголосовали:

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 4 июля 2001 г. N 257-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 18576-96 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 2002 г.

4 ВЗАМЕН ГОСТ 18576-85

Настоящий стандарт распространяется на рельсы типа Р50 по ГОСТ 7174, Р65 по ГОСТ 8161 и Р75 по ГОСТ 16210 при их изготовлении, эксплуатации и ремонте (восстановлении) и устанавливает методы при ручном и механизированном ультразвуковом контроле для выявления в головке, шейке и зоне продолжения шейки в подошву рельсов внутренних дефектов (расслоений, флокенов, раковин, неметаллических и инородных включений, трещин, дефектов электроконтактной сварки) в пределах чувствительности контроля, а также зон аномальных механических напряжений в рельсах. Тип и реальные размеры дефектов не определяются.

Допускается распространять положения настоящего стандарта на контроль рельсов других типов.

Стандарт не устанавливает методы ультразвукового контроля наплавки.

Необходимость проведения ультразвукового контроля, объем контроля, тип и размеры недопустимых дефектов устанавливают в стандартах или технических условиях на рельсы.

Определения терминов, использованных в настоящем стандарте, приведены в приложении А.

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.001-89 Система стандартов безопасности труда. Ультразвук. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.003-83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 7174-75 <*> Рельсы железнодорожные типа Р50. Конструкция и размеры

ГОСТ 8161-75 <*> Рельсы железнодорожные типа Р65. Конструкция и размеры

ГОСТ 14637-89 Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия

ГОСТ 14782-86 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые

ГОСТ 16210-77 <*> Рельсы железнодорожные типа Р75. Конструкция и размеры

ГОСТ 17622-72 Стекло органическое техническое. Технические условия

ГОСТ 26266-90 Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Общие технические требования.

--------------------------------

<*> На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 51685-2000.

В настоящем стандарте применяют следующие обозначения и сокращения:

- чувствительность условная, мм;

- чувствительность условная, дБ;

- чувствительность эквивалентная, дБ;

- угол ввода ультразвуковых колебаний в металл (угол ввода луча), ... °;

- угол призмы ПЭП, ... °;

- стрела наклонного ПЭП, мм;

- мертвая зона, мм;

- ширина основного лепестка диаграммы направленности в плоскости падения волны, ... °;

- длительность импульса, излучаемого ПЭП, мкс;

- показание аттенюатора, соответствующее ослаблению эхо-сигнала от отверстия диаметром 6 мм на глубине 44 мм в СО-2 (СО-2Р, СО-3Р) до уровня, при котором оценивают условную чувствительность, дБ;

- интервал времени между зондирующим импульсом и эхо-сигналом от вогнутой цилиндрической поверхности в СО-3Р при установке наклонного ПЭП в положение, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала, мкс;

- среднее время распространения ультразвуковых колебаний в призме наклонного ПЭП, мкс;

- угол между двумя отражателями в СО-4, ... °;

- угол разворота ПЭП относительно продольной оси рельса, ... °;

- условная ширина выявленного дефекта, мм;

- условная высота выявленного дефекта, мм или мкс;

ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь;

- условная протяженность, мм.

Термины и соответствующие им определения приведены в приложении А.

4.1 При контроле должны быть использованы:

- ультразвуковой импульсный дефектоскоп (далее - дефектоскоп) по нормативным документам (НД) с электроакустическими (пьезоэлектрическими или электромагнитоакустическими) преобразователями;

- стандартные образцы для определения основных параметров контроля;

- вспомогательные приспособления и устройства для соблюдения параметров сканирования и измерения характеристик выявленных дефектов.

Допускается применять дефектоскопы с непрерывным излучением ультразвуковых колебаний, метрологические характеристики и параметры которых устанавливают в стандартах и (или) технических условиях на дефектоскопы конкретного типа.

Дефектоскопы, преобразователи и стандартные образцы, используемые для контроля, должны быть аттестованы в установленном порядке.

4.2 Для контроля следует использовать дефектоскопы, работающие по эхо-методу, зеркальному методу, дельта-методу, теневому методу, зеркально-теневому методу, на частоте от 0,1 до 4,0 МГц.

4.2.1 Дефектоскопы, работающие по эхо-, зеркальному и дельта-методам, должны иметь аттенюатор. Значение ступени ослабления аттенюатора должно быть не более 2,0 дБ.

При контроле эхо-методом допускается применять дефектоскопы без аттенюатора с проверкой условной чувствительности по стандартным образцам СО-1Р или СО-1 по ГОСТ 14782 или дефектоскопы без аттенюатора с системой автоматической настройки и поддержания чувствительности.

4.2.2 Дефектоскопы, работающие по теневому или зеркально-теневому методам, должны иметь устройство для измерения условной чувствительности, выполненное по схеме имитатора дефектов, состоящего из аттенюатора и элементов коммутации (рисунок 1).

Аттенюатор имитатора дефектов должен быть проградуирован в относительных единицах от 0,1 до 0,6 или в децибелах. Значение ступени ослабления аттенюатора должно быть не более 0,1 или 2,0 дБ соответственно.

4.3 Пьезоэлектрические преобразователи на частоту более 0,16 МГц - по ГОСТ 26266.

Допускается применять специализированные преобразователи, изготовленные по техническим условиям (ТУ) и рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

4.4 Стандартные образцы СО-1Р, СО-2Р и СО-3Р (рисунки 2 - 4) или стандартные образцы СО-1, СО-2 и СО-3 по ГОСТ 14782 следует применять для измерения и проверки основных параметров аппаратуры и контроля при совмещенной и раздельной схемах включения пьезоэлектрических преобразователей на частоту более 1,5 МГц.

В остальных случаях для проверки основных параметров аппаратуры и контроля должны использоваться отраслевые стандартные образцы или стандартные образцы предприятия, аттестованные в установленном порядке.

4.4.1 Стандартный образец СО-1Р (рисунок 2) применяют для определения условной чувствительности при контроле эхо-методом.

Образец СО-1Р должен быть изготовлен из органического стекла марки ТОСП по ГОСТ 17622. Скорость распространения продольной ультразвуковой волны на частоте (2,5 0,2) МГц при температуре (20 5) °С должна быть (2670 133) м/с. Амплитуда первого донного импульса по толщине образца на частоте (2,5 0,2) МГц и при температуре (20 5) °С не должна отличаться более чем на 2 дБ от амплитуды первого донного импульса в образце-свидетеле, аттестованном органами государственной метрологической службы.

Примечание - Цифры у отверстий диаметром 10Н14 на образце СО-1Р относительно поверхности ввода ультразвуковых колебаний указывают глубину расположения центра соответствующих отверстий диаметром 2Н14 в стандартном образце СО-1 по ГОСТ 14782.

4.4.2 Стандартный образец СО-2Р (рисунок 3) применяют для определения:

- условной чувствительности при контроле эхо- и зеркальным методами;

- мертвой зоны;

- погрешности глубиномера и погрешности измерения координат отражателя;

- стрелы преобразователя;

- угла ввода ультразвуковых колебаний;

- ширины основного лепестка диаграммы направленности наклонного ПЭП.

Образец СО-2Р должен быть изготовлен из стали марки 20 по ГОСТ 14637. Скорость распространения продольной волны в материале образца при температуре (20 5) °С должна быть (5900 118) м/с.

На боковые поверхности образца должны быть нанесены шкала значений в миллиметрах и шкала значений угла ввода ультразвуковых колебаний от 10° до 70° с интервалом 1° в соответствии с уравнением

Нулевые деления шкал должны совпадать с осью, проходящей через центры отверстий диаметром 6Н14 перпендикулярно к рабочим поверхностям образца.

Примечание - Стрелу преобразователя определяют по соотношению

Значение угла ввода ультразвуковых колебаний рассчитывают по выражению

где , - расстояния от проекции центра отверстия диаметром 6Н14 на рабочую поверхность образца до передней грани преобразователя в положениях, соответствующих максимальной амплитуде эхо-сигнала от отверстия на глубине 44 и 15 мм соответственно.

4.4.3 Стандартный образец СО-3Р (рисунок 4) применяют для определения:

- условной чувствительности при контроле эхо- и дельта-методами;

- мертвой зоны;

- погрешности глубиномера и погрешности измерения координат отражателя;

- стрелы преобразователя;

- угла ввода ультразвуковых колебаний;

- ширины основного лепестка диаграммы направленности наклонного ПЭП;

- импульсного коэффициента преобразования при контроле рельсового или близкого к нему по акустическим свойствам металла.

Образец СО-3Р должен быть изготовлен из стали марки 20 по ГОСТ 14637. Скорость распространения продольной волны в материале образца при температуре (20 5) °С должна быть (5900 118) м/с.

На боковых и рабочих поверхностях образца должны быть выгравированы риски, проходящие через центр полуокружности и по оси рабочей поверхности. На боковую поверхность образца наносят шкалу значений угла ввода ультразвуковых колебаний от нуля до 40° с интервалом 2° и от 40° до 70° - с интервалом 1° в соответствии с уравнением

Нуль шкалы должен совпадать с осью, проходящей через центр отверстия диаметром 6Н14 перпендикулярно к рабочей поверхности образца.

Значение 65° на шкале углов ввода ультразвуковых колебаний должно совпадать с риской, проходящей через центр полуокружности.

4.5 Ультразвуковой специализированный дефектоскоп для выявления зон экстремальных механических напряжений в рельсах должен обеспечивать измерение амплитуды сигнала с погрешностью не более 1 дБ и интервала времени между сигналами - с относительной погрешностью не более 0,0001.

4.6 Систематическую проверку параметров, определяющих работоспособность дефектоскопов при сплошном контроле рельсов, допускается проводить с использованием электроакустических устройств.

Перечень параметров и порядок их проверки должны быть указаны в технической документации на контроль.

5.1 Поверхность рельса, с которой ведется контроль, должна быть очищена от:

- отслоившейся окалины, грязи, льда и покрыта слоем контактирующей жидкости при использовании пьезоэлектрического преобразователя;

- отслоившейся окалины и грязи при использовании электромагнитоакустического преобразователя.

В качестве контактирующей жидкости используют воду, минеральные смазочные материалы, раствор спирта в воде и спирт.

Чистота поверхности и состав контактирующей жидкости должны быть указаны в технической документации на контроль.

5.2 Подготовку аппаратуры к контролю следует выполнять в соответствии с технической документацией на аппаратуру и контроль.

5.3 Основные параметры контроля:

- частота возбуждаемых ультразвуковых колебаний;

- чувствительность (условная, эквивалентная);

- стрела преобразователя и положение плоскости падения волны относительно оси рельса;

- угол ввода ультразвуковых колебаний в металл;

- погрешность глубиномера (погрешность измерения интервала времени между сигналами);

- мертвая зона;

- минимальный условный размер дефекта, фиксируемого при заданной скорости контроля;

- длительность зондирующего импульса.

Перечень параметров, подлежащих проверке, их числовые значения и периодичность проверки должны устанавливаться в каждом конкретном случае в технической документации на контроль.

5.4 Частоту ультразвуковых колебаний измеряют по длительности периода колебаний в эхо-импульсе высокочастотным осциллографом.

Допускается измерять частоту ультразвуковых колебаний в диапазоне 1,5 - 4,0 МГц, излучаемых наклонным преобразователем, по образцу, приведенному в приложении В.

5.5 Условную чувствительность контроля эхо-, зеркальным и дельта-методами при частоте ультразвуковых колебаний более 1,5 МГц следует измерять по образцу СО-2Р (СО-2) или СО-3Р (рисунок 5).

Условную чувствительность при контроле эхо-методом допускается измерять по стандартному образцу СО-1Р или СО-1 при температуре, указанной в аттестат-графике.

Условную чувствительность при контроле эхо-, зеркальным и дельта-методами допускается измерять по отраслевым стандартным образцам или стандартным образцам предприятия.

Условную чувствительность при контроле зеркально-теневым методом измеряют с помощью имитатора дефектов или аттенюатора (рисунок 1) на бездефектном участке рельса или на образце, параметры которых указаны в технической документации на контроль.

При частоте ультразвуковых колебаний менее 1,5 МГц эквивалентную чувствительность следует измерять по образцам, указанным в технической документации на контроль.

5.6 Стрелу преобразователя следует определять по образцам СО-3Р (или СО-3 по ГОСТ 14782) или СО-2Р, а положение плоскости падения волны - по образцам СО-3Р или СО-3 (по ГОСТ 14782).

5.7 Угол ввода ультразвуковых колебаний следует измерять по образцам СО-3Р или СО-2Р, или СО-2.

5.8 Погрешность глубиномера следует проверять по образцам СО-3Р или СО-2Р, или СО-2.

5.9 Мертвую зону при контроле эхо-методом на частоте более 1,5 МГц следует проверять по образцам СО-3Р или СО-2Р, а при контроле на частоте менее 1,5 МГц - по образцам, указанным в технической документации на контроль.

5.10 Минимальный условный размер дефекта, подлежащий фиксации при заданной скорости контроля, следует проверять на образце в соответствии с технической документацией на контроль. Допускается при проверке применять радиотехническую аппаратуру, имитирующую сигналы от дефектов заданного условного размера.

5.11 Длительность зондирующего импульса следует определять с помощью высокочастотного осциллографа измерением длительности эхо-сигнала на уровне 0,1.

Допускается определять длительность эхо-импульса на образце в соответствии с приложением В.

6.1 Контроль рельсов проводят эхо- или зеркальным, или дельта-, или зеркально-теневым методами, или комбинацией методов продольными и поперечными волнами.

Схемы включения и расположения преобразователей приведены в таблицах 1 (схемы 1 - 14), 2 (схемы 1 - 8) и 3 (схемы 1 - 4), где Г - вывод к генератору; П - вывод к приемнику.

При применении наклонного преобразователя, работающего по совмещенной схеме, прозвучивание осуществляют последовательно в двух взаимно противоположных направлениях.

Допускается применять наклонные преобразователи, с помощью которых осуществляют прозвучивание в одном направлении.

6.2 Контроль головки рельса (таблица 1) осуществляют эхо- (схемы 1, 4, 13) и зеркальным (схема 2) методами с помощью наклонных преобразователей.

При частоте ультразвуковых колебаний более 1,5 МГц преобразователь включают по совмещенной или раздельной, или раздельно-совмещенной схемам и ориентируют вдоль оси или относительно продольной оси рельса в стороны его боковых граней на угол . Номинальные значения угла ввода и угла должны указываться в технической документации на контроль.

При частоте ультразвуковых колебаний менее 1,5 МГц преобразователи включают по раздельной схеме и располагают на поверхности катания головки или на боковых поверхностях головки рельса в последовательности, указанной на схеме 13 в таблице 1.

Допускается применять для контроля головки рельса эхо-метод в сочетании с зеркально-теневым методом или зеркально-теневой, или теневой методы.

6.3 Контроль шейки рельса и подошвы в зоне проекции шейки (таблица 2) осуществляют эхо-методом (схемы 1, 2) и, вне зоны сварного стыка, - зеркально-теневым методом (схемы 2, 3, 4) по первому или второму донным сигналам, или по отношению амплитуд донных сигналов с помощью прямого или наклонных преобразователей, включенных по совмещенной или раздельной схемам, или теневым методом (схема 7).

Протяженность зоны сварного стыка, не контролируемой зеркально-теневым или теневым методами, должна быть указана в технической документации на контроль.

Допускается контроль эхо- или (и) зеркально-теневым методами при расположении преобразователей на боковых поверхностях шейки.

Шейку рельса на отсутствие трещин, развивающихся от болтовых отверстий (таблица 3), контролируют эхо-методом (схемы 2, 3, 4) или (и) зеркально-теневым методом (схема 1) с помощью одного или двух преобразователей, работающих по схеме ультразвукового калибра.

6.4 Подошвы рельса в зоне проекции шейки на отсутствие поперечных трещин контролируют эхо-методом с помощью наклонного преобразователя, включенного по совмещенной схеме (схема 1 таблицы 2), с поверхности катания головки рельса. Угол ввода ультразвукового луча в металл должен быть 45° 2°.

Контроль отдельных участков подошвы рельсов допускается проводить с поверхности пера или подошвы снизу эхо-методом под другими углами ввода ультразвукового луча.

6.5 Контроль рельсов в области сварных стыков проводят после их полной механической и термической обработки эхо-методом с помощью наклонного преобразователя, включенного по совмещенной схеме, в соответствии с ГОСТ 14782.

Угол ввода ультразвукового луча в металл должен быть 50° - 70°. Номинальное значение угла ввода указывают в технической документации на контроль.

Контроль рельсов в области головки, шейки и подошвы сварного стыка допускается проводить по схемам, отличающимся от указанных в 6.3, 6.4 и 6.5.

6.6 Метод, схема включения преобразователей, основные параметры, способ возбуждения ультразвуковых колебаний, схема сканирования, рекомендации по разделению ложных сигналов и сигналов от дефектов, а также контролируемые зоны в сечении рельса и неконтролируемые участки рельсов должны быть указаны в технической документации на контроль.

7.1 Оценку сплошности металла рельсов проводят по результатам анализа информации, получаемой при контроле одним или комплексом применяемых методов.

7.2 Измеряемыми характеристиками для выявленных дефектов являются:

при эхо-зеркальном и дельта-методах:

а) коэффициент выявляемости дефекта (относительная максимальная амплитуда эхо-сигнала от дефекта) или минимальная условная чувствительность, при которой обнаруживают дефект;

б) координаты дефекта по длине и сечению рельса;

в) условный размер дефекта по длине рельса при заданной чувствительности контроля;

при зеркально-теневом и теневом методах:

г) коэффициент выявляемости дефекта или минимальная условная чувствительность, при которой обнаруживают дефект;

д) условный размер дефекта по длине рельса при заданной чувствительности;

е) координата дефектного сечения по длине рельса.

7.3 Дополнительной информацией о выявленном дефекте при контроле наклонными преобразователями эхо-методом является отношение условной ширины к условной высоте дефекта, а зеркально-теневым - глубина расположения дефекта и соотношение значений и условной ширины выявленного дефекта.

Условную ширину и условную высоту дефекта измеряют при тех же крайних положениях преобразователя в соответствии с приложением Б.

Необходимость и методика измерения характеристик дефекта должны устанавливаться в технической документации на контроль.

7.4 Результаты контроля фиксируют в журнале или протоколе, или другом документе, в котором должны быть указаны:

- техническая документация, в соответствии с которой проводился контроль;

- тип дефектоскопа и его номер по системе нумерации предприятия-изготовителя;

- характеристики контролируемого объекта и участки, не подвергавшиеся контролю;

- результаты контроля;

- дата контроля;

- фамилия лица, проводившего контроль или расшифровку результатов контроля.

Форма представления результатов контроля оговаривается в технической документации на контроль.

7.5 Рельс, в котором обнаружен дефект, маркируют в соответствии с технической документацией на контроль.

8.1 При проведении работ по ультразвуковому контролю рельсов дефектоскопист должен руководствоваться ГОСТ 12.1.001, ГОСТ 12.1.003, ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.3.002, Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденными Госэнергонадзором, и Правилами техники безопасности и производственной санитарии при производстве работ в путевом хозяйстве, утвержденными МПС.

8.2 Дополнительные требования по технике безопасности и пожарной безопасности устанавливают в технической документации на контроль.

Аттестат-график устанавливает связь условной чувствительности в миллиметрах по исходному стандартному образцу СО-1 с условной чувствительностью в децибелах по стандартному образцу СО-2 (или СО-2Р, или СО-3Р) и номером отражателя диаметром 10Н14 в аттестуемом образце СО-1Р при частоте ультразвуковых колебаний (2,5 0,2) МГц, температуре (20 5) °С и углах призмы = 40° 1° для преобразователей конкретного типа.

На рисунке Б.1 точками обозначен график для исходного образца СО-1Р. Для построения соответствующего графика к конкретному аттестуемому образцу СО-1Р, не соответствующему требованиям 4.4.1 настоящего стандарта, при указанных выше условиях определяют в децибелах разности амплитуд от отражателей N 20 и N 50 диаметром 10Н14 в аттестуемом образце и амплитуды от отражателя диаметром 6Н14 на глубине 44 мм в образце СО-2 (или СО-2Р, или СО-3Р) по формулам:

где - показание аттенюатора, соответствующее ослаблению эхо-сигнала от отверстия диаметром 6Н14 в образце СО-2 (СО-2Р или СО-3Р) до уровня, при котором оценивают условную чувствительность, дБ.

- показание аттенюатора, при котором амплитуда эхо-сигнала от исследуемого отверстия с номером i в аттестуемом образце достигает уровня, при котором оценивают условную чувствительность, дБ.

Вычисленные значения отмечают точками на поле графика и соединяют прямой линией (пример построения графика см. на рисунке Б.1).

Контроль проводят дефектоскопом с преобразователем частотой 2,5 МГц с углом призмы = 40°, радиусом пьезоэлектрической пластины = 6 мм, изготовленным в соответствии с техническими условиями.

Дефектоскоп укомплектован образцом СО-1Р, заводской номер, с аттестат-графиком (см. рисунок Б.1).

Примеры

1 - Технической документацией на контроль задана условная чувствительность 40 мм.

Указанная чувствительность будет воспроизведена, если настроить дефектоскоп по отверстию N 45 в образце СО-1Р, заводской номер.

2 - Технической документацией на контроль задана условная чувствительность 14 дБ. Указанная чувствительность будет воспроизведена, если настроить дефектоскоп по отверстию N 35 в образце СО-1Р, заводской номер.

Материал: сталь марки 20 по ГОСТ 14637.

--------------------------------

<*> Размеры для справок.

Примечания

1 Угол определяют угломером или рассчитывают по значениям и , измеренным с точностью не менее 0,1 мм; ; значение маркируют на образце.

2 Миллиметровую шкалу гравируют или наклеивают. Нуль миллиметровой шкалы должен совпадать с плоскостью углового отражателя с погрешностью не более 0,1 мм.

3 Линию, проходящую через проекцию точки пересечения угловых отражателей перпендикулярно к поверхности Б, гравируют; отклонение линии гравировки от заданного положения - не более 0,1 мм.

Значения частоты упругих колебаний , Гц, длины волны , мм, и длительности импульса , с, вычисляют по формулам:

где - измеренное значение скорости распространения сдвиговой волны в материале образца, мм/с; при невозможности измерить значение его принимают равным мм/с;

- истинное значение угла ... °;

- максимальное расстояние от линии, проходящей через проекцию точки пересечения угловых отражателей, до линии, проходящей перпендикулярно к поверхности Б через середину (точку ввода луча) преобразователя, установленного в положение, при котором задний фронт первого эхо-сигнала еще пересекается с передним фронтом второго эхо-сигнала от угловых отражателей на уровне линии развертки, мм;

- среднее значение расстояний между соседними положениями преобразователя, при которых провал между двумя эхо-сигналами, наблюдаемыми на экране электронно-лучевой трубки, максимален, мм;

- расстояние от проекции углового отражателя на рабочую поверхность образца до точки выхода при установке преобразователя в положение, при котором амплитуда эхо-сигнала от отражателя максимальна.