Zkušební systém WPG NT pro měření metodou vířivých proudů

V souladu s vývojem trendů využívaných metod nedestruktivního testování (NDT) pro kontrolu kolejnic začala Správa železniční dopravní cesty používat zařízení a přístroje pracující na principu měření pomocí vířivých proudů (ET – Eddy current).

Systém měření pomocí ET je u SŽDC TÚDC primárně optimalizován pro detekci a vyhodnocení kontaktně únavové vady Head Checking, která se rozvíjí na pojížděné hraně a pojížděných plochách kolejnic. Důraz je kladen na určení výskytu těchto vad a dále hloubky trhlin tak, aby bylo možno efektivně provést jejich odstranění. Sekundárně jsou při měření zachyceny také další projevy poškození povrchu materiálu, jako jsou známky obroušení a prohlubní nebo další vady dle předpisu SŽDC (ČD) S67. Hodnocení vad Head Checking se provádí až do hloubky poškození 2,7 mm (vypočteno pod úhlem 25°).

Zkoušení nedestruktivní metodou vířivých proudů

Metoda vířivých proudů (ET) se užívá ke zkoušení elektricky vodivých materiálů, které mohou být feromagnetické i neferomagnetické. Metoda patří mezi tzv. povrchové metody, to znamená, že je nejčastěji používána k hledání povrchových vad. V závislosti na použité frekvenci a druhu zkoušeného materiálu ji lze však využít i pro vyhledávání vad v určité hloubce pod povrchem. U SŽDC je používána k vyhledávání povrchových vad kolejnic.

Princip vzniku vířivých proudů: Pokud se nějaký elektricky vodivý materiál dostane do blízkosti elektrického pole, pak se volné elektrony v tomto materiálu dají do pohybu. Tím vzniká elektrický proud. V materiálu tak vzniká více takových proudových obvodů a tyto proudy nazýváme proudy vířivými.

Výhody metody ET

  • relativně levná kontrola vůči některým jiným, např. prozařovacím metodám
  • možnost realizovat lehké přenosné přístroje pro NDT
  • možnost automatizace kontrolního procesu
  • zkoušení může být bezkontaktní např. oproti UT
  • netřeba před kontrolou nějak speciálně upravovat povrch
  • možná vysoká rychlost zkoušení
  • umožňuje měření i při vyšších teplotách
Nevýhody metody UT

  • není možné indikovat vady hluboko pod povrchem (pouze do 10 – 25 mm)
  • omezení jen na materiály elektricky vodivé
  • značná citlivost na rozměry zkoušené součásti
  • při vzniku vířivých proudů vzniká ohřev materiálu vlivem ohmických ztrát
    

V červenci roku 2015 SŽDC TÚDC převzala v rámci Projektu přestavby Diagnostické soupravy NDT ruční systém kontroly vířivých proudů WPG NT od společnosti PLR Prüftechnik Linke & Rühe GmbH®, splňující technickou normu DIN EN ISO 15548. Předpokládá se, že právě tento systém v kombinaci s nově pořizovanou Diagnostickou jednotkou NDT zajistí rozhodující diagnostická měření a hodnocení stavu kolejnic pro plánování výkonů broušení na kolejích SŽDC. Kvalitní diagnostika stavu kolejnic je přitom důležitá nejen pro plánování míst a rozsahu opravných prací, ale i pro dosažení optimální ceny a výlukové náročnosti těchto prací.

Oddělení NDT železničního svršku Technické ústředny dopravní cesty, které zároveň plní funkci Hlavního defektoskopického střediska SŽDC, kromě tohoto zkušebního systému již vlastní i další přístroje, založené na měření pomocí vířivých proudů. Ruční přístroje spolu s různými typy snímačů mohou najít uplatnění například tam, kde je nevhodné z časového či jiného důvodu použití jiných metod NDT.

Základní součásti zkušebního systému WPG NT:

  • Vířivoproudý přístroj ECDT-4-B+ (4 nezávislé kanály) s rozhraním USB 2.0
  • Akumulátor (provozní doba cca. 6,5 hodiny; hmotnost 6,6 kg z celkových 15,5 kg)
  • Sondy vířivých proudů HC-10 NT o frekvenčním rozsahu 50 až 200 kHz (pod úhly 45°; 18,5°; 15,3°; 7,5° a s přípustnou vzdáleností od kolejnice od 0,25 do 2,5 mm)
  • Mechanický systém (rám, pružiny, teleskopické trubky, podvozek s otočným snímačem a vodícími kolečky, držák sond) – možný rozchod 1000 až 1435 mm
  • Outdoorový notebook Panasonic CF-19 s krytím IP65 proti prachu a vodě
  • Softwarový balík (SIS.Calibration pro seřízení systému, ET.Record a WPG IV Head Checker pro měření a sběr dat, ET.Processor pro zpracování a konverzi dat, ET.Results a ET.View pro analýzu, vyhodnocování a prezentaci naměřených dat a pro přípravu reportovacích sestavy)
Vada 2213 Head Checking

Head Checking (šikmé trhliny pojížděné hrany) se obvykle vyskytuje na vnějších kolejnicích v obloucích o poloměrech 500 – 1500 m, méně často pak v souvislosti s monotónností sinusového pohybu dvojkolí v přímých úsecích pojížděných rychlostí vyšší než 100 km/h.

Příčinou vzniku této vady je vysoký kontaktní tlak na styku kolo/kolejnice. Vada je iniciována z povrchu pojížděné plochy (hrany). Projevuje se velkým množstvím rovnoběžných trhlinek ve vzdálenosti zpravidla 1–5 mm od sebe na pojížděné ploše, resp. pojížděné hraně hlavy kolejnice nebo např. jazyka výhybky. Trhlinky, skloněné pod určitým úhlem, zasahují do hloubky i několika mm. Po delší době provozu (v závislosti na zatížení trati) může dojít k vylamování materiálu mezi jednotlivými trhlinkami a vylámaná místa se mohou spojovat v delší prohlubně. Vada se může rozvinout v příčnou trhlinu a zejména v kombinaci s vadou 2222 (Shelling) může urychlit rozvoj příčné trhliny až k lomu.

Rozvoj vady lze zpomalit až zastavit opravou pojížděných ploch kolejnic (broušením, frézováním, hoblováním). Opracováním musí být upraven příčný profil tak, aby nedocházelo k soustředěnému namáhání v oblasti pojížděné hrany a byl vytvořen tzv. dvoubodový kontakt mezi kolem a kolejnicí. V rámci přípravných prací před realizací opravných zásahů brousícími a frézovacími stroji je vždy nutné zajistit diagnostická měření vad Head Checking s cílem zjištění skutečného rozsahu a stavu vad pro optimální plánování druhu a rozsahu opravných prací.