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JP4367121B2 - Rail inspection method - Google Patents
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Description

本発明は、レールの検査方法に関し、さらに詳しくは、主としてレールのくびれ部における水平裂の有無を評価するためのレールの検査方法に関する。   The present invention relates to a rail inspection method, and more particularly, to a rail inspection method for mainly evaluating the presence or absence of a horizontal crack in a constricted portion of a rail.

鉄道のレールは、鉄道車両の荷重を支持するためのものであり、車両が通過する毎に、レールには、大きな繰り返し荷重が加わる。そのため、製造時にレール内部に発生した欠陥、あるいは、使用中に作用する繰り返し荷重によって生成及び成長した欠陥を看過すると、重大な事故につながるおそれがある。   The rail of the railway is for supporting the load of the railway vehicle, and a large repetitive load is applied to the rail every time the vehicle passes. For this reason, overlooking defects that have occurred inside the rails during manufacturing, or that have been generated and grown by repeated loads acting during use, can lead to serious accidents.

そこで、レールの出荷前及び設置後においては、レール内部の欠陥の有無を調べるために、非破壊検査が行われている。レールの非破壊検査手法としては、レールの形状、材質、検査環境等に応じて、放射線透過試験法、超音波探傷法、浸透探傷試験法、渦流探傷試験法等、種々の試験方法が使い分けられている。   Therefore, a non-destructive inspection is performed before shipping the rail and after installation in order to check whether there is a defect inside the rail. As a nondestructive inspection method for rails, various test methods such as radiation transmission test method, ultrasonic flaw detection method, penetrant flaw detection method, eddy current flaw detection test method, etc. can be used depending on the rail shape, material, inspection environment, etc. ing.

例えば、炭素鋼レールの場合、超音波の減衰が比較的小さいので、出荷前及び設置後の非破壊検査として、超音波パルス反射法が一般に用いられている。一方、マンガンクロッシング等の鋳造レールの場合、超音波の散乱及び減衰が大きいので、出荷前の製品検査には放射線透過試験法が、また、設置後の現地検査には浸透探傷試験法及び目視検査が一般に用いられている。   For example, in the case of a carbon steel rail, since ultrasonic attenuation is relatively small, an ultrasonic pulse reflection method is generally used as a nondestructive inspection before shipment and after installation. On the other hand, in the case of casting rails such as manganese crossings, the scattering and attenuation of ultrasonic waves is large, so the radiation transmission test method is used for product inspection before shipment, and the penetrant inspection method and visual inspection are used for on-site inspection after installation. Is commonly used.

また、特許文献1には、車両が通過する際の繰り返し荷重によってレール頭部に発生する横裂を検出するために、レール頭部の両側面に、それぞれ送信用探触子及び受信用探触子を配置し、透過波を検出することによって横裂の有無を判定する超音波式レール頭部横裂探傷方法が開示されている。同文献には、送信用探触子及び受信用探触子をレールの幅方向であって、レールの長手方向に対して直角に対向させる方法に代えて、両者の位置をレールの長手方向及び垂直方向にそれぞれずらして配置する方法を用いることによって、隣接する水平裂の干渉を受けることなく、横裂を検出できる点が記載されている。   Further, Patent Document 1 discloses a transmission probe and a reception probe on both side surfaces of a rail head in order to detect lateral cracks generated in the rail head due to repeated loads when a vehicle passes. An ultrasonic rail head lateral crack detection method for determining the presence or absence of lateral cracks by arranging a child and detecting transmitted waves is disclosed. In this document, instead of a method in which the transmitting probe and the receiving probe are opposed to each other at a right angle with respect to the longitudinal direction of the rail in the width direction of the rail, the positions of both of them are It is described that a lateral crack can be detected without receiving interference from adjacent horizontal cracks by using a method in which they are shifted in the vertical direction.

また、特許文献2には、レール頭部の両側にそれぞれ配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子と、送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子の少なくとも一方の位置を長手方向及び/又は上下方向に調節するための調整具とを備えた超音波検査装置が開示されている。同文献には、超音波ビームの中心線が互いに一致するように送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を配置することによって、レール頭部の内部欠陥の有無をパルス透過量の変化として検出できる点が記載されている。   Further, Patent Document 2 discloses a transmission oblique probe and a reception oblique probe respectively disposed on both sides of a rail head, and a transmission oblique probe and a reception oblique probe. An ultrasonic inspection apparatus including an adjustment tool for adjusting at least one of the positions in the longitudinal direction and / or the vertical direction is disclosed. In this document, the transmission oblique angle probe and the reception oblique angle probe are arranged so that the center lines of the ultrasonic beams coincide with each other, thereby determining whether or not there is an internal defect in the rail head. The point which can be detected as a change of is described.

さらに、特許文献3には、(イ)送信器から被検材に広帯域超音波を介して短パルス送信波を投入し、被検体内に発生する超音波を受信し増幅し、受信信号の周波数スペクトル分析から最も有意な周波数を選定後、(ロ)この周波数のバースト送信波と送信参照波信号を、各々、送信器及び送信参照波発生器から同期させて発生させ、被検体内を伝搬した超音波受信信号をフィルタリング後、(ハ)送信参照波信号と同時に信号処理演算器に取り込み相互相関演算処理を施す超音波探傷方法が開示されている。同文献には、このような方法を用いることによって、コンクリート、耐火物等のように超音波の散乱が大きい場合であっても、高感度、高S/Nの受信信号を検出することができる点が記載されている。   Furthermore, in Patent Document 3, (a) a short pulse transmission wave is input from a transmitter to a specimen via broadband ultrasonic waves, ultrasonic waves generated in the subject are received and amplified, and the frequency of the received signal After selecting the most significant frequency from the spectrum analysis, (b) a burst transmission wave and a transmission reference wave signal of this frequency were generated in synchronization with each other from the transmitter and the transmission reference wave generator, and propagated in the subject. An ultrasonic flaw detection method is disclosed in which, after filtering an ultrasonic reception signal, (c) a cross-correlation calculation process is performed by taking it into a signal processing calculator simultaneously with a transmission reference wave signal. According to this document, by using such a method, a received signal with high sensitivity and high S / N can be detected even when ultrasonic scattering is large such as in concrete and refractory. Points are listed.

特開2001−183349号公報JP 2001-183349 A 特開平5−296981号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-29681 特開平7−248317号公報JP 7-248317 A

レールは、周知のように、鉄道車両の車輪と接触する頭部と、頭部が支える車両荷重を枕木に伝達する足部と、頭部及び足部をつなぐ腹部からなる。レールは、腹部の横幅が頭部の横幅より狭くなっているので、頭部と腹部の境界線(以下、これを「くびれ部」という)近傍には、レールの幅方向に水平に貫通する亀裂(以下、これを「水平裂」という)が発生する場合がある。このような水平裂は、レールの折損事故につながるので、出荷前及び設置後において水平裂の有無を確実に検出する必要がある。   As is well known, the rail is composed of a head that contacts the wheels of the railway vehicle, a foot that transmits the vehicle load supported by the head to the sleepers, and an abdomen that connects the head and the foot. Since the rail has a narrower abdominal width than the head width, there is a crack that penetrates horizontally in the width direction of the rail in the vicinity of the boundary between the head and the abdomen (hereinafter referred to as the "constriction"). (Hereinafter, this is referred to as a “horizontal crack”). Since such a horizontal crack leads to a rail breakage accident, it is necessary to reliably detect the presence or absence of the horizontal crack before shipment and after installation.

ここで、炭素鋼レールの場合、超音波の減衰が小さいので、従来のパルス反射法を用いて水平裂の有無を比較的容易に検出することができる。これに対し、鋳造レールは、一般に組織が粗大化しており、かつ鋳巣も多いために、超音波の減衰が大きい。また、鋳造に起因する欠陥(鋳巣等)は、一般に内面形状が不規則であるために、超音波の反射率が小さい。そのため、鋳造レールに対してパルス反射法を適用しても、水平裂からの明瞭な反射エコーは得られない。   Here, in the case of a carbon steel rail, since the attenuation of the ultrasonic wave is small, the presence or absence of a horizontal crack can be detected relatively easily using a conventional pulse reflection method. On the other hand, the cast rail generally has a coarse structure and has many cast holes, so that the attenuation of ultrasonic waves is large. In addition, defects caused by casting (such as a cast hole) generally have an irregular inner surface shape, so that the reflectance of ultrasonic waves is small. Therefore, even if the pulse reflection method is applied to the casting rail, a clear reflection echo from the horizontal crack cannot be obtained.

また、特許文献1、2に開示された方法は、頭部の両側面に送信用探触子及び受信用探触子を配置するため、頭部に発生した欠陥は検出できるが、くびれ部近傍に発生した水平裂を検出することは困難である。また、現場に設置されたレールの水平裂を検出するために、超音波ビームの中心線が互いに一致するように送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を配置することも困難である。一方、特許文献3には、レールに適した検査方法については全く開示されていない。   In addition, the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a transmitting probe and a receiving probe arranged on both sides of the head, so that a defect occurring in the head can be detected, but in the vicinity of the constricted portion. It is difficult to detect horizontal fissures that occur. It is also difficult to arrange the transmitting and receiving oblique probes so that the center lines of the ultrasonic beams coincide with each other in order to detect horizontal cracks in the rail installed at the site. It is. On the other hand, Patent Document 3 does not disclose any inspection method suitable for rails.

さらに、鋳造レールについては、浸透探傷法を用いて水平裂の有無を検査するという方法もある。しかしながら、現場に設置されたレールのくびれ部近傍における水平裂の有無を検査するためには、レールの継ぎ目板を外し、浸透探傷を行う必要がある。そのため、膨大な検査時間が必要となる。また、指示模様を観察する際の作業姿勢がわるく、きず指示の確認にも長時間を要する。   Furthermore, there is also a method for inspecting the presence or absence of a horizontal crack using a penetrating flaw detection method for a cast rail. However, in order to inspect the presence or absence of a horizontal crack in the vicinity of the constricted portion of the rail installed at the site, it is necessary to remove the joint plate of the rail and perform penetration inspection. Therefore, enormous inspection time is required. In addition, the working posture for observing the instruction pattern is unsatisfactory, and it takes a long time to confirm the flaw instruction.

本発明が解決しようとする課題は、レールの材質及び作業環境によらず、レールのくびれ部に発生した水平裂を検出可能なレールの検査方法を提供することにある。また、本発明が解決しようとする他の課題は、レールのくびれ部に発生した水平裂を、短時間で、かつ作業者に過度の負担をかけることなく検出可能なレールの検査方法を提供することにある。なお、本願でのレールとは、レールが交わる部分を構成するクロッシングも含んでいる。   The problem to be solved by the present invention is to provide a rail inspection method capable of detecting a horizontal crack generated in a constricted portion of the rail regardless of the material of the rail and the work environment. In addition, another problem to be solved by the present invention is to provide a rail inspection method capable of detecting a horizontal crack generated in a constricted portion of a rail in a short time and without overloading an operator. There is. In addition, the rail in this application includes the crossing which comprises the part where a rail crosses.

上記課題を解決するために本発明に係るレールの検査方法は、レールの頭部側又は足部側のいずれか一方に送信用探触子を配置し、該送信用探触子から超音波を送信する送信工程と、前記レールの頭部側又は足部側の他方であって前記送信用探触子が送信する超音波の軸線とは一致しない位置に受信用探触子を配置し、前記送信用探触子から送信される前記超音波を前記受信用探触子で受信する受信工程と、前記送信用探触子が超音波を送信してから前記受信用探触子が超音波を受信するまでの時間の、くびれ部近傍に水平裂がないレールに超音波が前記超音波送信用探触子より送信されてから前記受信用探触子により受信されるまでの時間からの遅れに基づいて欠陥の有無を判別する判別工程と、を備えていることを要旨とする。 In order to solve the above-described problems, a rail inspection method according to the present invention includes a transmission probe disposed on either the head side or the foot side of a rail, and ultrasonic waves are transmitted from the transmission probe. A transmitting step for transmitting, and placing the receiving probe at a position that is the other of the head side or the foot side of the rail and does not coincide with the axis of the ultrasonic wave transmitted by the transmitting probe; A receiving step of receiving the ultrasonic wave transmitted from the transmitting probe by the receiving probe; and after the transmitting probe transmits the ultrasonic wave, the receiving probe receives the ultrasonic wave. The time until reception is delayed from the time from when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transmission probe to the rail without a horizontal crack near the constricted portion until the reception probe receives the ultrasonic wave. And a determination step of determining the presence or absence of a defect based on the above.

レールの頭部側及び足部側のいずれか一方に送信用探触子を配置し、他方に受信用探触子を配置し、送信用探触子から超音波を送信する場合において、くびれ部近傍に水平裂がないときには、所定時間経過後に受信用探触子によって透過波が受信される。一方、くびれ部近傍に水平裂があるときには、透過波の到達時間が遅れ、あるいは、透過波が検出されない。そのため、透過波の強度及び透過波の到達時間を検出することによって、くびれ部における水平裂の有無を高い精度で検出することができる。   When a transmitting probe is arranged on either the head side or the foot side of the rail and a receiving probe is arranged on the other side, when transmitting ultrasonic waves from the transmitting probe, the constricted part When there is no horizontal crack in the vicinity, the transmitted wave is received by the receiving probe after a predetermined time has elapsed. On the other hand, when there is a horizontal crack near the constricted portion, the arrival time of the transmitted wave is delayed or the transmitted wave is not detected. Therefore, the presence or absence of a horizontal crack in the constricted portion can be detected with high accuracy by detecting the intensity of the transmitted wave and the arrival time of the transmitted wave.

以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明に係るレールの検査方法は、送信工程と、受信工程と、判定工程とを備えている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The rail inspection method according to the present invention includes a transmission step, a reception step, and a determination step.

送信工程は、レールの頭部側又は足部側のいずれか一方に送信用探触子を配置し、送信用探触子から超音波を送信する工程である。本発明において、レールの材質は、特に限定されるものではなく、種々の材質を有するレールに対して適用できる。レールの材質は、具体的には、炭素鋼、高マンガン鋳鋼等が好適な一例として挙げられる。特に、高マンガン鋳鋼からなる鋳造レールは、超音波の減衰及び/又は散乱が大きいので、従来のパルス反射法では欠陥の有無の判別は困難であるが、本発明に係る方法を用いると、くびれ部における水平裂の有無を高い精度で判別することができる。   The transmission step is a step of arranging a transmission probe on either the head side or the foot side of the rail and transmitting ultrasonic waves from the transmission probe. In the present invention, the material of the rail is not particularly limited, and can be applied to rails having various materials. Specific examples of the material for the rail include carbon steel and high manganese cast steel. In particular, cast rails made of high manganese cast steel have a large attenuation and / or scattering of ultrasonic waves, so it is difficult to determine the presence or absence of defects using the conventional pulse reflection method. It is possible to determine the presence or absence of a horizontal crack in the portion with high accuracy.

本発明において、送信用探触子の構造は特に限定されるものではなく、種々の構造を有する探触子を用いることができる。すなわち、送信用探触子は、1個の圧電素子を備えたものであっても良く、あるいは、多数配列させた微小な圧電素子からタイミングを変えて超音波を発信させることが可能なアレイ探触子であっても良い。特に、送信用探触子として、レールの長手方向に多数の圧電素子を配列させたアレイ探触子を用いると、送信用探触子をレールの長手方向に走査させる工程を簡略化又は省略できるという利点がある。   In the present invention, the structure of the transmission probe is not particularly limited, and probes having various structures can be used. In other words, the transmission probe may be provided with a single piezoelectric element, or an array probe capable of transmitting ultrasonic waves from various small piezoelectric elements arranged at different timings. It may be a tentacle. In particular, when an array probe in which a large number of piezoelectric elements are arranged in the longitudinal direction of the rail is used as the transmitting probe, the step of scanning the transmitting probe in the longitudinal direction of the rail can be simplified or omitted. There is an advantage.

また、送信用探触子から送信される超音波の出力は、特に限定されるものではないが、レールが超音波の減衰及び/又は散乱の大きい材質(例えば、高マンガン鋳鋼からなる鋳造体)からなる場合には、従来のパルス反射法に用いられる超音波よりも強い超音波を用いるのが好ましい。   Further, the output of the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe is not particularly limited, but the rail is made of a material with high attenuation and / or scattering of the ultrasonic wave (for example, a cast body made of high manganese cast steel). In the case of comprising, it is preferable to use ultrasonic waves stronger than the ultrasonic waves used in the conventional pulse reflection method.

強い超音波を送信する方法には、種々の方法がある。第1の方法は、探傷に用いる周波数として、所定の周波数を有するものを用いることである。一般に、超音波の周波数が高くなるほど、分解能は向上するが、超音波の減衰が大きくなり、受信用探触子に到達する超音波が弱くなる。従って、受信用探触子に強い超音波を到達させるためには、分解能を低下させない範囲で、相対的に低い周波数の超音波を送信するのが好ましい。   There are various methods for transmitting strong ultrasonic waves. The first method is to use a frequency having a predetermined frequency as a frequency used for flaw detection. In general, as the frequency of the ultrasonic wave increases, the resolution improves, but the attenuation of the ultrasonic wave increases and the ultrasonic wave that reaches the receiving probe becomes weaker. Therefore, in order to make a strong ultrasonic wave reach the receiving probe, it is preferable to transmit an ultrasonic wave having a relatively low frequency within a range in which the resolution is not lowered.

本発明において、探傷に用いる超音波の周波数は、具体的には、0.5MHz以上5MHz以下が好ましい。超音波の周波数が5MHzを超えると、超音波の減衰が大きくなるので好ましくない。一方、超音波の周波数が0.5MHz未満になると、超音波が広がり、分解能が低下するので好ましくない。超音波の周波数は、さらに好ましくは、1MHz以上2MHz以下である。   In the present invention, specifically, the frequency of the ultrasonic wave used for flaw detection is preferably from 0.5 MHz to 5 MHz. If the frequency of the ultrasonic wave exceeds 5 MHz, the attenuation of the ultrasonic wave increases, which is not preferable. On the other hand, if the frequency of the ultrasonic wave is less than 0.5 MHz, the ultrasonic wave spreads and the resolution decreases, which is not preferable. The frequency of the ultrasonic wave is more preferably 1 MHz or higher and 2 MHz or lower.

強い超音波を送信する第2の方法は、振動子に加える電気信号の振幅を大きくすることである。そのためには、振動子に加える電圧を高くすればよい。振動子に加える電圧は、振動子の種類により最適な値が異なる。通常のパルス反射法の場合、印加電圧は40〜80V程度であるが、本発明においては、印加電圧は、200V以上が好ましく、さらに好ましくは、300V以上、さらに好ましくは、400V以上である。   The second method of transmitting strong ultrasonic waves is to increase the amplitude of the electric signal applied to the vibrator. For this purpose, the voltage applied to the vibrator may be increased. The optimum voltage applied to the vibrator varies depending on the type of vibrator. In the case of a normal pulse reflection method, the applied voltage is about 40 to 80 V, but in the present invention, the applied voltage is preferably 200 V or more, more preferably 300 V or more, and still more preferably 400 V or more.

強い超音波を送信する第3の方法は、相対的に大きな振動子を有する探触子を用いることである。一般に、振動子の大きさが大きくなるほど、強い超音波を送信することができる。振動子の大きさは、具体的には、直径又は一辺の長さが10mm以上が好ましく、さらに好ましくは、30mm以上である。   A third method for transmitting strong ultrasonic waves is to use a probe having a relatively large transducer. In general, as the size of the vibrator increases, a stronger ultrasonic wave can be transmitted. Specifically, the size of the vibrator is preferably such that the diameter or the length of one side is 10 mm or more, and more preferably 30 mm or more.

強い超音波を送信する第4の方法は、振動子に加える電気信号にバースト波を用いることである。バースト波を用いると、周波数帯域が狭帯域化する。そのため、受信側で相関処理を行うと、バースト波の波数に応じた相関値が得られ、結果として強い透過信号を得ることができる。この場合、相関処理は、デジタル的に実施しても良く、あるいはアナログ的に実施しても良い。   A fourth method for transmitting strong ultrasonic waves is to use a burst wave as an electric signal applied to the vibrator. When a burst wave is used, the frequency band is narrowed. Therefore, when correlation processing is performed on the receiving side, a correlation value corresponding to the wave number of the burst wave is obtained, and as a result, a strong transmitted signal can be obtained. In this case, the correlation processing may be performed digitally or analogly.

なお、上述した強い超音波を送信するための種々の方法は、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは2以上を組み合わせて用いても良い。   Note that the various methods for transmitting strong ultrasonic waves described above may be used alone or in combination of two or more.

送信用探触子は、レールの頭部側又は足部側のいずれか一方に配置される。ここで、「頭部側」とは、レールのくびれ部に発生する水平裂の位置より上方の位置をいう。また、「足部側」とは、レールのくびれ部に発生する水平裂の位置より下方の位置をいう。   The transmission probe is arranged on either the head side or the foot side of the rail. Here, the “head side” means a position above the position of the horizontal crack generated in the constricted portion of the rail. Further, the “foot side” refers to a position below the position of the horizontal crack generated at the constricted portion of the rail.

例えば、送信用探触子をレールの頭部側に配置する場合、送信用探触子は、レールの頭部の頂面に配置しても良く、あるいは、レールの頭部の側面に配置しても良い。また、送信用探触子をレールの足部側に配置する場合、送信用探触子は、レールの腹部に配置しても良く、あるいは、レールの足部のいずれかに配置しても良い。特に、送信用探触子をレールの頭部の頂面に配置すると、送信用探触子の設置作業が容易になり、しかもレールのくびれ部に向かって垂直に超音波を送信できるので精度の高い検査を行うことができるという利点がある。   For example, when the transmitting probe is disposed on the rail head side, the transmitting probe may be disposed on the top surface of the rail head or on the side surface of the rail head. May be. Further, when the transmission probe is disposed on the foot side of the rail, the transmission probe may be disposed on the abdomen of the rail, or may be disposed on either of the rail feet. . In particular, if the transmitting probe is arranged on the top surface of the head of the rail, installation work of the transmitting probe is facilitated, and ultrasonic waves can be transmitted vertically toward the constricted portion of the rail, so that the accuracy is high. There is an advantage that a high inspection can be performed.

また、送信用探触子とレールとの間には、超音波の伝達を効率よく行うための接触媒質を介在させることが望ましい。接触媒質としては、具体的には、水、グリセリンペースト、マシン油等が好適な一例として挙げられる。   In addition, it is desirable to interpose a contact medium for efficiently transmitting ultrasonic waves between the transmission probe and the rail. Specific examples of the contact medium include water, glycerin paste, and machine oil.

次に、受信工程について説明する。受信工程は、レールの頭部側又は足部側の他方に受信用探触子を配置し、送信用探触子から送信される超音波を受信用探触子で受信する工程である。   Next, the reception process will be described. The receiving step is a step of placing a receiving probe on the other of the head side or the foot side of the rail and receiving the ultrasonic wave transmitted from the transmitting probe by the receiving probe.

本発明において、受信用探触子の構造は特に限定されるものではなく、種々の構造を有する探触子を用いることができる。すなわち、受信用探触子は、1個の圧電素子を備えたものであっても良く、あるいは、多数配列させた微小な圧電素子からタイミングを変えて超音波を発信させることが可能なアレイ探触子であっても良い。特に、受信用探触子として、レールの長手方向に多数の圧電素子を配列させたアレイ探触子を用いると、受信用探触子をレールの長手方向に走査させる工程を簡略化又は省略できるという利点がある。   In the present invention, the structure of the receiving probe is not particularly limited, and probes having various structures can be used. In other words, the receiving probe may be provided with a single piezoelectric element, or an array probe capable of transmitting ultrasonic waves at different timings from a large number of minute piezoelectric elements arranged. It may be a tentacle. In particular, when an array probe in which a large number of piezoelectric elements are arranged in the longitudinal direction of the rail is used as the receiving probe, the step of scanning the receiving probe in the longitudinal direction of the rail can be simplified or omitted. There is an advantage.

また、受信用探触子は、必ずしも送信用探触子と同一構造を有するものである必要はない。すなわち、送信用探触子として1個の圧電素子を備えた探触子を用い、受信用探触子としてアレイ探触子を用いても良い。あるいは、その逆であっても良い。特に、送信用探触子及び受信用探触子の双方に、アレイ探触子を用いると、検査の高速化が可能となり、効率よく検査を行うことができる。   Further, the receiving probe does not necessarily have the same structure as the transmitting probe. In other words, a probe including one piezoelectric element may be used as a transmission probe, and an array probe may be used as a reception probe. Or the reverse may be sufficient. In particular, when an array probe is used for both the transmitting probe and the receiving probe, the inspection speed can be increased and the inspection can be performed efficiently.

受信用探触子は、送信用探触子から送信される超音波を受信可能なものであれば良く、その感度は、特に限定されるものではない。但し、レールが超音波の減衰及び/又は散乱の大きい材質(例えば、高マンガン鋳鋼からなる鋳造体)からなる場合には、従来のパルス反射法よりも受信用探触子の感度を高くするのが好ましい。   The receiving probe is not particularly limited as long as it can receive the ultrasonic wave transmitted from the transmitting probe. However, if the rail is made of a material with a large attenuation and / or scattering of ultrasonic waves (for example, a casting made of high manganese cast steel), the sensitivity of the receiving probe is made higher than that of the conventional pulse reflection method. Is preferred.

受信用探触子の感度を向上させる方法には、種々の方法がある。第1の方法は、振動子として高感度の圧電素子を備えたもの用いることである。高感度の圧電素子を用いると、微弱な透過波を確実に検出することができる。高感度の圧電素子としては、具体的には、ジルコンチタン酸亜鉛、コンポジット等が好適な一例として挙げられる。   There are various methods for improving the sensitivity of the receiving probe. The first method is to use a vibrator provided with a highly sensitive piezoelectric element. When a highly sensitive piezoelectric element is used, a weak transmitted wave can be reliably detected. Specific examples of highly sensitive piezoelectric elements include zinc zirconate titanate and composites.

受信用探触子の感度を向上させる第2の方法は、受信アンプの増幅率を高くすることである。受信アンプの増幅率を高くすると、微弱な透過波を確実に検出することができる。受信アンプの増幅率は、具体的には、60dB以上が好ましく、さらに好ましくは、80dB以上である。   A second method for improving the sensitivity of the receiving probe is to increase the amplification factor of the receiving amplifier. When the amplification factor of the receiving amplifier is increased, a weak transmitted wave can be reliably detected. Specifically, the amplification factor of the reception amplifier is preferably 60 dB or more, and more preferably 80 dB or more.

なお、上述した受信用探触子の感度を向上させる種々の方法は、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、2以上を組み合わせて用いても良い。また、受信用探触子の感度を向上させる方法に加えて、上述した強い超音波を送信するための種々の方法を組み合わせて用いても良い。これらの組み合わせは、検査目的、送信用探触子の構造等に応じて、最適なものを選択すれば良い。   Note that the various methods for improving the sensitivity of the receiving probe described above may be used alone or in combination of two or more. Further, in addition to the method for improving the sensitivity of the receiving probe, various methods for transmitting the above-described strong ultrasonic waves may be used in combination. These combinations may be selected in accordance with the inspection purpose, the structure of the transmission probe, and the like.

例えば、送信用探触子として、従来のパルス反射法で用いられる超音波と同等の強さを有する超音波を送信可能な探触子を用い、受信用探触子として高感度の探触子を用いても良い。あるいは、送信用探触子として従来法より強い超音波を送信可能な探触子を用い、受信用探触子として通常の感度を有する探触子を用いても良い。さらに、送信用探触子として強い超音波を送信可能な探触子を用い、受信用探触子として高感度の探触子を用いても良い。また、これらに加えて、受信アンプの増幅率を高くする方法を組み合わせて用いても良い。   For example, a probe capable of transmitting an ultrasonic wave having the same strength as the ultrasonic wave used in the conventional pulse reflection method is used as a transmission probe, and a highly sensitive probe is used as a reception probe. May be used. Alternatively, a probe capable of transmitting an ultrasonic wave stronger than the conventional method may be used as the transmission probe, and a probe having normal sensitivity may be used as the reception probe. Furthermore, a probe capable of transmitting strong ultrasonic waves may be used as the transmission probe, and a highly sensitive probe may be used as the reception probe. In addition to these, a method of increasing the amplification factor of the reception amplifier may be used in combination.

受信用探触子は、レールの頭部側又は足部側のいずれかであって、くびれ部を挟んで送信用探触子とは反対側に配置される。なお、「頭部側」及び「足部側」の定義、及び受信用探触子とレールとの間に接触媒質を介在させた方が好ましい点は、送信工程と同様であるので説明を省略する。   The receiving probe is arranged on either the head side or the foot side of the rail and on the opposite side of the transmitting probe with the constricted portion interposed therebetween. Note that the definition of “head side” and “foot side” and the point that it is preferable to interpose a contact medium between the receiving probe and the rail are the same as in the transmission step, and thus the description is omitted. To do.

図1に、送信用探触子及び受信用探触子の配置の一例を示す。図1において、試験体は、レール10であり、レール10は、頭部10aと、足部10cと、頭部10a及び足部10cをつなぐ腹部10bからなる。また、図1に示す例において、送信用探触子20はレール10の頭部10aの頂面に配置され、受信用探触子30は、レール10の足部10cに配置されている。   FIG. 1 shows an example of the arrangement of transmitting probes and receiving probes. In FIG. 1, the test body is a rail 10, and the rail 10 includes a head 10a, a foot 10c, and an abdomen 10b that connects the head 10a and the foot 10c. In the example shown in FIG. 1, the transmission probe 20 is disposed on the top surface of the head 10 a of the rail 10, and the reception probe 30 is disposed on the foot 10 c of the rail 10.

なお、図1に示す例においては、1個の送信用探触子20と1個の受信用探触子30が示されているが、これは単なる例示であり、目的に応じて、レール10の長手方向及び/又は幅方向に複数個の送信用探触子20及び/又は受信用探触子30を配置しても良い。また、送信用探触子20及び/又は受信用探触子30として、アレイ探触子を用いても良い。   In the example shown in FIG. 1, one transmission probe 20 and one reception probe 30 are shown, but this is merely an example, and depending on the purpose, the rail 10 A plurality of transmission probes 20 and / or reception probes 30 may be arranged in the longitudinal direction and / or the width direction. An array probe may be used as the transmitting probe 20 and / or the receiving probe 30.

次に、判別工程について説明する。判別工程は、送信探触子から送信されてから一定時間経過後に受信用探触子により受信される超音波の強度及び到達時間から欠陥の有無を判別する工程である。   Next, the determination process will be described. The discrimination step is a step of discriminating the presence or absence of a defect from the intensity and arrival time of the ultrasonic wave received by the receiving probe after a lapse of a certain time from transmission from the transmission probe.

ここで、「一定時間」とは、レールのくびれ部近傍に水平裂がない場合における、超音波が送信用探触子から送信されてから受信用探触子により受信されるまでの時間(以下、これを「標準伝播時間」という)をいう。標準伝播時間の値は、レールの材質、形状、接触媒質の材質、送信用探触子及び受信用探触子の構造、配置等に応じて異なる。   Here, the “certain time” is the time from when the ultrasonic wave is transmitted from the transmitting probe to when it is received by the receiving probe when there is no horizontal crack in the vicinity of the constricted portion of the rail (hereinafter referred to as “the predetermined time”) This is referred to as “standard propagation time”). The value of the standard propagation time varies depending on the material and shape of the rail, the material of the contact medium, the structure and arrangement of the transmitting probe and the receiving probe, and the like.

通常、レールのくびれ部近傍に水平裂がない場合には、送信された超音波がそのままくびれ部近傍を通過するので、ほぼ標準伝播時間が経過した後に超音波が受信される。一方、レールのくびれ部近傍に亀裂はあるが、その亀裂が水平方向に貫通していない場合、及び/又は、水平裂の端部近傍に送信用探触子及び受信用探触子が配置されている場合には、超音波は、多重反射を繰り返しながら亀裂を迂回するので、標準伝播時間より遅れて受信用探触子に到達する。さらに、レールのくびれ部に水平裂があり、頭部と足部が完全に分断されている場合には、超音波の到達時間がさらに遅れるか、あるいは、受信用探触子によって受信される超音波がノイズレベルとなる。   Normally, when there is no horizontal crack in the vicinity of the constricted portion of the rail, the transmitted ultrasonic wave passes through the constricted portion as it is, so that the ultrasonic wave is received after the standard propagation time has passed. On the other hand, if there is a crack near the constricted part of the rail, but the crack does not penetrate in the horizontal direction, and / or a transmitting probe and a receiving probe are arranged near the end of the horizontal crack. In this case, since the ultrasonic wave bypasses the crack while repeating multiple reflections, the ultrasonic wave reaches the receiving probe with a delay from the standard propagation time. Furthermore, if there is a horizontal crack in the constricted part of the rail and the head and feet are completely separated, the arrival time of the ultrasonic wave will be further delayed, or the supersonic wave received by the receiving probe will be delayed. Sound wave becomes noise level.

従って、従来のパルス反射法では欠陥に起因する反射エコーが明瞭に観測できない場合であっても、受信用探触子によって透過波が受信されたか否か、及び透過波が受信された場合における到達時間の遅れの程度を観測することによって、レールのくびれ部近傍に水平裂があるか否かを判別することができる。   Therefore, even if the reflected echo due to the defect cannot be clearly observed by the conventional pulse reflection method, whether or not the transmitted wave is received by the receiving probe and the arrival when the transmitted wave is received By observing the degree of time delay, it is possible to determine whether or not there is a horizontal crack near the constricted portion of the rail.

以上のように本発明に係るレールの検査方法によれば、くびれ部近傍における水平裂の有無を容易に判定することができる。また、レールに入射させる超音波の強度及び/又は受信用探触子の感度を最適化すると、高マンガン鋳鋼からなる鋳造レールのように、超音波の減衰及び/又は散乱が大きい場合であっても、くびれ部近傍における水平裂の有無を容易に判定することができる。   As described above, according to the rail inspection method of the present invention, the presence or absence of a horizontal crack in the vicinity of the constricted portion can be easily determined. In addition, when the intensity of the ultrasonic wave incident on the rail and / or the sensitivity of the receiving probe is optimized, the attenuation and / or scattering of the ultrasonic wave is large as in a cast rail made of high manganese cast steel. In addition, the presence or absence of a horizontal crack in the vicinity of the constricted portion can be easily determined.

また、本発明に係るレールの検査方法は、レールの頭部側及び足部側のいずれか一方に送信用探触子を配置し、他方に受信用探触子を配置するだけで良く、検査に際し、レールの継ぎ目板を外す必要はない。そのため、レールが設置された現場において検査する場合であっても、短時間で、かつ安全に検査を行うことができる。また、浸透探傷試験と相関の高い検査結果が得られ、設備費も安価であり、検査技能も不要である。さらに、不自然な作業姿勢を取ることが少ないので、作業者に過度の負担をかけることもない。   In addition, the rail inspection method according to the present invention only needs to arrange the transmitting probe on one of the head side and the foot side of the rail and the receiving probe on the other side. It is not necessary to remove the rail joint plate. Therefore, even when inspecting at the site where the rail is installed, the inspection can be performed safely in a short time. In addition, an inspection result having a high correlation with the penetrant flaw detection test is obtained, the equipment cost is low, and no inspection skill is required. Furthermore, since an unnatural work posture is rarely taken, an excessive burden is not imposed on the worker.

図1に示すように、高マンガン鋳鋼からなる鋳造レールの頭部の頂面及び足部に、それぞれ、送信用探触子及び受信用探触子を配置し、透過波を測定した。なお、試験条件は、以下の通りである。
送信用探触子:2MHz、広帯域、φ20mm。
受信用探触子:1MHz、広帯域、φ20mm。
接触媒質 :ソニコートBS300。
印加電圧 :400V。
As shown in FIG. 1, a transmitting probe and a receiving probe were arranged on the top surface and the foot of the head of a cast rail made of high manganese cast steel, respectively, and the transmitted wave was measured. The test conditions are as follows.
Transmitter probe: 2 MHz, broadband, φ20 mm.
Receiving probe: 1 MHz, broadband, φ20 mm.
Contact medium: Sonicoat BS300.
Applied voltage: 400V.

(比較例1)
受信用探触子として、2MHz、広帯域、φ20mmの探触子を用い、かつ印加電圧を40Vとした以外は、実施例1と同一の手順に従い、透過波を測定した。
(Comparative Example 1)
A transmitted wave was measured according to the same procedure as in Example 1 except that a probe of 2 MHz, a broadband, and φ20 mm was used as a receiving probe, and the applied voltage was 40V.

図2(a)及び図2(b)に、それぞれ、実施例1及び比較例1で得られた透過波の受信波形(Aスコープ表示)を示す。印加電圧を40Vとした比較例1の場合、エコー高さはノイズレベルであり、透過波を検出できないのに対し、印加電圧を400Vとした実施例1の場合、透過波を検出できることがわかる。試験体がレールであり、かつ図1に示す位置に探触子を配置した場合、エコー高さが急増するのは、超音波透過時間で63〜73μs程度のところである。従って、この条件下で透過波を検出する場合、超音波を送信してから約63〜73μsの領域に監視ゲートを設定すれば、透過波を検出できることが分かった。   FIG. 2A and FIG. 2B show the reception waveforms (A scope display) of the transmitted waves obtained in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. In the case of the comparative example 1 in which the applied voltage is 40 V, the echo height is a noise level and the transmitted wave cannot be detected, whereas in the case of the example 1 in which the applied voltage is 400 V, the transmitted wave can be detected. When the test body is a rail and the probe is arranged at the position shown in FIG. 1, the echo height rapidly increases at an ultrasonic transmission time of about 63 to 73 μs. Therefore, it was found that when a transmitted wave is detected under this condition, the transmitted wave can be detected by setting a monitoring gate in the region of about 63 to 73 μs after transmitting the ultrasonic wave.

試験体として、レールのくびれ部の厚さ方向に深さの異なる人工欠陥を入れたものを用い、送信用探触子及び受信用探触子として、それぞれ種類の異なる3種類の探触子を用いた以外は、実施例1と同一の条件下で、透過波の測定を行った。なお、試験体は、きず無し(条件1)、並びに、きずの深さが厚さの50%(条件2)、75%(条件3)、及び90%(条件4)の4種類を用いた。また、監視ゲートは、実施例1の結果に基づき、63〜73μsに設定した。   Using test specimens with artificial defects of different depths in the thickness direction of the constricted part of the rail, and using three types of probes as transmission probes and reception probes, respectively. The transmitted wave was measured under the same conditions as in Example 1 except that they were used. In addition, the test body used four types, without a flaw (condition 1), and the depth of the flaw being 50% (condition 2), 75% (condition 3), and 90% (condition 4) of the thickness. . The monitoring gate was set to 63 to 73 μs based on the result of Example 1.

図3(a)に、各試験体の断面模式図を示す。また、図3(b)及び図3(c)に、それぞれ、監視ゲート内の最大エコー高さ及び最大エコーが観測された位置を示す。なお、図3(b)及び図3(c)中、「□」、「△」、及び「×」は、それぞれ、送信用探触子として、探触子A(5MHz、12.4φ)、探触子B(2MHz、20.0φ)、及び探触子C(1MHz、20.0φ)を用い、受信用探触子として、探触子D(5MHz、20.0φ)、探触子E(5MHz、12.4φ)、及び探触子F(5MHz、12.4φ)を用いて得られた結果を示す。   FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of each specimen. FIGS. 3B and 3C show the maximum echo height and the position where the maximum echo is observed in the monitoring gate, respectively. In FIG. 3B and FIG. 3C, “□”, “Δ”, and “×” are probes A (5 MHz, 12.4φ), A probe B (2 MHz, 20.0φ) and a probe C (1 MHz, 20.0φ) are used, and a probe D (5 MHz, 20.0φ) and a probe E are used as receiving probes. The results obtained using (5 MHz, 12.4φ) and probe F (5 MHz, 12.4φ) are shown.

図3(b)及び図3(c)より、いずれの探触子を用いた場合であっても、厚さ方向のきず深さが深くなるほど、最大エコー高さが小さくなり、かつ最大エコー検出時間が長くなっていることがわかる。これは、きず深さが深くなるほど、超音波の多重反射・迂回が大きくなるためである。   From FIG. 3B and FIG. 3C, regardless of which probe is used, the maximum echo height decreases as the flaw depth in the thickness direction increases, and the maximum echo detection. You can see that the time is getting longer. This is because the multiple reflection / detour of ultrasonic waves increases as the flaw depth increases.

図4(a)、及び図4(b)に示すように、レールのくびれ部近傍に、機械加工により、長手方向の長さの異なる4個の人工きず(人工水平裂)を導入し、試験体とした。次に、図4(a)に示すように、レールの頭部の頂面及び足部に、それぞれ、送信用探触子及び受信用探触子を配置し、一定時間経過後の透過波のエコー高さを測定した。なお、試験条件は、実施例1と同一とし、監視ゲートは、63〜77μsに設定した。   As shown in Fig. 4 (a) and Fig. 4 (b), four artificial flaws (artificial horizontal cracks) with different lengths in the longitudinal direction were introduced near the constricted portion of the rail by machining, and the test was conducted. The body. Next, as shown in FIG. 4 (a), a transmitting probe and a receiving probe are arranged on the top surface and the foot of the head of the rail, respectively, and the transmitted wave after a certain time has passed. The echo height was measured. The test conditions were the same as in Example 1, and the monitoring gate was set to 63 to 77 μs.

図4(c)に、水平位置(レールの長手方向距離)と、監視ゲート内の最大エコー高さとの関係を示す。図4(c)より、人工きずのある領域のエコー高さは、その両側の健全部のエコー高さより低くなっていることが分かる。また、人工きずの長手方向長さが長くなるほど、人工きずのある領域のエコー高さが低くなっていることがわかる。   FIG. 4C shows the relationship between the horizontal position (distance in the longitudinal direction of the rail) and the maximum echo height in the monitoring gate. It can be seen from FIG. 4C that the echo height in the region where the artificial flaw is present is lower than the echo heights of the healthy portions on both sides. It can also be seen that the longer the length in the longitudinal direction of the artificial flaw, the lower the echo height in the region with the artificial flaw.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明に係るレールの検査方法は、種々の材質からなるレールのくびれ部近傍に発生した欠陥(特に、水平裂)の有無の出荷前検査及び現場における設置後の検査に用いることができる。   The rail inspection method according to the present invention can be used for pre-shipment inspection for presence or absence of defects (particularly horizontal cracks) occurring in the vicinity of a constricted portion of a rail made of various materials, and inspection after installation on site.

本発明の一実施の形態に係るレールの検査方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the inspection method of the rail which concerns on one embodiment of this invention. 図2(a)は、実施例1で得られた受信波形(Aスコープ表示)であり、図2(b)は、比較例1で得られた受信波形(Aスコープ表示)である。FIG. 2A shows the reception waveform (A scope display) obtained in Example 1, and FIG. 2B shows the reception waveform (A scope display) obtained in Comparative Example 1. 図3(a)は、実施例2で用いた試験体の断面模式図であり、図3(b)及び図3(c)は、それぞれ、実施例2で得られた最大エコー高さ及び最大エコー検出時間と試験条件との関係を示す図である。3A is a schematic cross-sectional view of the test body used in Example 2, and FIGS. 3B and 3C show the maximum echo height and the maximum obtained in Example 2, respectively. It is a figure which shows the relationship between echo detection time and test conditions. 図4(a)は、実施例3で用いた試験体(レール)の長手方向から見た断面図であり、図4(b)は、その側面図であり、図4(c)は、実施例3で得られた水平位置と最大エコー高さの関係を示す図である。FIG. 4A is a cross-sectional view of the test body (rail) used in Example 3, as viewed from the longitudinal direction, FIG. 4B is a side view thereof, and FIG. It is a figure which shows the relationship between the horizontal position obtained in Example 3, and the maximum echo height.

符号の説明Explanation of symbols

10 レール(試験体)
10a 頭部
10c 足部
20 送信用探触子
30 受信用探触子
10 rails (test body)
10a Head 10c Foot 20 Transmitting probe 30 Receiving probe

Claims (4)

レールの頭部側又は足部側のいずれか一方に送信用探触子を配置し、該送信用探触子から超音波を送信する送信工程と、
前記レールの頭部側又は足部側の他方であって前記送信用探触子が送信する超音波の軸線とは一致しない位置に受信用探触子を配置し、前記送信用探触子から送信される前記超音波を前記受信用探触子で受信する受信工程と、
前記送信用探触子が超音波を送信してから前記受信用探触子が超音波を受信するまでの時間の、くびれ部近傍に水平裂がないレールに超音波が前記超音波送信用探触子より送信されてから前記受信用探触子により受信されるまでの時間からの遅れに基づいて欠陥の有無を判別する判別工程と、
を備えたレールの検査方法。
A transmission step of arranging a transmission probe on either the head side or the foot side of the rail, and transmitting ultrasonic waves from the transmission probe;
A receiving probe is disposed at a position on the other side of the head side or the foot side of the rail and not coincident with the axis of the ultrasonic wave transmitted by the transmitting probe, and from the transmitting probe. Receiving the ultrasonic wave to be transmitted by the receiving probe; and
During the time from when the transmitting probe transmits an ultrasonic wave until the receiving probe receives the ultrasonic wave, the ultrasonic wave is transmitted to the rail without a horizontal crack near the constricted portion. A determination step of determining the presence or absence of a defect based on a delay from a time from when the probe is transmitted to when it is received by the receiving probe;
Inspection method of rails equipped with.
前記レールは、高マンガン鋳鋼からなる鋳造レールである請求項1に記載のレールの検査方法。   The rail inspection method according to claim 1, wherein the rail is a cast rail made of high manganese cast steel. 前記超音波の周波数は、0.5MHz以上5MHz以下である請求項1又は2に記載のレールの検査方法。   The rail inspection method according to claim 1, wherein a frequency of the ultrasonic wave is 0.5 MHz or more and 5 MHz or less. 前記送信用探触子及び前記受信用探触子は、アレイ探触子である請求項1から3までのいずれかに記載のレールの検査方法。   The rail inspection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the transmitting probe and the receiving probe are array probes.
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