Ray hattının ultrasonik muayenesi – tekerlekli mi yoksa kayar problu sistemler mi tercih edilmeli
Sürekli ultrasonik ray muayenesinde, farklı ultrason iletim yöntemleri kullanılır — başlıca tekerlekli ve kayan prob sistemleri — her birinin kendine özgü teknik özellikleri, avantajları ve sınırlamaları vardır.
Giriş
Çeşitli tipte sürekli ray muayene ekipmanları Avrupa, Amerika ve Avustralya pazarlarında mevcuttur. Bunlara taşınabilir tek ve çift raylı elle itilen muayene düzenekleri, yol-demiryolu araçları ve dedektör vagonları dahildir. Bunların çoğunda, ray mantarı ve rayın merkez kesitinin muayenesine imkân tanıyan geleneksel ultrasonik tarama şeması uygulanmaktadır:
0° – tüm ray yüksekliği boyunca yatay tabakalaşmaların (delaminasyonların) tespiti ve akustik bağın, alt yankı sinyali seviyesine göre analizi için kullanılır.
70° – ray mantarındaki enine çatlakların tespiti için kullanılır; ileri ve geri problar kullanılır. Arama sisteminin bazı modifikasyonlarında üç piezoelektrik eleman (ayrı ayrı veya tek bir muhafaza içinde) kullanılır, böylece ray mantarının tüm genişliğinin muayenesi sağlanır.
35° (38°, 45°) – hem ileri hem de geri problar kullanılarak ray gövdesi ve ray tabanının taranması için kullanılır.
Ray mantarının yan kesitlerindeki dikey çatlakların tespiti için, probların 40°/55° açıyla yerleştirildiği “Side Looking” olarak adlandırılan ultrasonik tarama şeması kullanılır.
Arama sistemlerinin türleri
Ultrasonik probların yerleştirilmesi ve ultrason girişinin sağlanması esas olarak iki şekilde gerçekleştirilir: daldırma tipli ultrasonik problarla donatılmış arama tekerleği (SWP) (Şekil 1) ve Doğu Avrupa’da yaygın olarak kullanılan kayan prob ünitesi (SL) (bkz. Şekil 2).
Şekil 1 – Daldırma Tipli Ultrasonik Problarla Donatılmış Arama Tekerleği (SWP)
Şekil 2 – Kayan Prob Ünitesinin Akustik Üniteleri (SL)
Farklı ultrasonik prob ünitesi yapılarına sahip sistemlerin avantajları ve dezavantajları
Kayan prob ünitelerine sahip sistemler
Yüksek hızlı muayene araçlarında kullanılan kayan sistemler için her şeyden önce stabil akustik bağın sağlanması gereklidir. Bu, hem otomatik ray yüzeyi izleme sistemi (mekanik kısım), hem ön ray ıslatma sistemi, hem de akustik iletim sıvısının doğrudan problara beslenmesini sağlayan sistem tarafından temin edilir. Rayın ıslatılması ve temizlenmesi, yüksek basınçlı (100 bar’a kadar) su jeti ile gerçekleştirilir.
Akustik iletim sıvısı, problara (akustik üniteler) belirli bir basınç altında verilir. Bazı tahribatsız muayene cihazlarında akustik iletim sıvısı püskürtülmüş (dağınık) biçimde beslenir; bu, sıvının ekonomik kullanılmasını sağlar ve akustik bağın kararlılığını artırır.
Dolayısıyla, stabil akustik bağın sağlanabilmesi için kayan sistemler yoğun miktarda akustik iletim sıvısı (su) tüketir; bu, sistemin dezavantajlarından biridir.
Kayan sistemin ikinci dezavantajı, akustik ünitelerin ray mantarının yuvarlanma yüzeyiyle doğrudan temas etmesidir. Bunun sonucu olarak, prob üniteleri oldukça hızlı aşınır. Bu aşınmayı önlemek için “koruyucu ayakkabılar” (protection shoes) kullanılır. Bu koruyucular genellikle pleksiglastan veya sert poliüretandan yapılır ve tüketim malzemesi olarak değerlendirilir.
UDS2-77 – Yalnızca bir rayın tahribatsız muayenesi
için ultrasonik kusur dedektörü
Tekerlekli arama sistemi
Tekerlekli arama sistemi, içinde ultrasonik probların yerleştirildiği poliüretan lastikli bir tekerlekten oluşur. Tekerlek, daldırma sıvısı ile doldurulur (genellikle etilen glikol kullanılır). Probların yerleşim düzenine sahip tekerlekli arama sistemi Şekil 3’te gösterilmiştir.
Tekerlekli arama sisteminin en dikkat çekici avantajlarından biri, esnek lastiğinin, ray mantarının yuvarlanma yüzeyine, ray mantarı aşınmış olsa bile, sıkıca temas etmesidir. Ayrıca, ultrasonik tekerlek içindeki basınç oranı değiştirilerek, ara yüz noktasının boyutları ayarlanabilir. Bu, akustik bağın daha kararlı olmasını sağlar ve buna bağlı olarak 40 km/s’ye kadar hızlarda ray muayenesinin yapılmasına olanak tanır. Tekerlekli arama sisteminin bir diğer avantajı, kayan arama sistemiyle karşılaştırıldığında akustik iletim sıvısının çok daha az tüketilmesidir. Bu da, poliüretan lastik sayesinde sağlanır.
Doğal olarak, tüm bu avantajlarının yanında tekerlekli arama sisteminin bazı dezavantajları da vardır. Bunlardan en önemlisi, tekerleğin ray yüzeyine göre tüm düzlemlerde hassas konum ayarının gerekli olmasıdır. Herhangi bir düzlemde tekerleğin yöneliminin 10° değişmesi, metaldaki prob açısının 40° değişmesine ve dolayısıyla ultrasonik tarama şemasının bozulmasına neden olabilir. Sonuç olarak, operatör oldukça büyük kusurları bile gözden kaçırabilir. Bu nedenle, tek raylı kusur dedektörlerinde tekerlekli probun kullanılması önerilmez. Bazı üreticiler bu sınırlamayı göz ardı ederek, tekerleğin monte edildiği sabitleyici çubuk kullanır. Ancak, bu çubuğun ikinci raya dayanması durumunda, böyle bir muayene arabasının kullanım kolaylığı önemli ölçüde azalır.
Tekerlekli arama sisteminin kayan sisteme göre bir diğer dezavantajı, bazı ultrasonik tarama şemalarının uygulanamamasıdır. Özellikle, problar arasında sabit bir mesafe gerektiren şemalar (örneğin “Tandem” şeması) bu sistemde gerçekleştirilemez. Bu, ultrasonik tekerleklerin geometrisi ve bu tekerleklerin birbirinden gerekli mesafede konumlandırılmasının imkânsızlığı nedeniyle oluşur. Böyle bir dezavantaj, ray mantarındaki düzlemsel iç kusurların tespit kalitesinin düşmesine yol açar.
Son fakat önemli bir diğer dezavantaj ise, daldırma tipi ultrason iletim prensibinin doğasından kaynaklanan test hızı sınırlamasıdır. Tekerlekli sistemde, ultrasonik titreşimlerin piezoelektrik elemandan tekerlek kenarına ulaşması için belirli bir süre gerekir; bu süre, titreşimlerin ray gövdesi içindeki yayılma süresine eşit veya ondan daha uzun olabilir. Sonuç olarak, göndericiden daldırma sıvısı aracılığıyla rayın alt yüzeyine ve oradan alıcıya kadar geçen toplam ultrason uçuş süresi, kayan sistemdekine göre en az iki kat daha uzundur. Bu durum, başlangıç darbelerinin frekansını ve buna bağlı olarak tarama hızını da sınırlar; böylece gerekli kusurların güvenilir şekilde tespit edilebilmesi için belirli bir sınırın altına inilemez. Yüksek hızlı tahribatsız muayene sistemlerinde, tekerlekli arama sistemleri kullanıldığında tarama adımı (scan pitch) genellikle yaklaşık 4 mm’dir. Bu sırada, muayene hızı 40 km/s’ye kadar ulaşabilir.
Kayan arama sisteminde ise ultrasonik titreşimler doğrudan muayene edilen parçaya iletilir; bu nedenle başlangıç darbesi frekansı iki katına çıkarılabilir. Bu da, ya tarama hızının artırılmasına, ya da tarama adımının azaltılmasına imkân tanır. Örneğin, 40 km/s’lik aynı tarama hızında, kayan arama sistemindeki tarama adımı 2 mm’ye eşit olacaktır.
Sonuç
Açıklanan her bir arama sistemi, sürekli ray muayenesi için kullanılabilir; her birinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Bu nedenle, arama sistemi tipinin seçimi büyük ölçüde demiryolu işletme şirketinin geleneklerine bağlıdır. Bu yüzden OKOndt GROUP, hem kayan sistemleri hem de tekerlekli sistemleri üretmekte ve her iki arama sistemi tipini de sürekli olarak geliştirmektedir.
