Ahhoz, hogy figyelemmel tudjuk kísérni a pálya állapotát, nélkülözhetetlen a pálya diagnosztizálása és a hibaforrások időben történő felismerése. Ezt erősíti az a kialakuló trend is, hogy a vasúti pályafenntartásban az 1990-es évek előtt jellemző tervszerű megelőző karbantartást fokozatosan felváltotta a pályaállapotot figyelembe vevő (pályaállapot-függő) karbantartási stratégia, amely napjainkban kezd kiegészülni a diagnosztikaalapú, preventív (megelőző) jellegű karbantartási szemlélettel, valamint az életciklusköltségeket (LCC) szem előtt tartó karbantartási stratégiával.
E körülmények megkövetelték a vasúti pályadiagnosztikával foglalkozó szak­em­be­rektől, hogy vasúti alkalmazásokra fejlesszenek ki olyan speciális diagnosztikai eszközöket, amelyek alapvető roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárásokon alapulnak. A kísérletek a MÁV-nál a pályában fekvő belső sínhibák műszeres felderítésére az 1950-es évek közepén kezdődtek meg. A nyugat-európai vasutaknál hosszú ideig nem volt egyértelmű döntés az ultrahangos sínvizsgálati módszer bevezetése mellett, hanem szinte egy időben foglalkoztak mágneses, radioaktív izotópos, röntgenes és ultrahangos vizsgálatokkal is. A külföldi vasutak többsége – a MÁV-hoz hasonlóan – a megszerzett tapasztalatok alapján az ultrahanggal történő sínvizsgálatokat tartotta a legmegfelelőbbnek.
Napjainkban számos vasútspecifikus vizsgálóberendezés áll a felhasználók rendelkezésére, az egy és két sínszálas kézi készülékektől kezdve a mérővonatokra telepíthető 50-70 km/h vizsgálati sebességre képes technológiáig. Ezek az eszközök jellemzően a vasúti sínek belső, szabad szemmel nem látható hibáinak felderítésére, azaz a keresztmetszet belsejéből induló repedések, anyagfolytonossági hiányok kimutatására specifikáltak.
A vasúti pályát érő igénybevételek ugyanakkor folyamatosan nőnek, köszönhetően az egyre modernebb, nagy teljesítményű, nagy sebességre képes vontatójárműveknek és az egyre növekvő vonatforgalomnak. Ennek megfelelően a napjainkban jellemző sínhibák a korábban gyártási eredetű és hegesztési hibák szegmenséből egyre inkább eltolódnak a gördülő érintkezéses terhelésből eredő fáradásos sínhibák felé. E sínhibák közös jellemzője, hogy nem a sínkeresztmetszet belső tartományából indulnak ki a repedések, hanem a sín futó- és vezetőfelületéről induló, a forgalom hatására egyre növekvő repedések keletkeznek.
Bízom benne, hogy e bevezető rávilágít arra a folyamatra, amely a síndiagnosztikai vizsgálatokat egy komplex rendszer szerves és nélkülözhetetlen, folyamatosan fejlődő tevékenységévé teszi. A cikkben bemutatom a MÁV KFV Kft. sínek diagnosztikájára irányuló roncsolásmentes anyagvizsgálati módszereit, amely megfelel napjaink legkorszerűbb technikájának.

Roncsolásmentes vizsgálatok a vasúti gyakorlatban

A bevezetőben ismertetett fejlődési folyamatok eredményeként napjainkra kialakultak a vasúti sínek diagnosztikájának jól körülhatárolt vizsgálati módszerei és vizsgálóeszközei, amelyeket részletesen ismertetek. A MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. síndiagnosztikai gyakorlatában az alábbi fő vizsgálatokkal és mérésekkel történik a pályahálózat rendszeres ellenőrzése:
– ultrahangos sínvizsgálat,
– örvényáramos sínvizsgálat,
– sínek keresztmetszeti kopásának mérése,
– hullámos sínkopás mérése.
Ultrahangos vizsgálat
Az ultrahangos vizsgálat tekinthető a síndiagnosztika egyik fő tevékenységének, amely egyben a legnagyobb tömegben végzett vizsgálat is. Az alapvető forgalombiztonság fenntartásának rendszeres eszköze, amely a sín (1. ábra) és hegesztési hibák síntörésig történő fejlődési kockázatának minimális szinten tartásához elengedhetetlen. Éves szinten közel 25 000 km vágány ellenőrzése történik meg a kézi és gépi mérőeszközökkel a MÁV KFV Kft. szakemberei által a MÁV és GYSEV vasútvonalai mellett több szomszédos országban is.

Mérővonati ultrahangos vizsgálórendszer

A mérővonatra telepített ultrahangos vizsgálórendszer alkalmas fővágányok nagy volumenű folyamatos vizsgálatára. A mérőrendszer sínszálanként 12 ultrahangos csatornával rendelkezik. A vizsgálófejek pontos pozicionálását (sín középtengelye) és a kitérőkön való biztonságos áthaladását a mérőkocsi közepén elhelyezkedő mérő forgóváz és annak tengelyei között vezetett mérőgerenda biztosítja (2. ábra).
A vizsgálófejcsoportok öntött, esztergált műanyag fejhajókban vannak elhelyezve. A maximális vizsgálati sebesség nagy sebességű (v≥160 km/h) hézagnélküli pályán 70 km/h. A vizsgálat során az egyes ultrahangos csatornák „A” és „B” képei valós időben jelennek meg az operátor előtt, aki szükség esetén (csatoláshiány, vizsgálófej-sérülés, nem megfelelő pályaállapot stb.) be tud avatkozni. A vizsgálat során az „A” és „B” képeket folyamatosan rögzítjük, és a regisztrátum kiértékelése már párhuzamosan a vizsgálat közben megkezdhető. A kiértékelő munkáját nagyban segítik a sínszálakról készített jó minőségű lineáris videokamera-képek, amelyeket a „B” képek mellé szinkronizáltan hozzáilleszt a rendszer (3. ábra).
Az ultrahangos sínvizsgáló rendszer a MÁV KFV Kft. FMK-008, valamint SDS síndiagnosztikai szerelvényein üzemel.
Az alkalmazott vizsgálófejek sínszálanként két merőleges, két 45° (előre-hátra), két 70° (előre-hátra), négy 58°/34°, amely függőleges értelemben 58°, vízszintes értelemben pedig a sín hossztengelyéhez képest 34°-kal kiforgatott vizsgálófej (előre-hátra irány, vízszintes értelemben pedig mindkét irányban kiforgatva) és két darab 50°/45°-os fej. Az alkalmazott vizsgálófrekvencia 2,5 MHz. A besugárzási elrendezést egy sínszálra vonatkozóan a 4. ábra szemlélteti.

Az ábrákon jól látható, hogy az ultrahangos szondák a sín futófelületén, a sín hossztengelyében vannak vezetve. Ezt a pozicionálást megköveteli az a kívánalom, hogy a sínfej mellett a teljes síngerinc egészen a síntalpig vizsgálható legyen. Egyfajta kötöttséget jelent, hogy a mérőgerenda keresztirányú mérete bizonyos pályaszerkezeti elemek miatt csak korlátozott méretű lehet, amely így megnehezíti a sínfej szélső keresztmetszeteinek közvetlen, futófelületről történő besugárzását.
A gördülő érintkezéses terhelésből eredő fáradásos repedések (Head Check) zónájának, valamint a sínfej szélső tartományában lévő hibák megbízható detektálása vezetett a fentiekben ismertetett besugárzási elrendezés kifejlesztéséhez. Az ismertetett kötöttségek miatt ebben az esetben ugyanis az ultrahangnyalábot nem lehet közvetlenül a repedésekre irányítani, hanem a sín válláról visszaverődve kell az ultrahanghullámoknak elérni a reflektáló felületet. Ilyen vizsgálófejek az 58°/34°-os és 50°/45°-os szondák a mérővonati rendszerben. A Head Check zóna ily módon történő közvetett (ugrástávolságú) besugárzása miatt a repedések futófelülettől mért mélységének ultrahangos módszerrel történő meghatározása nem triviális. Az 50°/45°-os vizsgálófej viszonylag nagy érzékenységgel bír, azonban a mérőrendszer által rögzített regisztrátumon a repedésekről kapott indikációkat jelenleg még nem lehet egyértelműen értékelni és párhuzamba állítani az örvényáramos mérőrendszer által szolgáltatott Head Check repedések károsodási mélységével. A Head Check sínhibák ultrahangos vizsgálatának témaköre, annak fontossága (5. ábra) és szakmai kihívásai miatt a jövőben kiemelt jelentőségű fejlesztési irány lehet a sínvizsgálatok területén.

Ultrahangos sínvizsgáló kiskocsik (USK)

A kiskocsik alkalmazási területe kiterjed a mérővonati hibák utánvizsgálatára, olyan másodrendű vasútvonalakra, amelyek mérővonattal nem vizsgálhatók, valamint állomási mellékvágányok és kitérők vizsgálata végezhető el hatékonyan ezzel a mérőeszközzel. A kiskocsik váza az elektronikai egységek, akkumulátorok és csatolófolyadék hordozására, valamint a berendezés ergonomikus kezelésére szolgál, a kiskocsik kerekei és speciális fejvezető egysége pedig a mérőszondák megfelelő pozicionálását biztosítja a sín futófelületén.
Cégünk e kiskocsik tekintetében nemcsak mint felhasználó nevesíthető, hanem az ultrahangos sínvizsgáló kiskocsik gyártása és fejlesztése is többéves múltra tekint vissza. A meglévő tapasztalatok és igények alapján 2019-ben kifejlesztettünk egy új, a mai kornak és elvárásoknak megfelelő modern elektronikával felszerelt („A” és „B” képes megjelenítés, regisztrátum rögzítése) ergonómiailag is optimalizált új ultrahangos sínvizsgáló kiskocsit, amely az USK-006 típusnevet kapta (6. ábra). A vizsgáló elektronika egyszerre öt ultrahangos csatornát tud kezelni, amely lehetővé teszi komplexebb besugárzási elrendezés alkalmazását, azaz a sínkeresztmetszet egyidejű letapogatását több ultrahangos vizsgálószondával. Lehetőség van továbbá az ultrahangos regisztrátum rögzítésére és elmentésére, valamint az adott vizsgálaton belül a hibalista-kezelés és jegyzőkönyv-generálás (szerkesztés) lehetősége is adott. Irodai környezetben az eredmények visszajátszhatók, elemezhetők.

Örvényáramos vizsgálat

A vasúti környezetben alkalmazott örvényáramos vizsgálati technológia bemutatása előtt az átfogó szemlélet kialakításához elengedhetetlen, hogy röviden bemutassuk a Head Check sínhibák legfontosabb ismérveit, amely jelenség ezt az anyagvizsgálati eljárást napjainkra a sínvizsgálatok rendkívül fontos tevékenységévé tette az ultrahangos vizsgálat mellett.