В ряде случаев в рельсах появляется повышенная намагниченность, что способствует притягиванию в зону стыка металлических предметов, которые могут замыкать изолирующий зазор. Для исследований этого явления на дорогах в ООО «АпАТэК» разработали цифровой магнитометр «Стык-З0», способный измерять и записывать в электронную память параметры магнитного поля. С его помощью выявили некоторые особенности намагниченности, связанные с конструкцией стыка и условиями эксплуатации (см. журнал «Путь и путевое хозяйство» № 1 за 2005 г.).

На практических примерах покажем, как использование магнитометрии на железной дороге способствует безопасности движения и дает возможность более качественно выполнять различные работы.

Для определения причин сбоев локомотивной сигнализации при движении по новым рельсовым плетям изучили их магнитное состояние на базах рельсосварочных поездов и в пути. Измеряли величину магнитного поля на торцах рельсов (с фиксацией знака) и распределение намагниченности вдоль рельса (20 точек/с). В ноябре-декабре 2006 г. проверили эти параметры в рельсах НТМК и НКМК на базах РСП-4 (Свердловская дорога) и РСП-29 (Западно-Сибирская). Кроме того, там же исследовали старогодные рельсы. Измерения на новых рельсах выполняли непосредственно перед их свариванием в плеть.

На рис. 1,а в качестве примера показаны значения магнитного поля на торцах новых рельсов. Видно, что намагниченность торцов каждого рельса разного знака, но амплитуды существенно разнятся. Отметим также, что все рельсы намагничены в одном направлении. Их магнитная структура хотя и имеет преимущественное направление вдоль оси, однако в средней части намагниченность наибольшая, что свидетельствует о развороте структуры.

В старогодных рельсах намагниченность практически симметрична (рис. 1,6). Однородный характер распределения поля без всплесков (рис. 2) подтверждает предположение о связи симметрии значений поля на торцах рельса с однородностью его магнитной структуры. Эта однородность объясняется тем, что существует связь механических напряжений в рельсовой стали с ее магнитными свойствами. Магнитная структура под воздействием значительных механических нагрузок становится такой, при которой уменьшаются внешние рассеянные поля. Этому способствует форм-фактор рельса, т.е. его вытянутость. Характерный пример - длинный постоянный магнит, у которого магнитное поле концентрируется вблизи его концов. Минимизация рассеянного поля, опять же под воздействием механических нагрузок, может происходить за счет разбивания на мелкую магнитную структуру, в которой внешнее рассеянное поле исчезает.

Рис. 1.Диаграммы намагниченности, измеренной на торцах рельсов: а — подготовленных для сварки в плеть; б — старогодных		Рис. 2. Распределение продольной компоненты поля вдоль старогодного рельса
		Рис. 4. Распределение модуля рассеянного поля по длине, измеренное вблизи головки рельсов в условиях РСП-2
Рис. 3. Распределение вдоль рельсов продольной компоненты рассеянного магнитного поля вблизи головки рельсов до сварки в плеть (левые графики) и после сварки (правые графики)

В связи с этим заметим, что из-за намагниченности может ухудшаться качество сварки старогодных рельсов. Поясним это на следующем примере. Из диаграммы, приведенной на рис. 1,6, и рис. 2 видно, что направление намагниченности у разных рельсов может быть противоположным. Если это направление иное, чем на участке пути, то в зоне сварки возникает большой градиент магнитного поля, который смещает дугу при сварке. Кстати, новые рельсы одного комбината имеют одинаковое направление намагниченности.

В РСП-3 Московской дороги при сварке плети из старогодных рельсов проверили полярность их концов и величину магнитного поля. При этом установлено, что при сварке рельсов с одинаковой полярностью на концах и значительным различием величины магнитного поля (37-81 Эрстед) наблюдаются большие колебания сварочного тока на этапе неустойчивого оплавления, а на втором этапе (плавно устойчивое оплавление на пониженном напряжении) отмечен всплеск силы тока с увеличением интервала времени (замыкание). Следовательно, необходим контроль полярности намагниченности ввариваемых рельсов и участка пути.

Рассмотрим, что происходит с намагниченностью новых рельсов. Измерили распределение рассеянного магнитного поля вблизи головки перед сваркой и после нее. Из рис, 3 видно, что скачки поля в сварных стыках практически исчезают, однако в середине рельсов сохраняются локальные рассеянные поля большой амплитуды. Они способны наводить импульсы электродвижущей силы в индукционной схеме формирования кода в приемной катушке АЛСН движущегося локомотива и вызывать ложный код. После укладки в путь рельсовых плетей под действием магнитомеханических процессов, происходящих во время прохода поездов, магнитная структура рельсов может изменяться таким образом, что рассеянные поля в их окрестности трансформируются во внутреннюю магнитную структуру и большей частью не выходят наружу. Об этом свидетельствуют проведенные в январе 2007 г. измерения распределения модуля рассеянного магнитного поля вблизи головки рельсов вдоль плети, эксплуатирующейся на участке Раменское - Быково Московской дороги в течение четырех лет (рис. 4). На рисунке для сравнения приведены соответствующие результаты для новой плети. Видно, что со временем намагниченность рельсов приближается к безопасному состоянию без значительных всплесков. Дополнительные исследования позволят найти способ выравнивания намагниченности либо при сварке плетей, либо при их эксплуатации на начальном периоде. Мы планируем также глубже изучить связь намагниченности рельсов с их сваркой.

Таким образом, магнитометрия позволяет улучшить безопасность движения. Весьма полезен прибор «Стык-З0», с помощью которого основные характеристики намагниченности легко и оперативно может получить даже неквалифицированный персонал.

Установлено, что все рельсы, поступающие с комбинатов в РСП, имеют, во-первых, примерно одинаковую намагниченность, во-вторых, локальные рассеянные поля большой амплитуды в середине, которые после сваривания в плеть сохраняются.

Необходимо выравнивать намагниченность после сварки по мере надвига плетей на рельсовозный состав.

Полярность и величина магнитного поля концов рельсов в какой-то мере влияют на время и качество сварки.

А.С. АНТОНОВ, А.А. КОЗЛОВ, А.С. КОЗЛОВ, В.Т. СЕМЕНОВ, А.Е. УШАКОВ