ES2278303T3 - Medicion de tensiones residuales e inducidas termicamente en un carril. - Google Patents

Abstract

Un método para determinar la tensión residual y la tensión inducida térmicamente en un carril, comprendiendo el método medir las tensiones en una parte del carril remota de la cabeza del carril en una dirección perpendicular al eje longitudinal del carril, y en una dirección paralela al eje longitudinal, determinando a partir de la tensión en la dirección perpendicular una estimación de la tensión residual en la dirección paralela y, por lo tanto, comparando la tensión medida en la dirección paralela con la tensión residual estimada en la dirección paralela, determinar la tensión inducida térmicamente.

Description

Medición de tensiones residuales e inducidas térmicamente en un carril.

Esta invención se refiere a un método y aparato para determinar la tensión residual en un objeto ferromagnético, tal como un carril de una línea ferroviaria, con preferencia utilizando una sonda electromagnética.

Las tensiones en estructuras tales como carriles, puentes y tuberías, en mecanismos complejos, tales como vehículos y maquinaria, o dispositivos sencillos, tales como montantes, cables o cojinetes resultan a partir de varias causas que incluyen cambios de temperatura, y las cargas y presiones debidas al uso. Además, existen tensiones residuales que resultan a partir de la fabricación de la estructura o dispositivo, y de cualquier flexión a la que la estructura o dispositivo estaban sometidos durante la construcción; las tensiones residuales que resultan a partir de la fabricación estarán afectadas también por cualquier tratamiento térmico de alivio de la tensión. Una manera de medir la tensión en una placa de acero se describe en el documento US 5 828 211 (GB 2 278 450), utilizando este método una sonda que contiene un núcleo electromagnético para generar un campo magnético alterno en la placa, y luego combinando mediciones de dos sensores, siendo una de ellas una medición de la anisotropía magnética inducida por tensión (SMA) y siendo la otra una medida de la permeabilidad efectiva direccional (DEP). La sonda que está arrollada gradualmente alrededor del campo magnético tiene una pluralidad de orientaciones diferentes en la placa, y estas mediciones se toman en cada una de tales orientaciones. La sonda permite medir la tensión cerca de la superficie, dependiendo de la profundidad de penetración de la frecuencia.

En el caso de líneas ferroviarias, las tensiones inducidas térmicamente son un factor de contribución tanto para roturas de carril (cuando la temperatura del carril cae, por ejemplo en invierno) como también para pandeo del carril (cuando se eleva la temperatura del carril, por ejemplo en verano). Tradicionalmente, en el carril soldado en continuo, estos problemas se reducen al mínimo instalando inicialmente el carril en un estado de tensión, de tal manera que las tensiones térmicas se reducirían a cero, si se elevase la temperatura del carril hasta una "temperatura libre de tensión", que se selecciona de tal manera que, en la práctica, las tensiones térmicas no alcanzan valores excesivos. Sería deseable poder supervisar las tensiones inducidas térmicamente en un carril, pero ésta no es una cuestión sencilla. En general, las técnicas de medición de la tensión miden la tensión total, que es la suma de la tensión inducida térmicamente y la tensión residual (o tensores); por lo tanto, para determinar la tensión térmica, es necesario evaluar también la tensión residual. Ésta se puede medir a través de mediciones en un carril que no está limitado, por ejemplo cortando una sección de carril, pero sería deseable una técnica de medición no destructiva. (En esta memoria descriptiva, el término tensión térmica o tensión inducida térmicamente se refiere a la diferencia entre la tensión total y la tensión residual).

Se apreciará también que una medición exacta de la temperatura del carril es muy difícil de conseguir, debido a las condiciones ambientales variables a lo largo de la longitud de un carril y debido a la conductividad térmica comparativamente pobre del acero para carriles; sería difícil de conseguir una inexactitud en la temperatura media menor que aproximadamente \pm 2ºC. Las mediciones de la temperatura a la luz del sol son probablemente todavía más difíciles de conseguir.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para determinar la tensión residual y la tensión inducida térmicamente en un carril, comprendiendo el método medir las tensiones en parte del carril alejadas de la cabeza del carril en una dirección perpendicular al eje longitudinal del carril, y en una dirección paralela al eje longitudinal, determinar a partir de la tensión en la dirección perpendicular una estimación de la tensión residual en la dirección paralela y, por lo tanto, comparando la tensión medida en la dirección paralela con la tensión residual estimada en la dirección paralela, determinar la tensión inducida térmicamente.

Se ha descubierto que las tensiones residuales en los carriles varían de un carril a otro, y a través de la vida de un carril. No obstante, la variación del tiempo de vida se puede reducir al mínimo considerando las tensiones en regiones remotas de la cabeza del carril, es decir, en el alma o posiblemente en la pata del carril. Las tensiones residuales tanto en la dirección paralela como en la dirección perpendicular están causadas principalmente por el enderezamiento que es la fase final de la fabricación del carril y, por lo tanto, se pueden relacionar entre sí. En la cinta, por ejemplo, las tensiones residuales son típicamente compresivas, en la región entre 120 y 220 MPa en la dirección paralela, y entre 50 y 100 MPa en la dirección (vertical) perpendicular. Debería apreciarse que las variaciones en la tensión inducida térmicamente en la dirección paralela en una pista recta son sólo aproximadamente sólo aproximadamente 2,4 MPa/ºC, de manera que las variaciones en la tensión longitudinal residual que resultan a partir del proceso de fabricación, por ejemplo 50 MPa, son generalmente mucho mayores que las tensiones inducidas térmicamente.

En una forma de realización de la invención, la tensión en la dirección perpendicular está correlacionada con la tensión residual en la dirección paralela; en una forma de realización alternativa, la tensión en la dirección perpendicular está medida a profundidades diferentes, y su variación con profundidad está correlacionada con la tensión residual en la dirección paralela. Este método alternativo no requiere mediciones absolutas de tensión en la dirección vertical, sino sólo la diferencia en la tensión para diferentes profundidades, y esto puede ser deseable.

Con preferencia, la tensión se mide utilizando una sonda electromagnética. En el método preferido de medición de la tensión, la sonda comprende un medio electromagnético, medios para generar un campo magnético alternativo en el medio electromagnético y, por lo tanto, en el carril, y un sensor magnético dispuesto para detectar un cambo magnético debido a los medios electromagnéticos; y el método comprende resolver señales procedentes del sensor magnético en un componente monofase y un componente en cuadratura; mapear los componentes monofase y en cuadratura directamente en componentes de tensión y de elevación; y deducir la tensión a partir de la componentes de la tensión determinada de esta manera.

El mapeado requiere una calibración preliminar, con una muestra del material para determinar la medida en que los componentes en fase y en cuadratura de la señal varían con la elevación (a una tensión constante) y varían con la tensión a una elevación constante) y para deducir a partir de las mediciones de la calibración el mapeado aplicable para cualquier tensión y cualquier elevación. El mapeado puede estar representado en el plano de la impedancia (es decir, en un gráfico del componente en cuadratura con respecto al componente en fase) como dos conjuntos de contornos que representan la variación de la señal con elevación (para diferentes valores de la tensión) y la variación de la señal con tensión (para diferentes valores de la elevación), siendo curvados los contornos de ambos conjuntos. Los contornos de un conjunto intersectan los contornos del otro conjunto en ángulos no ortogonales. De una manera sorprendente, se ha encontrado que los ángulos en los que los contornos de elevación constante intersectan cualquier contorno de la tensión constante son todos iguales. Por lo tanto, las mediciones tomadas a lo largo de unos pocos contornos de cualquier conjunto permites determinar las posiciones de los otros contornos de cada conjunto. Este método de interpretar las señales y de distinguir entre tensión y elevación se describe en detalle en el documento WO 03/0349054.

De una manera sorprendente, se ha encontrado que este mapeado sencillo proporciona una representación exacta de la variación de las señales con propiedad del material (por ejemplo, tensión), y proporciona una manera sencilla de distinguir estas variaciones con respecto a variaciones que resultan de la elevación o de otras variaciones geométricas, tales como la textura de la superficie o la curvatura.

De una manera preferida, los medios electromagnéticos comprenden un núcleo electromagnético y dos polos electromagnéticos espaciados aparte, y el sensor magnético está dispuesto de una manera preferida para detectar la reluctancia (o enlace de flujo) de esa parte del circuito magnético entre los polos de los medios electromagnéticos. También es deseable disponer que tales mediciones sean realizadas con una pluralidad de orientaciones diferentes del campo magnético, en un lugar individual sobre el objeto. Esto se puede conseguir utilizando una sonda sencilla que es girada en ese lugar, tiendo realizadas las mediciones con diferentes orientaciones de la sonda. El sensor proporciona una medida de la permeabilidad del material a través del cual el flujo pasa entre los polos; las mediciones correspondientes en diferentes orientaciones de la sonda en un lugar sobre el objeto indican, por lo tanto, la permeabilidad efectiva en diferentes orientaciones.

La sonda puede incluir también un segundo sensor magnético entre los dos polos y se puede disponer para detectar la densidad del flujo magnético perpendicularmente a la dirección del campo magnético de espacio libre entre los polos. Este segundo sensor no detectaría ninguna señal, si el material fuese exactamente isotrópico; no obstante, la tensión induce anisotropía en las propiedades magnéticas del material y, por lo tanto, las señales recibidas por el segundo sensor (o sensor de rotación de flujo) son una medida de esta anisotropía magnética inducida por tensión.

Las variaciones en las señales de rotación del flujo en diferentes orientaciones de la sonda, en un lugar sobre el objeto, permiten determinar con exactitud las direcciones de los ejes principales de la tensión. Las señales de rotación del flujo se pueden referir también a la tensión.

La sonda puede incluir también un tercer sensor magnético (un sensor de fuga de flujo) entre los polos dispuestos para detectar la densidad del flujo magnético en paralelo al campo magnético de espacio libre. Este tercer sensor detecta la fuga de flujo que está influenciada por cambios en las propiedades del material, elevación y grietas. Como con el sensor de fuga de flujo, las mediciones en un lugar se realizan con preferencia en diferentes orientaciones de la sonda.

La señal de reluctancia (o enlace de flujo) que procede de la sonsa es retornada con preferencia, es decir, que es procesada en primer lugar restando una señal igual a la señal que procede de ese sensor con la sonda adyacente al lugar libre de tensión. La señal retornada es amplificada entonces con el fin de detectar con mayor facilidad los cambios pequeños debidos a la tensión. Este retorno se realiza después de resolver los componentes en fase y en cuadratura, pero antes de corregir la elevación, por ejemplo por medio del mapeado descrito anteriormente. De una manera preferida, las señales que proceden de la sonda son digitalizadas inicialmente, y el retorno y la corrección de la elevación se realizan por medio de análisis de las señales digitales.

En general, se utilizan las más diferentes orientaciones de la sonda para tomar mediciones con la mayor exactitud con la que se puede realizar la determinación de los niveles de la tensión. Las mediciones en diferentes orientaciones de la sonda en un lugar particular se obtendrían habitualmente haciendo girar la sonda, pero de una manera alternativa se pueden obtener utilizando una matriz de sondas de diferentes orientaciones que se mueven de una manera sucesiva hasta ese lugar. Se apreciará que las mediciones de la tensión a diferentes profundidades por debajo de la superficie, donde esto se requiere, se pueden conseguir generando el campo magnético alternativo con diferentes frecuencias.

A continuación se explicará la invención adicionalmente y más particularmente, sólo a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 muestra una vista esquemática de un aparato para medir tensión.

La figura 2 muestra una vista de la sección longitudinal de una sonda para uso en el aparato de la figura 1.

La figura 3 muestra gráficamente la variación de los componentes en cuadratura y en fase retornados del enlace de flujo con variaciones de la elevación, y con variaciones de la tensión; y

La figura 4 muestra gráficamente la correlación entre las señales que representan tensión en las direcciones vertical y longitudinal en las almas de los carriles.

Con referencia a la figura 1, un aparato de medición de la tensión 10 incluye una sonda de sensor 12 que comprende sensores para enlace de flujo, rotación de flujo y fuga de flujo, estando fijada la sonda 12 a un motor eléctrico 14 que puede estar retenido por un operador, de manera que el motor 14 puede hacer girar la sonda 12 con un extremo adyacente a una superficie de un objeto de acero 16 (el alma del carril en este caso) en el que deben determinarse las tensiones. La sonda de sensor 12 y el motor 14 están conectados por un cable umbilical 17 de 2 metros de largo a una unidad de acondicionamiento/sonda de la señal 18. La unidad 18 está conectada por un cable umbilical 19 largo (que puede tener, por ejemplo, hasta 300 m e largo) hasta una unidad de interfaz dentro de un microordenador 20, que tiene un teclado 21. El funcionamiento del aparato 10 se controla por software en el microordenador 20.

Con referencia ahora a la figura 2, la sonda 12 se muestra separada del motor 14, en la sección longitudinal, aunque con los componentes internos mostrados en vista en alzado (no se muestran los cables de conexión dentro de la sonda 12). La sonda 12 comprende una caja de latón cilíndrica 24 de diámetro exterior de 16,5 mm y de una altura total de 60 mm, siendo la mitad superior de diámetro reducido, por lo que la sonda 12 está fijada al motor 14. La mitad superior de la caja 24 incluye un amplificador de cabeza 25. La mitad inferior incluye un núcleo en forma de U 26 de metal de mu laminado (una aleación de níquel/hierro/cobre de alta permeabilidad), cuyos polos 28 están separados por un intersticio de 7,5 mm de anchura, y cada uno de los cuales tiene una anchura de 2,5 mm y de 10 mm de espesor (fuera del plano de la figura). Los polos 28 están en el plano del extremo inferior de la caja 24, que está abierto. Alrededor del extremo superior del núcleo en forma de U 26 está dispuesta una plantilla, sobre la que se arrollan dos bobinas superpuestas 30. Una bobina 30aa (que tiene 200 vueltas) es alimentada con la corriente sinusoidal de accionamiento desde la unidad 18; la otra bobina 30b (que tiene 70 vueltas) proporciona señales de enlace de flujo.

Entre los dos polos 28 está dispuesta una matriz sobre la que se arrolla una bobina rectangular 32 de 1670 vueltas, de aproximadamente 4 mm de altura y 6 mm de anchura, y un cuadrado de 6 metros como se ve desde abajo. Estando los arrollamientos en paralelo al plano de la figura, de manera que el eje longitudinal de la bobina 32 está perpendicularmente a la línea entre los centros de los polos 28. La bobina 32 está soportada por una placa de soporte 34 fijada entre los brazos del núcleo en forma de U 26, de manera que la cara inferior de la bobina 32 está en el plano de los polos 28. La bobina 32 proporciona las señales de rotación del flujo. Si se requiere una señal de fuga de flujo, se puede arrollar una bobina sobre la misma matriz, pero con vueltas perpendiculares al plano de la figura. Todas las señales son amplificadas por el amplificador de cabeza 25 antes de la transmisión a la unidad 18.

En el funcionamiento del sistema 10, el motor 14 está soportado de manera que el extremo inferior de la sonda 12 está adyacente a la superficie de un objeto de acero y el eje longitudinal de la sonda 12 está perpendicular a la superficie. Un corriente alterna de la frecuencia y amplitud deseadas es alimentada a la bobina de accionamiento 30aa, de manera que el campo magnético en el objeto 16 oscila alrededor de cero con una amplitud mucho menor que la saturación. Para ajustar el sistema 10, se realizan en primer lugar mediciones utilizando un objeto del mismo tipo de acero que el carril 16, pero en el que las tensiones son insignificantes. Los componentes en fase y en cuadratura de la señal de enlace de flujo (es decir, el componente en fase con la corriente de accionamiento, y el componente diferente en fase en 90º) recibidos por el microordenador 20 con retornados cada uno de ellos a cero, y los valores retornados son entonces fijados. Durante todas las mediciones siguientes, se retornan los componentes de enlace de flujo en estas mismas cantidades (es decir, restando una señal igual al componente observado en el lugar libre de tensión).

Las mediciones de la tensión se pueden realizar colocando la sonda 12 adyacente al alma del carril 16. La orientación de la línea que une los centros de los polos 28 (con referencia a la orientación de la sonda 12) es anotada con relación a una dirección fija sobre la superficie. El motor 14 es activado entonces para hacer girar la sonda 12, por ejemplo de una manera escalonada 10º cada vez a través de un ángulo total de 360º. En cada orientación de la sonda 12 se miden todas las señales.

Se apreciará que el procedimiento de la invención es aplicable con muchas sondas diferentes. La sonda 12 se puede modificar, por ejemplo, utilizando un núcleo en forma de U de un material diferente, tal como hierro de silicio (que puede proporcionar campos magnéticos más elevados), o en efecto, la bobina de accionamiento puede ser de núcleo de aire. La sonda puede ser de una forma o tamaño diferente; se han utilizando sondas que varían en el tamaño entre aproximadamente 3 mm y 75 mm para diferentes finalidades. En particular, para mediciones sobre carriles, puede ser adecuada una sonda de diámetro que varía en el intervalo entre 20 mm y 40 mm, por ejemplo 30 mm.

Las señales de rotación de flujo varían de forma sinusoidal con la orientación de la sonda, de manera que se puede determinar la orientación en la que tienen sus máximos y sus mínimos. Las direcciones a medio camino entre dos orientaciones son las direcciones de los ejes principales de la tensión. Las mediciones de la rotación del flujo son, por lo tanto, útiles si se desconocen las direcciones principales de la tensión. Los valores del enlace de flujo y de la fuga de flujo varían también de forma sinusoidal con la orientación de la sonda (en antifase entre sí), y los valores son observados en las direcciones principales de la tensión. Si las direcciones principales de la tensión ya se conocen, entonces la sonsa 12 en su lugar puede ser simplemente orientada a esas direcciones, y se pueden realizar las mediciones; no sería necesaria ninguna rotación de la sonda 12.

Los valores de las tensiones en el alma en las direcciones vertical (es decir, perpendicularmente al eje longitudinal) y longitudinal se pueden determinar a partir de las mediciones experimentales del enlace de flujo con la sonda 12 orientada en esas direcciones. Esto requiere calibración del aparato 10, tomar mediciones sobre una muestra de material del mismo tipo que el carril 16, sometiéndolo al mismo tiempo a una variedad de tensiones diferentes. Esto se puede realizar con una tira de muestra rectangular en un aparejo de prueba, siendo realizadas las mediciones del enlace de flujo en el centro de la muestra donde las dirección principal de la tensión está alineada con el eje del aparejo de prueba. Con referencia a la figura 3, ésta muestra los componentes en fase y en cuadratura del flujo de fase retornado obtenidos en un aparejo de prueba de este tipo, siendo realizadas las mediciones con una frecuencia de accionamiento de 70 Hz, y siendo la muestra una barra de acero. Un primer conjunto de mediciones se realizaron con valores progresivamente mayores de elevación, L, pero sin tensión, S. Esto proporciona el contorno de elevación A, variando la elevación entre 0 y 220 micras. Se obtienen contornos de elevación A similares para otros valores fijos de la tensión, siendo mostrados los valores para una tensión y compresión de S = 250 MPa. Las mediciones se realizaron entonces en un intervalo de diferentes valores fijos de elevación L, variando la tensión A (tanto compresión como tensión), proporcionando los contornos B.

Se apreciará que los contornos A están curvados, y los contornos b no están ortogonales a los contornos A, sino que se intersectan en ángulos substancialmente constantes a lo largo de cualquier contorno de elevación A. Por consiguiente, solamente es necesario realizar mediciones de calibración suficientes para registrar unos pocos contornos A y B de este tipo, y se pueden predecir las formas de los otros contornos.

Después de la calibración de la sonda 12 de esta manera, se pueden realizar fácilmente mediciones de la tensión a partir de observaciones de señales de enlace de flujo (resueltas y retornadas), ya que los contornos permiten distinguir con facilidad los cambios debidos a la elevación con respecto a los cambios debidos a la tensión. Cualquier posición particular en el plano de la impedancia (es decir, en el grafo de componentes en cuadratura con respecto a componentes en fase) corresponde a un valor partículas de la tensión y a un valor particular de la elevación. El mapeado entre coordenadas (en fase, cuadratura) y coordenadas (de tensión, elevación) se puede realizar gráficamente, con relación a tales contornos, o por cálculo. Por ejemplo, si la señal de enlace de flujo tiene los componentes en fase y en cuadratura de la posición marcada con X, esto corresponde a una elevación de aproximadamente 80 micras y una tensión de aproximadamente 125 MPa. De una manera alternativa, este valor X puede ser trasladado (a lo largo de la línea discontinua Y) a lo largo de un contorno A de tensión constante para hallar los componentes en fase y en cuadratura en la posición Z que se obtendría con la elevación cero.

El valor de la tensión hallada de esta manera es, como se apreciará, la tensión uniaxial que proporcionaría ese valor de la señal de enlace de flujo. Si las tensiones son realmente biaxiales, entonces debe realizarse una calibración adicional con una muestra configurada en forma de cruz en un aparejo de ensayo, siendo realizadas las mediciones de enlace de flujo en el centro de la muestra, donde las direcciones principales de la tensión están alineadas con los ejes del aparejo de prueba. Por lo tanto, se puede obtener un grafo o mapa para una gama de valores de la tensión sobre un eje (por ejemplo, el eje-x) y para una gama de valores de la tensión en el otro eje (por ejemplo, el eje-y), con contornos que muestran cada uno de ellos los valores de la tensión biaxial que proporcionan un valor particular de tensión uniaxial aparente a lo largo del eje x; y se puede obtener un grafo similar con contornos que muestran valores de tensión biaxial que proporcionan un valor particular de la tensión uniaxial aparente a lo largo del eje y. Por lo tanto, a partir de las mediciones de la tensión uniaxial aparente a lo largo de los dos ejes principales de la tensión obtenidas como se ha descrito anteriormente, se puede determinar la tensión biaxial.

De nuevo se apreciará que la tensión biaxial se puede determinar o bien gráficamente o por cálculo de esta manera. Se pueden utilizar valores aparentes de tensión uniaxial (en MPa) para esta finalidad o de una manera alternativa se puede utilizar el valor numérico de la señal de enlace de flujo (en mV), o bien el valor en fase o el valor en cuadratura, obtenidos eliminando el efecto de la elevación, como se ha descrito con relación a la figura 43. Aunque el método anterior de corrección de la elevación se ha descrito con relación a la señal de enlace de flujo, se puede aplicar de la misma manera a señales de fuga de flujo.

En el caso de aceros para carriles, se ha encontrado que las señales, si se corrigen con respecto a la elevación (por ejemplo, como se ha descrito anteriormente), tanto las señales para enlace de flujo como las señales para fuga de flujo) se pueden relacionar casi linealmente con la tensión. (Se apreciará que las señales de fuga de flujo se incrementan a medida que se reducen las señales de enlace de flujo). Se han realizado mediciones sobre nueve carriles diferentes de diferentes edades y de diferentes fabricantes, sobre secciones cortadas, de manera que no existe tensión inducida térmicamente; cada sección del carril tenía 3 metros de longitud o más, y del mismo grado de acero (220 grados) y sección transversal (BS 113A). Todas las mediciones se realizaron a más de 0,3 m desde cada extremo con el fin de evitar esas regiones en las que se pueden haber relajado las tensiones residuales, y se tomaron varias mediciones diferentes sobre cada carril, a lo largo de su longitud. Se ha mostrado que existe una correlación positiva clara entre las señales en las direcciones longitudinales y verticales (es decir, paralela y perpendicular al eje longitudinal), y de esta manera entre las tensiones residuales en las direcciones longitudinales y verticales.

Con referencia a la figura 4, ésta muestra gráficamente la señal de enlace de flujo en la dirección vertical (L1) y la señal de enlace de flujo en la dirección longitudinal (L2), habiendo sido correlacionada cada señal para elevación, donde las secciones transversales muestran los valores medios para las mediciones tomadas a lo largo de cada una de las nueve muestras diferentes de carril, y la desviación estándar de las discrepancias con respecto a la línea recta P, no se indica dispersión a lo largo de la línea recta P. (Los valores numéricos sobre los ejes son proporcionales a las tensiones de la señal 10 sobre la escala que corresponde a 23 mV). La correlación positiva es claramente evidente, y el grafo de la línea recta P se puede representar por la ecuación:

L1 = 1 . 398\ L2 + 30.04.

Esta relación observada experimentalmente entre las señales verticales y longitudinales de enlace de flujo corresponde a una relación lineal entre las tensiones residuales verticales y longitudinales. Midiendo la tensión en la dirección vertical en un carril, en decir, in situ (y en el que pueden existir, por lo tanto, tensiones inducidas térmicamente), esta relación permite determinar la tensión residual en la dirección longitudinal. La diferencia entre ésta y la tensión total observada en la dirección longitudinal representa, por lo tanto, lo que se refiere como la tensión inducida térmicamente.

Los diamantes Q1, Q2 y los cuadrados R2 y R2 en el grado muestran mediciones realizadas en un carril individual in situ en diferentes lugares a lo largo del carril después del corte, re-tensión y soldadura repetidos. El diamante Q1 muestra las mediciones sobre el carril antes de cortar y Q2 muestra las mediciones después de que el carril ha sido cortado. En esta condición de corte, el carril es autónomo libre y, por lo tanto, no debería tener ninguna tensión inducida térmicamente. Como es previsible, Q2 se encuentra muy próxima al gráfico de línea recta P. El cuadrado R1 muestra las mediciones en una posición diferente sobre el mismo carril, después de que el carril ha sido re-tensado y soldado posteriormente, y R2 muestra las mediciones después de que el carril ha sido cortado de nuevo. Una vez más, en la condición cortada, sería previsible que no existiera ninguna tensión inducida térmicamente; esto se confirma por la proximidad de R2 a la línea recta P.

Por lo tanto, se apreciará que a partir de las mediciones tales como Q1, la tensión longitudinal total corresponde al valor L2 = -11,6; sin cortar el carril se puede predecir que la tensión residual corresponde al valor L2 = -15,3 (es decir, que el valor L2 sobre la línea P es el mismo valor de L2). Por lo tanto, la tensión inducida térmicamente corresponde a la diferencia entre estos dos valores. La tensión térmica se puede expresar en términos de la temperatura libre de tensión, por ejemplo suponiendo que la tensión superficial cambia en 2,4 MPa/ºC; cada una de las líneas tenues paralelas a la línea P representa una diferencia de 10ºC entre la temperatura de la medición y la temperatura libre de tensión. Por ejemplo, Q1 corresponde a una temperatura libre de tensión de aproximadamente 15ºC alrededor de la temperatura de medición, mientras que R1 corresponde a una temperatura libre de tensión de aproximadamente 20ºC por encima de la temperatura de medición.

Las mediciones de la temperatura libre de tensión realizadas de esta manera se pueden comparar con las medidas realizadas utilizando un detector de deformación y cortando el carril. En un caso, por ejemplo, las mediciones de la temperatura libre de tensión determinadas como se ha descrito anteriormente dieron resultados de 24ºC y 31ºC, mientras que la temperatura libre de tensión determinada utilizando el detector de deformaciones y cortando el carril dieron resultados de 26ºC y 28ºC.

Las mediciones realizadas anteriormente utilizan señales de enlace de flujo, pero de una manera alternativa se podrían haber utilizado señales de fuga de flujo.

Las señales anteriores se tomaron a 70 Hz, pero de una manera alternativa las mediciones se pueden realizar a una frecuencia diferente. En cada caso, existirá una relación similar entre las tensiones residuales verticales y longitudinales. Sin embargo, las mediciones a una frecuencia más alta, tal como a 500 Hz penetran hasta una profundidad más somera en el carril, y se ha encontrado que esto proporciona una línea recta P más empinada, debido a que las tensiones verticales son mayores cuanto más cerca de la superficie. Cualquier in estabilidad en el rendimiento del instrumento tiende a afectar en la misma medida a las mediciones de la tensión vertical y longitudinal, de manera que la frecuencia es seleccionada con preferencia para proporcionar una línea recta P, cuyo gradiente es 1,0; tales inestabilidades moverían entonces el punto medido en paralelo a la línea P, y de esta manera no afectaría a la exactitud de la medición de la temperatura libre de tensión.

En otra alternativa, las tensiones longitudinales residuales se pueden correlacionar con la variación de la tensión vertical con profundidad. A partir de las mediciones tomadas a varias frecuencias diferentes, es posible descomponer las mediciones adoptando una forma funcional para la variación con la profundidad (como se describe en el documento US 2003/0071614A) y obtener valores para la tensión vertical a diferentes profundidades. Esto puede permitir la determinación de la variación exacta de la tensión con la profundidad. De una manera más sencilla, las mediciones se pueden realizar, por ejemplo, a dos frecuencias diferentes, y la diferencia entre estas mediciones se puede correlacionar con las mediciones de la tensión longitudinal.

Se apreciará que la presente invención permite determinar la temperatura libre de tensión de una manera no destructiva. Es aplicable tanto sobre vías rectas como también sobre vías curvas; no es necesario desconectar el carril de las traviesas; es aplicable tanto cuando el carril está bajo tensión como también cuando está bajo compresión.

Claims (8)

1. Un método para determinar la tensión residual y la tensión inducida térmicamente en un carril, comprendiendo el método medir las tensiones en una parte del carril remota de la cabeza del carril en una dirección perpendicular al eje longitudinal del carril, y en una dirección paralela al eje longitudinal, determinando a partir de la tensión en la dirección perpendicular una estimación de la tensión residual en la dirección paralela y, por lo tanto, comparando la tensión medida en la dirección paralela con la tensión residual estimada en la dirección paralela, determinar la tensión inducida térmicamente.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las tensiones se miden en las direcciones perpendicular y longitudinal en el alma del carril.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que las tensiones se miden utilizando una sonda electromagnética que comprende un medio electromagnético, que comprende un núcleo electromagnético y dos polos electromagnéticos espaciados aparte, y al menos un sensor magnético dispuesto para detectar o bien la reluctancia de esa parte del circuito magnético entre los polos de los medios electromagnéticos o la fuga de flujo entre los polos de los medios electromagnéticos.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la tensión residual en la dirección longitudinal se determina a partir de una correlación entre ella y la tensión en la dirección perpendicular.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la tensión residual en la dirección longitudinal se determina a partir de una correlación entre ella y la variación con la profundidad de la tensión en la dirección perpendicular.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que las tensiones se miden utilizando una sonda electromagnética que genera un campo magnético alterno, siendo seleccionada la frecuencia del campo magnético alterno de tal manera que la correlación entre la tensión longitudinal residual y la tensión perpendicular se puede representar por un grado de línea recta de gradiente 1.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las tensiones se miden utilizando una sonda electromagnética que genera un campo magnético alterno, y la variación con la profundidad de la tensión en la dirección perpendicular se determina a partir de mediciones en dos frecuencias diferentes del campo magnético alterno.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que las tensiones se miden utilizando una sonda electromagnética que genera un campo magnético alterno, y la variación con la profundidad de la tensión en la dirección perpendicular se determina descomponiendo las mediciones realizadas a varias frecuencias diferentes del campo magnético alterno.