Cold Climate Ultrasonic Rail Flaw Testing
Cold Climate Ultrasonic Rail Flaw Testing
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- creativework.keywords - en
- Rail defects
- Broken rail
- Ultrasonic testing
- Rail flaw detection
- Defect detection
- Extreme temperature
- Cold temperature
- Rail defects
- Cold weather impact
- Ultrasonic signal
- creativework.keywords - fr
- Défauts de rail
- Rail brisé
- Contrôle par ultrasons
- Détection de défauts de rail
- Détection de défauts
- Température extrême
- Température froide
- Défauts de rail
- Impact par temps froid
- Signal ultrasonique
- dc.contributor.author
- Anish Poudel
- Survesh Shrestha
- Glenn Washer
- dc.date.accessioned
- 2025-03-25T13:48:40Z
- dc.date.available
- 2025-03-25T13:48:40Z
- dc.date.issued
- 2023-06-30
- dc.description.abstract - en
- Minor defects or anomalies in rails can cause breakages when stressed by factors such as increased train tonnage or cold weather conditions. To monitor these defects, railroads are primarily reliant on ultrasonic testing (UT). This study was conducted from December 2022 to June 2023 and improved the understanding of the interaction between cold temperatures and ultrasonic testing (UT) of rail materials. The research focused on ultrasonic rail flaw testing using handheld flaw detectors and walking stick flaw detectors with roller search units (RSUs), as well as ultrasonic signal attenuation measurements at varying temperatures. The findings provide insights into how extreme cold affects ultrasonic signal amplitudes and attenuation, with implications for rail inspection practices in low-temperature environments. Results from handheld flaw detector tests indicated a decrease in signal amplitudes from rail samples as temperature decreased. However, due to the short water path present in the contact approach, the cold temperature had a minimal effect on signal amplitude. In contrast, walking stick flaw detector tests using RSUs showed a significant reduction in signal amplitude when detecting a 3.175-mm (0.125-inch) side-drilled hole (SDH) at extreme cold temperatures. The signal dropped from 80% at room temperature to 36% at -40°C. Additionally, signal amplitudes continued to decline as the RSU remained exposed to the cold environment over time, typically for about 20 minutes. A key observation was the UT equipment was calibrated at the same temperature as the test conditions, defect detection improved. For a rail sample with a transverse defect (TD), a 26% signal amplitude difference was observed between results obtained from room temperature calibration and cold temperature calibration at -35°C, with a 22% difference at -40°C. Similarly, a second TD exhibited a 14% signal amplitude difference at -40°C. These findings suggest that calibrating the equipment at the ambient temperature of the inspection site could reduce signal loss and improve defect detection accuracy. Ultrasonic signal attenuation measurements revealed that effective attenuation in rail steel increased as temperature decreased, at a rate of 0.0005 to 0.0007 dB/mm/°C. This suggests that some loss of sensitivity may occur when calibration is conducted at extreme cold temperatures. Additionally, rail material absorbed more acoustic energy at lower temperatures, impacting the clarity of defect signals. Longitudinal wave velocities in two rail specimens increased as temperatures decreased, with an average rate of 0.65 m/sec/°C. Similarly, in an ethanol bath, longitudinal wave velocities increased at a rate of 4.1832 m/sec/°C. These findings highlight the importance of cold-temperature calibration for ultrasonic rail flaw detection.
- dc.description.abstract-fosrctranslation - fr
- Des défauts ou des anomalies mineurs dans les rails peuvent causer des ruptures lorsqu'ils sont soumis à des facteurs tels que l'augmentation du tonnage des trains ou les conditions météorologiques froides. Pour surveiller ces défauts, les chemins de fer s'appuient principalement sur les contrôles par ultrasons. Cette étude a été menée de décembre 2022 à juin 2023 et a permis d'améliorer la compréhension de l'interaction entre les températures froides et le contrôle par ultrasons des matériaux ferroviaires. La recherche s'est concentrée sur l'inspection par ultrasons des défauts de rail à l'aide d'appareils de recherche de défauts portatifs et d'appareils de recherche de cannes avec unités de recherche roulantes, ainsi que sur les mesures d'atténuation par signal ultrasonique à différentes températures. Les constatations donnent un aperçu de la façon dont le froid extrême affecte l'amplitude et l'atténuation des signaux ultrasoniques, ce qui a des implications pour les pratiques d'inspection des rails dans les environnements à basse température. Les résultats des essais portatifs de détection des défauts indiquaient une diminution de l'amplitude des signaux provenant d'échantillons de rail à mesure que la température diminuait. Cependant, en raison de la courte trajectoire de l'eau présente dans l'approche par contact, la température froide a eu un effet minime sur l'amplitude du signal. En revanche, les essais de détection de défauts à l'aide d’unités de recherche roulantes ont montré une réduction significative de l'amplitude du signal lors de la détection d'un trou à forage latéral (SDH) de 3,175 mm (0,125 po) à des températures extrêmement froides. Le signal est passé de 80 % à température ambiante à 36 % à 40 °C. De plus, l'amplitude du signal a continué de diminuer à mesure que l’unité de recherche roulante restait exposée à l'environnement froid au fil du temps, généralement pendant environ 20 minutes. Une observation principale a été que l'équipement de contrôle par ultrasons a été étalonné à la même température que les conditions d'essai, la détection des défauts s'est améliorée. Pour un échantillon de rail présentant un défaut transversal, une différence d'amplitude de signal de 26 % a été observée entre les résultats obtenus par étalonnage à température ambiante et par étalonnage à basse température à 35 °C, avec une différence de 22 % à 40 °C. De même, un deuxième défaut transversal présentait une différence d'amplitude de signal de 14 % à -40 °C. Ces résultats suggèrent que l'étalonnage de l'équipement à la température ambiante du site d'inspection pourrait réduire la perte de signal et améliorer la précision de la détection des défauts. Les mesures d'atténuation par signal ultrasonique ont révélé que l'atténuation effective dans l'acier des rails augmentait à mesure que la température diminuait, à un taux de 0,0005 à 0,0007 dB/mm/°C. Cela suggère qu'une certaine perte de sensibilité peut se produire lorsque l'étalonnage est effectué à des températures extrêmement froides. De plus, le matériau du rail absorbait plus d'énergie acoustique à des températures plus basses, ce qui avait une incidence sur la clarté des signaux de défaut. Les vitesses des ondes longitudinales dans deux échantillons de rail augmentaient à mesure que les températures diminuaient, avec une vitesse moyenne de 0,65 m/sec/°C. De même, dans un bain d'éthanol, les vitesses des ondes longitudinales ont augmenté à un taux de 4,1832 m/sec/°C. Ces résultats soulignent l'importance de l'étalonnage à basse température pour la détection des défauts de rail par ultrasons.
- dc.description.fosrcfull - en
- Minor defects or anomalies in rails can cause breakages when stressed by factors such as increased train tonnage or cold weather conditions. To monitor these defects, railroads are primarily reliant on ultrasonic testing (UT). The study has led to an improved understanding of the interaction between cold temperatures and the ultrasonic testing (UT) of rail material.
- dc.description.fosrcfull-fosrctranslation - fr
- Des défauts ou des anomalies mineurs dans les rails peuvent causer des ruptures lorsqu'ils sont soumis à des facteurs tels que l'augmentation du tonnage des trains ou les conditions météorologiques froides. Pour surveiller ces défauts, les chemins de fer s'appuient principalement sur les contrôles par ultrasons. L'étude a permis de mieux comprendre l'interaction entre les conditions météorologiques froides et le contrôle par ultrasons des matériaux ferroviaires.
- dc.identifier.citation
- Shrestha, S., Poudel, A., Washer, G. (2023). Cold Climate Ultrasonic Rail Flaw Testing, P-23-020. MxV Rail (Formerly TTCI), Association of American Railroads.
- dc.identifier.fosrcprojectid
- 1TJC06XY54SB-1102879366-1900
- dc.identifier.govdoc
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- dc.identifier.uri
- https://science-ouverte.canada.ca/handle/123456789/3550
- dc.language.iso
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- dc.publisher - en
- MxV Rail, Association of American Railroards
- dc.relation.isrelatedto
- Ultrasonic Rail Flaw Testing Parameters in Extreme Cold Temperature
- dc.rights - en
- Open Government Licence - Canada
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- Licence du gouvernement ouvert - Canada
- dc.rights.uri - en
- https://open.canada.ca/en/open-government-licence-canada
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- https://ouvert.canada.ca/fr/licence-du-gouvernement-ouvert-canada
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- Rail transport
- Railway safety
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- Transport ferroviaire
- Sécurité ferroviaire
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- Cold Climate Ultrasonic Rail Flaw Testing
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- Inspection par ultrasons des défauts de rail par climat froid
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- Consultant report
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- Rapport de consultant
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- Examen interne
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- Yes
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