Удосконалення засобів та методів акустичного контролю металоконструкцій

Abstract

Мета роботи: удосконалення засобів акустичного неруйнівного контролю на основі аналізу ультразвукових полів. На основі розроблених методів розрахунку досліджено просторовий розподіл амплітуд у ближніх зонах полів випромінення прямих і нахилених п’єзоелектричних (ПЕП) і електромагнітоакустичних (ЕМАП) перетворювачів, а також просторову структуру полів імпульсних луна-сигналів з урахуванням впливу часового регулювання підсилення для різної форми апертур. Запропоновано засоби зменшення нерівномірності ультразвукового покриття на основі багатоелементних дефокусуючих перетворювачів. Методи розрахунку полів впроваджені в практику проектування систем акустичного неруйнівного контролю в ході розробки діючої установки для контролю вагонних коліс у процесі їх виробництва. Досліджено точність вимірювання еквівалентного діаметра дефекту на основі АВД-діаірам і запропоновано заходи для зменшення похибки за рахунок уточнення центральної частоти ПЕП на основі спектрального аналізу луна-сигналів. Розроблені і впроваджені в діючі пристрої засоби вимірювання еквівалентного розміру дефекту з його безпосередньою індикацією для прямих і призматичних ПЕП.

Цель работы: совершенствование средств акустического неразрушающего контроля на основе анализа ультразвуковых полей. Работа сфокусирована на проблеме, связанной с неравномерностью пространственного распределения амплитуд сигналов в ближней зоне преобразователей, следствием чего является неравномерность ультразвукового покрытия зоны контроля в автоматических системах неразрушающего контроля. Для того чтобы обеспечить малую вероятность пропуска дефекта и гарантировать приемлемую точность измерения его параметров, следует ещё на стадии разработки опираться на количественные характеристики пространственной структуры полей преобразователей. В настоящее время таких данных, равно как и средств расчёта пространственной структуры импульсных полей в упругой изотропной среде, удобных для применения на стадии проектирования, недостаточно. Применение диаграмм направленности возможно лишь в ситуациях, когда зона контроля соответствует дальней зоне дифракции, что в большинстве случаев не имеет места. Другая проблема связана с точностью измерения эквивалентных диаметров дефектов от чего зависит правильность принятия решений при браковке изделий. Хотя использование АРД-диаграмм является традиционным приёмом, вопрос о точности измерений не изучен. Исследована точность измерения эквивалентного диаметра дефекта на основе АРД-диаграмм и предложены меры для снижения погрешности за счёт уточнения центральной частоты ПЭП на основе спектрального анализа. Разработаны и внедрены в действующие устройства прямопоказывающие алгоритмы измерения эквивалентного размера дефекта для прямых и призматических ПЭП.

Spatial amplitude distribution within near field zones of ultrasound radiated by straight and oblique prismatic piezoelectric transducers (PET) and e lectromagnetoacoustic transducers (EMAT) are considered. Spatial structure of echo-signals’ field is investigated for various aperture forms and sizes and different pulse signal iength. Multielement defocusing PET are proposed for getting more uniform ultrasound covering of test zone. Methods developed for ultrasonic field computing have been implemented into designing practice. They were used for designing of working device for nondestructive testing of wagon wheels. Accuracy of defect equivalent diameter measurement is investigated and some ways for accuracy improvement are proposed. Improved algorithms for equivalent diameters measurement by means ol straight and prismatic PET are implemented into working devices.