Исследование рассеяния продольных и поперечных волн на трещинах с использованием пазов

Для настройки оборудования при УЗ-дефектоскопии обычно используют сигналы, рассеивающиеся на искусственных дефектах заданной формы. Однако характеристики применяемых для этого пазов в большой степени зависят от способа их изготовления. В работе представлены результаты исследования рассеяния продольных и поперечных волн на трещинах с использованием пазов, изготовленных традиционными способами (фрезерованием и электроэрозионным методом) и методом лазерной резки. Помимо этого, исследовали модельные трещины, изготовленные с помощью сварки трением с перемешиванием. Для выявления дефектов использовали дифракционно-временной метод УЗ-контроля (TOFD). Приведены данные сравнительного анализа сигналов, дифрагированных на острие моделей плоскостных дефектов, и оценка координаты острия и типа дефекта по амплитуде регистрируемого сигнала. Анализировали также влияние угла поворота пары источник – приемник относительно модели трещины на амплитуды УЗ-волн, рассеянных на острие искусственного отражателя. Измерения проводили на частотах 5 и 10 МГц при продольном (вдоль отражателя) и поперечном (параллельно и перпендикулярно оси сварного шва) перемещении пары источник – приемник. Показано, что наилучшие результаты по моделированию острия трещины можно получить при использовании лазерной резки. В этом случае удается получить модели плоскостных дефектов, имитирующих реальные дефекты с раскрытием в острие около 0,01 мм. Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении искусственных дефектов в образцах при проведении УЗ-контроля.

1. Шашкова Л. В., Манаков Н. А., Козик Е. С., Свиденко Е. В. Влияние диффузионно-подвижного и связанного водорода на водородную хрупкость стали / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 8. С. 59 – 66. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-8-59-66

2. Туманов Н. В. Устойчивый рост усталостных трещин: микромеханизм и математическое моделирование / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 11. С. 52 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-11-52-69

3. Silk M. G. Ultrasonic Transducers for Nondestructive Testing. — Bristol: Adam Hilger, 1984. — 176 p.

4. Ginzel E. Ultrasonic Time of Flight Diffraction. — Waterloo: Eclipse Scientific, 2013. — 260 p.

5. Moles M., Robertson L. Tony Sinclair. Developments in Time-of-Flight Diffaction (TOFD) / e-Journal of Nondestructive Testing. 2012. Vol. 17. P. 1 – 10.

6. Dazhao C., Tie G., Yingxue Y., Yuan Y. Weld crack testing method using ultrasonic TOFD technique / Insight — Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2010. Vol. 52. No. 4. P. 188 – 191. DOI: 10.1784/insi.2010.52.4.188

7. Yeh F., Lukomski T., Haag J., et al. An alternative Ultrasonic Time-of-Flight Diffraction (TOFD) method / NDT & E International. 2018. Vol. 100. P. 74 – 83. DOI: 10.1016/j.ndteint.2018.08.008

8. Jin S., Sun X., Luo Z., Ma T., et al. Quantitative detection of shallow subsurface cracks in pipeline with time-of-flight diffraction technique / NDT & E International. 2021. Vol. 118. P. 1 – 8. DOI: 10.1016/j.ndteint.2020.102397

9. Колесников О. И., Гейт А. В., Голосов П. С. Границы применимости дифракционно-временного метода контроля на объектах трубопроводного транспорта / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. Т. 12. № 6. С. 560 – 568. DOI: 10.28999/2541-9595-2022-12-6-560-568

10. Могильнер Л. Ю., Неганов Д. А., Скуридин Н. Н. Обследование металлоконструкций на площадочных объектах магистральных трубопроводов. — М.: Техносфера, 2023. — 435 с.

11. Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю., Придеин О. А. и др. Возможности контроля сварных соединений стенки стальных резервуаров с применением ультразвукового и вихретокового методов / Дефектоскопия. 2022. № 8. С. 3 – 11. DOI: 10.31857/s0130308222080012

12. Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю., Придеин О. А. и др. Оценка достоверности контроля сварных соединений стенки стальных резервуаров с применением ультразвукового и вихретокового методов / Дефектоскопия. 2022. № 9. С. 3 – 13. DOI: 10.31857/S0130308222090019

13. Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю., Лисин Ю. В. и др. Особенности обнаружения трещин при ультразвуковом контроле сварных соединений стенки резервуара вертикального стального / Нефтяное хозяйство. 2022. № 1. С. 86 – 91. DOI: 10.24887/0028-2448-2022-1-86-91

14. Алешин Н. П., Щипаков Н. А., Семенов Н. А. Особенности ультразвукового контроля сварных швов труб из многослойного полиэтилена / Вестник машиностроения. 2022. № 12. С. 36 – 41. DOI: 10.36652/0042-4633-2022-12-36-41

15. Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю., Щипаков Н. А., Тишкин В. В. и др. Об использовании пазов для моделирования трещин при ультразвуковой дефектоскопии / Дефектоскопия. 2022. № 2. С. 3 – 12. DOI: 10.31857/s0130308222020014

16. Алешин Н. П., Григорьев М. В., Крысько Н. В. Влияние конфигурации вершины источника дифракции на амплитуду дифрагированного сигнала / Сварка и диагностика. 2019. № 6. С. 17 – 19.

17. Цомук С. Р. Экспериментальное исследование отношения амплитуд волн разного типа как идентификационного признака дефекта / XI Всесоюзная конференция по неразрушающему контролю: сб. тр. — М., 1987.

18. Bud Guitrau E. The EDM Handbook. — Cincinnati: Hanser Publications, 1997. — 306 p.

19. Алешин Н. П., Лежава А. Г., Могильнер Л. Ю. Изучение дифракции упругой волны на канальных дефектах и рекомендации по повышению их выявляемости / Дефектоскопия. 1986. № 11. С. 3 – 10.

20. Алешин Н. П., Могильнер Л. Ю. Рассеяние упругой волны на плоской трещине: применение для дефектоскопии / Доклады РАН. Физика, технические науки. 2023. Т. 509. № 1. С. 67 – 75. DOI: 10.31857/s2686740023020013

21. Могильнер Л. Ю., Крысько Н. В., Идрисов М. Т., Кусый А. Г. Опыт применения ультразвуковой технологии TOFD при диагностировании РВС / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. Т. 13. № 5. С. 411 – 421.

22. Могильнер Л. Ю., Крысько Н. В. 3D-рассеяние упругих волн на острие трещины в сварном шве / Известия вузов. Машиностроение. 2024. № 3. С. 42 – 55.