pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2018-9-4-325-326pimi-406Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsОсобенности распространения подповерхностных и поверхностных волн в объектах со слоистой структурой. Ч. 1. Влияние геометрических параметров объектаFeatures of the Surface and Subsurface Waves Application for Ultrasonic Evaluation of Physicomechanical Properties of Solids. Part 1. Influence of the Geometrical ParametersБаевА. Р.BaevA. R.

Адрес для переписки: Баев А.Р. – Институт прикладной физики  – Национальной академии наук Беларуси, ул. Академическая, 16, г. Минск 220072, Беларусь.     e-mail: baev@iaph.bas-net.by

Address for correspondence: Baev A.R. – Institute of Applied Physics of the National Academy of Science of Belarus, Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072, Belarus.    e-mail: baev@iaph.bas-net.by

baev@iaph.bas-net.byМайоровА. Л.MayorovA. L.АсадчаяМ. В.AsadchayaM. V.ЛевковичН. В.LevkovichV. N.ЖаворонковК. Г.ZhavoronkovK. G.Институт прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarus20181712201894325326Copyright © Баев А.Р., Майоров А.Л., Асадчая М.В., Левкович Н.В., Жаворонков К.Г., 20182018Баев А.Р., Майоров А.Л., Асадчая М.В., Левкович Н.В., Жаворонков К.Г.Baev A.R., Mayorov A.L., Asadchaya M.V., Levkovich V.N., Zhavoronkov K.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/406

Применение поверхностных и подповерхностных волн для контроля изделий с двухслойной структурой позволяет расширить возможности диагностирования физико-механических свойств объектов. Цель работы состояла в установлении условий и выдаче рекомендаций, обеспечивающих измерение скорости и амплитуды упругих мод в защитном покрытии и в основе объекта при одностороннем доступе к его поверхности.

На основе представлений лучевой акустики проанализирован акустический тракт и получены соотношения между геометрическими параметрами объектов, акустической базой прозвучивания, длиной волны упругих мод, количеством осцилляций в импульсе, необходимые для нивелирования акустического шума при акустических измерениях.

Проведено сопоставление данных расчетной модели с опытными данными, предложенными для использования в качестве опорных для определения оптимальных условий измерения скорости упругих мод, амплитуды, спектра сигнала и др. Изучены условия устранения паразитного влияния вращающихся мод на измерения при осевом прозвучивании поверхностной волной цилиндрического объекта.

Проанализирован способ измерений, реализуемый путем прямого и обратного прозвучивания объекта малоапертурными и наклонными преобразователями, и получены выражения для определения скорости подповерхностной волны под защитным покрытием в виде клина. Предложено ультразвуковое устройство для возбуждения-приема поверхностных волн с разной скоростью распространения в объектах (изменяющейся на 20–35 %), использующее для акустического согласования сред металлического звукопровода в виде клина. Изучена возможность нивелирования влияния интерференции в защитном слое на выявляемость дефектов в основе материала объемной волной путем создания опорного эхо-сигнала продольной волны заданной частоты и вводимой нормально к поверхности объекта.

Application of surface and subsurface waves for control of objects with a double-layer structure allows to extend possibilities of diagnostics of their physico-mechanical properties. The purpose of work was to determine conditions and offer recommendations providing measuring of ultrasonic velocity and amplitude of the former modes in protective layers and in basis of object at one-sided access to its surface.

The analysis of an acoustic path of a measuring system in relation to ultrasonic evaluation of the objects having the restricted sizes and the protective coating according to velocity data of the surface and subsurface waves propagation is made. On the basis of representations of beam acoustics the dependences connecting a wavelength of the excited surface and subsurface modes, thickness and width of a controlled object, acoustic base of a sounding are defined. There are to provide a condition leveling of the influence of an acoustical noise created by the reflected and accompanying waves on parameters of acoustic signal with the given quantity of oscillations in an impulse.

The principle opportunity is shown and conditions for determination of velocity of subsurface body waves in the base material which is under a protective coating layer are established. For these purposes on the basis of use of the block of ultrasonic probes the optimum scheme of a sounding is offered and the analytical expression for calculation of required velocity considering varying of thickness of a covering is received.

The method of acoustical measuring realized by a direct and reverse sounding of the objects with small aperture and angle probes was analysed and formulas for determination of speed of subsurface wave under protective layer of the wedge form have been got. An ultrasonic device is suggested for the excitationreception of subsurface waves with different speed in objects (on 20–35 %) using for the acoustic concordance of environments of metallic sound duct as a wedge. Possibility of leveling of interference in a protective layer to control efects in basis of material by a volume wave by creation of supporting echo-signal of longitudinal wave of the set frequency and entered normally to the surface of object was studied.

поверхностные и подповерхностные волныскорость ультразвукаsurface and subsurface wavesultrasonic velocityReferencesRazygraev, A.N. Ultrasonic Testing of Austenite Welded Joints in IY-300 Pipelines / A.N. Razygraev, N.P. Razygraev // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2006. – Vol. 42, no. 10. – P. 682–691. DOI: 10.1134/S106183090610007XRazygraev, N.P., Razygraev, A.N. Ultrasonic testing of austenite welded joints in y-300 pipelines. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2006, vol. 42, no. 10, pp. 682–691. DOI:10.1134/s106183090610007x.Kim, H.J. Evaluation of thin coating layers using Rayleigh-like waves / Song S.-J. Golden, D.Y. Kim, S.D. Kwon, H.J. Kim // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. – Colorado, 2007. – Vol. 27B. – P. 1066–1073. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2902550Golden Song S.-J., Kim D.Y., Kwon S.D., Kim H.J. Evaluation of thin coating layers using Rayleighlike waves. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Colorado, 2007, vol. 27B, pp. 1066–1073.Kruger, S.E. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laser-ultrasound / M. Lord, D. Levesque, S.E. Kruger, A.J. Bakker // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Golden. – Colorado, 2007. – Vol. 27A. – P. 279–285. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2902670Kruger S.E., Lord M., Levesque D., Bakker A.J. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laserultrasound.ReviewofProgressinQuantitativeNondestructive Evaluation, Golden, Colorado, 2007, vol. 27A, pp. 279–285. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2902670Baev, A.R. Specific Features of Excitation and Propagation of Longitudinal and Transverse Subsurface Waves in Solids: II. Effects of Some Boundary Conditions on Formation of Acoustic Fields / A.R. Baev, M.V. Asadchaya // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2005. – Vol. 41, no. 9. – P. 577–585. DOI: https://doi.org/10.1007/s11181-006-0004-9Baev A.R., Asadchaya M.V. Specifi Features of Excitation and Propagation of Longitudinal and Transverse Subsurface Waves in Solids: II. Effects of Some Boundary Conditions on Formation of Acoustic Fields. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2005, vol. 41, no. 9, pp. 577– 585. DOI: https://doi.org/10.1007/s11181-006-0004-9Pecorary, C. Nonlinear interaction of plane ultrasonic waves with an interface between rough surfaces in contact / C. Pecorary // J. Acoust. Soc. Amer. – 2003. – Vol. 113. – P. 3065–3072. DOI: https://doi.org/10.1121/1.1570437Pecorary C. Nonlinear interaction of plane ultrasonic waves with an interface between rough surfaces in contact / C. Pecorary // J. Acoust. Soc. Amer. – 2003. – Vol. 113. – P. 3065–3072. DOI: https://doi.org/10.1121/1.1570437Баев, А.Р. Трансформация и рассеяние поверхностных волн на акустической нагрузке для ультразвукового контроля и измерений. Ч. 1. Скользящая граница контакта / А.Р. Баев [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2018. – Т. 9, № 1. – С. 28–39. DOI: 10.21122/2220-9506-2018-9-1-28-39Baev A.R., Panteleenko F.I., Zakharenko V.V., Razmyslovich G.I., Lark K.G., Gill N.N. [Transformation and scattering of surface waves on the acoustic load to ultrasonic evaluation and measurements. Part 1. The boundary of acoustic contact is sliding]. Devices and Methods of Measurements, 2018, vol. 9, no. 1, рр. 28–39 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2018-9-1-28-39Jerzak, W.I. Modeling Rayleigh and Stoneley waves and other interface and boundary effects with the parabolic equation / W.I. Jerzak, W.L. Siegmann, M.D. Collins // J. Acoust Soc Am. – 2005 Jun. – Vol. 117(6). – P. 497–34503. DOI: https://doi.org/10.1121/1.1893245Jerzak W.I., Siegmann W.L., Collins M.D. Modeling Rayleigh and Stoneley waves and other interface and boundary effects with the parabolic equation. J. Acoust Soc Am, 2005 Jun., vol. 117(6), pp. 497–34503. DOI: https://doi.org/10.1121/1.1893245Abbakumov, K.E. Britvin Informative opportunities of wave processes at the boundary of solid mediums in conditions of broken acoustic contact / K.E. Abbakumov, V.A. Konovalov // Abstracts of 10th European conference on Nondestructive testing. – Moscow, 2010. – P. 173–175.Abbakumov K.E., Konovalov V.A. Britvin Informative opportunities of wave processes at the boundary of solid mediums in conditions of broken acoustic contact. Abstracts of 10th European conference on Nondestructive testing, Moscow, 2010, pp. 173–175.Люткевич, А.М. Акустические поля малоапертурных преобразователей. Поперечные волны, излучаемые прямоугольным источником нормальной силы / А.М. Люткевич, А.В. Жуков, А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин // Контроль. Диагностика. – 2004. – № 4. – C. 3–8.Ljutkevich A.M., Zhukov A.V., Samokrutov A.A., Shevaldykin V.G. [Acoustical fields of the probes with small aperture. Transverse waves, radiated by rectangularsource of the normal force]. Kontrol'. Diagnostika [Testing. Diagnostics], 2004, no. 4, pp. 3–8 (in Russian).Abbakumov, K.E. Influence of a loss in the Acoustic contakt on the Propagation of Stoneley waves near the Boundary Between Solid Half-Spaces / K.E.Abbakumov, R.S. Konovalov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2008. – Vol. 44, no. 3. – P. 196– 201. DOI: 10.1134/S1061830908030054Abbakumov K.E., Konovalov R.S. Infl of a Loss in the Acoustic Contact on the Propagation of Stoneley Waves near the Boundary between Solid Half-Spaces. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2008, vol. 44, no. 3, pp. 196–201. DOI: 10.1134/S1061830908030054

The authors declare that there are no conflicts of interest present.