pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-4-360-372pimi-568Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsPассеяние упругих волн неоднородной границей при акустическом контроле неразъёмных соединенийScattering of Elastic Waves by an Inhomogeneous Boundary in the Acoustic Testing of Permanent JointsБаевА. Р.BaevA. R.

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

Address for correspondence: A.R. Baev – 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.byЛевковичН. В.LevkovichN. V.МайоровА. Л.MayorovA. L.АсадчаяМ. В.AsadchayaM. V.Институт прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarus2Белорусский государственный университетБеларусьBelarusian State UnivercityBelarus201912122019104360372Copyright © Баев А.Р., Левкович Н.В., Майоров А.Л., Асадчая М.В., 20192019Баев А.Р., Левкович Н.В., Майоров А.Л., Асадчая М.В.Baev A.R., Levkovich N.V., Mayorov A.L., Asadchaya M.V.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/568

Повышение надёжности и производительности контроля неразъёмных соединений различных материалов, выполненных сваркой, напылением, склеиванием, пайкой и другими методами, является важной производственной задачей, для решения которой наиболее простым и эффективным является акустический метод. Цель работы заключалась в расширении технических возможностей и повышении чувствительности акустического контроля дефектов сцепления материалов на основе установления закономерностей формирования поля рассеяния упругих волн от неоднородной границы в трёхмерном пространстве и выдаче рекомендаций для разработки методик контроля таких объектов. Впервые в рамках классических представлений проведён расчёт полей и анализ полей рассеяния падающего акустического луча с круглым поперечным сечением, перемещаемого через границу полубесконечного дефекта. В качестве важного параметра дефекта неразъёмного соединения предлагается использовать фазовый сдвиг между отражёнными от указанных поверхностей волнами, варьируемый в диапазоне π/4–π. Он оказывает существенное влияние на диаграмму направленности поля и её угловые экстремумы – минимумы и максимумы разных порядков при перемещении границы дефекта относительно центра пятна акустического луча.

Установлены особенности эволюции структуры поля рассеяния, позволяющие выявить оптимальные условия для обнаружения слабо отражающих звук дефектов. Показана принципиальная возможность оценки площади дефекта (дефектов) по данным изменения амплитуды первичного максимума диаграммы направленности поля рассеяния. Представленные экспериментальные данные находятся в хорошем качественном соответствии с расчётными данными.

На конкретных примерах показана эффективность использования предложенного метода для ряда практических приложений.

Improving the reliability and testing performance of permanent joints оf different materials made by welding, spraying, gluing, soldering and other methods is an important production task, for which the ultrasonic method is the simplest and most effective. The purpose of this work was to expand the technical possibilities and increase the sensitivity of ultrasonic testing of adhesion defects of materials joints based on the establishment of laws governing the formation of a scattering field of elastic waves from an inhomogeneous boundary in three-dimensional space and issuing recommendations for the development of suggested method.

For the first time, in the framework of classical concepts, the scattering fields of elastic waves of an acoustic beam with a circular cross section moving across the boundary of a semi-infinite defect are calculated. It is proposed to use a phase shift between the waves reflected from the indicated surfaces, which varies in the range of π/4–π, as an important parameter of the material joint's defect. It has a significant effect on the field pattern and its angular amplitude extrema — minima and maxima of different orders when the defect boundary is moved relative to the center of the acoustic beam spot.

The features of the evolution of the structure of the scattering field are established, which make it possible to identify optimal conditions for the detection of weakly reflective defects in sound. It is shown that it is possible in principle to estimate the defect's area by measuring a change in the amplitude of the primary maximum of the radiation pattern of the scattered waves.

Specific examples show the effectiveness of using the proposed method for a number of practical applications.

диаграмма направленностинеразъёмное соединениерассеяние упругих волнradiation patternone-piece connectionscattering of elastic wavesНастоящая работа выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований, проект Т19-136 от 02.05.2019 г.This work was carried out with the support of the Belarusian Republican Fund of fundamental investigations within the bounds of contract No. Т19-136 of 02.05.2019.ReferencesНеразрушающий контроль: Справочник: в 7 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 3. – М.: Машиностроение, 2003. – 864 с.Nerazrushayushchiy kontrol': Spravochnik [Nondestructive testing: Reference], vol. 3, ed. V.V. Klyuyev, Мoscow, Mashinostroyeniye Publ., 2003, 864 p.Kruger, S.E. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laser-ultrasound / S.E. Kruger [et al.] // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Golden, Colorado, 22–27 July 2007. – Vol. 27A. – P. 279–285. DOI: 10.1063/1.2902670Kruger S.E., Lord M., Levesque D., Bakker A.J. Detection of kissing bond in extruded aluminum by laser-ultrasound. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 2007, vol. 27A, pp. 279–285. DOI: 10.1063/1.2902670Kim, H.-J. Evaluation of thin coating layers using Rayleigh-like waves / H.-J. Kim [et al.] // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Golden, Colorado, 22–27 July 2007. – Vol. 27B – P. 1066–1073. DOI: 10.1063/1.2902550Kim H.-J., Song S.-J., Kim D.-Y., Kwon S.-D. Evaluation of thin coating layers using Rayleigh-like waves. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, 2007, vol. 27B, pp. 1066–1073. DOI: 10.1063/1.2902550Chambers, J.K. Bound line analysis using sweptfrequency ultrasonic spectroscopy / J.K. Chambers, J.R. Tucker // Insight. – 1999. – Vol. 41, no. 3. – P. 151– 155.Chambers J.K., Tucker J.R. Bound line analysis using swept-frequency ultrasonic spectroscopy. Insight, 1999, vol. 41, no. 3, pp. 151–155.Santo, J.B. Ultrasonic interferometry for the evaluation of thickness and adhesion of thin layers / J.B. Santo, M.J. Santon // Abstracts of 4th International Conference on NDT, China, Greece, 2007, 22 p.Santo J.B., Santon M.J. Ultrasonic interferometry for the evaluation of thickness and adhesion of thin layers. Abstracts of 4th International Conference on NDT, China, Greece, 2007, 22 p.Abbakumov, K.E. Influence of a loss in the acoustic contact 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.Ye., Konovalov R.S. Influence of disturbance of acoustic contact on the propagation of Stoneley waves near the boundary of solid half-spaces. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2008, vol. 44, no. 3, pp. 196–201. DOI: 10.1134/S1061830908030054Adam’yan, Y.E. Detecting transverse material boundaries in multilayer anthropogenic structures / Y.E. Adam’yan [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2016. – Vol. 52, no. 4. – P. 185–196. DOI: 10.1134/S106183091604001XAdamyan Yu.E., Belov A.A. Detecting transverse material boundaries in multilayer anthropogenic structures Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 4, pp. 185–196. DOI: 10.1134/S106183091604001XMurashov, V.V. Revealing cracks in polymercomposite parts and in multilayered glued constructions by a low-frequency acoustic method / V.V. Murashov, M.V. Slyusarev // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2016. – Vol. 52, no. 6. – P. 324–331. DOI: 10.1134/S1061830916060061Murashov, V.V., Slyusarev M.V. Revealing cracks in polymer-composite parts and in multilayered glued constructions by a low-frequency acoustic method. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 6, pp. 324–331. DOI: 10.1134/S1061830916060061Баев, А.Р. Патент РБ на изобретение. Способ ультразвукового контроля качества склеивания материалов. № 15036 от 8.06.09 зарег. 19.07.11. – 2011.Bayev A.R. Sposob ul'trazvukovogo kontrolya kachestva skleivaniya materialov [Method for ultrasonic quality control of bonding materials]. Patent RB, no. 15036, 2011.Baev, A.R. Features of the ultrasonic waves reflection from inhomogeneous boundary оf contacting solids / A.R. Baev, A.L. Mayorov, M.V. Asadchaya // Materials of 10th European Conf. on NDT, Moscow, 2010. – P. 234–240.Baev A.R., Mayorov A.L., Asadchaya M.V. Features of the ultrasonic waves reflection from inhomogeneous boundary оf contacting solids. Materials of 10th European Conf. on NDT, Moscow, 2010, pp. 234– 240.

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