pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2022-13-4-263-275pimi-788Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsВозможности использования амплитудно-угловых характеристик поверхностных и подповерхностных волн для контроля материалов с поверхностно упрочнённым неоднородным слоемPossibilities of Using of Surface and Subsurface Waves’ Amplitude-Angle Characteristics for Control of Materials with Surface-Hardened Inhomogeneous LayerБаевА. Р.BaevA. R.

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

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

baev@iaph.bas-net.byАсадчаяM. В.AsadchayaM. V.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

МайоровА. Л.MayorovA. L.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

СергееваО. С.SergeevaO. S.

пр-т Мира, 43, г. Могилёв 212000

Mira Ave, 43, Mogilev 212000

ДеленковскийН. В.DelenkovskyN. V.

ул. Академическая, 16, г. Минск 220072

Akademicheskaya str., 16, Minsk 220072

Институт прикладной физики Национальной академии наук БеларусиБеларусьInstitute of Applied Physics of the National Academy of Science of BelarusBelarusБелорусско-Российский университетБеларусьBelarusian-Russian UniversityBelarus202221122022134263275Copyright © Баев А.Р., Асадчая M.В., Майоров А.Л., Сергеева О.С., Деленковский Н.В., 20222022Баев А.Р., Асадчая M.В., Майоров А.Л., Сергеева О.С., Деленковский Н.В.Baev A.R., Asadchaya M.V., Mayorov A.L., Sergeeva O.S., Delenkovsky N.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/788

Повышение эффективности ультразвукового контроля упрочненных поверхностных слоев металлоизделий с неоднородной структурой, полученных по различным технологиям, является актуальной проблемой опытно-промышленного производства. Целью данной работы являлось исследование возможностей измерения глубины поверхностного неоднородного слоя стальных объектов на основе использования амплитудных и амплитудно-угловых характеристик поверхностных и подповерхностных поперечных волн.

Проведён анализ ультразвуковых методов контроля физико-механических свойств металлов с использованием поверхностных и подповерхностных волн и экспериментально исследованы амплитудно-угловые характеристики поверхностных волн, максимальный угол которых увеличивается на 3°

при изменении безразмерной глубины слоя hλ от нуля до 0,82. Впервые предложено использовать в качестве коррелирующих параметров с глубиной упрочнённого слоя отношение нормированных амплитуд поверхностных волн, взятых под определёнными углами на кривой амплитудно-угловой характеристики, полученной в эхо-режиме. В результате проведённых исследований была выявлена возможность

использования преобразователей с фазированной решёткой для решения вышеуказанных задач.

Исследовано влияние глубины упрочнённого слоя, изменяющейся от нуля до пяти в рабочем диапазоне частот 1,8–10 МГц, на особенности эффекта преломления (в том числе интерференции) и импенданса амплитуды подповерхностной волны на акустической базе, что позволило установить условия, обеспечивающие определение глубины упрочнённого слоя.

Предложены схемные решения для повышения эффективности контроля свойств поверхностных слоев металлических изделий на основе использования малоапертурных преобразователей и ультразвуковых отражателей, позволяющих формировать поля поверхностных волн различной направленности.

Improving the efficiency of ultrasonic control of hardened surface layers of metal products with a heterogeneous structure obtained using different technologies is a pressing problem of industrial production. The purpose of this work was to investigate the possibilities of measuring the depth of the surface inhomogeneous layer of steel objects on the basis of the use of amplitude and amplitude-angle characteristics of surface and subsurface transverse waves.

The analysis of ultrasonic methods of control of physical and mechanical properties of metals by using surface and subsurface waves and experimentally investigated amplitude-angular characteristics of surface waves, the maximum angle of which increases by 3° at change of dimensionless layer depth hλ from zero to

0.82. For the first time, the ratio of normalized amplitudes of surface waves taken at certain angles on the

amplitude-angle characteristic curve obtained in the echo mode was proposed to be used as correlating parameters with the depth of the hardened layer. As a result of this research, the possibility of using a phased array transducers to solve the above problems.

The effect of the hardened layer depth varying from zero to five in the working frequency range of 1.8– 10 MHz on the peculiarities of the refraction effect (including interference) and dependence of the subsurface wave amplitude on the acoustic base has been studied, making it possible to establish conditions that provide for the determination of the hardened layer depth.

Circuit solutions have been offered in order to increase the efficiency of control of properties of the surface layers of metal articles on the basis of utilization of small-aperture transducers and ultrasonic reflectors making it possible to form fields of surface waves of different directional pattern. 

поверхностные и подповерхностные волныультразвуковые отражателиамплитудно-угловые характеристикиультразвуковые отражателиsurface and subsurface wavesultrasonic reflectorsamplitude-angle characteristicsultrasonic reflectorsReferencesZaitsev V.I. Study of the hardening of the surface layer of parts. Vestnik of Irkutsk State University, 2015, pp. 1‒5.Zaitsev V.I. Study of the hardening of the surface layer of parts. Vestnik of Irkutsk State University, 2015, pp. 1‒5.Byzov A.V., Ksenofontov D.G., Kostin V.N., Vasilenko O.N. Selective magnetic testing of thickness and hardening degree of surface layers on steel objects. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2021, vol. 57, pp. 1096‒1102. DOI: 10.1134/S1061830921120020Byzov A.V., Ksenofontov D.G., Kostin V.N., Vasilenko O.N. Selective magnetic testing of thickness and hardening degree of surface layers on steel objects. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2021, vol. 57, pp. 1096‒1102. DOI: 10.1134/S1061830921120020Bukin S.A. [Study of metal microdamaging of high-temperature steam pipelines made of Cr-Mo-V steels]. Vestnik YUUrGU. Seriya “Metallurgiya” [Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy], 2015, vol. 15, no. 1, pp. 24‒28 (in Russian).Bukin S.A. [Study of metal microdamaging of high-temperature steam pipelines made of Cr-Mo-V steels]. Vestnik YUUrGU. Seriya “Metallurgiya” [Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy], 2015, vol. 15, no. 1, pp. 24‒28 (in Russian).Emelyanov E.N., Larionov V. Method of determination of Young’s modulus of surface-hardened materials. In the world of non-destructive testing, 2015, vol. 19, no. 4, pp. 57‒60. DOI: 10.12737/23511Emelyanov E.N., Larionov V. Method of determination of Young’s modulus of surface-hardened materials. In the world of non-destructive testing, 2015, vol. 19, no. 4, pp. 57‒60. DOI: 10.12737/23511Ermolov I.N., Lange Yu.V. Ultrasonic testing. Nondestructive testing: Handbook: In 8 volumes. Ed.by professor V.V. Klyev, 2009, vol. 3. Moscow, Spektr Publ., pp. 180‒754.Ermolov I.N., Lange Yu.V. Ultrasonic testing. Nondestructive testing: Handbook: In 8 volumes. Ed.by professor V.V. Klyev, 2009, vol. 3. Moscow, Spektr Publ., pp. 180‒754.United States Patent No. 2007/0068257 Application Publication: Method of measuring the thickness of layers by surface waves. Farid Belahcene, Jeanyves Chatellie, Pierre Cortest, Pub. Date: Mar. 29, 2007.United States Patent No. 2007/0068257 Application Publication: Method of measuring the thickness of layers by surface waves. Farid Belahcene, Jeanyves Chatellie, Pierre Cortest, Pub. Date: Mar. 29, 2007.Baev A.R., Mayorov A.L., Levkovich N.V., Asadchaya M.V. [Features of the Surface and Subsurface Waves Application for Ultrasonic Evaluation of Physico-mechanical Properties of Solids. Part 2. Strenghtned Inhomogeneous Surface Layer]. Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 1, рр. 69– 79 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79Baev A.R., Mayorov A.L., Levkovich N.V., Asadchaya M.V. [Features of the Surface and Subsurface Waves Application for Ultrasonic Evaluation of Physico-mechanical Properties of Solids. Part 2. Strenghtned Inhomogeneous Surface Layer]. Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 1, рр. 69– 79 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79Yonarvar F., Mehdizad R. Case Depth Profile Mesurement of Hardened Components Using Ultrasonic Backscatering Method. 18th World Conference in Nondestructive Testing, April 16‒20, Durban. South Africa, 2012, pp. 125‒132.Yonarvar F., Mehdizad R. Case Depth Profile Mesurement of Hardened Components Using Ultrasonic Backscatering Method. 18th World Conference in Nondestructive Testing, April 16‒20, Durban. South Africa, 2012, pp. 125‒132.Basatskaya L.V., Vopilkin A.C., Shishov A.P. Diffraction of ultrasonic waves in the surface-hardened layer of metals and method for measuring the depth of the hardened layer. Defectoscopy, 1988, pp. 54‒65.Basatskaya L.V., Vopilkin A.C., Shishov A.P. Diffraction of ultrasonic waves in the surface-hardened layer of metals and method for measuring the depth of the hardened layer. Defectoscopy, 1988, pp. 54‒65.Baev A.R., Mayorov A.L., Asadchaya M.V., Filippov K.A. Modeling of Synthesis and Destruction of Advanced Materials: Abstracts of the International Conference Minsk, IPPh of NASB, 2021, pp. 40‒43.Baev A.R., Mayorov A.L., Asadchaya M.V., Filippov K.A. Modeling of Synthesis and Destruction of Advanced Materials: Abstracts of the International Conference Minsk, IPPh of NASB, 2021, pp. 40‒43.Seung H.M., Kim Y.Y. Generation of omni-directional shear-horizontal waves in a ferromagnetic plate by a magnetostrictive patch transducer. NDT and E International, 2016, vol. 80, pp. 6‒14. DOI: 10.1016/j.ndteint.2016.02.006Seung H.M., Kim Y.Y. Generation of omni-directional shear-horizontal waves in a ferromagnetic plate by a magnetostrictive patch transducer. NDT and E International, 2016, vol. 80, pp. 6‒14. DOI: 10.1016/j.ndteint.2016.02.006

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