ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВОЛНОВОДНОМ КОНТРОЛЕ ПРУТКОВ

Недостатком электромагнитно-акустического (ЭМА) метода приема ультразвуковых колебаний является его низкая эффективность. Традиционные способы ее повышения – увеличение подмагничивающего поля. Целью данной работы являлось исследование способа повышения эффективности ЭМА преобразования с использованием изменяющегося во времени поля подмагничивания.

 Исследования проводились с помощью специально разработанной установки, позволяющей осуществлять подмагничивание постоянным и переменным магнитным полем (динамическое подмагничивание) синхронно с прохождением принятого импульса. Объектом исследования являлись прутки из различных марок стали диаметром 4–6 мм, в которых ЭМА методом возбуждалась симметричная нулевая мода S0 стержневой волны (в частотном диапазоне около 40 кГц). Проведен сравнительный анализ амплитуд и форм серии импульсов многократных отражений при статическом и динамическом перемагничивании и с полным циклом перемагничивания.

В результате проведенных измерений эффективности ЭМА приема при статическом и динамическом подмагничивании установлено существенное (до 5 раз) увеличение амплитуды сигнала на приемном преобразователе. В связи с тем, что на низких частотах основной вклад в механизм как возбуждения, так и приема вносит магнитострикционный эффект, можно предполагать, что использование динамического поля подмагничивания существенным образом влияет на эффективную подвижность магнитных доменов (т.е. изменяет динамическую магнитную восприимчивость материала). Установлена возможность проводить контроль при меньших значениях подмагничивающего поля, а следовательно, снизить массогабаритные размеры магнитной системы.

Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено наличие и произведена оценка величины эффекта динамического подмагничивания (увеличение амплитуды сигнала принятого ЭМА методом акустического импульса). Использование данного метода позволит повысить качество ЭМА контроля за счет создания более эффективных ЭМА преобразователей. Поскольку величина обнаруженного эффекта существенно зависит от марки стали, можно предположить его возможное применение в методах экспресс-анализа, оценки структурного и напряженного состояний.

1. Баев, А.Р. Особенности обнаружения поверхностных дефектов с помощью импульсно-лазерного возбуждения упругих волн / А.Р. Баев, А.И. Митьковец, Д.А. Костюк, Г.Е. Коновалов // Приборы и методы измерений. – 2016. –Т. 7, № 3. – С. 286–295.

2. Баев, А.Р. Распространение волны Рэлея в твердых телах с технологическим выступом / А.Р. Баев, М.В. Асадчая, О.С. Сергеева, Г.Е. Коновалов // Приборы и методы измерений. – 2011. – № 2. – С. 121–128.

3. Takashi, Takishita. Development of shear-verticalwave point-focusing electromagnetic acoustic transducer / Takishita Takashi, Ashida Kazuhiro, Nakamura Nobutomo, Ogi Hirotsugu, Hirao Masahiko // Japanese Journal of Applied Physics. – Vol. 54. – Number 7S1.

4. Степаненко, Д.А. Измерение пространственного распределения механических напряжений в ультразвуковых волноводных системах с помощью датчиков на основе эффекта Виллари / Д.А. Степаненко, К.А. Богданчук, В.Т. Минченя // Приборы и методы измерений. – 2013. – № 1. – С. 72–78.

5. Matthias, Sehera. On the separation of Lorentz and magnetization forces in the transduction mechanism of Electromagnetic Acoustic Transducers (EMATs) / Matthias Sehera, Peter B. Nagy // NDT & E International. – 2016. – Vol. 84. – P. 1–10.

6. Ермолов, И.Н. Неразрушающий контроль: 243 Devices and Meth Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. – М. : Машиностроение, 2004. – 864 с.

7. Budenkov, G.A. Influence of the chemical composition and temperature of metals on the efficiency of electromagnetic-acoustic transformation / G.A. Budenkov, O.V. Korobeinikova // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2009. – Vol. 45. – Is. 4. – Р. 252–258.

8. Сучков, Г.В. Современные возможности ЭМА дефектоскопии / Г.В. Сучков // Дефектоскопия. – 2005. – № 12. – С. 24–39.

9. Муравьева, О.В. Оптимизация систем подмагничивания проходных электромагнитно-акустических преобразователей объемных волн для неразрушающего контроля пруткового проката / О.В. Муравьева [и др.] // Датчики и системы. – 2013. – № 2. – С. 2–9.

10. Bing, Li. Application of electromagnetic acoustic in steel pipe inspection // Control Conference (CCC). – 2016. – 35th Chinese.

11. Dixon, S. High accuracy non-contact ultrasonic thickness gauging of aluminium sheet using electromagnetic acoustic transducers / S. Dixon, C. Edwards, S.B. Palmer // Ultrasonics. – 2001. – Vol. 39. – Is. 6. – Р. 445– 453.

12. Mikhailov, A.V. An electromagnetic–acoustic transducer with pulsed biasing / A.V. Mikhailov, Yu.L. Gobov, Ya.G. Smorodinskii, S.V. Shcherbinin // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51. – Is. 8. – Р. 467–475.

13. Buchel’nikov, V.D. Electromagnetic-acoustic transformation in an erbium single crystal / V.D. Buchel’nikov, I.V. Bychkov, Yu.A. Nikishin, S.B. Palmer, C.M. Lim, C. Edwards // Physics of the Solid State. – 2002. –Vol. 44. – No. 11. – Р. 2116–2123.

14. Murav’eva, O.V. The effect of regular differences in a cross section on the testability of a rod tested by the acoustic waveguide method / O.V. Murav’eva, V.A. Strizhak, A.V. Pryakhin // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2014. – Vol. 50. – Is. 4. – Р. 219–226.

15. Муравьева, О.В. Реальная чувствительность входного акустического контроля прутков-заготовок при производстве пружин / О.В. Муравьева, В.В. Муравьев, В.А. Стрижак, Е.Н. Кокорина, М.А. Лойферман // В мире неразрушающего контроля. – 2013. – № 1. – С. 52–60.

16. Murav’ev, V.V. An analysis of the comparative reliability of acoustic testing methods of bar stock from spring steels / V.V. Murav’ev, O.V. Murav’eva, V.A. Strizhak, A.V. Pryakhin, E.N. Fokeeva // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2014. – Vol. 50. – Is. 8. – Р. 435–442.

17. Муравьев, В.В. Акустическая структуроскопия и дефектоскопия прутков из стали 60С2А при производстве пружин с наноразмерной структурой / В.В. Муравьев, О.В. Муравьева, Е.Н. Кокорина // Известия вузов. Черная металлургия. – 2013. – Вып. 4. – С. 66–70.

18. Злобин, Д.В. Особенности построения аппаратуры электромагнитно-акустической дефектоскопии пруткового проката с использованием стержневых волн / Д.В. Злобин, О.В. Муравьева // Вестник Ижевского государственного технического университета. – 2012. – № 4. – С. 99–104.

19. Muravyev, V.V. Quality control of heat treatment of 60C2A steel bars using the electromagnetic-acoustic method / V.V. Muravyev, O.V. Muravyeva, E.N. Kokorina // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2013. – Vol. 49. – Is. 1. – Р. 15–25.