Pассеяние упругих волн неоднородной границей при акустическом контроле неразъёмных соединений

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.

1. Неразрушающий контроль: Справочник: в 7 т. / Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 3. – М.: Машиностроение, 2003. – 864 с.

2. 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: 10.1063/1.2902670

3. Kim, 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: 10.1063/1.2902550

4. Chambers, J.K. Bound line analysis using sweptfrequency ultrasonic spectroscopy / J.K. Chambers, J.R. Tucker // Insight. – 1999. – Vol. 41, no. 3. – P. 151– 155.

5. 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.

6. 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/S1061830908030054

7. Adam’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/S106183091604001X

8. Murashov, 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/S1061830916060061

9. Баев, А.Р. Патент РБ на изобретение. Способ ультразвукового контроля качества склеивания материалов. № 15036 от 8.06.09 зарег. 19.07.11. – 2011.

10. 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.