Возможности использования амплитудно-угловых характеристик поверхностных и подповерхностных волн для контроля материалов с поверхностно упрочнённым неоднородным слоем

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.

1. Zaitsev V.I. Study of the hardening of the surface layer of parts. Vestnik of Irkutsk State University, 2015, pp. 1‒5.

2. 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/S1061830921120020

3. 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).

4. 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: 10.12737/23511

5. 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.

6. 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.

7. 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: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.2016.02.006