Определение скорости крутильной волны по данным спектра акустической эхограммы серии многократных отражений

Современные технические средства, в том числе использующие компьютеризированные компоненты, предоставляют новые возможности обработки сигналов с использованием спектрального анализа. Описан способ расчёта скорости акустической волны С по спектру эхограммы, содержащей многократные отражения акустических импульсов. Способ основан на выявлении спектральных линий, отстоящих друг от друга по частотной оси на величину Δf , соответствующую частоте следования импульсов, многократно отражённых от торца объекта контроля. Скорость C рассчитывается как среднее значение C = LΔf, где L – длина акустической оси. Поиск спектральных линий ведётся в частотной области, соответствующей рабочей зоне входного тракта системы регистрации. Для точного определения положения максимума спектральной линии проведена его аппроксимация параболой. Произведён расчёт скорости крутильной волны в партии труб – заготовок плунжера глубинного штангового насоса длинами от 5,245 до 5,248 м, диаметром 59 мм и толщиной стенки 13,75 мм, в количестве 20 штук. Прозвучивание выполнено с использование электромагнитно-акустического датчика, установленного на внешней поверхности трубы рядом с торцом. Измерение выполнено дефектоскопом АДНШ-П с полосой пропускания приёмного тракта от 9,5 до 63 кГц по уровню -6 дБ. Эхограммы получены на частоте дискретизации 3,75 МГц и содержат 10 отражений. Скорости крутильной волны у труб в партии лежат в интервале от 3294 до 3298 м/с.

1. Клюев В. В. Неразрушающий контроль: справочник / В. В. Клюев [и др.] // В 7 т. М.: Машино строение, 2004. – Т. 6. – 832 с.

2. Baev A. R. Influence of Geometry and Boundary Conditions in Area of the Cohesion between Materials on the Reflection of an Ultrasonic Beam. Part 2. Features of Experimental Simulation / A. R. Baev [et al.] // Devices and Methods of Measurements. – 2021. – Vol. 12, No. 4. – P. 301–310. DOI: 10.21122/2220-9506-2021-12-4-301-310

3. Baev A. R. Possibilities of Using of Surface and Subsurface Waves' Amplitude-Angle Characteristics for Control of Materials with Surface-Hardened Inhomogeneous Layer / A. R. Baev [et al.] // Devices and Methods of Measurements. – 2022. – Vol. 13, No. 4. – P. 263–275. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-4-263-275

4. Diogo A. R. A Review of Signal Processing Techniques for Ultrasonic Guided Wave Testing / A.R. Diogo, B. Moreira, C.A.J. Gouveia, J.M.R.S. Tavares // Metals. – 2022. – Vol. 12, No. 6. – P. 936. DOI: 10.3390/met12060936

5. Стрижак В. А. Дефектоскопия композитной арматуры акустическим волноводным методом / В. А. Стрижак, А.В. Пряхин, Р.Р. Хасанов, С.С. Мкртчян // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – 2019. – Т. 22, № 1. – С. 78–88. DOI: 10.22213/2413-1172-2019-1-78-88

6. Zang X. Ultrasonic guided wave techniques and applications in pipeline defect detection: A review / X. Zang, Zh. D. Xu, H. Lu, Ch. Zhu, Zh. Zhang // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2023. – Vol. 206. – P. 105033. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2023.105033

7. Муравьева, О. В. Распространение нормальных акустических волн в валах центробежных насосов с продольными трещинами осевых отверстий / О. В. Муравьева, П. А. Шихарев, С. А. Мурашов // Контроль. Диагностика. – 2024. – Т. 27, № 1(307). – С. 14–29. DOI: 10.14489/td.2024.01.pp.014-029

8. Baev A. R. Peculiarities of Optoacoustic Excitation and Propagation of Plate Waves in Thin-Walled Оbjects / A. R. Baev [et al.] // Devices and Methods of Measurements. – 2023. – Vol. 14, No. 4. – P. 233–241. DOI: 10.21122/2220-9506-2023-14-4-233-241

9. Муравьев, В. В. Акустические и электромагнитные свойства заготовок стволов гражданских ружей / В. В. Муравьев [и др.] // Интеллектуальные системы в производстве. – 2023. – Т. 21, № 1. – С. 5970. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-1-59-70

10. Муравьев, В. В. Структуроскопия термически обработанных стальных прутков по скорости распространения рэлеевских волн / В. В. Муравьев, А. Ю. Будрин, М. А. Синцов // Интеллектуальные системы в производстве. – 2020. – Т. 18, № 2. – С. 37– 43. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-2-37-43

11. Muraveva O. V. Thermal Treatment Effect and Structural State of Rod-Shaped Assortment 40Kh Steel on the Speed of Ultrasound Waves and Poisson Coefficient / Muraveva O. V. [et al.] // Steel in Translation. – 2020. – Vol. 50, No. 8. – P. 579–584. DOI: 10.3103/S0967091220080082

12. Муравьева О. В. Акустические свойства мартенситно-стареющей стали XM-12 после энергетических воздействий / О. В. Муравьева [и др.] // Frontier Materials & Technologies. – 2024. – № 2. – С. 87–100. DOI: 10.18323/2782-4039-2024-2-68-8

13. Баев А. Р. Особенности распространения поверхностных и подповерхностных волн в объектах со слоистой структурой. Ч. 2. Упрочненный неоднородный поверхностный слой / А. Р. Баев, А. Л. Майоров, Н. В. Левкович, М. В. Асадчая // Приборы и методы измерений. – 2019. – Т. 10, № 1. – С. 69–79. DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-69-79

14. Стрижак, В. А. Стенд для определения зависимости скорости стержневой волны от температуры в металлических прутках / В. А. Стрижак // Контроль. Диагностика. – 2023. – Т. 26, № 3(297). – С. 40–49. DOI: 10.14489/td.2023.03.pp.040-049

15. Стрижак, В.А. Аппаратно-программный комплекс контроля прутков зеркально-теневым методом на многократных отражениях / В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, Р. Р. Хасанов, А. Б. Ефремов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2017. – Т. 60, № 6. – С. 565–571. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-6-565-571

16. Буденков, Г. А. Новая прогрессивная технология дефектоскопии протяженных объектов металлургической и нефтедобывающей промышленности / Г. А. Буденков, О. В. Муравьева, Т. Н. Лебедева // Тяжелое машиностроение. – 2004. – № 11. – С. 28–30.

17. Муравьев, В. B. Структуроскопия витков пружин после высокотемпературной механической обработки на основе измерения скорости рэлеевских волн / В. B. Муравьев, Л. В. Гущина // Приборы и методы измерений. – 2022. – Т. 13, № 2. – С. 147–154. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-2-147-154

18. Муравьев, В. В. Реализация импульсного метода определения скорости ультразвука с высокой точностью / В.В. Муравьев [и др.] // Интеллектуальные системы в производстве. – 2021. – Т. 19, № 2. – С. 13–19. DOI: 10.22213/2410-9304-2021-2-13-19

19. Muraveva, O. V. Comparative Sensitivity of Informative Parameters of Electromagnetic-Acoustic Mirror-Shadow Multiple Reflections Method during Bar Stock Testing / O. V. Muraveva, A. F. Brester, V. V. Muravev // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2022. – Vol. 58, No. 8. – P. 689–704. DOI: 10.1134/S1061830922080083

20. Detecting Flaws in Pumping-Compressor Pipe Couplings by Magnetic, Eddy Current, and Ultrasonic Multiple-Shadow Testing Methods / O. V. Muraveva, V. V. Muraviev, M. A. Sintsov, L. V. Volkova // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2022. – Vol. 58, No. 4. – P. 248–258. DOI: 10.1134/S1061830922040088

21. Murav'eva, O. V. The acoustic path in the method of multiple reflections during nondestructive testing of linearly extended objects / O. V. Murav'eva, D. V. Zlobin // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2013. – Vol. 49, No. 2. – P. 93–99. DOI: 10.1134/S1061830913020058

22. Muraveva, O. V. Analysis of reflected signals in testing cylindrical specimens by the multiple reflection echo-shadow method / O. V. Murav'eva [et al.] // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. – 2016. – Vol. 52, No. 4. – P. 367–373. DOI: 10.3103/S8756699016040087

23. Муравьев, В. В. Особенности программного обеспечения аппаратного комплекса для акустической тензометрии и структуроскопии металлоизделий / В. В. Муравьев, В. А. Стрижак, Р. Р. Хасанов // Интеллектуальные системы в производстве. – 2016. – № 2(29). – С. 71–75.

24. Strizhak, V. A. Acoustic Testing of Composite Rebars Taking into Account Reinforcement Ratio / V. A. Strizhak // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2022. – Vol. 58, No. 10. – P. 891– 902. DOI: 10.1134/S1061830922600836

25. Zaitsev, B. D. Determination of the Acoustic Wave Velocity and Attenuation in Liquids with Different Acoustic Impedances Using an Acoustic Interferometer / B. D. Zaitsev, I. A. Borodina, A. A. Teplykh, A. P. Semyonov // Acoustical Physics. – 2023. – Vol. 69, No. 4. – P. 503–509. DOI: 10.1134/s1063771023600493

26. Zverev, V. A. Measurement of the parameters of a pulse propagation path in a medium with noise, dispersion, and selective absorption / V. A. Zverev, N. E. Nikitina // Acoustical Physics. – 2006. – Vol. 52, No. 4. – P. 408–412. DOI: 10.1134/S1063771006040051

27. Suchkov G. M. Nonсontact Spectral Express Method for Detecting Corrosion Damage to Metal Products / G. M. Suchkov [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2020. – Vol. 56, No. 1. – P. 12–19. DOI: 10.1134/S1061830920010118

28. Мурашов, В. В. Контроль изделий из ПКМ и многослойных клееных конструкций ультразвуковыми методами отражения / В. В. Мурашов, А. С. Генералов // Авиационные материалы и технологии. – 2017. – № 1(46). – С. 69–74. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-1-69-74

29. Способ измерения локальных напряжений в металлоконструкциях горных машин / А. В. Серебренников, И. И. Демченко, В. Л. Серебренников, Е. А. Левченко // Безопасность труда в промышленности. – 2016. – № 6. – С. 42–46.

30. Murav'eva, O. V. Torsional waves excited by electromagnetic–acoustic transducers during guidedwave acoustic inspection of pipelines / O. V. Murav'eva, S. A. Murashov, S. V. Len'kov // Acoustical Physics. – 2016. – Vol. 62, No. 1. – P. 117–124. DOI: 10.1134/S1063771015060093

31. Муравьева, О. В. Акустический волноводный контроль линейно-протяженных объектов / О.В. Муравьева [и др.] // Новосибирск: Издательство Сибирского отделения РАН, 2017. – 234 с.

32. Yung T. Ch. Ultrasonic guided wave testing on pipeline corrosion detection using torsional T(0,1) guided waves / T. Ch. Yung [et al.] // Journal of Mechanical Engineering and Sciences. – 2022. – P. 9157–9166. DOI: 10.15282/jmes.16.4.2022.01.0725

33. Хомутов, А. С. Выявление дефектов цилиндра глубинно-штангового насоса после ионного азотирования / А. С. Хомутов, В. В. Муравьев // Интеллектуальные системы в производстве. – 2023. – Т. 21, № 2. – С. 16–26. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-2-16-26

34. Оценка чувствительности к дефектам и исследование скоростей волн в трубах-заготовках цилиндров глубинного штангового насоса волноводным акустическим методом / В. А. Стрижак, Р. Р. Хасанов, А. С. Хомутов [и др.] // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. – 2024. – Т. 27, № 3. – С. 86–100. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-3-86-100

35. Vinogradov S. Applications of Linear Scanning Magnetostrictive Transducers (MST) for Finding Hard-to-Detect Anomalies in Structural Components / S. Vinogradov, X. Chen, A. Cobb, Ja. Fisher // Research and Review Journal of Nondestructive Testing. – 2023. – Vol. 1, No. 1. DOI: 10.58286/28141

36. Vinogradov S., Cobb A., Fisher J. New Magnetostrictive Transducer Designs for Emerging Application Areas of NDE. Materials. 2018;11(5):755. DOI: 10.3390/ma11050755