Реализация импульсного метода определения скорости ультразвука с высокой точностью

V V Muravyov; D V Zlobin; T I Zemskov; G V Bezruchenkov; V V Syaktereva

doi:10.22213/2410-9304-2021-2-13-19

Authors

V. V. Muravyov Kalashnikov ISTU; FTI UdmFRC UB RAS
D. V. Zlobin Kalashnikov ISTU
T. I. Zemskov Kalashnikov ISTU
G. V. Bezruchenkov Kalashnikov ISTU
V. V. Syaktereva Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2021-2-13-19

Keywords:

acoustic control, velocity of longitudinal waves, pulse method, temperature, chemical composition

Abstract

This paper describes methods of high-precision determination of ultrasonic velocity in solid materials. The method of accurate measurements of time intervals of ultrasonic pulses is described; the block diagram of experimental installation is given. The installation is built on widely available components and can be easily upgraded. It is proposed to use a sensor based on ferroelectric polymer of polyvinylidene fluoride as a source of beaming and detection of longitudinal waves. Gauge blocks and a stepped steel sample made at a surface grinding machine are used as control objects. In the paper the results of velocity determination are presented that are confirmed by multiple measurements on a stepped object with a difference in the thickness of steps of 10 μm. An experiment was carried out at a variable temperature of gauge block samples, which confirms the measurement accuracy and the difference in the calculated velocity, indicating a different structural composition of objects. The chemical composition of gauge block samples was determined using an X-ray fluorescence analyzer. The character of dependence of the object density on the ultrasonic velocity is provided. The errors of measurements, methods of their calculation, in particular, the time delay when using a film sensor are described in paper. The absolute error in determining the velocity of ultrasonic longitudinal waves does not exceed 2 m / s, which makes it possible to record extremely small deviations of the ultrasonic velocity in samples.

Author Biographies

V. V. Muravyov, Kalashnikov ISTU; FTI UdmFRC UB RAS

DSc in Engineering, Professor

D. V. Zlobin, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

T. I. Zemskov, Kalashnikov ISTU

Post-graduate

G. V. Bezruchenkov, Kalashnikov ISTU

Master’s degree student

V. V. Syaktereva, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering

References

Пути повышения чувствительности метода акустического зондирования при исследовании структуры металлов / В. И. Ерофеев, А. В. Иляхинский, Е. А. Никитина, В. М. Родюшкин // Дефектоскопия. 2018. № 2. С. 11-14.

Hutchinson B., Lundin P., Lindh-Ulmgren E., Lévesque D. Anomalous ultrasonic attenuation in ferritic steels at elevated temperatures // Ultrasonics. 2016. V. 69. P. 268-272.

Lunev A., Bochkareva A., Barannikova S., Zuev L. Ultrasound Velocity Measurements in High-Chromium Steel Under Plastic Deformation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. V. 125. P. 012007.

Ding X., Wu X., Wang Y. Bolt axial stress measurement based on a mode-converted ultrasound method using an electromagnetic acoustic transducer // Ultrasonics. 2014. V. 54. P. 914-920.

Изменение скорости ультразвука при водородном охрупчивании высокохромистой стали / С. А. Баранникова, А. Г. Лунев, А. П. Малиновский, Л. Б. Зуев // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20, № 1. С. 187-196.

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

Muravyeva O.V., Khasanov R.R., Strizhak V.A., Mkrtchyan S.S. Water absorption effect on the propagation velocity of normal waves in composite rebars // Materials Science Forum. 2019. V. 970, pp.202-209.

Методы и приборы контроля фазового состава, электрических и магнитных свойств хромоникелевых сталей / М. К. Корх, М. Б. Ригмант, Ю. В. Корх, А. П. Ничипурук // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 4. С. 4-12. DOI 10.22213/2413-1172-2018-4-4-12.

Strizhak V. A., Volkova L. V., Khasanov R. R., Efremov A. B. Correlation processing of acoustic tensometry signals for metal objects // AIP Conference Proceedings : Proceeding of the 14th International Conference on Mechanics, Resource and Diagnostics of Materials and Structures, Ekaterinburg. 2020. pp. 40-41. DOI 10.1063/5.0036880.

Температурные зависимости скорости ультразвука в жидких висмутe, свинцe и их сплавax / А. В. Борисенко, Д. А. Ягодин, В. В. Филиппов, П. С. Попель, А. Г. Мозговой // Расплавы. 2011. № 6. С. 62-71.

Uglov A.L., Khlybov A.A. On the inspection of the stressed state of anisotropic steel pipelines using the acoustoelasticity method. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2015. vol. 51, no. 4. pp. 210-216. DOI 10.1134/S1061830915040087.

Изменение скорости распространения ультразвуковых волн в материале змеевика реакционной печи в процессе эксплуатации / Д. Н. Шерматов, Е. А. Наумкин, И. Р. Кузеев, А. В. Рубцов // Нефтегазовое дело. 2019. № 5. С. 81-88.

Бабкин С. Э. Определение скорости основных типов акустических волн в металлах приставным датчиком // Дефектоскопия. 2020. № 4. С. 32-39.

Влияние длительной эксплуатации на физико-механические свойства и показатели хладостойкости трубной стали 10Г2 / А. А. Хлыбов, Ю. Г. Кабалдин, М. С. Аносов, Д. А. Рябов // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2021. Т. 24, № 1. С. 38-44. DOI 10.22213/2413-1172-2021-1-38-44.

Muravyeva O. V., Len'kov S. V., Nagovitsyn A. A., Basharova A. F. Change in the Acoustic and Elastic Properties of the Cylindrical Steel Specimens during the Tensile // Instrumentation engineering, electronics and telecommunications - 2019 : Proceedings of the V International Forum, Izhevsk. 2019. pp. 76-84. DOI 10.22213/2658-3658-2019-76-84.

Базулин Е. Г., Садыков М. С. Определение скорости продольной ультразвуковой волны в изотропном однородном сварном соединении по эхосигналам, измеренным двумя антенными решетками // Дефектоскопия. 2018. №5. С. 3-15.

Мурашов В. В., Слюсарев М. В. Дефектоскопия многослойных конструкций ультразвуковым резонансным методом // ТРУДЫ ВИАМ. 2016. № 11 (47). С. 95-102.

ПВДФ - датчик динамического давления / В. А. Борисенок, В. Г. Симаков, В. Г. Куропаткин, В. А. Брагунец, В. А. Волгин, В. Н. Ромаев, В. В. Тукмаков, В. А. Кручинин, А. А. Лебедева, Д. Р. Гончарова, М. В. Жерноклетов // Приборы и техника эксперимента. 2008. № 4. С. 113-121.

Богдан, О. П., Овчинникова М. А. Исследование электроакустических параметров пьезопластин на основе ЦТС-19 и ПВДФ // Измерение, контроль и диагностика : I Всероссийская конференция, посвященная 25-летию кафедры «Приборы и методы контроля качества», Ижевск, 2010. С. 210-215.