Экспериментальная оценка возможности обнаружения сквозных дефектов в заготовках из терморасширенного графита акустическим методом

O P Bogdan; A V Blinova; L A Denisov

doi:10.22213/2413-1172-2024-2-97-105

Authors

O. P. Bogdan Kalashnikov ISTU
A. V. Blinova Kalashnikov ISTU
L. A. Denisov Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2024-2-97-105

Keywords:

artificial defects, Air-coupled, Acoustic inspection, thermally expanded graphite

Abstract

The paper presents the results of evaluating the possibility of detecting defects (e.g., through holes) in workpieces made of thermally expanded graphite used as sealing materials using a non-contact air-coupled acoustic inspection system. The deviation of the acoustic signal amplitude when it passes through a sample of thermally expanded graphite in defective and defect-free regions is used as an informative parameter. The obtained dependences of the change in the amplitude of the passed signal through the sample on the size of the artificial through hole, density and thickness of the object showed a significant influence of these parameters on the detectability of the defect, which should be taken into account in the development of inspection technologies and in the process of its implementation. The change in the amplitude of the signal passed through the object directly depends on the increase in the parameters of the sample (density, thickness) and the size of the through hole, which increases the sensitivity of acoustic control and detectability of defects.On the basis of the obtained dependences the criteria for rejection of workpieces can be developed at the stage of production or immediately before manufacturing of their products. The influence of defect positioning relative to the acoustic axis of the transmitter-receiver system is shown, which leads to a decrease in the informative parameter, and consequently to a decrease in sensitivity. This dependence is characteristic for all thicknesses and densities of objects, as well as for all sizes of artificial through holes when control is carried out immediately after defect formation. When acoustic inspection is carried out some time after the defect formation, the maximum of this dependence may shift due to the shift of the amount of substance to fill the defect cavity, which is confirmed by microscopy. The obtained results can be used in the development of workpieces acoustic control parameters.

Author Biographies

O. P. Bogdan, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

A. V. Blinova, Kalashnikov ISTU

Post-graduate

L. A. Denisov, Kalashnikov ISTU

Master’s Degree Student

References

Универсальная экспериментальная установка для проведения акустических исследований / Д. В. Злобин, Л. В. Волкова, О. П. Богдан, Т. И. Земсков, С. В.Казанцев // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 2. С. 28-36. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-2-28-36

Bogdan O.P., Zlobin D.V., Murav’eva O.V., Molin S.M., Platunov A.V. (2021) Evaluation of nonuniformity of elastic properties of sheets made from closed-сell polyolefin foams by acoustic method. Devices and Methods of Measurements, vol. 12, no. 1, pp. 58-66. DOI: 10.21122/2220-9506-2021-12-1-58-66

Электронная спектроскопия графена, полученного методом ультразвукового диспергирования / А. Г. Касцова, Н. В. Глебова, А. А. Нечитайлов, А. О. Краснова, А. О. Пелагейкина, И. А. Елисеев // Письма в журнал технической физики. 2022. Т. 48, № 24. С. 23-25. DOI: 10.21883/pjtf.2022.24.54019.19268

Караваев Д. М., Русин Е. С. Разработка метода механических испытаний композиционных материалов на основе терморасширенного графита в диапазоне рабочих температур // Master’s journal. 2021. № 1. С. 55-57.

Моделирование условий эксплуатации уплотнительных элементов из терморасширенного графита / А. В. Зайцев, В. С. Кокшаров, И. В. Предков, И. А.Судаков // Математическое моделирование в естественных науках. 2015. Т. 1. С. 130-135.

Захаров В. А., Захаров К. В., Ширяева М. Ю. Возможности неразрушающих методов контроля графитовых элементов технических устройств // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2023. № 2 (134). С. 12-19. DOI: 10.33285/1999-6934-2023-2(134)-12-19

Исследование характеристик листов пенополиэтилена акустическими методами / О. П. Богдан, О. В. Муравьева, А. В. Платунов, Д. С. Рысев // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2020. Т. 23, № 2. С. 61-68. DOI: 10.22213/2413-1172-2020-2-61-68

Netzelmann U., Mross A., Waschkies T., Weber D. (2022) Nondestructive testing of the integrity of solid oxide fuel cell stack elements by ultrasound and thermographic techniques. Energies, vol. 15, no. 3, 831 p. DOI: 10.3390/en15030831

Визуализация структуры нанокомпозитов методами акустической микроскопии / В. М. Левин, Ю. С. Петронюк, Е. С. Мороков, С. Беллуччи, П. Кижур // Ученые записки физического факультета Московского университета. 2014. № 5.

Haugwitz C., Thomas H.-J., Gianni A., Jan H. (2023) Detection of Air-Voids in Foam-filled Sandwich Panels using Air-Coupled Lamb Waves: 2023 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS), pp. 1-4. DOI: 10.1109/IUS51837.2023.10307250

Moreno E., Giacchetta R., Gonzalez R., Sanchez D. (2023) Ultrasonic Non-Contact Air-Coupled Technique for the Assessment of Composite Sandwich Plates Using Antisymmetric Lamb Waves. NDT, vol. 1, pp. 58-73. DOI: 10.3390/ndt1010006

Quattrocchi A., Freni F., Montanini R. (2020) Air-coupled ultrasonic testing to estimate internal defects in composite panels used for boats and luxury yachts.International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), vol. 14, pp. 35-41. DOI: 10.1007/s12008-019-00611-5

Zhang Z., Liu M., Li Q., Ang Y. (2020) Visualized characterization of diversified defects in thick aerospace composites using ultrasonic B-scan.Composites Communications, vol. 22, 100435 p. DOI: 10.1016/j.coco.2020.100435

Corredor R.M., Santos J.E., Gauzellino P., Carcione J.M. (2016) Validation of the boundary conditions to model the seismic response of fractures. Geophysical Prospecting, vol. 64, no. 4, pp. 1149-1165. DOI: 10.1111/1365-2478.12375

Mortada H., Mousharrafie S., Mahfoud E., Harb M. (2023) Noncontact nondestructive ultrasonic techniques for manufacturing defects monitoring in composites: a review. Structural Health Monitoring. DOI: 10.1177/ 14759217231184589

Niskanen M., Duclos A., Dazel O., Groby J.-P., Kaipio J., Lahivaara T. (2019) Estimating the material parameters of an inhomogeneous poroelastic plate from ultrasonic measurements in water. The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 146, no. 4, pp. 2596-2607. DOI: 10.1121/1.5129369

Hudson T.B., Follis P.J., Pinakidis J.J., Sreekantamurthy T. (2021) Porosity detection and localization during composite cure inside an autoclave using ultrasonic inspection.Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 147, 106337 p. DOI: 10.1016/j.compositesa.2021.106337

Дедков Д. В., Ташкинов А. А. Моделирование деформирования тканых керамо-керамических композитов полотняного плетения с локальными технологическими дефектами // Математическое моделирование в естественных науках. 2016. Т. 1. С. 573-577.

Эффективные упругие модули тканых композитов с локальными технологическими дефектами в матрице из терморасширенного графита / Д. В. Дедков, А. В. Зайцев, И. Ю. Зубко, А. А. Ташкинов // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2020. Т. 2. С. 129-132.

Попов Д. П. Технический контроль прокладочных материалов на основе терморасширенного графита, применяемых на объектах нефтепереработки // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2010. № 3. С. 30-36.

Контроль состояния уплотнения из терморасширенного графита на базе оптоволоконных технологий / О. Ю. Исаев, Д. В. Смирнов, А. А. Пономарев, А. Л. Каменева, И. С. Шелемба, А. А. Оглезнев, Р. С. Юдин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20, № 4. С. 34-42. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.4.04

Определение физико-механических свойств графитовой фольги / В. М. Волгин, А. А. Потапов, П. Э. Калиш, А. П. Малахов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 9. С. 343-349.

Bogdan O.P., Murav’eva O.V., Blinova A.V., Zlobin D.V. (2023) Investigation of density of samples made of thermally expanded graphite by acoustic amplitude-shadow method.Russian Journal of Nondestructive Testing, vol. 59, no. 8, pp. 857-867. DOI: 10.1134/ s106183092370050x