Evaluation of Ultrasonic Testing Parameters of Drill Key Die Soldered Joints

Authors

  • L. V. Volkova Kalashnikov ISTU
  • A. V. Platunov Kalashnikov ISTU
  • D. A. Petrov Kalashnikov ISTU

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-1-67-78

Keywords:

soldered joint, ultrasonic testing, anisotropy, Rayleigh wave, head wave, drill key dies

Abstract

Drill key dies are elements of drilling equipment used to ensure reliable grip during installation and dismantling of drill pipes. High loads and aggressive operating conditions set quality control requirements of these elements. Timely diagnostics of fatigue damage and deformations at early stages, as well as the application of non-destructive methods, help minimize the risk of accidents and increase the service life of drilling equipment. The work is aimed at determining the optimal parameters of ultrasonic waves for assessing the acoustic anisotropy of drill key dies, taking into account the quality control of soldered joints. The article presents the results of studies on assessing acoustic anisotropy and searching for continuity defects in drill key dies, allowing determination of the optimal parameters of ultrasonic waves for quality control of die soldered joints. Acoustic anisotropy was assessed by means of two wavetypes: the head wave and the Rayleigh wave. The study included the analysis of various frequency ranges in order to identify maximum sensitivity to the anisotropic state of the samples. Ultrasonic testing of soldered joints quality was performed both without and with a standard sample, allowingthe estimation the of amplitude spread of signals reflected from the soldered joint. To improve testing accuracy, the immersion method was chosen eliminating the influence of surface contact on quality. Testing was performed on 12 samples, each of which was checked at 8-9 points using a DIO1000 PA ultrasonic flaw detector and a P112-10 transducer. The average value of the signal amplitude from the free boundary of the sample served as the reference value. During the experiments, the most sensitive frequency range of piezoelectric transducers for testing the anisotropy of drill lock dies was determined. It was found that the die bases have significant anisotropy, which decreases after soldering. The obtained data on the amplitude of the acoustic wave reflected from the copper film coincide with the calculated values, confirming the efficiency of the immersion method for testing the continuity of joints. It was found that in areas with soldering defects, the amplitude of the reflected signal increases significantly compared to defect-free areas, which provides prospects for increasing the reliability and durability of the drilling tool.

Author Biographies

L. V. Volkova, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

A. V. Platunov, Kalashnikov ISTU

PhD in Engineering, Associate Professor

D. A. Petrov, Kalashnikov ISTU

Post-graduate

References

Бреховских Л. М., Годин О. А. Акустика слоистых сред. М. : Наука, 1989. 416 с.

Wang X., Xu C., Yang F. (2024) Edge blurring suppression of ultrasonic reflection coefficients in contact state measurement. NDT E International, vol. 147, p. 103201. DOI: 10.1016/j.ndteint.2024.103201

Кретов Е. Ф Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении : монография. Санкт-Петербург : СВЕН, 2014. 312 с.

Ультразвуковой контроль паяных соединений топливных коллекторов газотурбинных двигателей / И. С. Краснов, М. А. Далин, Д. С. Ложкова, Е. В. Цветова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88, № 7. С. 36-42. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-7-36-42. EDN PZSNZE

Разработка алгоритма движения измерительного модуля установки автоматизированного неразрушающего контроля сопел ЖРД / В. В. Малый, А. С. Костюхин, А. В. Федоров, И. Ю. Кинжагулов // Дефектоскопия. 2023. № 9. С. 55-57. DOI: 10.31857/S0130308223090063. EDN ECRARN

Ремизов А. Л., Дерябин А. А. Определение размеров дефектов в паяных нахлесточных соединениях // Сварка и диагностика. 2012. № 6. С. 44-46. EDN PKSDSZ

Беляев А. К., Полянский В. А., Третьяков Д. А. Оценка механических напряжений, пластических деформаций и поврежденности посредством акустической анизотропии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 4. С. 130-151. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.12. EDN WPKYIS

Mohammad M., Javad J.F. (2019) Determination of acoustoelastic/acoustoplastic constants to measure stress in elastic/plastic limits by using LCR wave. NDT and E International, vol. 104. pp. 69-76. DOI: 10.1016/j.ndteint.2019.04.003

Разыграев Н. П. Физика, терминология и технология в ультразвуковой дефектоскопии головными волнами // Дефектоскопия. 2020. № 9. С. 3-19. DOI: 10.31857/S0130308220090018. EDN NDUUKO

Бобров А. Л., Гончаров К. И. Применение поверхностных ультразвуковых волн для обнаружения контактно-усталостных трещин в поверхности катания // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 3. С. 62-69. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-3-62-69. EDN XLMMUC

Платунов А. В., Муравьев В. В., Муравьева О. В. Ультразвуковой контроль поверхности катания железнодорожных вагонных колес и бандажей локомотивов с использованием рэлеевских волн // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 2. С. 41-48. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-2-41-48. EDN EOPVSU

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

Муравьев В. В., Будрин А. Ю., Синцов М. А. Влияние циклически изменяющихся нагрузок на скорости сдвиговых и рэлеевских волн в стальных прутках разной термической обработки // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 4. С. 4-10. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-4-10. EDN RFCNYN

Прибор и методики измерения акустической анизотропии и остаточных напряжений металла магистральных газопроводов / Л. В. Волкова, О. В. Муравьева, В. В. Муравьев, И. В. Булдакова // Приборы и методы измерений. 2019. Т. 10, № 1. С. 42-52. DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-42-52. EDN ZAKPZR

Ерофеев В. И., Иляхинский А. В., Никитина Е. А. Метод ультразвукового зондирования при оценке предельного состояния металлоконструкций, связанного с появлением пластических деформаций // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22, № 3. С. 65-70. DOI: 10.24411/1683-805X-2019-13007. EDN BARLMX

Сергеева О. А., Гончар А. В. Изменение параметра акустической анизотропии в основном металле и зоне термического влияния конструкционной стали при пластическом деформировании и усталостном разрушении // Приборы. 2022. № 6 (264). С. 39-44.

Hirao M., Ogi H., Suzuki N., Ohtani T. (2000) Ultrasonic attenuation peak during fatigue of polycrystalline copper. Acta Materialia, vol. 48, no. 2, pp. 517-524.

Ультразвуковой контроль дефектов металлических изделий сложной формы / В. В. Ларионов, А. М. Лидер, Д. О. Долматов, Д. А. Седнев // Дефектоскопия. 2021. № 5. С. 31-36. DOI: 10.31857/S0130308221050043. EDN YUGOFD.

Метод и аппаратура инфракрасного и ультразвукового термографического контроля крупногабаритных композиционных изделий сложной формы / А. О. Чулков, Д. А. Нестерук, Б. И. Шагдыров, В П. Вавилов // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 67-74. DOI: 10.31857/S0130308221070083. EDN DFTKXO

Особенности обнаружения трещин при ультразвуковом контроле сварных соединений стенки резервуара вертикального стального / Н. П. Алешин, Л. Ю. Могильнер, Ю. В. Лисин [и др.] // Нефтяное хозяйство. 2022. № 1. С. 86-91. DOI: 10.24887/0028-2448-2022-1-86-91. EDN VPHLXY

Формирование остаточных напряжений в цилиндрах глубинно-штанговых насосов после технологических операций изготовления / В. В. Муравьев, А. С. Хомутов, О. В. Муравьева, Е. А. Степанова, В. Д. Попова // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 2. С. 87-96. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-2-87-96. EDN JUTAFX

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. EDN PKTDNX

Кузьмицкий М. Л., Ксенофонтов Н. М. Оптимизация выбора методов неразрушающего контроля для обнаружения усталостных повреждений элементов механического оборудования // Журнал университета водных коммуникаций. 2012. № 3. С. 6-12. EDN PCREEH

Горицкий В. М. Диагностика металлов. М. : Металлургиздат, 2004. 408 с.

Published

03.04.2025

How to Cite

Volkova Л. В., Platunov А. В., & Petrov Д. А. (2025). Evaluation of Ultrasonic Testing Parameters of Drill Key Die Soldered Joints. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 28(1), 67–78. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-1-67-78

Issue

Section

Articles