Влияние конструктивных особенностей проходного электромагнитно-акустического преобразователя на результаты контроля цилиндрических объектов
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2018-2-135-146Ключевые слова:
электромагнитно-акустический преобразователь, акустическая помехозащищенность, зеркально-теневой метод контроля, цилиндрический объект, неравномерность зазора, моделированиеАннотация
Исследовано влияние конструктивных особенностей проходного электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразователя, связанных с влиянием взаимного расположения высокочастотного индуктора и системы намагничивания, на его акустическую помехозащищенность и результаты формирования серии многократных отражений. Для оценки соотношения амплитуд основной поперечной и нежелательной продольной типов волн и закономерностей их появления в зависимости от местоположения высокочастотного индуктора проведено конечно-элементное моделирование системы подмагничивания проходного ЭМА-преобразователя в программной среде COMSOL Multiphysics. Показано, что соотношение радиальной и осевой компонент магнитного поля характеризует акустическую помехозащищенность ЭМА-преобразователя при любых положениях и размерах высокочастотного индуктора и позволяет определить максимальные размеры индуктора для достижения оптимальной помехозащищенности и чувствительности преобразователя (пропорциональной его апертуре). Зависимости акустической помехозащищенности от величины смещения индуктора относительно системы намагничивания исследованы экспериментально. Предложена модель формирования серии многократных отражений при неравномерности возбуждения волн по периметру прутка, вызванного осевым смещением объекта относительно проходного ЭМА-преобразователя, теоретически и экспериментально исследовано влияние перекоса на информативные параметры получаемой осциллограммы. Даны рекомендации по конструированию проходного ЭМА-преобразователя с позиций выбора размера апертуры высокочастотного индуктора и его позиционирования относительно системы подмагничивания, а также по оптимизации возможных типоразмеров проходных ЭМА-преобразователей в широком диапазоне контролируемых диаметров объектов. Приведенные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволят исключить влияние мешающих факторов и повысить достоверность результатов контроля цилиндрических объектов многократным зеркально-теневым методом.Библиографические ссылки
Информационно-измерительная система возбуждения, приема, регистрации и обработки сигналов электромагнито-акустических преобразователей / В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, С. А. Обухов, А. Б. Ефремов // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 1. С. 243-250.
Сучков Г. М., Мигущенко Р. П., Плеснецов С. Ю. Мощные источники питания высокочастотных преобразователей электромагнитного типа для измерений, контроля и диагностики // Дефектоскопия. 2017. Т. 53. № 12. С. 35-39.
Злобин Д. В., Муравьева О. В. Особенности построения аппаратуры электромагнитно-акустической дефектоскопии пруткового проката с использованием стержневых волн // Вестник ИжГТУ. 2012. № 4(56). С. 99-104.
Муравьев В. В., Злобин Д. В., Платунов А. В. Прибор для исследований акустоупругих характеристик тонких проволок // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60, № 6. С. 572-577.
Электромагнито-акустический преобразователь с импульсным подмагничиванием / А. В. Михайлов, Ю. Л. Гобов, Я. Г. Смородинский, С. В. Щербинин // Дефектоскопия. 2015. № 8. С. 14-23 [Mikhailov A. V., Gobov Y. L., Smorodinskii Y. G., Shcherbinin S. V. (2015). An electromagnetic-acoustic transducer with pulsed biasing. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 51, no. 8, pp. 467-475. DOI: 10.1134/S1061830915080069].
Злобин Д. В., Волкова Л. В. Влияние динамического подмагничивания на эффективность электромагнитно-акустического преобразования при волноводном контроле прутков // Приборы и методы измерений. 2017. Т. 8, № 3. С. 236-245 [Zlobin D. V., Volkova L. V. (2017). Influence of Dynamic Magnetization to Improve the Efficiency of Electromagnetic-Acoustic Transformation with Waveguide Control Rods. Pribory i metody izmerenii [Devices and Methods of Measurements], vol. 8, no. 3, pp. 236-245. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-236-245].
Isla J., Cegla F. Optimization of the bias magnetic field of shear wave EMATs. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 2016, vol. 63, no. 8, pp. 1148-1160.
Моделирование магнитных систем ЭМАП для возбуждения ультразвуковых волн в упругом слое в постоянном и импульсном магнитных полях / А. А. Самокрутов, С. Г. Алехин, В. Г. Шевалдыкин, В. Т. Бобров, С. В. Бобров // Контроль. Диагностика. 2014. № 12. С. 22-27.
Муравьев В. В., Стрижак В. А., Балобанов Е. Н. К расчету параметров системы намагничивания электромагнитно-акустического преобразователя // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 1. С. 197-205.
Hirao M., Ogi H. Electromagnetic Acoustic Transducers: Noncontacting Ultrasonic Measurements Using EMATs. Springer, 2016.
Lee J. K., Kim Y. Y. Tuned double-coil EMATs for omnidirectional symmetric mode Lamb wave generation. NDT & E International, 2016, vol. 83, pp. 38-47.
Медведев Д. Д., Смирнов А. Ю. Применение электромагнитно-акустических преобразователей для ультразвукового контроля полуфабрикатов из алюминиевых сплавов // В мире неразрушающего контроля. 2017. Т. 20, № 4. С. 11-13.
Xie S., Tian M., Xiao P., Pei C., Chen Z., Takagi T. A hybrid nondestructive testing method of pulsed eddy current testing and electromagnetic acoustic transducer techniques for simultaneous surface and volumetric defects inspection. NDT & E International, 2017, vol. 86, pp. 153-163.
Электромагнитно-акустический метод оценки технического состояния энергетического оборудования / М. Г. Баширов, И. Г. Хуснутдинова, Л. Г. Хуснутдинова, Д. Р. Усманов // Промышленная энергетика. 2016. № 12. С. 8-13.
Isla J., Cegla F. EMAT phased array: a feasibility study of surface crack detection. Ultrasonics, 2017, vol. 78, pp. 1-9.
Семеренко А. В. Контроль остаточной толщины объектов, подверженных воздействию высоких температур, с помощью электромагнитно-акустического преобразователя // Химическая техника. 2015. № 2. С. 38.
Леньков С. В., Федорова Н. В. Резонансный электромагнитно-акустический метод измерения вязкоупругих свойств аморфных ферромагнитных лент, подвергнутых низкотемпературному отжигу // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115, № 8. С. 800 [Len’kov S. V., Fedorova N. V. (2014). Resonance electromagnetoacoustic method of measuring viscoelastic properties of amorphous ferromagnetic ribbons subjected to low-temperature annealing. Fizika metallov i metallovedenie [The Physics of Metals and Metallography], vol. 115, no. 8, pp. 749-755. DOI: 10.1134/S0031918X14080109].
Бабкин С. Э. Измерение скорости звука с помощью меандрового электромагнитно-акустического преобразователя // Инженерная физика. 2017. № 1. С. 50-54.
Муравьев В. В., Балобанов Е. Н., Печина Е. А. Определение коэффициентов упругоакустической связи ферромагнитных металлов // Вестник ИжГТУ. 2013. № 2(58). С. 108-112.
Оценка остаточных напряжений в рельсах с использованием электромагнитно-акустического способа ввода-приема волн / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, В. Е. Громов, А. М. Глезер // Деформация и разрушение материалов. 2015. № 12. С. 34-37 [Murav’ev V. V., Volkova L. V., Gromov V. E., Glezer A. M. (2016). Estimation of the residual stresses in rails using electromagnetic-acoustic introduction-reception of waves. Deformatsiya i razrushenie materialov [Russian metallurgy (Metally)], no. 10, pp. 992-995. DOI: 10.1134/S003602951610013X].
Муравьев В. В., Стрижак В. А., Пряхин А. В. Исследование внутренних напряжений в металлоконструкциях методом акустоупругости // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82, № 12. С. 52-57.
Муравьев В. В., Волкова Л. В., Лапченко М. А. Ультразвуковой контроль остаточных напряжений в бандажах локомотивных колес при производстве // Дефектоскопия. 2015. № 5. С. 3-16 [Muravyev V. V., Volkova L. V., Lapchenko M. A. (2015). Ultrasonic in-process control of residual stresses in locomotive tires. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 51, no 5, pp. 259-271. DOI: 10.1134/ S1061830915050046].
Электромагнито-акустический метод исследования напряженно-деформированного состояния рельсов / В. В. Муравьев, Л. В. Волкова, А. В. Платунов, В. А. Куликов // Дефектоскопия. 2016. № 7. С. 12-20 [Murav’ev V. V., Volkova L. V., Platunov A. V., Kulikov V. A. (2016). An electromagnetic-acoustic method for studying stress-strain states of rails. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 52, no. 7, pp. 370-376. DOI: 10.1134/S1061830916070044].
Муравьев В. В., Тапков К. А. Оценка напряженно-деформированного состояния рельсов при изготовлении // Приборы и методы измерений. 2017. Т. 8, № 3. С. 263-270 [Murav’ev V. V., Tapkov K. A. (2017). Evaluation of Strain-Stress State of the Rails in the Production. Pribory i metody izmerenii [Devices and Methods of Measurements], vol. 8, no. 3, pp. 236-245. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-263-270].
Муравьев В. В., Муравьева О. В., Волкова Л. В. Влияние анизотропии механических свойств тонколистового стального проката на информативные параметры волн Лэмба // Сталь. 2016. № 10. С. 75-79 [Murav’ev V. V., Murav’eva O. V., Volkova L. V. (2016). Influence of the mechanical anisotropy of thin steel sheets on the parameters of Lamb waves. Stal’ [Steel in Translation], vol. 46, no. 10, pp. 752-756. DOI: 10.3103/S0967091216100077].
Муравьева О. В., Соков М. Ю. Влияние глубины залегания дефекта на параметры многократно-теневого электромагнитно-акустического метода контроля прутков // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2016. № 3(71). С. 46-50.
Муравьева О. В., Зорин В. А. Метод многократной тени при контроле цилиндрических объектов с использованием рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 5. С. 3-9 [Murav’eva O. V., Zorin V. A. (2017). The multiple shadow method applied to testing cylindrical objects with Rayleigh waves. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 53, no. 5, pp. 337-342. DOI: 10.1134/S1061830917050059].
Анализ сравнительной достоверности акустических методов контроля пруткового проката из рессорно-пружинных сталей / В. В. Муравьев, О. В. Муравьева, В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, Е. Н. Фокеева // Дефектоскопия. 2014. № 8. С. 3-12 [Murav’ev V. V., Murav’eva O. V., Strizhak V. A., Pryakhin A. V., Fokeeva E. N. (2014). An analysis of the comparative reliability of acoustic testing methods of bar stock from spring steels. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 50, no. 8, pp. 435-442. DOI: 10.1134/S1061830914080063].
Муравьев В. В., Муравьева О. В., Кокорина Е. Н. Акустическая структуроскопия и дефектоскопия прутков из стали 60С2А при производстве пружин с наноразмерной структурой // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013. № 4. С. 66-70.
Муравьев В. В., Муравьева О. В., Петров К. В. Связь механических свойств пруткового проката из стали 40Х со скоростью объемных и рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 8. С. 20-28 [Murav’ev V. V., Murav’eva O. V., Petrov K. V. (2017). Connection between the properties of 40kh-steel bar stock and the speed of bulk and rayleigh waves. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 53, no. 8, pp. 560-567. DOI: 10.1134/S1061830917080046].
Буденков Г. А., Недзвецкая О. В. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. М. : Физико-математическая литература, 2004. 136 с.
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.
Бобров В. Т., Шевалдыкин В. Г. Многократные ультразвуковые эхо-сигналы в пластине. Анализ и применение // В мире неразрушающего контроля. 2016. Т. 19, № 1. С. 36-39.
Аббакумов К. Е., Степаненко Н. В. Моделирование электроакустического тракта теневого метода ультразвукового контроля при использовании бесконтактных датчиков // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2013. № 8. С. 67-72.
Муравьева О. В., Мышкин А. В. Моделирование акустических полей синфазных электромагнитно-акустических преобразователей // Дефектоскопия. 2013. № 12. С. 69-76 [Murav’eva O. V., Myshkin A. V. (2013). Simulation of acoustic fields of synphase electromagnetic-acoustic transducers. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 49, no. 12, pp. 728-734. DOI: 10.1134/S1061830913120061].
Буденков Г. А., Коробейникова О. В. Влияние химического состава и температуры металлов на эффективность электромагнитно-акустического преобразования // Дефектоскопия. 2009. № 4. С. 41-49 [Budenkov G. A., Korobeinikova O. V. (2009). Influence of the chemical composition and temperature of metals on the efficiency of electromagnetic-acoustic transformation. Defektoskopiya [Russian Journal of Nondestructive Testing], vol. 45, no. 4, pp. 252-258].
Там же.
