Бабкин С.Э., Лебедева М.Ю., Савченко Ю.И., Вострокнутова О.Н. Измерение скорости поверхностных волн ферромагнитных материалов электромагнитно-акустическим способом - Журнал «Электротехнические системы и комплексы»

Аннотация

Предложены методики точного определения скорости поверхностных волн конструкционных материалов электромагнитно-акустическим способом. Методики подходят для образцов прямоугольной формы из ферромагнитных материалов, в частности для конструкционных сталей и сплавов. Показано, как скорости ультразвуковых волн в материале связаны с модулями упругости материала. Определение модулей упругости материала является важной задачей материаловедения. Наилучшим методом определения скорости поверхностных волн является метод электромагнитно-акустического преобразования, сочетающий в себе бесконтактность и быстродействие. В качестве датчиков использованы проволочные меандровые преобразователи, которые могут работать в двух режимах: совмещенный режим (один датчик генерирует волну и принимает ее отражение) и раздельный режим (один датчик генерирует волну, другой ее принимает). Проанализированы основные погрешности метода. Показано, что основная погрешность связана с определением временного интервала распространения волны. Это связано с трудностью получения точки отсчета, так как зондирующий импульс имеет затухающую форму. Предложена отстройка от зондирующего импульса при определении временного интервала времени распространения волны. Другая погрешность измерений связана с точностью определения базы меандровых преобразователей (расстояние между центрами), работающих в раздельном режиме. Получены простые формулы для расчета скорости поверхностной волны, а также базы меандровых преобразователей. Проверка методик проводилась на образце Армко-железа. Точность определения поверхностной волны Рэлея составила +0,5 %. Показано, что применение современных цифровых измерителей временных интервалов позволит получать точность +0,05 %. Полученные с указанной точностью значения скорости можно использовать для определения модулей упругости, а также в качестве самостоятельного информационного параметра оценки упругих свойств материала, например анизотропии листового проката.

Ключевые слова

Поверхностные акустические волны, волны Рэлея, ультразвук, скорость ультразвука, модули упругости, анизотроприя, электромагнитно-акустический способ, ферромагнитные материалы, точность измерений.

Бабкин Сергей Энгелевич – канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник, лаборатория электромагнитных явлений, Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральское отделение Российской академии наук, г. Ижевск, Россия.

Лебедева Марина Юрьевна – канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник, лаборатория электромагнитных явлений, Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральское отделение Российской академии наук, г. Ижевск, Россия.

Савченко Юрий Иванович – канд. физ.-мат. наук, заведующий кафедрой, кафедра физики, институт естествознания и стандартизации, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

Вострокнутова Ольга Николаевна – старший преподаватель, кафедра физики, институт естествознания и стандартизации, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8980-5865.

1. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. М.: Металлугия, 1983. 352 с.

2. Муравьев В.В. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 1996. 184 с.

3. Dixon S., Edwards C. and Palmer S.B. Texture measurements of metal sheets using wideband electromagnetic acoustic transducers. Journal of Physics D: Applied Physics, 2002, vol. 35, no. 8, pp. 816-824.

4. Потапов А.И., Махов В.Е. Физические основы контроля упругих характеристик анизотропных композиционных материалов ультразвуковым методом // Дефектоскопия. 2017. № 11. С. 33-49.

5. Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 288 с.

6. Комаров В.А. Квазистационарное электромагнитно-акустическое преобразование в металлах. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. 235 с.

7. Учет температуры и приложенных напряжений при неразрушающем контроле методом ЭМАП поверхностных волн / С.Э. Бабкин, В.В. Величко, М.А. Боровкова, Р.С. Ильясов, О.Н. Вострокнутова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2006. №3(15). С. 46-49.

8. Ильясов Р.С., Бабкин С.Э., Вострокнутова О.Н. Влияние одноосных и внутренних напряжений на электромагнитно-акустическое преобразование в ферромагнетиках // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2012. № 3 (39). С. 33-37.

9. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2003. 656 с.

10. Thompson R.B. Model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves. IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, 1973, vol. 20, no. 4, pp. 340-346.

11. Бабкин С.Э. Определение коэффициента Пуассона ферромагнитных материалов ЭМА-способом // Дефектоскопия. 2015. № 5. С. 51-55.

12. Murayama R. and Mizutani K. Conventional electromagnetic acoustic transducer development for optimum Lamb wave modes. Ultrasonics, 2002, vol. 40, no. 1-8, pp. 491-495.

13. Муравьев В.В., Муравьева О.В., Волкова Л.В. Влияние анизотропии механических свойств тонколистного стального проката на информативные параметры волн Лэмба // Сталь. 2016. № 10. С. 75-79.

14. Муравьев В.В., Тапков К.А., Леньков С.В. К вопросу контроля остаточных напряжений в дифференцированно-термоупроченных рельсах // Дефектоскопия. 2018. № 10. С. 3-9.

Подробности: Опубликовано: 25 декабря 2019 г.; Обновлено: 25 декабря 2019 г.; Просмотров: 898