автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Акустические методы обнаружения и визуализации микродефектов в металлах

На правах рукописи

Корх Юлия Владимировна

АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ МИКРОДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛАХ

05.02.11 - Методы контроля и диагностика в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2(

□03472866

003472866

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов УрО РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Ринкевич Анатолий Брониславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Костин Владимир Николаевич

доктор технических наук, Владимиров Александр Петрович

Ведущая организация: Физико-технический

институт УрО РАН (г. Ижевск)

Защита состоится_26 июня 2009 г. в 11-00 часов_на

заседании диссертационного совета Д 004.003.01 при Институте физики металлов УрО РАН по адресу: 620041, г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С.Ковалевской, 18

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН

Автореферат разослан "2$. " мая_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук Лошкарева H.H.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время для повышения гадежности эксплуатации различных систем и объектов, гредотвращения возникновения аварийных ситуаций и отказов кобходима своевременная оценка технического состояния изделий и )бъектов. Незначительные изменения структуры, накапливающиеся при щительной эксплуатации оборудования микропоры и стремительно эастущие микротрещины способны отнять от 50% до 70% усталостного эесурса конструкции и привести к разрушению за короткий промежуток времени. Ранняя диагностика наличия в материале зарождающихся яикроповреждений и степени их опасности особенно актуальна при контроле ответственных и металлоемких объектов, испытывающих зоздействие высоких температур, давлений, статических и ишамических нагрузок.

Однако существующие традиционные методы неразрушающего сонтроля малочувствительны к дефектам, размеры которых составляют зт единиц до десятков микрометров, позволяя эффективно хетектировать наличие уже достаточно крупных дефектов. Проведение эазрушающих испытаний, в свою очередь, связано с вырезанием металла из реальной конструкции и изготовлением образцов для «^следования, что во многих случаях как технически, так и жономически нецелесообразно.

Применение ультразвука открывает новые возможности в «учении микроструктуры и микронеоднородности металлов. При эаспространении в средах со множеством микронесплошностей, много меньших длины упругой волны на стандартных частотах ультразвукового контроля, упругие волны испытывают эффекты многократного рассеяния на совокупности микродефектов, рефрагируют I дифрагируют вблизи краев микронеоднородностей [1, 2]. Интерес к пучению данных явлений в области физической акустики появился олько в последние годы, однако результаты исследований :пецифических особенностей волновых процессов в шкронеоднородных средах могут быть применены для разработки ювых методик неразрушающего контроля и технической диагностики.

Общая тенденция развития акустического метода выявления микродефектов должна быть связана с глубоким изучением изменений пространственно-временной структуры акустических полей и сигналов, вызванных гетерогенностью среды. Для этого необходимо найти способ

И]

повышения чувствительности к дефектам малых размеров, обеспечить более высокую локальность измерений по сравнению с традиционными методиками ультразвукового контроля, совершенствовать методы обработки акустической информации, Использование сфокусированных упругих волн высокой частоты (сотни МГц) позволит визуализировать микродефекты в материале на разных глубинах, в том числе и в оптически непрозрачных средах. Все это позволит получить новую информацию о степени микроповрежденности среды и может быть положено в основу нового неразрушающего метода выявления этапа предразрушения металла.

Цель работы

Изучить особенности распространения упругих волн в металлах с микродефектами; установить функциональные зависимости, связывающие параметры акустических полей и сигналов со степенью гетерогенности среды; разработать на основе полученных данных рекомендации для развития комплексной неразрушающей методики выявления и визуализации микродефектов в металле.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

- изучение особенностей многократного рассеяния ультразвуковых волн от импульсных источников в средах с микропорами;

- изучение особенностей дифракции упругих волн на краях трещин с малой шириной раскрытия;

- исследование возможностей применения метода лазерного детектирования акустических полей для выявления параметров, связанных с гетерогенностью среды;

- исследование возможностей применения метода акустической микроскопии для визуализации микродефектов в твердых телах;

- поиск новых информативных параметров, указывающих на наличие в металле микродефектов;

- разработка метода выявления микроповрежденности металла и рекомендации по способу его реализации на практике;

- разработка методики обработки и анализа экспериментальных данных для получения дополнительной информации о степени микроповрежденности металла.

Научная новизна

1. Показано, что детектирование акустических полей с длиной упругой волны порядка нескольких миллиметров с помощью лазерного

янтерферометра позволяет выявить наличие в металле совокупности микропор, размер каждой из которых почти в тысячу раз меньше длины упругой волны. Получено визуальное изображение результата многократного рассеяния упругих волн на совокупности микропор в твердом теле.

2. Показано, что детектирование пространственно-временной структуры акустического поля на поверхности металла с временным разрешением, много меньшим периода упругих колебаний, позволяет визуализировать особенности распространения волновых фронтов упругих волн в среде со множеством микрорассеивателей, а также вблизи краев резкой неоднородности типа вершины трещины.

3. Предложены новые информативные параметры, такие как пространственное распределение акустических шумоподобных сигналов, скорость распространения фазы колебательного процесса, указывающие на наличие микроповрежденности металла. Обоснована возможность использования специально разработанных пьезоэлектрических преобразователей для практической реализации предлагаемой новой методики выявления микродефектов в металле.

4. Проведено численное моделирование пространственного распределения акустических полей преобразователей различной формы и размеров, работающих в импульсном режиме, в металлических образцах с микродефектами различного типа.

5. Методом акустической микроскопии получены акустические изображения отдельных микродефектов с высоким разрешением, анализ которых позволил получить качественно новую информацию о микродефектах по сравнению с оптической микроскопией.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментального и теоретического исследования особенностей распространения упругих волн, создаваемых импульсными источниками, в среде с микродефектами различного вида;

2. Математические модели, описывающие распространение упругих волн в микронеоднородной среде;

3. Новые качественные и количественные информативные параметры контроля, указывающие на наличие микродефектов в металле,

4. Метод оценки микроповрежденности металла, чувствительность которого в 2-3 раза выше по сравнению с существующими ультразвуковыми методиками;

5. Рекомендации по параметрам ультразвуковых преобразователе и условиям контроля, позволяющие реализовать предложении метод оценки микроповрежденности металла производственных условиях.

Настоящая работа выполнена в соответствии с плановой темо "Диагностика" ИФМ УрО РАН, номер гос. регистрации 01.2.006.1339; а также при поддержке грантов Европейской ассоциации акустикон стипендии Американского акустического общества, фантов УрО PAP для молодых ученых и аспирантов, премии «Новая генерация».

Научная и практическая значимость работы

Полученные в диссертационной работе данные об особенностя: распространения упругих волн в среде с микродефектами, размерь которых много меньше длины упругой волны, могут быть положены ] основу нового акустического неразрушающего метода выявления этак предразрушения металла ответственных металлических изделий i объектов с односторонним доступом, в частности теплоэнергетической оборудования. Разработанная методика выявления микропор в металле < помощью пьезоэлектрических преобразователей может был реализована на основе стандартных ультразвуковых дефектоскопов Способ измерения скорости распространения фазы колебательноп процесса использован при разработке устройства регистрацш пульсовых волн, распространяющихся по артериальным сосуда* человека, на которое получен патент РФ. Алгоритмы обработки i визуализации акустических данных, разработанные для получени; информации о микродефектах в твердом теле, могут быть использовань для обработки экспериментальных данных в существующих методика: ультразвукового неразрушающего контроля.

Результаты исследований, изложенных в диссертации использованы в учебных курсах «Акустический контроль» i «Обнаружение и фильтрация сигналов в неразрушающем контроле» читаемых в Ижевском государственном техническом университете дай студентов специальности 200102 «Приборы и методы контроля качеств; и диагностика».

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается применением нескольких эффективных методов и средств детектирования акустических сигналов и полей и сопоставлением их результатов; воспроизводимостью экспериментальных данных; использованием при анализе полученных

результатов современных представлений в области физической акустики и ультразвукового контроля; обеспечивается строгой обоснованностью сделанных приближений. Полученные в диссертационной работе экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетами параметров акустических полей и теоретическими представлениями о пространственно-временной структуре акустического поля в микронеоднородной среде.

Личный вклад

Вошедшие в диссертацию результаты получены автором совместно с научным руководителем д.ф.-м.н. Ринкевичем А.Б., а также к.т.н. Перовым Д.В., к.ф.-м.н. Бурхановым А.М. Автор принимал участие в разработке алгоритмов обработки и визуализации экспериментальных данных. При непосредственном участии автора разработан и апробирован метод численного моделирования акустического поля на поверхности металла при прохождении ультразвуковой волны через среду с микропорами и трещиноподобными дефектами. Автором был проведен расчет и сравнение чувствительности существующих акустических методик выявления микродефектов в металле с методикой оценки микроповрежденности, разработанной в диссертации. Автором лично разработано сканирующее устройство и программное обеспечение, управляющее процессом сканирования поверхности твердого тела сфокусированным высокочастотным ультразвуковым пучком и осуществляющее сбор и обработку выходных экспериментальных данных акустического микроскопа. Автор лично проводил эксперименты для получения акустико-микроскопических изображений микродефектов и выполнил их анализ. Автор принимал участие в постановке задач, обсуждении полученных результатов и написании текстов публикаций.

Апробация работы

Основные результаты, приведенные в диссертационной работе докладывались на XVIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (г. Нижний Новгород, 2008 г.), 19м Международном акустическом конгрессе «Акустика в 21 веке» (ICA2007MADRID) (Испания, г. Мадрид, 2007 г.), 2ой совместной конференции Американского акустического общества и Европейской ассоциации акустиков "ACOUSTICS'08 PARIS" (Франция, г. Париж, 2008 г.), Ш Российской научно-технической конференции «Разрушение,

контроль и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 2007 г.), V Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (г. Екатеринбург, 2008 г.), XVIII - XX сессиях Российского акустического общества (г. Таганрог, 2006 г., г. Нижний Новгород, 2007 г., г. Москва, 2008 г.), Научной сессии Института физики металлов УрО РАН по итогам 2007 года, IX Молодежной школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (г. Екатеринбург, 2008 г.), XXIII Уральской конференции "Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами" (Курган, 2006 г.).

Публикации. Результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы в 21 научных работах, в том числе 8 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, 3 статьях в сборниках и трудах конференций, 8 тезисах докладов, 1 патенте.

Струюура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем диссертации - 158 страниц, включая 69 рисунков, 3 таблицы и список цитированной литературы из 148 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит литературный обзор, в котором проанализированы существующие методы выявления микродефектов в металлах. Акцентируется внимание на недостаточности традиционных методик дефектоскопии для решения проблемы своевременного выявления этапа предразрушения металла. Существующие акустические методики исследования микроструктуры материалов, основанные на изменении скорости распространения упругих волн и коэффициентов затухания при накоплении микродефектов в материале, дают лишь косвенную, усредненную оценку степени микроповрежденности среды [2, 3]. Так, для продольных волн изменение скорости ультразвука при наличии микродефектов часто не превышает 1% при измерении стандартными пьезоэлектрическими преобразователями, что сопоставимо с погрешностью применяемых на практике технических средств измерений.

Трудность заключается в том, что размер отдельного микродефекта (0,1-10 мкм) почти в тысячу раз меньше, чем длина упругой волны на типичных частотах ультразвукового контроля (2-15 МГц). Для поиска новых информативных параметров, указывающих на наличие и характер микродефектов в твердом теле, наиболее эффективно использовать эффекты многократного рассеяния и дифракции упругих волн на совокупности микронеоднородностей среды. В конце главы сделан обоснованный вывод о необходимости применения методов с высокой разрешающей способностью, таких как лазерное детектирование акустических полей, использование сфокусированного высокочастотного ультразвукового излучения, применять широкополосные излучатели и приемники ультразвука для выявления и визуализации локальных особенностей акустических полей и сигналов, вызванных наличием в металле микродефектов.

Во второй главе описаны экспериментальные установки и методики проведения измерений, а также приведены способы представления акустической информации и их применимость для решения задачи выявления микродефектов в материале. Показана возможность использования мгновенных картин акустического поля, детектированных на временном интервале, много меньшем периода упругих колебаний, для получения новой информации о динамике колебательного процесса в микроповрежденной среде. Описан принцип работы установки лазерного детектирования акустических полей (рис. 1а) на основе доплеровского лазерного интерферометра ОБУ5000 (фирмы "Ро1у1ес") Института неразрушающего контроля (г. Дрезден, Германия), на которой выполнена основная часть экспериментальных исследований. Использование интерферометра позволяет получать информацию о взаимодействии упругой волны со всей совокупностью микродефектов в объеме твердого тела, при этом результирующее акустическое поле (рис. 16) детектируется в широком диапазоне частот (0.05-100 МГц) с высокой локальностью, определяемой малым диаметром лазерного луча, много меньшим длины упругой волны.

Ультразвуковые измерения в работе выполнялись с использованием платы ультразвукового дефектоскопа РСШ-Ю, инсталлированной в компьютер. В качестве ультразвуковых преобразователей использовались прямые пьезоэлектрические преобразователи марок СЫ^ фирмы "Кгаийааетег", резонансная частота которых равнялась 5 МГц, а диаметр - 5 мм. Также

использовались наклонные преобразователи с различными углами ввода, включенные по раздельной схеме.

Рис. 1. Схема лазерного детектирования акустических полей (а); картина акустического поля на поверхности образца (б).

Глава содержит раздел 2.4, посвященный применению различных методов цифровой обработки ультразвуковых сигналов с целью эффективного выделения полезной информации на фоне электрических помех. Показано, как использование алгоритмов одномерной вейвлет-фильтрации позволяет устранить низкочастотный тренд из акустических сигналов. Двумерная вейвлет-фильтрация позволила существенно улучшить отношение сигнал/шум, сохраняя при этом локальные особенности детектированных акустических изображений (рис. 2).

Рис. 2. С-скан на выходе интерферометра (а) и после вейвлет-фильтрации (б).

В разделе 2.5 описана разработанная методика обработки акустических изображений на основе преобразования Хафа, позволяющая автоматически выделять внешний контур проекции ультразвукового пучка, имеющий вид окружности, и измерять его геометрические параметры.

Третья глава посвящена исследованию особенностей распространения упругих волн в металле с различной концентрацией и размерами микропор.

Экспериментальные исследования были выполнены на металлических образцах, изготовленных в виде дисков диаметром 25 мм и толщиной 5 мм из жаропрочной стали 12X1МФ, наиболее часто применяемой для производства паропроводов высокого давления. Все образцы подвергались воздействию высокого давления и температуры: образец 1 испытывался на стенде в течение 16000 ч. при температуре и давлении пара Т = 600°С и Р = 20 МПа; образцы 2 и 3 были вырезаны из паропровода, эксплуатировавшегося на ТЭС в течение 150000 ч. при Т = 550°С, Р = 13 МПа. Образцы / и 3 были вырезаны из растянутой части гиба трубы, образец 2 - из сжатой стороны гиба. Гиб трубы - это наиболее проблемный участок паропровода; в верхней области гиба, испытывающей деформацию на изгиб, в ходе эксплуатации в первую очередь начинают появляться и развиваться микродефекты.

Проведенный металлографический анализ выявил, что во всех образцах содержались микропоры: наибольший средний диаметр микропор (10-15 мкм) и наибольшая концентрация потенциально 1 опасных микропор, диаметром больше 1 мкм, способных к последующему слиянию [4], были в образце 1 (Кр=93%) (рис За); в образце 3 содержались как крупные, так и множество точечных микропор (Кр=72%) (рис. 36); наименее поврежденным был образец 2 из сжатой области гиба (Ь1р=42%).

Рис. 3. Микрофотографии образцов 1 (а) и 3 (б) с микродефектами (хЮО).

| С помощью интерферометра осуществлялось лазерное | детектирование акустического поля прошедших через образец продольных упругих волн, генерированных прямым I пьезоэлектрическим излучателем в импульсном режиме с резонансной I частотой 5 МГц. Длительность зондирующего импульса составляла 1

мкс. Процедура вейвлет-фильтрации позволяла отфильтровать из сигналов, детектированных интерферометром, шумы электрического происхождения.

Гетерогенность среды, вызванная наличием совокупности микропор, приводит к эффектам многократного рассеяния упругих волн на микронеоднородностях среды. В результате в интервале между, импульсами в детектируемом сигнале было зафиксировано повышение уровня шумоподобных компонент, имеющих акустическую природу. Визуально это проявляется в виде более размытого распределения на пространственных картинах акустических шумов для микроповрежденных образцов 1 и 3 (верхний ряд, рис. 4).

054 « 8 10 II. О 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12

X, мм X, мм ^ X, мм

Рис. 4. Развертки типа С упругих смещений, соответствующие пространственному распределению акустических шумов для образцов 1 (а), 2 (б) и 3 (в) (верхний ряд); нормированные распределения энергии колебаний, полученные для образцов 1 (я), 2 (б) и 3 (в) (нижний ряд).

При нормировании на импульсную компоненту поля получаемое распределение относительной доли шумовой компоненты в принятом сигнале в случае образца 1 (нижний ряд, рис. 4), находившегося в наиболее жестких условиях и содержащего наибольшую концентрацию потенциально опасных микропор, имеет кольцеобразный вид. Диаметр данного кольца соответствует контуру расположения преобразователя диаметром 5 мм, с помощью которого в образце возбуждались упругие волны. Таким образом, рассеяние упругих волн на микропорах приводит к увеличению сечения прошедшего через гетерогенную среду

ультразвукового пучка и при нормировании на импульсную компоненту на границах пучка возникает контраст и появляется четкое кольцо. В случае образцов 2 и 3 подобных кольцеобразных структур не обнаружено.

Проведенный вейвлет-анализ акустических шумов выявил наличие сложной модуляции их частотных компонент на вейвлетном спектре, а также показал совпадение спектрального состава акустических шумов с ультразвуковыми импульсными сигналами, что подтверждает акустическое происхождение анализируемых шумоподобных сигналов.

Исследование пространственно-временной динамики акустических полей на поверхности образцов показало, что на поверхности образуются расходящиеся во времени концентрические окружности, соответствующие пересечению волновых фронтов ультразвукового пучка плоскостью детектирования (рис. 1а). Экспериментальное измерение значений радиусов проекции ультразвукового пучка, соответствующих приходу к поверхности определенной фазы колебательного процесса, в различные моменты времени на мгновенных картинах акустического поля (рис. 5а) показало, что скорость распространения фазы колебательного процесса вдоль поверхности уменьшается при наличии микроповрежденности металла. При этом чувствительность скорости роста радиусов проекций к размеру и концентрации микропор в металле выше примерно в 2-3 раза по сравнению со скоростью продольных и поперечных упругих волн в среде. Полученные результаты были подтверждены моделированием процесса распространения волнового фронта вдоль поверхности образца, выполненным с использованием различных методов расчета акустических полей и различных зависимостей скалярного потенциала на апертуре излучателя.

Теоретически оценить временную зависимость роста радиусов на мгновенных распределениях акустических полей можно на основе параболического приближения теории дифракции:

где с/ -скорость продольной акустической волны в среде; / -время;

0)

радиус кривизны падающего на образец волнового

волновое число продольной акустической волны; я= 1.63-10'3 м характерная ширина пучка в плоскости 2 = 0.

10

8

6

4

2

о

8 10 12 0

X, мм

а)

0.8 0.9

1.1 1.2 1.Э 1.4

Время, мко

б)

Рис. 5. Динамика изменения радиусов проекции ультразвукового пучка на плоскость детектирования (а) для образцов 1,2 и 3: тонкие линии соответствуют теоретическим расчетам, маркеры - экспериментальным данным (б).

Из рис. 56 видно, что радиусы проекций увеличиваются во времени быстрее в случае наименее поврежденного образца 2, в то время как для образца 1 с крупными микропорами скорость роста радиусов наименьшая.

На основе установленных макроскопических параметров, связывающих характеристики акустического поля со степенью гетерогенности среды, в главе рассматривается возможность разработки методики выявления микродефектов в металле с использованием пьезоэлектрических преобразователей поперечных упругих волн. Предлагаемая схема реализации метода на практике при одностороннем доступе к объекту контроля приведена на рис. 6.

С помощью наклонного пьезопреобразователя с поверхности объекта контроля наклонно вводится ультразвуковой пучок поперечных волн, который затем отражается на глубине Н от внутренней стенки. Прием сигналов на поверхности ввода ведется с помощью двух наклонных преобразователей 1 и 2, расположенных на одной оси с излучателем на расстоянии */=// и х2=1&Дк где Д1 - расстояние между преобразователями. Или используют один наклонный преобразователь, который сначала устанавливают в точку х/, а затем передвигают вдоль оси с излучателем на шагМ в точку х2. В точках X/ их2 измеряют время запаздывания выбранного периода в импульсе (фазы радиоимпульса) и оценивают скорость распространения волнового фронта вдоль

юверхности образца с - ^ , где Ь - время прихода импульсов,

тринимаемых соответственно преобразователями 1 и 2. Сравнивая юлученное значение с/ с известной скоростью распространения золнового фронта для эталонного бездефектного образца из той же марки стали и такой же толщины Н, делают вывод о степени микроповрежденности среды.

Излучатель 1 2 Приемники

< NN

х=0

Я а V Х,

Ш

Рис. 6. Схема метода и ход лучей в объекте контроля.

Получено, что оценка времени задержки выбранной фазы радиоимпульса с помощью наклонных пьезоэлектрических преобразователей с малым диаметром пьезопластины (1-3 мм) и оптимальным углом ввода (не менее 50-60°) позволяет обеспечить разницу порядка 5-6% между бездефектным материалом и материалом с микродефектами на стандартных частотах ультразвукового контроля, что гораздо выше по сравнению с существующими ультразвуковыми методиками. В разделе 3.9 приведены разработанные рекомендации по зыбору параметров приемных преобразователей, области расположения ах на поверхности объекта контроля, при соблюдении которых будет достигаться наибольшая чувствительность метода, а влияние отклонения толщины объекта контроля от номинальной величины будет минимальным.

В конце главы продемонстрирована принципиальная возможность реализации на практике предлагаемой методики для диагностики микродефектов в металлах.

Четвертая глава посвящена исследованию особенностей взаимодействия упругих волн с острыми краями трещиноподобного дефекта с очень малой шириной раскрытия, ориентированного в объекте контроля таким образом, что его выявление с помощью традиционных ультразвуковых методик затруднено. Ширина раскрытия трещины

вблизи вершины составила 4-5 мкм, плоскость трещины ориентирована параллельно направлению падения продольных ультразвуковых волн в стальном образце (рис. 7а). Металлографический анализ показал, что трещина заполнена окалиной (рис.7б).

а) трещины преобразователь б)

Рис. 7. Ориентация трещины в исследуемом образце и схема эксперимента (а), микрофотография середины трещины (х 100) (б).

Для возбуждения в образце ультразвуковых колебаний использовался прямой преобразователь с резонансной частотой 5 МГц и диаметром пьезопластины, равным 5 мм. В ходе лазерного детектирования акустического поля прошедшей через образец продольной волны выявлено и визуализировано резкое изменение структуры акустического поля вблизи вершины трещины. При этом специфические особенности пространственно-временной структуры акустического поля обнаруживались только на мгновенных картинах распределения упругих смещений на поверхности образца, полученных на временном интервале много меньшем периода упругих колебаний (рис. 8).

О О 4 и V/. " *• ^ - - ^ ~ •* —

X, мм а) X, мм б) X, мм в) X, мм г)

Рис. 8. Мгновенные картины акустического поля на поверхности образца, полученные в моменты времени: 3.06 мкс (а), 3.18 мкс (б), 3.26 мкс (в) и 3.43 мкс (г), соответствующие первому эхо-импульсу.

Показано, что экспериментально наблюдаемые локальные изменения поля вблизи трещины обусловлены процессами дифракции упругих волн на ее ребре и вершине с образованием в объеме образца сложной волновой поверхности дифрагированных упругих волн. Учитывая то, что угол падения продольной волны на наклонное ребро трещины острый и равен /£»32°, получено, что волновые векторы волн дифракции для каждой точки ребра трещины должны образовывать конус. Сечение волнового фронта такого конуса излучения плоскостью детектирования приводит к образованию проекций, напоминающих V-образные структуры (рис. 9).

Рис. 9. Схема формирования конуса волн дифракции на ребре трещины и сечение его волнового фронта плоскостью детектирования.

Проведен численный расчет результирующего поля упругих 1 смещений при дифракции упругих волн на неоднородности типа бесконечно тонкого расслоения (трещины с малой шириной раскрытия), результаты которого (рис. 10) подтвердили полученные | экспериментальные данные, а также позволили проанализировать влияние геометрии трещины, наклона ее ребра, кривизны волнового фронта падающего ультразвукового пучка на результирующие картины волнового поля на поверхности образца.

Применение методов вейвлет-анализа позволило выявить наличие ' I четкой иерархической структуры на вейвлетном спектре сигнала, детектированного вблизи вершины трещины, что имеет практическое значение для развития метода выявления опасных трещиноподобных дефектов при их малых размерах и неизвестной ориентации в объекте

! контроля.

[

X, мм X, мм X, мм X, мм X, мм

Рис. 10. Пространственные распределения результирующего акустического поля на поверхности детектирования для образца с трещиной для импульсного сигнала с центральной частотой/=5 МГц, /0=25..35° в последовательные моменты времени: (а) (, = 0.03 мкс; (б) Л> = 0.1 мкс; (в) с3 =0.13 мкс; (г) и =0.16 мкс; (<)) /5 = 0.2 мкс.

В пятой главе исследуется возможность применения метода сканирующей акустической микроскопии для визуализации микродефектов в твердых телах. В работе применен существующий лабораторный акустический микроскоп с рабочей частотой излучения упругих волн _/==400-410 МГц для регистрации изменения амплитуды отраженной сфокусированной ультразвуковой волны в зависимости от упругих свойств исследуемой среды. Блок-схема разработанной установки сканирующего акустического микроскопа, которая осуществляет двухкоординатное сканирование поверхности образца, автоматически управляет сбором данных с помощью АЦП и позволяет выбрать параметры сканирования и способы наглядного отображения экспериментальных результатов, показана на рис. И. Разрешающая способность акустического микроскопа на данной частоте излучения составляет 2-3 мкм, что достаточно для визуализации микродефектов на стадии зарождения. Достигаемое увеличение составляет 300-500 крат.

Рис. 11. Блок-схема разработанной установки сканирующего акустического микроскопа: ПК - персональный компьютер, УС - усилитель стробоскопический, ЛАМ - лабораторный акустический микроскоп, СС - система сканирования, ШД - шаговый двигатель.

В главе приведены результаты исследования и визуализации микродефектов различного типа и геометрии (микротрещин, микроцарапин, микропор различного размера и т. д.) в поверхностных и приповерхностных слоях различных материалов, в том числе и оптически непрозрачных.

В разделе 5.2 показано, что с помощью акустического микроскопа можно получать качественно новую или дополнительную информацию по сравнению с оптической микроскопией. Полученные акусто-микроскопические изображения позволили, в частности, выявить наличие подповерхностных микропор вблизи трещины (рис. 12), определить местоположение вершины трещины без предварительной очистки поверхности от ржавчины.

а) " ' [[ШРШРРН =б) Ш

Рис. 12. (а) Оптическое изображение средней части трещины (увеличение ЮОх); (б) акустическое изображение (фокусировка на уровне 2=10 мкм под поверхностью образца), шаг по осям X и У - 2.5 мкм.

В разделе 5.3 проведено исследование образцов с различной степенью микропористости, описанных в главе 3. Тщательно исследована форма образовавшихся микропор на различных глубинах под поверхностью образца, оценены их точные размеры, а также исследовано изменение акустического контраста вблизи микродефектов по акустическим микрофотографиям. Показана более высокая чувствительность метода акустической микроскопии к изменению плотности и структуры среды по сравнению с оптической микроскопией.

Показано, что результаты акусто-микроскопических исследований могут быть сопоставлены с существующими нормами и стандартами для металлографических исследований, направленных на оценку степени опасности каждого микродефекга для дальнейшей эксплуатации объекта контроля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выявлены особенности распространения акустических волн в металлах с микродефектами различного типа экспериментальными методами доплеровской лазерной интерферометрии, сканирующей акустической микроскопии, ультразвуковой дефектоскопии, а также на основе методов теоретического анализа и численного моделирования акустических полей в гетерогенных средах. Полученные результаты могут быть использованы для разработки нового неразрушающего метода выявления этапа предразрушения металла.

1. Установлено, что при наличии в металле скопления микропор, в принятом сигнале увеличивается относительная доля шумоподобных акустических компонент, вызванных эффектом многократного рассеяния ультразвука, что подтверждается полученными пространственными распределениями акустических шумов. Предложен новый информативный параметр контроля микроповрежденности металла - скорость распространения фазы колебательного процесса вдоль поверхности образца, чувствительность которого к размеру и концентрации микропор в металле в 2-3 раза выше по сравнению со скоростью продольных и поперечных упругих волн в среде.

2. Выявлено, что резкое изменение мгаовенных картин акустического поля вблизи вершины трещины, имеющей очень малую ширину раскрытия и пространственное расположение, не позволяющее детектировать ее традиционными методиками акустического контроля, обусловлено процессами дифракции упругих волн на ребре и вершине трещины. Разработан алгоритм численного моделирования процессов дифракции упругих волн на неоднородностях типа трещины для импульсных ультразвуковых сигналов, результаты которого позволили проанализировать влияние геометрии трещины и формы волнового фронта ультразвукового пучка на результирующие картины акустического поля на поверхности образца.

3. На основе установленных макроскопических параметров, связывающих характеристики акустического поля с микродефектами в среде, разработана методика выявления микроповрежденности металла с использованием специально разработанных пьезоэлектрических преобразователей. Найдено, что оценка времени задержки выбранной фазы радиоимпульса с помощью наклонных пьезоэлектрических преобразователей с малым диаметром пьезопластины и оптимальным углом ввода позволяет обеспечить разницу около 5-6% между

ездефектным материалом и материалом с микродефектами на тандартных частотах ультразвукового контроля. Разработаны екомендации по практической реализации предлагаемой методики для еразрушающего контроля состояния металла труб паропроводов.

4. Установлено, что получение акустических изображений сдельных микродефектов различной формы и размеров с [спользованием сфокусированного высокочастотного ультразвукового злучения позволяет получать качественно новую информацию о шкродефектах в поверхностных и приповерхностных слоях металлов ю сравнению с оптической микроскопией.

5. Показана эффективность применения алгоритмов вейвлет-зильтрации ультразвуковых сигналов для улучшения отношения игнал/шум при сохранении информации о наличии микродефектов. На >снове методов вейвлет-анализа найдено, что наличие микродефектов в реде приводит сложной модуляции различных частотных компонент в ¡етектированных сигналах, что может быть использовано для получения ;ополнительной информации о степени микроповрежденности среды.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Анализ пространственно-временной динамики акустических полей на поверхности твердого тела // Акустический журнал. 2008. Т. 54. № 1.С. 110-117.

2. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б., Пермикин B.C. Обнаружение микродефектов в металлах на основе изучения акустических полей // Дефектоскопия. 2007. № 10. С. 26-40.

3. Zhitluhina J.V. (Korkh Y.V.), Perov D.V., Rinkevich A.B., Smorodinsky Y.G., Kröning M., Permikin V.S. Characterisation of steels with microdefects using a laser interferometry technique // Insight. 2007. V. 49. N. 5. P. 267-271.

4. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В. Возможность использования поперечных ультразвуковых волн для получения информации о микродефектах в стали // Дефектоскопия. 2008. №6. С. 62-75.

5. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.) Чувствительность метода выявления микродефекгов в металле с использованием поперечных волн // Дефектоскопия. 2008. № 8. С. 15-20.

6. Zhitlukhina Y. (Korkh Y.), Perov D., Rinkevich A. The analysis of diffraction effects of acoustic waves on the crack's top // Journal of the Acoustical Society of America. 2008. V. 123. N. 5. P. 3698.

7. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Пространственно-временная картина акустического поля дифракции упругах волн на ребре трещины // Дефектоскопия. 2008. № Ю. С. 71-79.

8. Zhitlukhina Y. (Korkh Y.), Perov D., Rinkevich A. The analysis of diffraction effects of acoustic waves on the crack's top // Acta Acústica united with Acústica. 2008, V. 94. Suppl. 1. P. S730.

9. Ринкевич А.Б., Смородинский Я.Г., Перов Д.В., Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.). Исследование микроповрежденности жаропрочной стали методом ультразвуковой лазерной интерферометрии // В мире неразрушающего контроля. 2008. № 1.С. 38-42.

10. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Анализ распространения акустических волн в упругих средах, содержащих микродефекгы различного типа // Сборник трудов XIX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2007. Т. 1.С. 16-19.

11. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Особенности лазерного детектирования упругих волн, содержащих вогнутые участки волновых фронтов // Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2008. Т. 2. С. 97-100.

12. Устройство регистрации пульсовой волны / Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Буденков Г.А., Злобин Д.В., Коробейникова О.В., Кузнецов Е.П.: пат. 75829 Рос. Федерация. №2008111726/22; заявл. 27.03.2008; опубл. 27.08.2008, Бюл. № 24.

13. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Анализ акустических полей в упругих средах на основе данных, полученных с использованием лазерного интерферометра // Сборник трудов XVIII сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2006. Т. 1. С. 33-37.

Список цитированной литературы:

[1] Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. Т. 2. 317 с.

[2] Методы акустического контроля металлов / под ред. Н.П. Алешина. М.: Машиностроение, 1989.456 с.

[3] Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие / И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов; под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высш. шк., 1991.283 с.

[4] Ирвин Д., Парис П. Основы теории роста трещин и разрушения. В кн. Разрушение. М.: Мир, 1976. Т. 3. С. 17-66.

[5] Kino G.S. Acoustic waves: devices, imaging, and analog signal processing. Prentice-Hall, Inc., 1987. P. 553.

Отпечатано на Ризографе ИФМ УрО РАН тир. 100 зак. №32

объем 1 печ.л. формат 60x84 1/16 620041 г. Екатеринбург ГСП-170 ул. Ковалевской, 18

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ МИКРОДЕФЕКТОВ

1.1. Описание микродефектов.

1.2. Металлографический метод выявления микродефектов.

1.3. Акустические методы.

1.3.1. Измерение скорости упругих волн и их затухания в материалах.

1.3.2. Исследование акустических шумов рассеяния.

1.3.3. Визуализация акустического поля.

1.4. Магнитные, электромагнитные, вихретоковые, радиационные, каппилярные методы детектирования микродефектов.

Выводы к главе 1.

2. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

2.1. Лазерное детектирование ультразвуковых полей и сигналов.

2.2. Основные виды представления акустической информации.

2.3. Ультразвуковой дефектоскоп.

2.4. Обработка акустических сигналов.

2.5. Алгоритм обработки акустических изображений с помощью преобразования Хафа.

Выводы к главе 2.

3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В СРЕДЕ С МИКРОПОРАМИ.

3.1. Исследуемые образцы.

3.2. Результаты металлографического анализа.

3.3. Анализ одномерных разверток типа А.

3.4. Визуализация акустических шумов рассеяния.

3.5. Вейвлет-анализ акустических шумов рассеяния.

3.6. Динамика распространения ультразвуковых волновых фронтов в среде с микропорами.

3.7. Чувствительность метода выявления микроповрежденности при лазерном детектировании акустических полей.

3.8. Разработка методики выявления микропор с помощью пьезоэлектрических преобразователей.

Выводы к главе 3.

4. ОСОБЕННОСТИ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВБЛИЗИ ТРЕЩИНОПОДОБНЫХ ДЕФЕКТОВ.

4.1. Исследуемый образец и методика лазерного детектирования акустического поля.

4.2. Обработка и анализ результатов экспериментов.

4.3. Математическое моделирование поля дифракции ультразвуковых волн на ребре плоскостного дефекта.

4.4. Вейвлет-анализ сигналов от трещиноподобного дефекта.

Выводы к главе 4.

5. МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МИКРОДЕФЕКТОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ.

5.1. Описание экспериментальной установки.

5.1.1. Акустическая линза.

5.1.2. Автоматизация акустического микроскопа.

5.2. Исследование трещиноподобных дефектов с помощью акустического микроскопа.

5.3. Акусто-микроскопическое исследование сред с различной степенью микропористости.

Выводы к главе 5.

Актуальность темы. В настоящее время для повышения надежности эксплуатации различных систем и конструкций, предотвращения аварий и техногенных катастроф необходима своевременная оценка технического состояния материалов и объектов, находящихся в эксплуатации. Неразрушающий контроль и диагностика материалов и изделий физическими методами - одно из приоритетных направлений обеспечения промышленной и технологической безопасности.

Одним из эффективных методов выявления существующих повреждений материалов, получения информации о дефектах в среде является ультразвуковой метод неразрушающего контроля. Использование ультразвуковых волн обеспечивает хорошую разрешающую способность, а возможность ультразвука проникать на большие расстояния вглубь металла дает данному методу в ряде случаев существенные преимущества перед другими методами физических исследований. Информативность и способность выявления дефектов различного типа и размеров в материалах различных классов обеспечивает широкое применение акустических методов для контроля металлов.

В последние годы все больший интерес проявляется к свойствам неоднородных и микронеоднородных упругих сред, структура которых характеризуется наличием совокупности включений очень малых размеров от единиц до десятков микрометров. Распространение акустических волн и сигналов в таких средах отличается специфическими особенностями, такими как многократное рассеяние упругих волн на микронесплошностях среды, рефракция и дифракция вблизи краев микронеоднородностей [1, 2]. Интерес к изучению данных явлений в области физической акустики проявился только в последние годы, однако исследование особенностей волновых процессов в средах с микронесплошностями имеет важное значение для развития новых методик неразрушающего контроля и технической диагностики.

При длительной эксплуатации различных производственных объектов и конструкций в сложных напряженных условиях, при повышенных температурах и переменных во времени механических нагрузках в металлах, из которых они изготовлены, образуются и развиваются микродефекты. Зарождение микродефектов обычно вызвано такими явлениями как усталость (мало- и многоцикловая, коррозионная, коррозионно-термическая и. т. д.), ползучесть различных типов или их совместным действием. Накопление структурных микронесплошностей в материале приводит к тому, что микродефекты растут и могут сливаться друг с другом, образовывая за достаточно короткое время потенциально опасные трещиноподобные дефекты, способные отнять от 50% до 70% усталостного ресурса конструкции. Анализ причин аварийных разрушений объектов теплоэнергетического оборудования показал, что именно зарождение и развитие микродефектов различного типа является основной причиной стремительных катастрофических разрушений производственных объектов [3, 4].

Важно своевременно диагностировать наличие в материале микроповреждений и степень их опасности с тем, чтобы определять допустимый ресурс работы ответственных и металлоемких изделий и конструкций, испытывающих воздействие высоких температур, давлений, статических и динамических нагрузок. При этом диагностика этапа предразрушения материала оказывается существенно важнее для обеспечения безопасной работы оборудования, продления срока его службы, чем детектирование уже конечной стадии деградации материала.

В настоящее время существует целый комплекс как разрушающих, так и неразрушающих испытаний, используемых для оценки состояния металла на различных этапах его изготовления и эксплуатации. Однако используемые методы дефектоскопии имеют ограничения для выявления дефектов столь малых размеров. Существующие традиционные методы неразрушающего контроля, такие как электромагнитные, вихретоковые, каппилярные и др., позволяют выявлять только наличие уже образовавшихся, достаточно крупных дефектов. Проведение разрушающих испытаний связано с вырезанием металла из реальной конструкции и изготовлением образцов для исследования, что во многих случаях как технически, так и экономически нецелесообразно. Перспективным является использование свойств акустических волн, дифрагирующих и рассеивающихся на микронеоднородностях, для обнаружения и визуализации микронесплошностей в металлах. Проблема заключается в том, что размер отдельного микродефекта составляет от единиц до десятков микрометров, что почти в тысячу раз меньше, чем длина упругой волны на стандартных частотах ультразвукового контроля (2-15 МГц). Известные классические методы ультразвукового контроля позволяют зафиксировать отдельные несплошности в металле с эффективной отражающей поверхностью 1.5-2 мм , что явно недостаточно для обнаружения дефекта на стадии его зарождения. Измерение скорости распространения упругих волн и коэффициентов затухания в микроповрежденной среде дает лишь косвенную, усредненную оценку степени микроповрежденности среды. Поэтому разработка метода выявления и визуализации микродефектов в настоящее время является актуальной задачей.

Общая тенденция развития акустического метода исследования сред с микронеоднородностями должна быть связана в большей степени с глубоким изучением локальных особенностей пространственно-временной структуры акустических полей и сигналов, вызванных гетерогенностью среды, усовершенствовании методов их анализа и обработки. Для этого необходимо развивать методы, чувствительные к дефектам малых размеров, обеспечить их более высокую разрешающую способность по сравнению с традиционными ультразвуковыми методиками контроля, а также использовать широкополосные излучатели и приемники ультразвука, способные детектировать акустические сигналы различных типов и частот. Использование сфокусированных упругих волн высокой частоты (сотни МГц), чувствительных к наличию микронесплошностей и микронеоднородностей в объекте контроля, позволит визуализировать микроструктуру материала на разных глубинах, в том числе и в оптически непрозрачных средах. Это обеспечит возможность исследовать процессы зарождения микродефектов в контролируемых материалах, что может нести важную информацию при разработке физической основы будущего неразрушающего метода выявления микродефектов.

Цель работы

Изучить особенности распространения упругих волн в металлах с микродефектами; установить функциональные зависимости, связывающие параметры акустических полей и сигналов со степенью гетерогенности среды; разработать на основе полученных данных рекомендации для развития комплексной неразрушающей методики выявления и визуализации микродефектов в металле.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

- экспериментальное и теоретическое исследование особенностей распространения упругих волн от импульсных источников в среде с микродефектами различного вида;

- изучение особенностей многократного рассеяния ультразвуковых волн в средах с микропорами;

- анализ особенностей дифракции упругих волн на краях трещин с малой шириной раскрытия;

- исследование возможности применения методов лазерного детектирования акустических полей для выявления параметров, связанных с гетерогенностью среды;

- исследование возможности применения метода акустической микроскопии для визуализации микродефектов в твердых телах;

- поиск новых информативных параметров, указывающих на наличие микродефектов в металле;

- разработка метода выявления микроповрежденности металла и рекомендации для применения полученных результатов на практике;

- разработка методики обработки и анализа экспериментальных данных для получения дополнительной информации о микродефектах в металле.

Научная новизна представляемой работы

Впервые был применен метод лазерного детектирования акустических полей для выявления и визуализации микродефектов в металлах. Показано, что детектирование акустических полей с длиной упругой волны порядка нескольких миллиметров с помощью ультразвукового лазерного интерферометра позволяет выявить наличие в металле совокупности микропор, размер каждой из которых почти в тысячу раз меньше длины упругой волны. Впервые получено визуальное изображение результата многократного рассеяния упругих волн на совокупности микронесплошностей в твердом теле.

Впервые показано, что детектирование пространственно-временной структуры акустического поля на поверхности металлических образцов с временным разрешением много меньшим периода упругих колебаний позволяет выявить особенности распространения волновых фронтов упругих волн, создаваемых импульсными источниками, в среде со множеством микрорассеивателей, а также вблизи краев резкой неоднородности типа вершины трещины.

Предложены новые качественные и количественные характеристики, такие как пространственное распределение акустических шумоподобных сигналов, скорость роста радиусов проекции ультразвукового пучка на плоскость детектирования, указывающие на наличие совокупности микронесплошностей в жаропрочной стали. Обоснована возможность использования специально разработанных пьезоэлектрических преобразователей для практической реализации предлагаемой новой методики выявления микродефектов в металле.

Методом акустической микроскопии получены акустические изображения отдельных микродефектов с высоким разрешением, анализ которых позволил получить качественно новую информацию о микродефектах по сравнению с оптическими микрофотографиями.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментального и теоретического исследования особенностей распространения упругих волн в средах с микродефектами различного вида;

2. Математические модели, описывающие распространение импульсных ультразвуковых сигналов в микронеоднородной среде;

3. Новые качественные и количественные информативные параметры контроля, указывающие на наличие микродефектов в металле;

4. Метод оценки микроповрежденности металла, чувствительность которого в 2-3 раза выше по сравнению с существующими ультразвуковыми методиками;

5. Рекомендации по параметрам ультразвуковых преобразователей и условиям контроля, позволяющие реализовать предложенный метод оценки микроповрежденности в производственных условиях.

Настоящая работа выполнена в соответствии с плановой темой "Диагностика" ИФМ УрО РАН, номер гос. регистрации 01.2.006.13393, а также при поддержке грантов Европейской ассоциации акустиков, стипендии Американского акустического общества, грантов Уральского отделения Российской академии наук для молодых ученых и аспирантов, премии «Новая генерация».

Научная и практическая значимость работы

Полученные в диссертационной работе данные об особенностях распространения упругих волн в среде с микродефектами, размеры которых много меньше длины упругой волны, могут быть положены в основу нового акустического неразрушающего метода выявления этапа предразрушения металла ответственных металлических изделий и объектов, в частности теплоэнергетического оборудования. Разработанная методика выявления микропор в металле с помощью пьезоэлектрических преобразователей может быть реализована на основе стандартных ультразвуковых дефектоскопов. Способ измерения скорости распространения фазы колебательного процесса использован при разработке устройства регистрации пульсовых волн, распространяющихся по артериальным сосудам человека, на которое автором получен патент РФ. Алгоритмы обработки и визуализации акустических данных, разработанные для получения информации о микродефектах в твердом теле, могут быть использованы для обработки экспериментальных данных в существующих методиках ультразвукового неразрушающего контроля.

Результаты исследований, изложенных в диссертации, использованы в учебных курсах «Акустический контроль» и «Обнаружение и фильтрация сигналов в неразрушающем контроле», читаемых в Ижевском государственном техническом университете для магистрантов по программе 200100.68-21 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», студентов специальности 200102 «Приборы и методы контроля качества и диагностика», бакалавров по направлению 200100 «Приборостроение».

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается применением нескольких эффективных методов и средств детектирования акустических сигналов и полей и сопоставлением их результатов; воспроизводимостью экспериментальных данных; использованием при анализе полученных результатов современных представлений в области физической акустики и ультразвукового контроля; обеспечивается строгой обоснованностью сделанных приближений. Полученные в диссертационной работе экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетами параметров акустических полей и теоретическими представлениями о пространственно-временной структуре акустического поля в неоднородной среде. Выводы, сделанные в диссертации, качественно и количественно позволяют объяснить набор экспериментальных данных, полученных для металлических объектов с микродефектами.

Личный вклад

Вошедшие в диссертацию результаты получены автором совместно с научным руководителем д.ф.-м.н. Ринкевичем А.Б., а также к.т.н. Перовым Д.В., к.ф.-м.н. Бурхановым A.M. При непосредственном участии автора разработаны алгоритмы обработки и визуализации экспериментальных данных. Автор принимал участие в разработке математических моделей, описывающих распространение упругих волн в микронеоднородной среде. При непосредственном участии автора разработан и апробирован метод численного моделирования результирующего акустического поля на поверхности металла при прохождении ультразвуковой волны через среду с микропорами и трещиноподобными дефектами. Автором был проведен расчет и сравнение чувствительности существующих акустических методик выявления микродефектов в металле с методикой оценки микроповрежденности, разработанной в диссертации. Автором лично разработано сканирующее устройство и программное обеспечение, управляющее процессом сканирования поверхности твердого тела сфокусированным высокочастотным акустическим пучком и осуществляющее сбор и обработку выходных экспериментальных данных акустического микроскопа. Автором лично проведены эксперименты для получения акустико-микроскопических изображений микродефектов и выполнен их анализ. Автор принимал участие в постановке задач, обсуждении полученных результатов и написании текстов публикаций.

Апробация работы

Основные результаты, приведенные в диссертационной работе докладывались на XVIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (г. Нижний Новгород, 2008 г.), 19м Международном акустическом конгрессе «Акустика в 21 веке» (ICA2007MADRID) (Испания, г. Мадрид, 2007 г.), 2ой совместной конференции Американского акустического общества и Европейской Ассоциации акустиков "ACOUSTICS'08 PARIS" (Франция, г. Париж, 2008 г.), III Российской научно-технической конференции «Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, 2007 г.), V Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (г. Екатеринбург, 2008 г.), XVIII - XX сессиях Российского акустического общества (г. Таганрог, 2006 г., г. Нижний Новгород, 2007 г., г. Москва, 2008 г.), Научной сессии Института физики металлов УрО РАН по итогам 2007 года, IX Молодежной школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (г. Екатеринбург, 2008 г.), XXIII Уральской конференции "Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами" (Курган, 2006 г.).

Публикации. Результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы в 21 научных работах, в том числе 8 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах [84, 97, 101, 110, 111, 123, 124, 147], 3 статьях в сборниках и трудах конференций [103, 109, 125], 8 тезисах докладов [102, 104, 105, 107, 108, 126, 127, 128], 1 патенте РФ [121].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации - 158 страниц, включая 69 рисунков, 3 таблицы и список цитированной литературы из 148 наименований.

Выводы к главе 5

141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выявлены особенности распространения акустических волн в металлах с микродефектами различного типа на основе экспериментальных методов доплеровской лазерной интерферометрии, сканирующей акустической микроскопии, ультразвуковой дефектоскопии, а также методов численного моделирования и теоретического анализа. Полученные результаты могут быть использованы для разработки нового неразрушающего метода выявления этапа предразрушения металла.

1. Установлено, что при наличии в металле скопления микропор, в принятом сигнале увеличивается относительная доля шумоподобных акустических компонент, вызванных эффектом многократного рассеяния ультразвука, что подтверждается полученными пространственными распределениями акустических шумов. Предложен новый информативный параметр контроля микроповрежденности металла - скорость распространения фазы колебательного процесса вдоль поверхности образца, чувствительность которого к размеру и концентрации микропор в металле в 2-3 раза выше по сравнению со скоростью продольных и поперечных упругих волн в среде.

2. Выявлено, что резкое изменение мгновенных картин акустического поля вблизи вершины трещины, имеющей очень малую ширину раскрытия и пространственное расположение, не позволяющее детектировать ее традиционными методиками акустического контроля, обусловлено процессами дифракции упругих волн на ребре и вершине трещины. Разработан алгоритм численного моделирования процессов дифракции упругих волн на неоднородностях типа трещины для импульсных ультразвуковых сигналов, результаты которого позволили проанализировать влияние геометрии трещины и формы волнового фронта ультразвукового пучка на результирующие картины волнового поля на поверхности образца.

3. На основе установленных макроскопических параметров, связывающих характеристики акустического поля с микродефектами в среде, разработана методика выявления микроповрежденности металла с использованием специально разработанных пьезоэлектрических преобразователей. Найдено, что оценка времени задержки выбранной фазы радиоимпульса с помощью наклонных пьезоэлектрических преобразователей с малым диаметром пьезопластины и оптимальным углом ввода позволяет обеспечить различие в 5-6% между бездефектным материалом и материалом с микродефектами на стандартных частотах ультразвукового контроля. Разработаны рекомендации по практической реализации предлагаемой методики для неразрушающего контроля состояния металла труб паропроводов.

4. Установлено, что получение акустических изображений отдельных микродефектов различной формы и размеров с использованием сфокусированного высокочастотного ультразвукового излучения позволяет получать качественно новую информацию о микродефектах в поверхностных и приповерхностных слоях металлов по сравнению с оптической микроскопией.

5. Показана эффективность применения алгоритмов вейвлет-фильтрации ультразвуковых сигналов для улучшения отношения сигнал/шум при сохранении информации о микродефектах. На основе методов вейвлет-анализа найдено, что наличие микродефектов в среде приводит к сложной модуляции различных частотных компонент сигналов, что может быть использовано для получения дополнительной информации о степени микроповрежденности среды.

1. Шермегор Т.Д. Теория упругости и микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 400 с.

2. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. Т. 2. 317 с.

3. Разрушение: В 7 т. Микроскопические и макроскопические основы механики разрушения / пер. с англ., под ред. А. Ю. Ишлинского. М.: Мир, 1973. Т. 1. 514 с.

4. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник / под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 2005. 656 с.

5. Ирвин Д., Парис П. Основы теории роста трещин и разрушения. В кн. Разрушение. М.: Мир, 1976. Т. 3. С. 17-66.

6. Бетехин В.И. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел. Сообщение 1. Деформация и развитие микротрещин / В.И. Бетехин и др. // Проблемы прочности. 1979. № 7. С. 38-45.

7. Панченко Е.В. Лаборатория металлографии / Е.В. Панченко и др.. М.: Металлургиздат, 1957. 695 с.

8. ОСТ 34-70-690-96. Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях эксплуатации. М.: ВТИ, 1997. С. 44.

9. Артамонов В.В. К вопросу неразрушающего контроля структуры металла в теплоэнергетике // Контроль. Диагностика. 2003. № 4. С. 31-38.

10. Изотов В.И., Поздняков В.А., Филиппов Г.А. Выявление и механизм образования хрупких микротрещин в феррито-перлитной трубной стали при растяжении в условиях наводороживания // ФММ. 2001. Т. 91. № 5. С. 84-90.

11. Филинов М.В., Фурсов A.C., Филинов В.Н. Портативный компьютерный металлографический микроскоп для мониторинга структуры металлов в условиях эксплуатации // Контроль. Диагностика. 2003. № 3. С. 17-23.

12. Методы акустического контроля металлов / под ред. Н.П. Алешина. М.: Машиностроение, 1989. 456 с.

13. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие / И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов; под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высш. шк., 1991. 283 с.

14. Бреховских JI.M., Годин O.A. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. 416 с.

15. Пападакис Э. Затухание ультразвука, обусловленное рассеянием в поликристаллических средах. В кн. Физическая акустика / под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1970. T. IV. ч. Б. С. 317-381.

16. Скорость звука и структура сталей и сплавов / В.В. Муравьев, Л.Б.Зуев, К.Л. Комаров. Новосибирск: Наука. Сибирская изд. фирма РАН, 1996. 184 с.

17. Ботаки A.A. Салаев A.B., Шарко A.B. Ультразвуковой контроль структуры деталей из сплавов на основе алюминия // Дефектоскопия. 1978. № 3. С. 82-83.

18. Рохлин Л.Л. Акустические свойства легких сплавов. М.: Наука, 1974. 140 с.

19. Шарко A.B., Муравьев В.В., Каркешко Е.В. Ультразвуковой контроль механических свойств труб пароперегревателей тепловых электростанций // Дефектоскопия. 1991. № 12. С. 10-17.

20. Химченко Н.В. Акустические методы контроля остаточных напряжений в сварных конструкциях // Контроль. Диагностика. 2001. № 4. С. 7-12.

21. Бобренко В.М. Ультразвуковые методы и устройства для контроля качества механических напряжений // Дефектоскопия. 1983. № 12. С. 8-11.

22. Федоров Ф.И. Теория упругих волн в кристаллах. М.: Наука, 1965. 388 с.

23. Papadakis Е.Р. Ultrasonic attenuation and velocity in three transformation products in steel // J. Appl. Phys. 1964. V. 35. N 5. P. 1474 -1482.

24. Wang J.C. Young's modulus of porous materials. Part 1. Theoretical derivation of modulus porosity correlation // Journal of Material Science. 1984. V. 19. N3. P. 801-808.

25. Поляков В.В., Головин A.B. Влияние пористости на скорость ультразвуковых волн в металлах // Письма в ЖТФ. 1994. Т. 20. Вып. 11. С. 5457.

26. Перевалов С.П. Оценка поврежденности металла, работающего в условиях высокотемпературной ползучести / С.П. Перевалов и др. // Электрические станции. 1992. № 5. С. 43-47.

27. Гуща О.И. Анализ неоднородных полей остаточных напряжений в сварных соединениях // Автоматическая сварка. 1994. № 7-8. С. 3-5.

28. Смирнов А.Н., Васильев А.Г., Шевелев Е.В. Оценка степени поврежденности длительно работающего металла энергооборудования акустическим методом // Вестник КузГТУ. 2000. № 5(18). С. 46-50.

29. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. 240 с.

30. Пермикин B.C., Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Акустические шумы в стали 12Х1МФ, содержащей микропоры // Дефектоскопия. 2004. № 2. С. 14-29.

31. Родюшкин В.М. Об ультразвуковом методе выявления микротрещин // Дефектоскопия. 1999. № 8. С. 54-58.

32. Вавакин A.C., Салганик P.J1. Об эффективных характеристиках неоднородных сред с изолированными неоднородностями // Механика твердого тела. 1973. № 4. С. 65-75.

33. Демидик С.Д., Мишакин В.В. Акустический метод оценки поврежденности материалов // Дефектоскопия. 1991. № 9. С. 92-93.

34. Муравьев В.В. Погрешности измерений при ультразвуковой структуроскопии // Дефектоскопия. 1988. № 7. С. 80-82.

35. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела. М.: Мир, 1972. 308 с.

36. Palanichamy P., Josepth A., Jayakumar T. Grain size measurements in austenitic stainless steel using ultrasonics // Insight. 1994. V. 36. N 11. P. 874-881.

37. Ермолов И.Н. Наиболее интересные направления развития ультразвукового контроля металлов (по материалам 7-й Европейской конференции) // Дефектоскопия. 2003. № 2. С. 71-100.

38. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. М.: Наука, 1990. 432 с.

39. Тюлин В.Н. Введение в теорию излучения и рассеяния звука. М.: Наука, 1976. 254 с.

40. Ермолов И.Н., Заборовский О.Р. Экспериментальные методы выделения структурных шумов многократного рассеяния // Дефектоскопия. 1979. № 8. С. 63-70.

41. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984. 400 с.

42. Лифшиц И.М., Пархомовский Г. Д. К теории распространения ультразвуковых волн в поликристаллах // ЖЭТФ. 1950. Т. 20. Вып. 2. С. 175182.

43. Меркулов Л.Г. Исследования рассеяния ультразвука в металлах // ЖТФ. 1956. Т. XXVI. Вып. 1. С. 64-76.

44. Yang L., Turner A. Scattering of elastic waves in damaged media // Journal of the Acoustical Society of America. 2003. V. 113. N. 6. P. 2992-3011.47. 15-я Международная конференция по неразрушающему контролю // Дефектоскопия. 2001. № 5. С. 77-88.

45. Lock M.W., Mohamed А.А. Low-alloy steel weldment creep life prediction using neural analysis of ultrasonic backscattering // Insight. 2000. V. 42. N 4. P. 251257.

46. Whittle A.C. Phased arrays panacea or gimmick? // Insight. 2004. V. 46. N 11. P. 674-676.

47. Как A.C., Slaney M. Principles of computerized tomographic imaging. IEEE Press, 1988. P. 275-297.

48. Ермолов И.Н., Вопилкин A.X. Бадалян В.Г. Эволюция средств и методов определения формы и размеров дефектов при ультразвуковом контроле // Контроль. Диагностика. 2003. № 2. С. 6-27.

49. Scruby С.В., Drain L.E. Laser Ultrasonics Techniques and Applications. Adam Hilger, Bristol, 1990.

50. Владимиров А.П. Динамическая спекл-интерферометрия деформируемых тел. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 242 с.

51. Ермолов И.Н. Достижения в теоретических вопросах ультразвуковой дефектоскопии, задачи и перспективы // Дефектоскопия. 2004. № 10. С. 13-48.

52. Albrecht Н.Е. Laser Doppler and phase Doppler measurement techniques / H.E. Albrecht et al. Springer Verlag: New York, 2003.

53. Неразрушающий контроль. Справочник: В 7 т. / под общ. ред. В.В. Клюева. Т.З. Ультразвуковой контроль / Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. М.: Машиностроение, 2004. 864 с.

54. Маев Р.Г. Акустическая микроскопия. Состояние и перспективы // Вестник Академии наук СССР. 1988. № 2. С. 74-84.

55. Соколов С.Я. Ультраакустический микроскоп // ЖТФ. 1949. Т. XIX. Вып. 2. С. 271-273.

56. Bommel Н.Е., Dransfeld К. Excitation and Attenuation of Hypersonic Waves in Quartz // Phys. Rev. 1960, V. 117. P. 1245-1252.

57. Филинов B.B. Методические основы контроля напряженного состояния металлоизделий на основе использования магнитных и магнитоакустических шумов перемагничивания // Контроль. Диагностика. 2000. № 11. С. 16-19.

58. Костин В.Н., Клостер A.A., Герасимов Е.Г. Магнитные и магнитоакустические свойства сплавов на основе железа, никеля и кобальта с различными значениями магнитострикции // ФММ. 2000. Т. 90. № 3. С. 51-57.

59. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.

60. Боровиков A.C., Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В. Физические основы и средства каппилярной дефектоскопии. Минск: Наука и техника, 1983. 255 с.

61. Грешников В.А., Дробот Ю.В. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и зделий. М.: Изд-во стандартов, 1976. 272 с.

62. Ляшков А.И., Инжеваткин И.Е., Савельев В.Н. Изучение зарождения микротрещин в металлах методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1980. №6. С. 98-101.

63. Нефедьев Е.Ю. Связь размеров микротрещин с параметрами акустической эмиссии / Е.Ю. Нефедьев и др. // Дефектоскопия. 1986. № 3. С. 41-44.

64. Абрамов О.В., Градов О.М. Излучение нелинейных акустических сигналов областью скопления микротрещин, образующих пластинчатую дефектную структуру // Материаловедение. 2004. № 4. С. 2-6.

65. Румянцев С.В., Штань A.C., Гольцев В.А. Справочник по радиографическим методам неразрушающего контроля / под ред. С.В. Румянцева. М.: Энергоатомиздат, 1982. 240 с.

66. BS EN 1330-4: 2000. Non-destructive testing. Terminology. Part 4: Terms used in ultrasonic testing. В SI, 2000. P. 1-94.

67. Algernon D. Imaging of the elastic wave propagation in concrete using scanning techniques: application for impact-echo and ultrasonic echo methods / D. Algernon et al. // Journ. Nondestruct. Eval. 2008. V. 27. P. 83-97.

68. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Анализ пространственно-временной динамики акустических полей на поверхности твердого тела // Акустический журнал. 2008. Т. 54. № 1. С. 110-117.

69. Sontag H., Tam А.С. Optical detection of nanosecond acoustic pulses // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 1986. V. UFFC-33. N. 5. P. 500-506.

70. Филинов M.B., Фурсов А.С. Методы цифровой обработки изображений в оптической микроскопии // Контроль. Диагностика. 2004. № 6. С. 6-22.

71. Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Применение вейвлетов для анализа ультразвуковых полей, детектированных лазерным интерферометром. Основные принципы вейвлетного анализа // Дефектоскопия. 2001. № 12. С. 5566.

72. Abbate A. Signal detection and noise suppression using a wavelet transform signal processor: application to ultrasonic flaw detection / A. Abbate et al. // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Contr. 1997. V. 44. N. 1. P. 14-25.

73. Астафьева H.M. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физ. наук. 1996. Т. 166. № 11. С. 1145-1170.

74. Переберин А.В. О систематизации вейвлет-преобразований // Вычислительные методы и программирование. 2001. Т. 2. С. 15-40.

75. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2001. 464 с.

76. Дремин И.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлеты и их использование // Успехи физических наук. 2001. Т. 171. № 5. С. 465-501.

77. Перов Д.В. Применение вейвлетов для анализа ультразвуковых полей, детектированных лазерным интерферометром. Обнаружение и локализация дефекта в монокристалле алюминия / Д.В. Перов и др. // Дефектоскопия. 2001. № 12. С. 67-79.

78. Перов Д.В., Ринкевич А.Б., Смородинский Я.Г. Вейвлетная фильтрация сигналов ультразвукового дефектоскопа // Дефектоскопия. 2002. № 12. С. 3-20.

79. Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Анализ и фильтрация сигналов ультразвукового лазерного интерферометра с использованием вейвлетного преобразования // Акустический журнал. 2004. Т. 50. №1. С. 100-105.

80. Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Фильтрация ультразвуковых сигналов лазерного интерферометра с использованием диадного вейвлет-преобразования // Дефектоскопия. 2002. № 4. С. 78-98.

81. Zhitluhina J.V. (Korkh Y.V.), Perov D.V., Rinkevich A.B., Smorodinsky Y.G., Kroning M., Permikin V.S. Characterisation of steels with microdefects using a laser interferometry technique // Insight. 2007. V. 49. № 5. P. 267-271.

82. Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Вейвлетный анализ акустических полей и сигналов в ультразвуковой дефектоскопии // Дефектоскопия. 2005. № 2. С. 4354.

83. Iannou D., Huda W., Lane A.F. Circle recognition through a 2D Hough Transform and radius histogramming // Image and Vision Computing. 1999. V. 17. P. 15-16.

84. Kierkegaard P. A method for detection of circular arcs based on the Hough Transform // Machine Vision and Applications. 1992. V. 5. P. 249-263.

85. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б., Пермикин B.C. Обнаружение микродефектов в металлах на основе изучения акустических полей // Дефектоскопия. 2007. № 10. С. 26-40.

86. Ринкевич А.Б., Смородинский Я.Г., Перов Д.В., Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.). Исследование микроповрежденности жаропрочной стали методом ультразвуковой лазерной интерферометрии // В мире неразрушающего контроля. 2008. № 1. С. 38-42.

87. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Особенности лазерного детектирования упругих волн, содержащих вогнутые участки волновых фронтов // Сб. тр. XX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2008. Т. 2. С. 97-100.

88. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В. Возможность использования поперечных ультразвуковых волн для получения информации о микродефектах в стали // Дефектоскопия. 2008. №6. С. 62-75.

89. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.) Чувствительность метода выявления микродефектов в металле с использованием поперечных волн // Дефектоскопия. 2008. № 8. С. 15-20.

90. Кеннеди А.Д. Ползучесть и усталость в металлах. М.: Металлургия, 1965. 312 с.

91. Новиков В.Ф., Важенин Ю.И., Бахарев М.С. и др.. Диагностика мест повышенной разрушаемости трубопроводов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. 200 с.

92. Смирнов C.B. Совместное влияние структурного и напряженного состояний на пластичность сталей // V Всероссийская конференция «Механика микронеоднородных материалов и разрушение»: тезисы / Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2008. С. 222.

93. Kino G.S. Acoustic waves: devices, imaging, and analog signal processing. Prentice-Hall, Inc., 1987. P. 553.

94. Викторов H.A. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966. 166 с.

95. Данилов В.И. К расчету электроакустического тракта прямого преобразователя дефектоскопа в режиме излучения // Дефектоскопия. 1996. № 1.С. 17-26.

96. Данилов В.И., Ермолов H.H. К вопросу о распределении напряжений и смещений на поверхности пьезопластины // Дефектоскопия. 1999. № 9. С. 3237.

97. Буденков Г.А. Недзвецкая О.В. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. М.: Изд-во ф.-м. литературы, 2004. 136 с.

98. Шевалдыкин В.Г. Безэталонная толщинометрия на основе объемных акустических волн // Дефектоскопия. 1985. № 9. С. 19-26.

99. Устройство регистрации пульсовой волны / Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Буденков Г.А., Злобин Д.В., Коробейникова О.В., Кузнецов Е.П.: пат.75829 Рос. Федерация. №2008111726/22; заявл. 27.03.2008; опубл. 27.08.2008, Бюл. № 24.

100. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Буденков Г.А., Недзвецкая О.В., Злобин Д.В. Разработка акустического устройства и методики исследования параметров пульсовой волны // Сб. тр. XIX Сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2007. Т. 3. С. 148-151.

101. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Пространственно-временная картина акустического поля дифракции упругих волн на ребре трещины // Дефектоскопия. 2008. № 10. С. 71-79.

102. Zhitlukhina Y. (Korkh Y.), Perov D., Rinkevich A. The analysis of diffraction effects of acoustic waves on the crack's top // Journal of the Acoustical Society of America. 2008. V. 123. N. 5. P. 3698.

103. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Анализ распространения акустических волн в упругих средах, содержащих микродефекты различного типа // Сб. тр. XIX сессии Российского акустического общества. М.: ГЕОС, 2007. Т. 1. С. 16-19.

104. Житлухина Ю.В. (Корх Ю.В.), Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Структура акустического поля в металле вблизи трещины // V Всероссийская конференция «Механика микронеоднородных материалов и разрушение»: тезисы / Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2008. С. 210.

105. Zhitlukhina Y. (Korkh Y.), Perov D., Rinkevich A. The analysis of diffraction effects of acoustic waves on the crack's top // Acoustics'08 Paris Conference: proceedings / Paris: SFA, 2008. P. 4645-4649.

106. BS 7706: 1993. Guide to calibration and setting-up of ultrasonic time of flight diffraction (TOFD) technique for the detection, location and sizing of flows. BSI, 1993. P. 1-40.

107. Ермолов И.Н. Комментарии к британскому стандарту по дифракционно-временному методу контроля // Дефектоскопия. 2001. № 6. С. 3-28.

108. Baby S. Time-of-flight diffraction (TOFD) technique for accurate sizing of surface-breaking cracks / S. Baby et al. // Insight. 2003. V. 45. N. 6. P. 426-430.

109. Ермолов И.Н., Вопилкин A.X. Расчет эквивалентных размеров для некоторых имитированных дефектов // Дефектоскопия. 1998. № 4. С. 3-10.

110. Golan S. Ultrasonic diffraction technique for characterization of fatigue cracks / S. Golan et al. // Journ. Nondestruct. Eval. 1980. V. 1. N. 1. P. 11-19.

111. Maue A.W. The diffraction of elastic waves by a half-plane // J. Appl. Phys. 1957. V. 28. P. 426.

112. Keller I. Geometrical theory of diffraction // J. Opt. Soc. Amer. 1962. V. 52. N. 2. P. 116-130.

113. Хенл X., Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции. М.: Мир, 1964. 428 с.

114. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 720 с.

115. Li К.М., Wong H.Y. A review of commonly used analytical and empirical formulae for predicting sound diffracted by a thin screen // Appl. Acoust. 2005. V. 66. N. l.P. 45-76.

116. Глушков E.B., Глушкова H.B., Ехлаков A.B. Математическая модель ультразвуковой дефектоскопии пространственных трещин // Прикладная математика и механика. 2002. Т. 66. Вып. 1. С. 147-156.

117. Hall K.G. Visualization techniques for the study of ultrasonic wave propagation in the railway industry // Materials Evaluation. 1984. V. 42. N. 7. P. 922-933.

118. Castellini P., Revel G.M. Damage Detection by Laser Vibration Measurement //15th World Conference on Non-Destructive Testing, Rome (Italy): сайт. [2000]. URL: http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn709/idn709.htm (дата обращения 20.09.2009).156

119. Ogilvy J.A., Temple J.A.G. Diffraction of elastic wave by crack, application to Time of flight technique // Ultrasonics. 1983. V. 21. P. 259-269.

120. Лохов В.П. Исследование дифракции волны Рэлея на ребре трещины // Дефектоскопия. 1989. № 3. С. 39-47.

121. Разыграев Н.П. Ультразвуковая дефектоскопия головными волнами -физические предпосылки и практическое применение // Дефектоскопия. 2004. № 9. С. 27-37.

122. Вайнштейн Л.А. Теория дифракции и метод факторизации. М.: Сов. радио, 1966. С. 37-38.

123. Справочник по специальным функциям / под ред. М. Абрамовича, И. Стиган. М.: Наука, 1979. С. 123-125.

124. Zhitlukhina Y. (Korkh Y.), Perov D., Rinkevich A. The analysis of diffraction effects of acoustic waves on the crack's top // Acta Acustica united with Acustica. 2008. V. 94. Suppl. l.P. S730.

125. Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Применение дискретного вейвлетного преобразования для выделения сигналов из шумов различного спектрального состава // Акустический журнал. 2005. Т. 51. № 4. С. 520-526.1. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ19)ни11)13)и151. МПК

126. А61В 5/02 (2006.01) А61В 5/022 (2006.01)