автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Акустический метод неразрушающего контроля с радиационным возбуждением упругих колебаний и электромагнитным формированием информативного сигнала

Для служебного пользования Экз. N

На правах рукописи

БОГДАНОВ ВАЛЕРИЯ ВАСИЛЬЕВИЧ

АКУСТИЧЕСКИЙ (.ЕТОД НЕРАЗРУШАЩЕГО КОНТРОЛЯ С РАДШЩШШЬМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ <ЮН.(ИРОВАНИЕМ ИНФОРМАТИВНОГО СИГНАЛА.

Специальность 05.11.13 - Приборы к методы контроля

природной среды, вецестз, материалов и изделий.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТОМСК - 1995

/

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском институте технологии машиностроения

Научный руководитель: академик АИН РФ, доктор технических

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - Сибирская Азрокосмическая Академия (г.Красноярск)

Защита состоится ?Л июня 1S35 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.80.05 в Томском политехническом университете по адресу: 634023, г.Томск, пер.Савиных,3.

С диссертацией можно, ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета, ул.Белинского, 53.

Автореферат разослан "-----"-------------1995г.

Ученый секретарь

наук, профессор ЖУКОВ В.К.

ГОРБУНОВ В.И. (г.Томск)

кандидат технических наук, доцент ЦЕХАНОВСКИЙ С.А. (г.Томск)

диссертационного совета Д 063.80.05 к. т.н.,доцент

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЙБ01 'I

1.1 Актуальность теаи. Обзспечение Е'лсокого и стабильного качества изделий специального маииностроенкя, в т.ч. аэрокосническоЛ техники, является в настоящее вреня труднорпсаеной технологической проблемой.

Одной из главных причин, влияющих «а качоство изделий являются дефекты внутреннего строения, образующиеся в„яроцессе их изготовления. Еолызая часть возникающих отказов при испытаниях и зхсплдата-ции изделий связана именно с проявлением ранее не обнаруженных дефектов изготовления. В этой связи неразруваюдий контроль игрант зазнаю роль как в процесса производства, так и в процессе технологической отработки изделий перед их постановкой на производство. Ни одна из авангардных технологий, в частности электронно-лучевая, не мозет быть пркиенена-в серийном производстве без органического сочетания с соответствуЕциии методами КК. Гакии образом роль новых и прогрессивных методов НК в обеспечении качества и надёжности изделий специгльно-

у

го и аэрокосмического назначения приобретает реиавхее значение.

* Тонкостенность конструкций. наличие большого числа недоступных и труднодоступных мест для традиционных средств 1!И, при требовании максимальной чувствительности и высокой разрешающей способности, а так хе особые условия производства - все это предъявляет кесткие требования к используемым методан и средствам НК. В связи с этим крайне актуальна задача по разработке и созданкч принципиально новых методов и средств НК, адекватно отражающих достигнутый технологический уровень изготовления изделий.

Внрокое использование в мавиностроении получил контроль изделий с помпцьп акустических волн. Однако необходимость.создания акустического контакта в подавлявшем :.большинстве-.3.3. приборов делает практически невозможным проведение НК в условиях вакудна или контролируемой среды, а такхепри.значитель.шзг уровнях радиации и высоких тем-

пературах, что характерно, в первую очередь, для пучковых технологи

Все это обасловило и стимулировало интенсивное развитие исслед ваний. направленных на разработка и создание новых бесконтактн способов акустического контроля. •

1.2 Цель работы. Разработка метода бесконтактного акустическс контроля изделий из токопроводящих немагнитных материалов и среде его технической реализации, основанных на возбуждении упругих од баний импульсными пучками электронов и на электромагнитном форми[ вании полезного электрического сигнала.

1.3 Основными задачами, решаемыми в соответствии с поставлен! целью, является:

1. Разработка теоретической модели процесса генерации акустич! ких колебаний импульсными пучками заряженных частиц.

2. Экспериментальное исследование механизма регистрации ульт звуковых колебаний, генерируемых пучками электронов с помоиьв Э преобразователей.

3. Разработка конструкции ЗКА-преобразователей в наибольвей с пени соответствующих совокупности требова"ий при радиационном в буждении упругих колебаний.

4. Разработка методики и средств бесконтактного ультразвуков контроля изделий из токопроводящих немагнитных материалов на ось радиационной генерации акустических колебаний и их ЗНА-регистраци»

1.4 Научная новизна и основные положения, выносимые иа защиту,

1. Теоретическая модель механизма возбухдения 9.3. колебам

материалах импульсными пучками заряженных частиц, содержащая мак тические выражения, описывающие процесс возбухдения упругих кол( ний, анализ которых позволяет сделать следувщие заключения:* - особенности радиационной генерации акустического излучени; твёрдотельных объектах приводят к формированию различных типов а1 тичвеких волн;

- пространственно-временные и амплитудно-частотные характеристики акустического излучения, генерируемого радиационным способен в твёрдотельных объектах, однозначно определявтея параметрами икпульса зг-ряяенккх частиц и термоупругими характеристиками материала изделия.

2. Результаты зкепзрииектальнвх исследований механизма регистрации акустических колебания генерируегах радиационном способом, посредство:! ЭйР.-детектированиз показиваюипз, что:

- ЗИй-детекторы являются наиболее эффективным и технологичным средством бесконтактной регистрации УЗ колебаний, из всех известии бесконтактных акустически;, детекторов;

- только ЭИА-греобразователи, работавшие на продольных и сдвиговых волнах позволяет с максимально эффектов использовать такуя особенность радиационно-акустического возбугдения, как одневреыеннув гене-рацио различных" типов акустических волн;

- ЗНД-преобразователи, работавшие только в режиме детектирования, позволяет значительно повысить коэффициент обратного преобразования, а так яе увеличить чувствительность и соотношение сигнал/иуи, за счет дифференциального включения регистрирулщих обмоток и искличения резонансных иумов в магнитной системе и шумов связанных с работой генератора возбуядащих импульсов.

3. Конструкция универсальных малогабаритных ЗМй-преобразовате-лей работавших в условиях вакуума, повнтенной температура и радиации.

4. Способ и устройства бесконтактного 33 контроля изделий из алюминиевых сплавов, основаннне на радиационно-акустическои эффекте и ЗМЙ-формировании информативного сигнала.

1.5 Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Исследованы технические аспекты согласования радиационного способа генерации 33 колебаний с ЗМЙ-приЭном этих колебаний.

2. Разработаны

оригинальные ЭМЙ-преобразователи обеспечивавшие как одновременная, так и раздельную регистрацию продольных и сдвиго-

вых акустических волн.

3. Разработана методика радиационно-акустического контроля.

4. Дани конкретные рекомендации по разработке аппаратуры д.1 бесконтактного акустического контроля изделий из немагнитных токопр( водяеих материалов.

1.6 Реализация результатов работы.

Осуществлена практическая реализация устройства радиационно-аку| тического контроля с ЗМй-регистрацией информативного сигнала. котор| внедрено на предприятии "Спецтехномаа" (г.Красноярск).

• На ГП "Красноярский мазиностроительный завод" применена разраб! тайная аппаратура для контроля комплектующих деталей и сборочных ед1 ниц.

Там ге, при изготовлении изделий специального маииностроения, автоматизированной системе управления технологическим процессом 3. использовано контрольное устройство с ЭМА-регистрацией информативно; сигнала.

1.7 Апробация работа.' Основные положения диссертационной рабо докладывались и обсуждались на XII Всесоюзной научно-технической ко: ференции "Неразрушавцие физические методы контроля", г. Свердлове 1990 г., на семинаре "Акустико-змиссионные методы контроля и диа ностики" в ОНЙЛ при ИПНав при fiH НССР. г. Днепропетровск, 1989 г на научно-технических семинарах Сибирского НИИ технологии каиин строения, НИИ интроскопии, Сибирской аэрокосмической академии и научно-техническом совете ГП "Красноярский машиностроительный завод

1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликова 21 работа, в том числе 2 авторских свидетельства и 1 положительн реиение на заявку.

1.9 Структура и объВм диссертации. Диссертационная работа сост ит из введения, четырёх глав основного текста и заключения. Её соде какие изложено на 161 странице основного малинописного текста и и

клрирована 33 рисунками и фотографиями, 2 таблицами; перечень иг>

льзуеыой литература из 93 наименований, приложения на 2 листах.

Во введении обоснована актуальность темы, сформированы цели и |Дачн работа.

Б первой главе на основе всестороннего анализа конструкгорско-те.ч-(логических требований, предъявляемых к методам и средствам НК изде-1й специальной техники в процессе их производства, очерчивается круг 1дач, репение которых представляет несомненный научно-практический )терес.

Во второй главе рассматривается теоретические вопроси возбуждения токопроводяцих немагнитных материалах продольных и сдвиговых акус-<ческих волн иипульснши лучками зарязенних частиц. Б рамках реаений зехнернцх неоднородных волновнх уравнений показано, что характерис-Ш! генерируемых акустических импульсов имеют однозначную зависи-зсть от параметров пучка частиц, терноуггругих сзойств материала и раничних условий, реализуемых на поверхности звода пучка зарятших астиц в иивенъ. Приведены результат:; Егаперииентальннх исследований, ореллиругдаеся со сделанными теоретическими выводами.

В третьей главе рассмотрен« вопроси бесконтактной регистрации 93 олебаний, генерируемых гглульснии пучком заряяенних частиц в токо-роводяцих немагнитных материалах. Приведены результаты разработки ниворсальних малогабаритных ЗИЙ-детекторов продольных и сдвиговых кустичесинх волн, позволявших реализовать бесконтактякй акустический пособ контроля.

В четвертой главе рассмотрены вопросы применения бесконтактного кустического контроля в процессе производства изделий специального :аииностроения. Приведена результаты разработки конкретных устройств адиациснно-акустического контроля и их применения для контроля ка-12ства изделий. Показана пути дальнейиего совершенствования этой ап-¡аратуры с цельв вклотения акустического контроля, основанного на

радиационном возбуждении УЗ колебаний и их ЭЙА-регистрации. в непрерывная технологический процесс изготовления изделий. : , В заклгчении сформулированы основные выводы диссертационной рабо-^ты, результаты проведённых теоретических и экспериментальных исследований, результаты реализации разработок.

В прилонении приведены документы, относящиеся к практическому использовании метода НК, разработанного на базе радиационной генерации ИЗ колебаний в токопроводяцих немагнитных материалах и ЭМЛ-форми-ровании полезного сигнала.

2. СОЛЕРНйНИЕ РАБОТЫ.: Во введении обоснована актуальность разработки бесконтактного 33 контроля изделий специального ыапиностроения, проанализированы имеющиеся результаты в области исследования способа генерации акустических колебаний в материалах импульсными пучками заряженных частиц, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, изложены основные положения, представляемые к защите.

Б первой главе рассмотрены конструкторско-технологические особенности изготовления изделий специального машиностроения из токопрово-дящих немагнитных материалов. Изложены основные требования, предъявляемые к ыетсдан и средствам НК, предназначенным для контроля этих, изделий и их комплектующих. Проведён анализ прогрессивных методов НК, разрабатываемых на основе опто-акустической и радиационно-акустичес- ' кой генерации 33 колебаний в материалах. Сделаны выводы о том, что в настоящее время отсутствует средства НК полностью отвечающие конст-. ' рукторско-технологическим требованиям, предъявляемым к аппаратуре НК, используемой для контроля специальной маииностроительной продукции; наиболее перспективным с точки зрения создания средств НК специальной 'машиностроительной продукции. является бесконтактный 93 способ контроля, основанный на генерации акустических колебаний в материалах им-

- 9 -

пульсными пучками электронов и ЭМЙ-формировании полезного сигнала.

Во второй главе проводится теоретический анализ закономерностей формирования импульсными пучками заряженных частиц различных типов акустических волн в твердых, телах. Дается математическая постансг ;а трехмерной задачи генерации продольных и сдвиговых УЗ колебаний. Ис-следувтся параметры возбуждаемых акустических сигналов и анализируются условия преимущественного формирования того или иного типа акустических волн.

Основную роль в формировании акустического излучения в конденсированных средах при умеренных плотностях тока заряженных частиц играет термоупругий эффект. Поэтому источником некогерентного акустического излучения является область тепловых источников, обусловленная ионизационными потерями энергии частицами пучка в результате взаимодействия с твердотельн:«й мииеньв, которая описывается макроскопической функцией

Ъ{г, {) , являющейся плотностью распределения погла-щенной энергии.

Теоретическое 'рассмотрение процесса генерации 33 колебаний в твердом теле удобно проводить в терминах механических смещений частиц среды в акустической волне. В общем случае вектор смещения частиц конденсированной среды ложно представить в виде:

(¡¡'..¿■г-'ЩП'^гЛ^ <<>

где: [¡е - вектор смещения частиц среды в продольной акустической волне: ' 7

- вектор снещения частиц среды в поперечной акустической .волне. - - .

Уравнения, описывавщне процесс гераоупругой генерации акустических волн в твердом теле можно представить в следующем виде:

- 10 -

Л1е =-с1К/$ л Г;

С 2 )

( 3 )

( 4 )

где: О/.О,- скорости распространения продольных и поперечных акуст ческих воля в материале, соответственно; ~ распределение температурного поля в материале, везннка щего в следствии поглощения пучка заряженных частиц; сЦ К, £ - объемный коэффициент температурного расширения, коэффии ент всестороннего сжатия, плотность, теплоемкость, темп ратуропроводность иатериала, соответственно.

Определенную слогность представляет нахоядение температурного г

ля T(z,^¿) в облачаемой мивени. На практике иовно пренебречь дифд

зией тепла из зоны взаимодействия в необлучаемуо область. Это возм<

но в тон случае, когда длительность импульса облучения, равная

г?

тельности импульса тока ускорителя зарягенных частиц ¿0. иного нею характерных "тепловых вреыен", определяемых следуюцим образом:

с-о!^, (5)

где: £ъ - максимальная глубина проникновения частиц пучка в мате ал мивени: '

й - характерный радиус пучка заряяенных частиц.

Г* Г* ^ л» С)

В случае, когда и >> Ст г Ст , эффективность возбуядения ак тических колебаний резко падает и рассиатриваекый процесс сводите

- 11 - е

¡нчнону тепловому расиирешш твердого тела. Ячет условия Г« <<ГГ_ Ст, » . 1

гзволяет записать систему уравнений ( ?,3.4 ) в следувщей виде:

дЖ . с' '/7 '.-£.'

г

- а ие - V с 6 )

^ 77 п ; ' '

— Ь^ л с 7 )

1е

Т~ О/ а и* ¿1 6

: Г - постоянная Грвнйазена, представляющая собой безразмерную величину, равнуи <1 ^у ? и значения которой для широкого класса твердых тел близко к единице. ■ — —

Проведя необходимые преобразования с учётон того, что реальные ~ }чки заряненннх частиц обладавт аксиальной.симметрией, что такие фаведливо и для функции2)векторный потенциал которой инеет Кпько одну отличнуп от нуля компоненту - 2, получки основные выраге-1я описываицие характеристики гвнерируеного акустического излучения.

Для случая^, у^ « / :

Й Т и

-

—'2 е е х ■ х % (о) ¿л-

( 8 )

ТКЫ^&ЧМ,- <4

Уг

- 15-0

У

Для случая ^ »./ :

; 13 Э

г

41 V

С 17 )

Ц-У ). ( 18 >

. / ¥ о- $сп 6 . Я , -л ' ~1\

~ производные по времени скалярного н векторного потенциа-ов . соответственно: - число заряженных частиц, перено-

имых за импульс; к - расстояние до точки наблюдения; и? - частота; 9 - угол мевду осьи пучка Ш и направлением на точку набл1дения;

ЩЩ-

коэффициент отражения продольной и поперечной волн, при идении на границу твёрдого тела;£(#)- диаграмма направленности.

Анализируя р^равения ( 8 т 18 ) можно сделать вывод о том, что тространственно-временная структура возбуждаемых продольных и сдвиго-зых акустических волн определяется параметрами импульсного пучка за-зякенных частиц и териоупругиии характеристиками облучаемого матеоиа-па. Однако, независимо от параметров исходного воздействия и геометрии зоны возбуждения, парвичной является продольная волна, а сдвиговая есть результат еБ трансформации при падении на поверхность ввода энергии.

Пространственное распределение продольных УЗ волн, генерируемых радиационно-акустическим источником зависит от с^отновения между радиусом пучка заряженных частиц и глубиной проникновения этих частиц в материал мишени.

Эффективность возбукдения продольных акустических волн в материалах зависит от длительности импульса тока заряженных частиц и имеет резко выраженный максимум, величина и положение которого определяется

углом наблюдения. При достаточно больших длительностях импульса тока эффективность генерации продольных акустических волн резко падает. Эта закономерность, полученная для реальной трехмерной модели радиа-ционно-акустического излучателя, 'является принципиальной и не могет бить получена из анализа одномерной задачи генерации акустических волн импульсными пучками пучками заряяенных частиц.

В третьей главе рассмотрении особенности формирования полезного' сигнала посредством ЗНА-регистрации акустических импульсов, генерируемых наносекундныни пучками электронов.'Приведены результаты экспериментальных исследований и разработки ЗйО-детекторов, предназначенных для эффективной регистрации различных типов акустических волн в токопроводящих немагнитных материалах.

Характерной особенностьв работы импульсных ускорителей электронов является значительный уровень сопутствующих- электромагнитных полей приводящих к возникновении электрических сигналов помехи в регистра-ционно-изиерительном тракте контрольной аппаратуры. Проведенный анализ условий формирования помех позволил выделить две основные причины:

- помехи, возникающие при работе источников питания ускорителей и при работе управляющих электрических и электронных устройств (коммутационные помехи);

- помехи, обусловленные воздействие« электромагнитных полей, инициируемых собственно пучком электронов.

Применительно к ЭМА-регистриррщик системам, источники помех первого типа новно рассматривать как традиционные, методы и средства эффективного подавления которых достаточно полно разработанны и описаны в специальной литературе.

Второй тип помех является специфичным для радиационной генерации УЗ колебаний в токопроводящих немагнитных материалах. Принципиальным условием бесконтактной регистрации акустических сигналов с помощью ЭМЙ-детектора, является необходимость размещение последнего в зоне

действия моягных импульсных электромагнитных полей, обусловленных как транспортировкой пучка, так и его взаимодействием с материалом мишени. Так как конструктивно ЭНЙ-детектор представляет собой открытии высокочастотную катушку, установленную на постоянном магните и при этом полная его экранировка невозмокна, следовательно в витках катушки ге-' нерируется ЭДС помехи, связанная с'импульсным конвективным током пучка электронов. Величина импульсной индуктивной помехи для плоской катушки ЗМй-преобразователя определяется, в основном, радиальной компонентой тока пучка электронов и зависит от числа витков электрической катупки Достаточно простым и эффективным способом защиты электронных блоков регистрации и обработки информации от импульсной электрической помехи могет бить использование диодных ограничителей н усилителей - ограничителей. .

С целью максимальной реализации преимуществ радиационно-акустичес-кого метода была поставлена задача по разработке малогабаритных бесконтактных детекторов акустического . излучения, позволяющих осуществлять одновременную регистрацию продольных и сдвиговых УЗ волн. Проведенный анализ технических характеристик бесконтактных приемников УЗ колебаний, с точки зрения-требований, обусловленных как особенностями радиационного источника акустического излучения, так и характером поставленной задачи показал, что наиболее оптимальным типом бесконтактных 93 детекторов являются ЭНй-преобраэователи.

При разработке простых и надежных средств бесконтактной регистрации акустических сигналов, были проведены экспериментальные исследования по оптимизации конструкции ЭИА-детекторов, работающих на продольных и сдвиговых акустических волнах, а такяе позволяющие регистрировать оба типа волн. Магнитные системы ЗМй-детекторов всех типов выполнялись из редкоземельных мелаллсв, на основе интерметаллических соединений кобальта, обладающих высокой коэрциативной силой и магнитной энергией, что позволило осуществить предельную миниатюризацию пре-

образезателеЯ. Интерметалхические соединения редкоземельных 'металл входят в группа закритичных магнитных материалов, таким образом о: обладают независимостью магнитного момента от формы магнита и спосо ность полностью восстанавливать магнитный поток в процессе магнитно возврата даже в том случае, когда напряженность стороннего размагни ваюцего поля соизмерима/либо превышает коэрциативную силу. Последи свойство особенно важно при работе ЗМА-преобразователей в условиях мощных электромагнитных полей, источником которых являются импульсн ускорители электронов. Кроме того, магниты из РЗМ отличаются высок термостабильностьв.

Разработанные ЭМА-преобразователи на основе РЗ магнитов отлича надежность и простота конструкции. Они состоят из корпуса, магнитн системы и плоской катупки индуктивности. Проведенные эксперименты оптимизации конструкции магнитной системы ЭНА-преобразователей пок зали, что для приема сдвиговых колебаний наиболее эффективной являе ся конструкция, которая состоит из двух призматических магнитов, у таиовленных разноименными полюсами на ферромагнитной пластин Наиболее эффективная регистрация продольных УЗ колебаний осущест ляется ЗМА-преобразователями. магнитная система которых состоит одного призматического магнита, при этом катушка индуктивности расп лагается под полисом магнита симметрично его оси.

Для определения оптимальности конструкции магнитной системы ЭН детекторов предложен критерий ее оценки:

Л/: К/\Х/ С 19 :

где: К - коэффициент обратного ЗКЙ-преобразования: - W - магнитная энергия системы;

При сравнении магнитных систем одинаковой энерго5мкости с учет того, что параметры излучателя ИЗ колебаний, объекта контроля и при

й высокочастотной катанки остаются неизменными, выражение (19) придает следующий вид:

У'/ГД' ( 20 )

1е: Е - ЗДС, наводимая в высокочастотной катцвке преобразователя;

V - объем постоянных магнитов ЭМй-детектора. Для продольных акустических колебаний величина коэффициента ЗМА-)еобразователя с магнитной системой из одного магнита в 2 раза предает величину этого коэффициента у преобразователей с магнитной «гтемой из двух магнитов. Оптимизация конструкции магнитной системы э предлояенному критерию позволяет добиться высокого коэффициента Зратного преобразования при максимальной ниниатпризации преобразова-эля. '.' ■ - ■

На рис.1 представлена конструкция универсального малогабаритного ИА-преобразовагеля, позволяющего осуществлять одновременную регист-ацию продольных и сдвиговых акустических колебаний, а такге управ-ять диаграммой направленности преобразователя.

Для повынения помехоустойчивости ЗНЙ-прео'бразователя путёи компен-ации импульса помехи, инддцируеиого в катупке преобразователя пучком лектронов предложена конструкция Зйй-детектора, состоящая из двух деинтичннх плоских катуаек индуктивности, разменянных последователь-ю вдоль линии стыковки магнитов, укреплВнных на ферромагнитной плас-ине. Катуики включены встречно, что обеспечивает компенсацию ЗДС по-1ехи, вызванной влиянием импульсного пучка электронов. Кроме того, такое включение катуаек позволяет, достичь максимальной чувствитель-гости, поскольку наличие дефекта в зоне расположения кагд&ек приводит {возникновении на выходе преобразователя отличной от нуля ЗДС. Зифференциальное включение индукторов. ЗМй-преобразователя позволяет змеяьиить влияние нестабильности числа электронов в импульсе и стаби-

лизировать коэффициент преобразования независимо от изменения термофизических свойств материала контролируемого изделия.

Для реализации процесса контроля в условиях одностороннего доступа к изделии разработаны ЗНА-детеКторы, являющиеся составной частью цилиндрического коллиматора пучка электронов. При этом ЭМА-преобразо-ватель выполнен в виде кольца, охватывавшего коллиматор.

На практике основное значение при определении границ чувствительности ЭНЙ-преобразователя имеет отноиение сигнал/аум л эффективность того или иного способа повыиения чувствительности детектора следует оценивать прежде всего по этому параметру. Исследования показали, что в случае радиационной генерации УЗ колебаний и их последующей регистрации с помощью ЗКА-преобразователя, отнонение гигнал/вук в период последействия электронного пучка будет значительно выше, чем при двойной ЗКй-преобразовании. Это связано е исключение помехи, обусловленной резонансными иукаыи в магните, а также помехи, возникающей при переходных процессах в генераторе возбуждающих импульсов.

Экспериментально подтверждены дефектоскопические возможности бесконтактного акустического контроля на основе радиационной генерации УЗ колебаний и ЗНА-формировании информативного сигнала. Так, например» в образцах из сплава АНг-6 надёжно выявлялись исскуственкые дефекты размерами 3 ; 5 ым*

В четвёртой главе приведены основные' требования, предъявляемы к качеству технологических узлов и их комплектующих, изготовляемых из токопроводящих немагнитных материалов, типа АМг-6. Изложены принципы построения аппаратуры бесконтактного акустического контроля с радиационным возбуждением УЗ импульсов и Эйр.-регистрацией этих импульсов. Приведены результаты разработки конкретных устройств, реализующих ра-диационно-акустический метод НК. Показаны возможные пути использования такой аппаратуры в технологическом процессе, основанном на пучковой технологии, в частности, для контроля качества электроино-луче-

вой сварки (ЗЛС).

Из из мётодов контроля, позволяьяих наиболее эффективно использовать особенности генерации акустических колебаний импульсными пучками электронов, наиболее пригодными являются теневой и зхо-иипульсный методы. На рис.2 приведена блок-схема радиационно-акустическего устройства, позволявшего реализовать эхо-метод.

Преимущества радиационного метода генерации акустических колебаний положены в основу разработанного бесконтактного ЯЗ толщиномера для контроля изделий из токопроводящих немагнитных материалов. В ка" честве генератора акустических импульсов использован малогабаритный импульсный ускоритель электронов. Длительность импульса тока электронов составляет 10 не, средняя энергия электронов в спектре - 0,2 КзВ, частота следования токовых импульсов - 10 Гц, радиус выведенного пучка электронов - 3 мм, максимальное расстояние, на котором возможна эффективная генерация УЗ - около 60 мм. Минимальная толцина контролируемых изделий из алвминиевых сплавов, зависящая от глубины проникновения электронов в материал, составляет - 0,3 мм.

Была построена и проела экспериментальное опробование в производственных условиях радиационяо-акустическая система для контроля биметаллических заготовок,и свариваемых кромок на отсутствие расслоений. Для возбуядения 33 колебаний использовался малогабаритный импульсный ускоритель электронов. В качестве бесконтактных детекторов акустического излучения использовались универсальные ЗМй-преобразователи, позволявшие осупествлять одновременнув регистрации продольных и сдвиговых 33 волн. Обработка поступающей информации осуществлялась приёмно-

регистрирующим•трактом ЭИА-дефектоскопа. В процессе контроля были вы-

з &

явлены дефекты типа расслоения, плодадьв от 4 мм до 10 мм .

Предлояен способ активного ПК качества ЭЛС непосредственно в технологическом процессе.

б

4 3 га^аа еекзззйз к 4

к 3 n

ооо ооооо ооаоо ооооо ооо 1 г 1.3 2 3

Рис.1. Конструкция универсального ЗЯА-преобразователя, 1,2,3 - катунки индуктивности; 4 - иагнитная система; 5 - дизлект рические прокладки; 6 - ферромагнитная пластина.

Рис.2. Блок-схема радиационно-акустического устройства. 1-малогабаритннй импульсный ускоритель электронов; 2-первичный из мерительный преобразователь параиетров электронного пучка; 3-бло измерения и управления ревимами работы ускорителя; 4-синхронизато 5-контролируемое изделие; 6-ЗКА-преобраэователь; ?-детекгор иониз руваего излучеиия; 8-блок обработки информации по акустическому к налу; 9-блок обработки информации по рентгеновскому каналу; 10-бл суммарной обработки информации; 11-видеоконтрольное и залисывавде устройство.

- 21 -3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

>

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следуп-

цем:

1. Разработана трёхмерная осесимаетричная теоретическая модель возбувдения акустических колебаний в конденсированных средах импульсными пучками электронов, содержащая следующие экспериментально доказанные положения:

- взаимодействие импульсных пучков заряженных частиц конечных поперечных размеров с твёрдотельными объектами приводит к одновременной генерации продольных и сдвиговых акустических волн;

- пространственно-временные и амплитудно-частотные характеристики генерируемых акустических сигналов однозначно определяются параметрами ускорителя заряженных частиц и термоупругими характеристиками материала, что позволяет осуществлять преимущественное формирование того или иного типа 93 волн.

2. Экспериментальное исследование метода генерации УЗ импульсов электронными пучками показало, что:

- метод обеспечивает более высокое, по сравнению с другими бесконтактными методами возбуждения 33 колебаний, значение коэффициента трансформации энергии исходного воздействия в акустическую:

- параметры генерируемых акустических импульсов не зависят от состояния поверхности контролируемого изделия.

3. Проведены экспериментальные исследования по ЗНА-регистрации ' акустических колебаний, генерируемых импульсным пучком электронов,

4. Разработан способ бесконтактного акустического контроля изделий из токопроводящих немагнитных материалов на основе радиационио-акустического эффекта и ЗМА-форыировании полезного сигнала.

5. Разработан комплект универсальных малогабаритных ЗИА-детекто-ров для реализации способа бесконтактного акустического контроля, осуществляющих эффективный прибм как продольных, так и поперечных 33

- 22 - - • волн, а так ее их одновременную регистрации.

6. Внедрена в практику методика и устройства бесконтактного airj тического контроля деталай и СЕ в процессе изготовления изделий сг циального кавииострсеняя.

7. Разработаны предложения по создании аппаратур» радиационк акустического контроля с ЭМй-регистрацией информативного сигнала, д активного контроля качества ЭЛС.

4. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕ1!Е ДИССЕРТАЦИИ.

1. БИРЮКОВА Н.П., В9К0В Б.К., СШНЧУК Б.И., БОГДАНОВ В.В., КАРГАПОЛЬЦЕЬ A.B. "Генерация ультразвуковых колебаний в металлах им пульсными электронными пучками нанасекундной длительности." // Технология: Надчн.-т ехн.сб./ЦНТИ "ПОИСК". 1989. Вып.7. С. 53-65.

2. ВНИОВ В.К., СИМАНЧУК В.И., БОГДАНОВ В.В.. КАРГАПОЯЬЦЕВ A.B.

" Экспериментальные исследования бесконтактной регистрации электро-иагнитно-акустическими преобразователями ультразвуковнх сигналов, генерируемых в сплаве ййг-6 икпулъсЕыаи электронными пучками."//Тех нология: Науч.-техн. сб./ЦНТЙ "ПОИСК",1989. ¿ып.7. С.67-70,

3. БОГДАНОВ В.В., КаРШШЛЬЦЕВ A.B., СИЙАНЧУК В.И. "Генерация ультразвука в твердых телах импульсными ионными пучками." // Технол гия: Науч.-техн.сб./ЦНТИ "ПОИСК".1989.Вып.7. С.70-75.

4. БОГДАНОВ В.В.. СШНЧУК В.И. "О возможности применения радиа ционно-акустического метода в неразрувавцем контроле." // Технологи Науч.-техн.сб./ ЦНТИ "ПОИСК". 1990. Вып.7. С.65-69, ДСП. .

'5. БОГДАНОВ В.В.. СИМЙНЧУК В.И. "Некоторые результаты экспериментальных исследований характеристик акустических сигналов, генери руемых импульсными пучками электронов."// Технология: Науч."-техн.сб ЦНТИ "ПОИСК". 1990. Вып.7. С.69-73, ДСП.

В. БОГДАНОВ В.В., СИМШШК В.И., БИРЮКОВА Н.П. "Принциды постро ния аппаратуры радиационно-акустического контроля изделий из токопр

дяцих немагнитных материалов." // Технология: Науч.-техн. сб./ ЦНТИ ОИСК", 19У0. Вып.7.С.73-79. ДСП.

7. БОГДАНОВ В.В.. ШОВ В.К., СИШЧНК Б.И. "Особенности бесксн-ктной регистрации ультразвуковых колебаний, генерирузних икпульсна-

пучкаыи электронов в алпниниазнх сшэвах." // Технология: Нзуч.~ хн. сб./ ЦНТИ "ПОИСК", 1990. Вып.7.С.73-D3, ДСП.

8. 89К0В В.К.. БОГДАНОВ Б.В.. СШЯ'И'К В.И., БИР11К9ВЯ И.П. ЗМЙ-преобразоЕ5тели для радиациошю-акустического контроля."// Тех-логия: Науч.-техн. сб./ ЦНТИ "ПОИСК", 1390, Bun.7. С.33-88, ДСП.

9. БИРЮКОВА И.П.. СИКЙНЧУК В.И.. С9РК0ВЙ Н.Й., БОГДАНОВ В.В. Злектроаагнитно-акдсткческкй дефектоскоп." // Текгологкя: Начч,-хн. сб./ ЦНТИ "ПОИСК", 1990. Внп.7. С.83-34, ДСП.

10. БОГДЙНОЙ Б.В., СКЙЙНЧЗК В.Й., ЧЙХЖ Б.Я. " ¿.Т-Аодмиа разра-тки средств радиационно-акустического j:o!iif!"-гтг:." // Технология: ¡уч.-те;;н. сб./ ЦНТИ "ПОИСК". 1991. Внп.4. C.S?■

П. БОГДАНОВ В.В.. Л9БНИН Н.Й.. СИИАНЧУК В.!' "Радиэцяанно-акусти-¡CKi'ft контроль легкосплавных неиогнитннх кэт;..-излов."// Технологи": ¡уч.-техн. сб./ ЦНТИ -ПОИСК", 1391. Веп.4. СЛ5-42.

12. БОГДАНОВ 2.В.. БУР ЛИКОВ В.Л., K?J-«BQE2 А.Г., КПРГППОСЬЦЕВ Й.В., ¡НЛНЧУК В.И. "Генерация акустического излучения р твгрдоте^нах нитях иипдльснкга пучками заряженных частиц." Лгп. ВII If 6128-В89. {вести вузов. 0;гл!!-.. Томск-83.

13. Г,0ГДЙН0!5 В.8..5ВРП2К0В В.Д.. КПРГМ132ЫШБ а. В., СИЙАНЧЗК В.К. Пространственное распределен:« вкуггг.'гиго гзлу-виия. генерируемо импульснния пучками заряяекннх частиц ? ггердом теле." Дел. ШТИ If 4159-В89. Известия вузов. С',<зш;а. "омск-89.

14. БОГДАНОВ В.В., БЙР0КОВЙ П. П., ЕУКОВ В.К.. СУ.НПНЧУК В.И., ПЛОВ В.Л. " Применение радиационного метода генерации акустических злебаний для бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии токопроводя-их материалов."- Дефектоскотп, 1391.1Г1 ,с. 23-25 .

15. БОГДАНОВ Б. В.. СИИАН'ШК Б.И.. ЧАХЛОВ Б.Л. " Бесконтактный акустический контроль токопроводявих немагнитных материалов на основе радиационного метода генерации ультразвуковых колебаний." - Техническая диагностика и не разругающий контроль. Киев. 1991, N2.с.51-56.

16. БОГДАНОВ В.В., КйРГАПОЛЬЦЕВ А.В., СИМЙНЧЗК В.И. "Бесконтактный радиационно-акустический контроль материалов из алвминиевых сплавов." Тезисы докладов. XII Всесоюзная конференция "Неразрушающие физические методы и средства контроля." СвердлоЕск-1990.

17. БОГДАНОВ В.В., ЖУКОВ В.К., КйРГШШЬЦЕВ А. В.. СИИЙНЧЗК В.И.' "Использование ускорителей зарявенных частиц для бесконтактного акустического контроля токопроводящих материалов." - Тезисы докладов.

XII Всесоюзная конференция "Неразрупавщие физические методы и средства контроля." Свердлсвск-1990.

18. ЕУКОВ Б.К.. СЙКДНЧУК В.И.. СУРКОВА Н.В., БОГДАНОВ В.В. "Исследование ЭМй-преобразователей сдвиговых волн на "основе магнитов из сплавов редкоземельных металлов." Техническая диагностика и нераз-рупавяий контроль. Киев 1992, N2, стр.58-63.

19. А.С. N 16321177 В.К. 1УК0В, В.И. СИШЧУК, В.П. КОРОТКОВ,' Н.В. СУРКОВА, В.В. БОГДАНОВ. "Злектроиагнитно акустический способ контроля." G01 N 29/04, 1990 г.

20. А.С. К 1727488 В.В.БОГДАНОВ. В.К.Е9К0В. В.И.СИНЙНЧУК, Н.В.СУРКОВА. "Установка радиационно-акустического контроля". 601 N 27/90. 1991 г.

21. В.В.БОГДАНОВ. К.А.ЛУБШШ, В.И.СШНШ. Заявка на А.С.

1! 4539123/08/01273, положительное решение от 26.11.91 г. "Способ контроля качества злектронно-лучевой сварки". .

Подписав" к гечаг:* I2.C5.S5. : ЮС . Ьг :аз ft 66?.

ТПУ бЗчСЗч.Томск пр.Леявяе.ЗО.