Исследования гибридной технологии бесконтактного акустического контроля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения

УДК 621.798.1-034

А. Ш. Герюков, В. В. Богданов, С. В. Назаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЯ ГИБРИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ БЕСКОНТАКТНОГО АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Приведены результаты экспериментального исследования по бесконтактно-акустическому контролю изделий. Предложен прогрессивный способ возбуждения ультразвуковых колебаний в материалах. Описаны конструктивные особенности электромагнитно-акустического преобразователя для радиационно-акустического контроля.

Одним из наиболее распространенных в промышленности методов контроля является дефектоскопия с помощью акустических волн. Необходимость создания акустического контакта в подавляющем большинстве ультразвуковых (УЗ) приборов делает практически невозможным проведение неразрушающего контроля (НК) в условиях вакуума или контролируемой среды, при значительных уровнях радиации и высоких температурах, что характерно, в первую очередь, для лучевых технологий.

Все это обусловливает и стимулирует интенсивное развитие исследований новых бесконтактных способов акустического контроля, основанных на использовании опто-акустического и ра-диационно-акустического (РА) методов генерации УЗ-колебаний в материалах.

Повышение достоверности неразрушающего контроля непосредственно связано с решением проблемы стабилизации акустического контакта. Это, в свою очередь, определило развитие бесконтактных методов ультразвукового контроля. В частности, использование для возбуждения УЗ-колебаний импульсных малогабаритных ускорителей электронов обеспечивает формирование коротких акустических сигналов наносекундной длительности с крутыми фронтами, что чрезвычайно важно для повышения точности измерений. Кроме того, радиационный метод генерации УЗ-колебаний обеспечивает дистанционное возбуждение стабильных акустических импульсов с параметрами, слабо зависящими от качества обработки поверхности контролируемых изделий, что объясняется ярко выраженным подповерхностным характером формирования ультразвука [1; 2].

Регистрация генерируемых акустических сигналов осуществляется электромагнитно-акустическим преобразователем (ЭМАП). Пучок электронов направлялся на бездефектную поверхность образца, ось пучка совмещается с осью дефекта, поскольку в противном случае характеристики генерируемого акустического излучения будут зависеть от вида и размера дефекта.

Идентифицируя сигналы по времени пробега акустической волны в образце, можно выделить

два типа УЗ-волн - продольные и сдвиговые. Серия первых акустических сигналов теряется в шумах. Однако второй эхо-сквозной импульс и сигнал от дефекта четко видны, третий переотраженный импульс также дает стабильный сигнал, характеризующий дефект.

Предложен способ контроля с использованием ЭМАП, позволяющий существенно снизить влияние зазора между преобразователем и изделием на качество контроля.

Этот способ реализуется следующим образом. Предварительно ЭМАП размещают на соседних участках образца с дефектом предельно допустимых размеров. При этом зазор к между поверхностями образца и ЭМАП устанавливают минимальным. Регистрируют эхо-сигналы каждого из преобразователей и определяют их разность ¥я0. Детекторы размещают с минимальным зазором к на поверхности образца без дефектов. Принимают эхо-сигналы преобразователей и определяют их разность У0. Затем ЭМАП размещают на поверхности контролируемого изделия с дефектом, регистрируют эхо-сигналы У1 и У2 соответствующих ЭМАП и квалифицируют выявленный дефект по величине Д V:

дг =

1 --

V

V - V 1 у 2'

(1)

0 0

При ДТ > 0 дефект признается допустимым, а при ДV < 0 - недопустимым. При этом изменение зазора к, например, за счет загрязнения поверхности контролируемого изделия, мало влияет на величину Д V.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что возможна разработка метода бесконтактного акустического контроля и аппаратурных средств его реализации на основе генерации УЗ-колебаний в металлах импульсными пучками электронов наносекундной длительности.

Библиографический список

1. Ермолов, И. Н. Теория и практика ультразвукового контроля / И. Н. Ермолов. М. : Машиностроение, 1984.

2. Лямшев, Л. М. Радиационная акустика / Л. М. Лямшев. М. : Наука : Физматлит, 1996.

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

A. Sh.Gerukov, V. V. Bogdanov, S. V. Nazarov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

RESEARCHES OF HYBRID TECHNOLOGY OF THE CONTACTLESS

ACOUSTIC CONTROL

In the work we bring the results of an experimental research under the noncontact acoustic control of products. The progressive way of excitation of ultrasonic fluctuations in materials is offered. Design features of the electromagnetic acoustic converter for the radio-acoustic control are described.

© Герюков А. Ш., Богданов В. В., Назаров С. В., 2009

УДК 621.924.079

Л. В. Зверинцева, А. В. Сысоев, С. К. Сысоев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УМЕНЬШЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ

В ТРУБОПРОВОДАХ

Намечены пути решения проблемы уменьшения шероховатости внутренних поверхностей до Яа 0,32...0,16 в длинномерных трубах.

Эксплуатационные свойства деталей машин находятся в прямой связи со свойствами поверхностного слоя. Износ деталей в значительной степени зависит от высоты и формы неровностей поверхности и определяется, главным образом, верхней частью профиля шероховатости. На износостойкость поверхности влияют сопротивляемость поверхностного слоя разрушению. Наличие рисок, глубоких и острых царапин создает очаги концентрации внутренних напряжений, также приводящих к разрушению деталей. С увеличением глубины впадин микронеровностей повышается разрушающее действие коррозии, направленное вглубь металла.

Завод ОАО «Красмаш» уже продолжительное время занимается разработкой и изготовлением печей по выращиванию кристаллов кремния. По требованию заказчика полученный кремний должен иметь как можно меньше примесей, которые попадают в результате технологического процесса по трубопроводам в реактор. Одним из путей совершенствования процесса является уменьшение шероховатости внутреннего диаметра до зеркальной поверхности.

Другая проблема - требование уменьшения шероховатости внутренней поверхности трубопроводов до Ra 0,32.. .0,16 при перемещении нефти из скважины наверх.

При транспортировке нефти необходимо уменьшить гидросопротивление, связанное с шероховатостью внутренней поверхности круглых труб. Потери напора при движении нефти по тру-

бам пропорциональны их длине и зависят от диаметра труб, расхода нефти (скорости течения), характера и степени шероховатости стенок труб, типа и материала труб, области гидравлического режима их работы.

Кроме того, в трубах после термической обработки образуется окалина, которую необходимо удалить. При этом исходная шероховатость возрастает (см. таблицу).

Исходные данные трубопроводов

Шероховатость в состоянии поставки, мкм Rz 20...Ra 2,5

Требуемая шероховатость, мкм Ra 0,32.0,16

Длина, м от 1 до 3; 6.12

Диаметр наружный, мм 20, 38, 57, 89, 113

Толщина стенки, мм От 1,5; 3; 4 и др.

Давление (Рр) 16 МПа

Материал труб 12Х18Н10Т, 10Х18Н10Т, 09Г2С, 10Г2 и др.

Для решения проблемы на первоначальном этапе было принято решение получить нужную шероховатость на трубе длиной до 1 м. Проведен патентный поиск. Были рассмотрены приспособления для очистки труб, инструмент - проволока из пружинной стали с неподвижно закрепленными режущими элементами для обработки отверстий, станок для шлифования поверхности длинномерных труб, устройства для шлифования и