CC BY
24
Дерябин А.А.1, Прилуцкий М.А.2, Ремизов А.Л.3 ©
1,2,3К.т.н., доцент кафедры «Технологии сварки и диагностики» Московского государственного университета им. Н.Э. Баумана
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ И МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИЙ В ДИАГРАММЕ НАПРАВЛЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы влияния поверхностных дефектов на формирование диаграммы направленности электромагнитно-акустических преобразователей.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, ультразвуковой метод, дефектоскоп. Keywords:non destructive testing, ultrasonic method, flow detector.
Введение
Практическое применение электромагнитно- акустических преобразователей с использованием эффекта силы Лоренца осложняется наличием поверхностных дефектов на поверхности контролируемого объекта. Данная работа посвящена изучению влияния поверхностных дефектов на формирование диаграммы направленности электромагнитно-акустического источника ультразвука.
Влияние поверхностных дефектов на диаграмму направленности Для решения задачи примем, что существуют два типа дефектов: дисковые (имитируют коррозионное поражение) и в виде рисок (трещины).
Влияние дисковых дефектов поверхности на диаграмму направленности Рассмотрим два критических случая расположения дефектов на вихретоковом кольце относительно внешнего магнитного поля (силы Лоренца)
©Дерябин А.А., Прилуцкий М.А., Ремизов А.Л., 2013 г.
Учитывая схему движения токов 10 и 11, представленную на рисунке 2, приняв диаметр дискового отражателя за d, был произведен расчет диаграмм направленности для варианта 1 и варианта 2.
Вариант 1
Результаты расчета показали, что размер дефекта, расположенного в точке перехода силы Лоренца через нулевую отметку существенно не влияет на диаграмму направленности.
В данном случае изменяется распределение энергии между лепестками. В таблице 3 приведено распределение энергии по лепесткам в зависимости от размера дефекта для частоты ультразвука 1 МГц и а = 10 мм.
Таблица 1
Размер d, мм Доля энергии, %
Лепесток 1 Лепесток 2
0 35 15
1 34 16
2 32 18
4 30 20
Как видно из Таблицы 1 изменение распределений происходит не значительно, поэтому этим можно пренебречь. Вариант 2
Расчет диаграммы показал, что происходит «перекос» диаграммы, причем увеличение энергии первого лепестка происходит в той ее части, где находится поверхностный дефект.
но6
р
МО5 8-Ю5 МО5
5 105 4 105
М0! 2 105 1 ю3
-0.1 -о.оз -0.06 -0.04 "0 02 0 0 02 0.04 0.06 0.08 0.1
у
Рис. 3. Диаграмма распределения звукового поля P (звукового давления) на глубине Z=30 мм,
а=10 мм, f= 2.5 МГц, d= 4 мм
На рис. 3 представлен пример «перекоса» диаграммы направленности. Как показали расчеты, «перекос» имеет значительное значение, зависящее от диаметра дефекта и частоты.
В таблице 2 приведено процентное содержание в правой и левой частей диаграммы, в зависимости от частоты и размера дефекта.
Таблица 2
Диаметр Частота, МГц Доля энергии в Доля энергии в
дефекта, d мм левой части, % правой части, %
1 1 45 55
2 1 45 55
1 2.5 43 57
2 2.5 42 58
1 5.0 40 60
2 5.0 39 61
Расчеты показали, что углы наклона центральных лучей, а также и количество лепестков диаграммы направленности остаются неизменными.
Влияние плоскостных поверхностный дефектов на диаграмму направленности
Рассмотрим два критических случая расположения дефектов на вихретоковом кольце относительно внешнего магнитного поля (силы Лоренца)
Рис. 4. Варианты расположения поверхностных дефектов в виде дисков
У
ю
£-»> ] / ¡о X
\ и ¡1
ю
Рис. 5. Схема движения вихревых токов при наличие дефекта в виде риски
На рис. 5 представлена схема движения вихревых токов при наличие дефекта в виде
риски.
Учитывая схему движения токов ¡0 и 11, представленную на рисунке 5, приняв протяженность дефекта за Ь, был произведен расчет диаграмм направленности для варианта 1 и варианта 2. В расчетах не учитывалась величина раскрытия трещин, так как она мала и не оказывает существенного влияния на траекторию вихревых токов.
Вариант 1
Как показали результаты расчетов, появляется «перекос» диаграммы (рис. 6), но значения изменения амплитуд и перераспределения энергий близки к 1-2 % ( 1% : на частоте 1 МГц при размере дефекта L= 4 мм, 2%: на частоте 5 МГц при размере дефекта L= 4 мм) от бездефектного варианта. Углы наклона лучей, зона Мз не меняют своего значения.
Данный факт дает возможность не учитывать влияние плоскостного дефекта, расположенного в зоне перехода силы Лоренца через нулевую отметку.
1-г
п
: . 1-г 2.4 II)3
21 1-Г
1.1-10? 1.5-10? 1.2 103
1 1
А /\ А/
/ \ / \
/ 1 \
1 1
/ 1
х / \ /
\ / 1 \ /
У
ОМ -ом 0.04 - 0 02
002 о.об о.о! 01
Рис. 6. Диаграмма распределения звукового поля P (звукового давления) на глубине Z=30 мм,
а=10 мм, f= 1.0 МГц, L= 3 мм
Вариант 2
у
Рис. 7. Диаграмма распределения звукового поля P (звукового давления) на глубине Z=30 мм, а=10 мм, f= 2.5 МГц, L= 3 мм
Как показали результаты расчетов, появляется «перекос» диаграммы (рис. 7), но значения изменения амплитуд и перераспределения энергий близки 1 % от бездефектного варианта. Углы наклона лучей, зона Мз не меняют своего значения.
Выводы
1. Результаты расчета показали, что размер дискового дефекта, расположенного в точке перехода силы Лоренца через нулевую отметку существенно не влияет на диаграмму направленности.
2. Расчет диаграммы показал, что при расположении дефекта в точке с максимальным значением силы Лоренца происходит «перекос» диаграммы, причем увеличение энергии первого лепестка происходит в той ее части, где находится поверхностный дефект.
3. Наличие трещиноподобных дефектов на поверхности контролируемого объекта существенно не влияют на диаграмму направленности.
Литература
1. Элементарный учебник физики: учебное пособие. В 3 т./Под ред. Г.С. Ландсберга: Т. 2. Электричество и магнетизм. - 13-е изд. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2008 - 480 с.
2. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 496 с.
3. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982. - 335 с.
4. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. - 344 с.
5. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Издательство иностранной литературы, 1957. - 726 с.
