Рассеяние упругих волн на модельных отражателях. Применение в задачах ультразвуковой дефектоскопии

Дан обзор искусственных отражателей, используемых в соответствии со стандартами для настройки параметров ультразвукового контроля материалов и сварных швов. Обобщены некоторые теоретические результаты, связанные с дифракционными эффектами, возникающими при рассеянии упругих волн на дефектах. Приведены аналитические решения 3D-задачи рассеяния продольных и поперечных волн на острие трещины в виде полуплоскости и указаны оптимальные направления озвучивания. Изложено решение 3D-задачи рассеяния на объемных дефектах — цилиндрических и сферических полостях. Даны рекомендации по применению моделей трещин, пазов, бокового и вертикального сверления при контроле классическим эхометодом и современными дифракционными методами ультразвуковой дефектоскопии. Указаны некоторые направления совершенствования моделирования дефектов с целью повышения точности идентификации реальных дефектов по результатам ручного, автоматизированного и автоматического ультразвукового контроля материалов и сварных швов.
Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов старших курсов вузов по направлениям подготовки «Сварка и родственные процессы», «Контроль качества и диагностика» для углубленного изучения вопросов выявляемости дефектов методами ультразвуковой дефектоскопии.

Список литературы

1. Алёшин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений. — М.: Машиностроение, 2013. 574 с.
2. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. 240 с.
3. Ультразвуковой контроль и комплексное применение методов дефектоскопии при диагностировании магистральных трубопроводов / Н.П. Алёшин [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. Т. 13. № 1. С. 352–363.
4. Charlesworth J.P. Temple and J. A. G. Engineering Applications of Ultrasonic Time-of-Flight Diffraction. Second Ed. Research Studies Press Ltd. Baldock, Hertfordshire, England. 2001. 255 p.
5. Ультразвуковая дефектометрия. 30 лет: юбилейный сборник трудов ООО «НПЦ «Эхо+» / Под ред. А.Х. Вопилкина. М.: Спектр, 2020. 216 с.
6. Гинзел Э. TOFD. Дифракционно-временной метод ультразвуковой дефектоскопии. М.: ДПК Пресс, 2021. 312 с.
7. Могильнер Л.Ю., Неганов Д.А., Скуридин Н.Н. Обследование металлоконструкций на площадочных объектах магистральных трубопроводов. М.: Техносфера, 2023. 440 с.
8. Григорьев М.В., Гребенников В.В., Гурвич А.К. Измерение размеров трещин ультразвуковым методом // Дефектоскопия. 1978. № 2. С. 8–11.
9. Жолобов В.В. К вопросу оценки взаимного влияния компактно расположенных местных сопротивлений // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2017. Т. 7. № 2 (29). С. 75–77.
10. О необходимых мерах по обеспечению безопасной эксплуатации трубопроводного транспорта средствами неразрушающего контроля / В.Е. Щербинин, А.Б. Ринкевич, Я.Г. Смородинский [и др.] // Дефектоскопия. 2011. № 12. С. 77–90.
11. Оптимизация параметров механизированного ультразвукового контроля протяженных сварных швов / Н.П. Алёшин [и др.] // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2020. Т. 10. № 6. С. 352–363.
12. Ермолов И.Н., Вопилкин А.Х., Бадалян В.Г. Расчеты в ультразвуковой дефектоскопии. Краткий справочник. М.: ООО НПЦ НК «Эхо+», 2004. 109 с.
13. Голубев А.С. Отражение плоских волн от цилиндрического дефекта // Акустический журнал. 1961. Т. 7. Вып. 2. С. 174–180.
14. ГОСТ 8.495–83 Государственная система обеспечения единства измерений. Толщиномеры ультразвуковые контактные. Методы и средства поверки.
15. Гиллер Г.А., Могильнер Л.Ю. Современные ультразвуковые толщиномеры. Новые возможности // В мире неразрушающего контроля. 1999. № 5 (5). С. 6–9.
16. Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. 412 с.
17. Miklowitz J. The Theory of Elastic Waves and Waveguides. North-Holland Publishing Co., Amsterdam, 1978. 618 p.
18. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 2006. 219 с.
19. ГОСТ 14782–86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.
20. ГОСТ Р 55724–2013. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.
21. ISO 2400. Non-destructive testing — Ultrasonic examination — Specification for calibration block No. 1.
22. ISO 7963. Non-destructive testing — Ultrasonic examination — Specification for calibration block No. 2.
23. Краморов Г.А., Евсюков В.Н. О соотношении площадей плоскодонного и углового отражателей // Дефектоскопия. 1973. № 4. С. 138–140.
24. Перевалов С.П., Райхман А.З. Акустический тракт наклонного искателя для отражателя углового типа // Ч. 1 — Дефектоскопия. 1979. № 11. С. 5–15. Ч. 2 — Дефектоскопия. 1979. № 12. С. 28–36.
25. Алёшин Н.П., Могильнер Л.Ю. Анализ упругого поля ультразвуковых волн, рассеянных на цилиндрической полости // Дефектоскопия. 1982. № 12. С. 18–29.
26. Могильнер Л.Ю. Применение цилиндрического отражателя для настройки чувствительности при ультразвуковом контроле // Дефектоскопия. 2018. № 7. С. 27–36.
27. Могильнер Л.Ю., Смородинский Я.Г. Ультразвуковой контроль: применение цилиндрического сверления для настройки и поверки оборудования // Дефектоскопия. 2018. № 9. С. 14–20.
28. Nondestructive Examination SECTION V 2019 ASME Boiler and Pressure Vessel Code An International Code. ASME T-530 etc. Ultrasonic Testing ... URL: (PDF) Nondestructive Examination SECTION V 2019 ASME Boiler and Pressure Vessel Code An International Code | Javier E. Borrás Contreras — Academia.edu (дата обращения 19.09.2024).
29. ISO 18611. Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Sensitivity and rage setting.
30. Могильнер Л.Ю., Сясько В.А., Шихов А.И. Моделирование дефектов в ультразвуковой дефектоскопии. Состояние и перспективы // Дефектоскопия. 2024. № 5. С. 13–35.
31. ISO 10863. Non-destructive testing of welds — Ultrasonic testing — Use of the time-of-flight diffraction (TOFD) technique.
32. Об использовании пазов для моделирования трещин при ультразвуковой дефектоскопии / Н.П. Алёшин, Л.Ю. Могильнер, Н.А. Щипаков [и др.] // Дефектоскопия. 2022. № 2. С. 3–12.
33. Ультразвуковой контроль и комплексное применение методов дефектоскопии при диагностировании магистральных трубопроводов / Н.П. Алёшин, Н.В. Крысько, Н.А. Щипаков, А.Г. Кусый // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2023. № 13 (1). С. 8–17.
34. Поручиков В.Б. Методы динамической теории упругости. М.: Наука, 1986. 328 с.
35. Кочин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. М.: Наука, 1965. 428 с.
36. Малюжинец Г.Д. Дифракция волн // Физический энциклопедический словарь / гл. ред. Б. А. Введенский. М.: Сов. энцикл., 1960. Т. I. С. 606–609.
37. Стрэттон Дж.А. Теория электромагнетизма. М.: Л.: Гостехиздат. 1948. 539 с.
38. Хенл Х., Мауэ А., Вестпфаль К. Теория дифракции. М.: Мир, 1964. 428 с.
39. Тютекин В.В. Дифракция плоской звуковой волны на бесконечной цилиндрической полости в упругой среде при произвольном угле падения // Акустический журнал. 1960. Т. 6. № 1. С. 101–106.
40. Сивухин Д.В. Дифракция плоской звуковой волны на сферической полости // Акустический журнал. 1955. Т. 1. № 1. С. 78–88.
41. Яворская И.М. Коротковолновая асимптотика дифракционного поля на сфере при падении плоских поперечных волн // Прикладная математика и механика. 1965. Т. 29. № 6. С. 1023–1034.
42. Гузь А.Н., Кубенко В.Д., Черевко М.А. Дифракция упругих волн. Киев: Наук. думка, 1978. 304 с.
43. Тютекин В.В. Рассеяние плоских волн цилиндрической полостью в изотропной упругой среде // Акустический журнал. 1959. Т. 5. № 1. С. 106–110.
44. Яворская И.М. Дифракция плоских стационарных упругих волн на гладких выпуклых цилиндрах // Прикладная математика и механика. 1965. Т. 29. № 3. С. 493—508.
45. Алёшин Н.П., Могильнер Л.Ю. Рассеяние упругой волны на плоской трещине: применение для дефектоскопии // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2023. Т. 509. С. 67–75.
46. Могильнер Л.Ю., Крысько Н.В. 3D-рассеяние упругих волн на острие трещины в сварном шве // Известия высших учебных заведений. Машино- строение. 2024. № 3. С. 42–55.
47. Бабич В.М., Лялинов М.А., Грикуров В.Э. Метод Зоммерфельда — Малюжинца в теории дифракции. СПб.: ВВМ, 2004. 103 с.
48. Данилов В.Н. Рассеяние продольных волн полубесконечной трещиной в упругой среде // Дефектоскопия. 1988. № 3. С. 79–85.
49. Данилов В.Н. К вопросу о рассеянии поперечной SV-волны полубесконечной трещиной // Дефектоскопия. 1990. № 10. С. 20–25.
50. Исраилов М.Ш. Точные решения трехмерных задач дифракции плоских упругих волн на клине // Доклады Академии наук СССР. 1979. Т. 247. № 4. С. 815–818.
51. Achenbach J.D., Gautesen A.K. Geometrical Theory of Diffraction for Three-D elastodynamics // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 61. P. 413–421.
52. Abrahams D. On the Application of the Wiener-Hopf Technique to Problems in Dynamic Elasticity // Wave Motion. P. 311–333.
53. Алёшин Н.П., Лежава А.Г., Могильнер Л.Ю. Изучение дифракции упругой волны на канальных дефектах и рекомендации по повышению их выявляемости // Дефектоскопия. 1986. № 11. С. 3–10.
54. Повышение выявляемости объемных дефектов / Н.П. Алёшин, В.Ю. Баранов, Л.Ю. Могильнер, А.А. Яровой // Дефектоскопия. 1985. № 7. С. 24–30.
55. Будаев Б.В. Дифракция упругих волн от свободного клина. Редукция к сингулярному интегральному уравнению // Сб.: Математические вопросы теории распространения волн. 19. Под ред. В.М. Бабича. Записки научных семинаров ЛОМИ. Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1989. С. 37–45.
56. Нобл Б. Применение метода Винера — Хопфа для решения дифференциальных уравнений в частных производных. М.: Изд. иностранной литературы, 1962. 279 с.
57. Achenbach J.D. Wave Propagation in Elastic Solids. — North Holland Publishing Co., Amsterdam — London, American Elsevier Publishing Co., N.Y. 1973. 428 p.
58. Купрадзе В.Д. Основные задачи математической теории дифракции (установившиеся процессы). Л.,М.: ОНТИ, гл. ред. общетехн. лит., 1935. 112 с.
59. Привалов И.И. Введение в теорию функций комплексной переменной. М.: ЮРАЙТ, 2024. 402 с.
60. Могильнер Л.Ю. Рассеяние ультразвуковых колебаний объемными моделями дефектов и разработка методики и средств неразрушающего контроля сварных узлов строительных структурных покрытий: дис. … канд. техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1983. 196 с.
61. Алёшин Н.П., Каменский В.С., Могильнер Л.Ю. К решению одного трансцендентного уравнения, встречающегося в задачах дифракции // Прикладная математика и механика (ПММ). 1983. Т. 47. Вып. 1. С. 171–174.
62. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука. 1981. 286 с.
63. Ермолов И.Н. Жизнь, наука и дефектоскопические истории. М.: Человек слова, 2017. 200 с.
64. Мелешко Н.В., Петров А.А. Зарубка и боковое цилиндрическое сверление. URL: https://www.shearwave.ru, запись от 11.08.2013 (дата обращения 26.07.2024).
65. Анализ фазы ЦФА-изображений с целью определения типа обнаруженного отражателя / Е.Г. Базулин, А.Х. Вопилкин, Н.И. Сухоруков, Д.С. Тихонов // Дефектоскопия. 2019. № 6. С. 39.
66. Могильнер Л.Ю., Смородинский Я.Г., Тишкин В.В. Использование объемных отражателей для настройки параметров ультразвукового контроля // Дефектоскопия. 2024. № 10. С. 3–15.
67. Алёшин Н.П. Разработка теории, создание и внедрение методов и средств ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений строительных конструкций: автореферат дис. … докт. техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1983. 32 с.
68. РД 34.17.302–97. Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды. Сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Основные положения. (ОП 501 ЦД-97). М.: НПП «Норма», 1997. 138 с.
69. Экспериментальное исследование дифракции упругих волн на модели трещины / Н.П. Алёшин, Н.В. Крысько, Д.М. Козлов, А.Г. Кусый // Дефектоскопия, 2021. № 1. С. 13–20.
70. Silk M.G. Ultrasonic Transducers for Nondestructive Testing. Bristol: Adam Hilger, 1984.
71. Басацкая Л.В., Воронков В.А., Стасеев В.Г. Эталонирование чувствительности при ультразвуковом контроле // Тяжелое машиностроение. 2000. № 4. С. 24–26.
72. Розина М.В. АРД-диаграммы. Где правда? // В мире неразрушающего контроля. 1999. № 3. С. 28.
73. Данилов В.Н., Воронков В.А. О построении АРД-диаграмм // В мире неразрушающего контроля. 2001. № 2 (12). С. 20–22.
74. Данилов В.Н., Воронков В.А. К вопросу об эталонировании чувствительности ультразвукового контроля с использованием АРД-диаграмм // Дефектоскопия. 2001. № 1. С. 56–60.
75. Алёшин Н.П., Григорьев М.В., Крысько Н.В. Влияние конфигурации вершины источника дифракции на амплитуду дифрагированного сигнала // Сварка и диагностика. 2019. № 6. С. 17–19.
76. Интернет-ресурс: stena.ee/blog/rfr-eto-rabotaet-eholokatsia-delfinov. (дата обращения 18.12.2023).
77. Интернет-ресурс: evromedcompany.ru/ultrazvuk/rukovodstvo-poultrozvuk (дата обращения 18.12.2023).
78. Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Ультразвуковая томография металлоконструкций методом цифровой фокусировки антенной решетки // Дефектоскопия. 2011. № 1. С. 21–28.
79. Колдер А. Полноматричный захват и метод полной фокусировки: следующий этап развития ультразвукового контроля // В мире неразрушающего контроля. 2019. № 22 (4). С. 33–37.
80. Интернет-ресурс: https://acsys.ru/vozmozhnosti-otsenki-kharacteranesploshnosti- metalla-ultrazvukovym-tomografom/ (дата обращения 18.12.2023).
81. Особенности обнаружения трещин при ультразвуковом контроле сварных соединений стенки резервуара вертикального стального / Н.П. Алёшин, Л.Ю. Могильнер, Ю.В. Лисин, Н.В. Крысько [и др.]. // Нефтяное хозяйство. 2022. № 1. С. 86–91.