Содержание к диссертации
Введение
1. Взаимодействие акустических сигналов с внутренними и поверхностными неоднородностями в пластине. состояние вопроса. постановка задачи исследования 14
1.1. Теория взаимодействия акустических сигналов с внутренними несплошностями изделий с гладкими гранями 15
1.2. Исследование флуктуации акустических сигналов, прошедших через пластину с несовершенными гранями 21
1.3. Выводы 35
2. Дифракция акустических сигналов на внутренних неодной родностях шюскопараллельной пластины 37
2.1. Постановка задачи 37
2.2. Амплитуда сигнала на приемнике при отсутствии неоднородности в пластине 39
2.3. Амплитуда сигнала на приемнике при наличии неоднородности в пластине 47
2.4. Выводы 75
3. Исследование флуктуации акустических сигналов, прошедших через плоскопараллельную пластину при их многократном взаимодействии с поверхностными неоднородностями 77
3.1. Свойства поверхностей листового проката 77
3.2. Прохождение акустических сигналов через наклонно ориентированную пластину с гладкими гранями 84
3.3. Прохождение акустических сигналов через наклонно ориентированную пластину с периодически неровными гранями 95
3.4. Влияние периодически неровной поверхности пластины на форму и спектр прошедших акустических импульсов 108
3.5. Флуктуация акустических сигналов при многократном взаимодействии со статистически шероховатой поверхностью пластины 115
3.6. Выводы 123
4. Экспериментальная часть 127
4.1. Аппаратура для исследования многократного взаимодействия акустических сигналов с внутренними и внешними неоднородностями плоскопараллельной пластины 127
4.2. Методика экспериментальных исследований дифракции акустических сигналов на моделях несплошностей. 131
4.3. Экспериментальные исследования влияния несовершенств поверхности пластины на параметры регистрируемых акустических сигналов 135
4.4. Выводы 151
5. Реализация путей повышения чувствительности, надежности и теневого метода контроля 153
5.1. Максимальная реализуемая чувствительность при контроле листов с непланшетной поверхностью 153
5.2. Максимальная реализуемая чувствительность при контроле листов со статистически шероховатыми поверхностями 161
5.3. Максимальная реализуемая чувствительность непланшетных листов со статистически шероховатыми поверхностями 164
5.4. Разработка устройств с повышенной чувствительностью, надежностью и помехозащищенностью контроля 170
5.5. Ультразвуковой способ контроля шероховатости поверхности изделия 183
5.6. Выводы 186
Заключение 188
Литература
- Исследование флуктуации акустических сигналов, прошедших через пластину с несовершенными гранями
- Амплитуда сигнала на приемнике при отсутствии неоднородности в пластине
- Прохождение акустических сигналов через наклонно ориентированную пластину с гладкими гранями
- Методика экспериментальных исследований дифракции акустических сигналов на моделях несплошностей.
Введение к работе
Решения ШТ съезда КПСС [і] предусматривают дальнейшее развитие отечественной промышленности в основном по пути развития, интенсификации и повышения качества продукции на основе использования достижений научно-технического прогресса. Важная роль в решении поставленных задач принадлежит физическим методам неразру-шающего контроля. Особенно велико значение этих методов при производстве различной высококачественной металлопродукции. В ряде случаев самыми эффективными, а зачастую и единственно возможными, оказываются акустические методы неразрушающих испытаний.
Повышение качества металлопродукции и, в частности, листового проката, выпускаемого во все возрастающем объеме, - один из главных резервов экономии металла, так как это позволяет обеспечивать необходимую надежность изделий при уменьшении их металлоемкости. Необходимо отметить, что ультразвуковой дефектоскопии, как одному из важнейших акустических методов неразрушающего контроля, кроме борьбы за качество, отводится значительное место в развитии технологии производства.
Несмотря на широкое распространение в промышленности различных акустических методов контроля, их информационные возможности до сих пор исследованы недостаточно и, как показывает практика, далеко не исчерпаны. В частности, известно использование для ультразвуковой дефектоскопии изделий с повышенной чувствительностью зеркально-теневого метода и метода сквозного прозвучивания с регистрацией Л -го импульса. Однако метрологические характеристики таких дефектоскопов еще не известны.
Проведение массового неразрушающего контроля листового проката на металлургических предприятиях требует разработки новых технических средств - промышленных автоматизированных высокопроизводительных дефектоскопов, обладающих улучшенными характеристиками. Разработка такой аппаратуры и оценка ее метрологических параметров требует знания особенностей прохождения акустических сигналов в листовом прокате, имеющем как внутренние, так и поверхностные неоднородности. Некоторые из этих особенностей ранее исследовались для случая регистрации первого прошедшего (теневой метод) или отраженного (зеркально-теневой метод) импульсов. К сожалению, полученные при этом рекомендации нельзя распространить на случай контроля с регистрацией N -х импульсов. Поэтому исследование информативности параметров акустических сигналов, прошедших через пластину при их многократном взаимодействии с внутренними и поверхностными неоднородноетями, можно рассматривать как актуальную научную задачу. Решение поставленной задачи ищется в настоящей работе. Целью настоящей диссертационной работы является:
- теоретическое и экспериментальное исследование акустических сигналов, прошедших через плоскопараллельную пластину, при их многократном взаимодействии с нарушениями сплошности;
- исследование дифракции акустических сигналов при их многократном взаимодействии с несовершенствами поверхностей пластины;
- установление связи между параметрами акустических сигналов, параметрами акустического тракта и максимальной реализуемой чувствительностью контроля;
- разработка устройств с повышенной чувствительностью, надежностью и помехозащищенностью теневого метода контроля.
Работа содержит введение, пять основных разделов, заключение, список литературы и приложения.
В первом разделе приведен анализ известных работ по взаимодействию пучков упругих волн с акустическими неоднородностями и несовершенствами граней объекта контроля. Рассмотрены основные методы, используемые при решении задач рассеяния от неровной поверхности и области применения этих методов. Выяснены причины, обуславливающие наличие флуктуации регистрируемых сигналов. Проведенный анализ литературы позволил сделать вывод о необходимости продолжения исследований многократного взаимодействия прошедших акустических сигналов с поверхностными и внутренними не-однородностями.
Во втором разделе в приближении Кирхгофа решена задача о дифракции звукового пучка на бесконечно тонком непрозрачном круглом диске в пластине, расположенной в жидкости, при регистрации второго прошедшего через нее сигнала. Установлена связь между амплитудой сигнала, параметрами акустического тракта и размерами препятствия, для случаев, когда последнее расположено в средней плоскости пластины и смещено относительно нее на величину, превышающую пространственную протяженность акустического импульса. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации параметров и оценки чувствительности контроля теневым методом с регистрацией второго прошедшего импульса.
Третий раздел работы посвящен решению задачи о прохождении ограниченного звукового пучка продольных волн через наклонно ориентированную пластину, расположенную в жидкости, при многократном его взаимодействии с гранями. Установлена связь ослабления амплитуды регистрируемых прошедших сигналов с расстояниями от преобразователей до пластины, ее толщиной, волновыми размерами преобразователей и углом наклона. С помощью интегральной формулы Кирхгофа решена задача о прохождении пучка продольных волн через наклонно ориентированную пластину с периодически неровными гранями. Получены соотношения, связывающие амплитуду второго прошедшего сигнала с параметрами неровной поверхности (высотой и периодом), расстояниями от преобразователей до пластины, ее толщиной и волновыми размерами преобразователей. С помощью метода интегрального преобразования Фурье рассмотрен вопрос об изменении формы и спектра акустических импульсов, прошедших через пластину с периодически неровными гранями. Показано, что при определенных соотношениях между рабочей частотой и высотой неровностей поверхности, огибающая импульса и некоторые спектральные составляющие обращаются в нуль, что может быть использовано для измерения высоты периодических неровностей поверхности. В приближении Кирхгофа решена задача о многократном прохождении звукового пучка через погруженную в жидкость пластину со статистически шероховатыми гранями. Установлена связь параметров шероховатости с коэффициентом вариации амплитуды регистрируемых сигналов. Предложена методика расчета, которая позволяет по известным параметрам шероховатостей определить числовые характеристики регистрируемых сигналов при контроле методом "многократной тени". Последние дают возможность по заданной чувствительности контроля определить вероятность перебраковки и недобраковки листов или по заданным вероятностям найти максимальную реализуемую чувствительность контроля.
В четвертом разделе дано описание разработанной экспериментальной установки для исследования взаимодействия акустических сигналов с внутренними и внешними неоднородностя-ми пластины. Осуществлено жидкостное моделирование акустического тракта с моделями несплошностей в виде дисков и регистрацией второго прошедшего импульса. Результаты экспериментальных исследований, подтвержденные теоретическими расчетами, показали, что теневой метод с регистрацией второго прошедшего импульса обладает большей чувствительностью, чем теневой и зеркально-теневой методы. Данные экспериментальных исследований взаимодействия звуковых пучков с внешними неоднородностями пластины (периодическими и статистическими шероховатостями), а также прохождения звуковых пучков через наклонно ориентированную пластину с плоскими гранями удовлетворительно совпадают с результатами расчетов.
В пятом разделе рассмотрен вероятностный подход к установлению связи между чувствительностью и надежностью контроля методом "многократной тени" изделий, обладающих поверхностными неоднородностями в виде непланшетности и шероховатости.
На основе критерия Неймана-Пирсона получены выражения , связывающие величину порогового уровня, максимальную реализуемую чувствительность и надежность контроля, определяемую допустимыми вероятностями недобраковки и перебраковки с параметрами непланшетной и статистически шероховатой поверхности. Приведены результаты зависимости максимальной реализуемой чувствительности контроля методом "многократной тени" от параметров поверхностных неоднородностей, в том числе при совместном влиянии непланшетности и статистической шероховатости, надежности контроля и номера регистрируемого импульса. Дано описание структурной схемы многоканального теневого дефектоскопа с регистрацией второго прошедшего импульса, позволяющего осуществлять контроль листов из меди и сплавов на ее основе с повышенной чувствительностью. Здесь же приведены функциональная схема усилительно-логического блока и принципиальная схема коммутирующего предусилителя, предназначенные для повышения надежности и помехозащищенности многоканальных дефектоскопов. Описан способ контроля высоты периодически шероховатых поверхностей, обладающий, по сравнению с известными, более высокой точностью и простотой реализации. Структурная схема многоканального теневого дефектоскопа, в состав которого входит усилительно-логический блок, принципиальная схема предусилителя и способ контроля высоты периодически шероховатых поверхностей, разработанные с участием автора настоящей работы, защищены авторскими свидетельствами и положительными решениями.
В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.
В списке литературы содержится 122 наименования источников.
В приложении приведены копии документов об использовании результатов работы.
В диссертации защищаются следующие основные научные результаты:
- установленные закономерности ослабления амплитуды второго прошедшего через пластину акустического сигнала при его многократном взаимодействии с внутренними неоднородноетями в виде акустически мягких тонких дисков. Полученная путем расчета и жидкостного моделирования акустического тракта АВД-номограмма позволяет определять оптимальные параметры контроля методом "многократной тени" и осуществлять настройку дефектоскопа на заданную чувствительность в отсутствии помех;
- зависимость изменения амплитуд многократно прошедших акустических сигналов через наклонно ориентированную пластину с плоскими и периодически неровными гранями, расположенную в жидкости, при изменении угла наклона, параметров неровной поверхности и акустического тракта;
- характер влияния периодически неровных граней пластины на амплитуду, форму и спектр акустических импульсов, многократно прошедших через нее, позволивший предложить акустический способ контроля высоты периодически шероховатых поверхностей изделий;
- связь числовых характеристик флуктуации амплитуд акустических сигналов, многократно прошедших через пластину со статистически неровными поверхностями, с параметрами шероховатостей;
- аналитические выражения для максимальной реализуемой чувствительности контроля методом "многократной тени", при заданной его надежности, горячекатаного листового проката, обладающего непланшетностью и имеющего шероховатые грани;
- разработанные принципы построения блоков и устройств для повышения чувствительности , надежности и помехозащищенности многоканальных теневых дефектоскопов.
Обоснованность и достоверность перечисленных основных результатов подтверждена экспериментами и расчетами, а также неоднократными обсуждениями результатов на различных конференциях.
Новизна работы определяется тем, что в ее рамках впервые решена задача о трехкратном взаимодействии ограниченного звукового пучка с внутренними и внешними неоднородноетями пластины. Установлена связь между параметрами акустических сигналов и параметрами акустического тракта. На основе статистической теории обнаружения получены выражения для максимальной реализуемой чувствительности контроля методом "многократной тени". На разработанные устройства и способ, позволяющие повысить информативность, надежность и помехозащищенность теневого метода контроля получены 2 авторских свидетельства и одно положительное решение.
Практическая ценность настоящей работы заключается в повышении метрологических характеристик, чувствительности и надежности ультразвукового контроля. Результаты работы использованы при определении технических параметров и проектировании установок УДЛ-ІМ и УДП-Ш, использующих теневой метод ультразвуковой дефектоскопии с регистрацией второго прошедшего импульса , в частности при создании усилительно-логического блока этих установок, разработанных и изготовленных ЛЭТИ для ЛПО "Красный Выборжец".
Основные результаты работы докладывались на:
- IX Всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушагощие физические методы и средства контроля", Минск, 1981 г.;
- Всесоюзной конференции "Основные направления развития ультразвуковой техники и технологии на период I98I-I990 гг.У Суздаль, 1982 г.;
- X Всесоюзной акустической конференции, Москва, 1983 г.;
- Всесоюзной научно-технической конференции по ультразвуковому контролю качества металлоконструкций, Ленинград, 1983 г.;
- Научно-технической конференции молодых специалистов и молодых ученых "Ультразвуковая дефектоскопия металлоконструкций", Ленинград, 1980 г.;
- Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина), Ленинград, 1978-1984гг.
Автором по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, получено 2 авторских свидетельства и одно положительное решение.
Настоящая диссертационная работа выполнялась на кафедре электроакустики и ультразвуковой техники ЛЭТИ в 1977-1984 гг. в рамках проводившихся НИР по разработке методов и аппаратуры для промышленной высокочувствительной дефектоскопии толстолистового проката.
Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность научному консультанту диссертационной работы кандидату технических наук, доценту Бавросу Сергею Константировичу за внимание, поддержку и помощь.
Пользуясь случаем, хочу, поблагодарить сотрудников кафедры электроакустики и ультразвуковой техники ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина), чья доброжелательность во многом способствовала выполнению работы. Особо ценными для меня оказались советы и замечания кандидата технических наук, ассистента Дмитрия Дмитриевича Добротина, а также кандидата технических наук, доцента Александра Сергеевича Голубева.
Исследование флуктуации акустических сигналов, прошедших через пластину с несовершенными гранями
Акустические сигналы, взаимодействующие с поверхностью движущегося объекта контроля, в сильной степени подвержены флуктуациям. Последние очень часто являются помехой, органичивающеи реализуемую чувствительность. Следует отметить, что флуктуации акустических сигналов, прошедших через поверхность, обладающую несовершенствами (волнистостью и коробоватостью, статистической шероховатостью или периодической неровностью), особенно существенны при работе теневых многоканальных ультразвуковых дефектоскопов.
Исследованию флуктуации акустических сигналов, рассеянных на несовершенствах поверхности, посвящено много работ как в нашей стране, так и за рубежом. Характеризуя известные результаты в целом, необходимо отметить, что разнообразный класс задач, подлежащих решению, требует подчас использования тех или иных приближенных методов расчета, справедливых лишь для определенных областей рассеивающих поверхностей и падающих волн. В результате изменение этих параметров требует в каждом отдельном случае нового решения задачи рассеяния на несовершенствах поверхности, что и вызывает появление все новых и новых работ в этой области.
Методы исследования рассеяния волн на неровных поверхностях Вопросы рассеяния звуковых и электромагнитных волн на неровностях рассматриваются многими авторами в связи с решением ряда важных задач в акустике, радиофизике и оптике.
Метод "многократной тени" смотрения является установление зависимостей между характеристиками рассеянного поля и физическими и геометрическими параметрами неровной поверхности раздела двух сред. Результаты, полученные разными авторами, изложены в обзорах [36-38] и монографиях [39-41] . Необходимо отметить, что развитие теории рассеяния идет двумя путями: разрабатываются приближенные методы, справедливые для определенных областей параметров рассеивающих поверхностей и падающих волн, и одновременно создают строгие методы решения для поверхностей с относительно простыми формами неровностей. Эти точные решения нужны прежде всего потому, что они позволяют установить границы применимости широко распространенных и более универсальных приближенных методов.
В настоящее время в теории рассеяния используются несколько основных методов.
Метод Рэлея [42] является исторически первым методом теоретического исследования рассеяния волн на неровных поверхностях. Рассматривая рассеяния плоской звуковой волны на периодически неровной поверхности, Рэлей представил поле над ней в виде суперпозиции плоских волн, распространяющихся под разными углами. Чаще всего этот метод применяется для пологих поверхностей с малыми по сравнению с длиной волны звука неровностями. Однако, как показано в последнее время [ 43] , теория Рэлея справедлива во всем диапазо-не углов падения от 0 до 90 при выполнении условий 0 % 0,34; 0 К0К 4,1 , где h, - высота неровностей, А - их период; К0 -- волновое число падающей волны.
Метод малых возмущений (ММВ) применяется для решения задачи рассеяния на достаточно пологих неровностях, малых по сравнению с длиной волны падающего излучения [44] : ф = 2Ko(o t0sB«I где 8 - угол падения, (OL- среднеквадратичная высота неровностей. Величина $ в теории рассеяния часто именуется параметром Рэлея. Граничные условия, задаваемые на неровной поверхности, переносятся на среднюю поверхность путем разложения их в ряд по степеням отношения высоты неровностей к длине волны. Полное поле в произвольной точке над поверхностью также раскладывается в ряд по степеням того же малого параметра. Подстановкой этого последнего ряда в граничное условие на средней поверхности определяются соотношения, которым должны удовлетворять первое, второе и т.д. приближения. В результате задача сводится к последовательности краевых задач для уравнения Гельмгольца с известными граничными условиями на средней поверхности.
Для расчета характеристик рассеянного поля в приближении ММВ достаточно знать среднеквадратичную высоту и корреляционную функцию поверхности. Метод равно пригоден как для поверхностей с регулярными неровностями, так и для статистически неровных поверхностей. Это обуславливает широкое использование ММВ для решения задач рассеяния электромагнитных волн [45], определения характеристик гидроакустических сигналов, рассеянных взволнованной поверхностью моря [46-48] и ряда других задач.
Амплитуда сигнала на приемнике при отсутствии неоднородности в пластине
В настоящее время достаточно хорошо разработаны теоретические методы оценки амплитуды акустических сигналов при различных методах контроля (эхо-теневом, зеркально-теневом, эхо-сквозном). Дальнейшее повышение чувствительности теневого метода дефектоскопии может быть достигнуто при регистрации многократно прошедших через изделие акустических импульсов. Несовершенства поверхностей объекта исследования приводят к рассеянию акустических сигналов, что вызывает флуктуацию их амплитуд. Хорошо разработаны ряд точных и приближенных методов, позволяющих оценить влияние неровностей поверхности на характеристики прошедших через пластину сигналов. Для решения задач дефектоскопии из всего многообразия существующих методов следует выделить метод Кирхгофа.
В литературе отсутствует решение задачи о многократном взаимодействии прошедших акустических сигналов с поверхностными и внутренними неоднородноетями. Поэтому необходимо проведение дальнейших теоретических и экспериментальных исследований. При этом на основании результатов работ [20,52,53] , поставленную задачу можно решать в скалярном приближении, так как при теневом контроле ультразвуковые колебания обычно приходят на границы раздела под углами падения, близкими к нормали.
При ультразвуковом контроле теневым методом с регистрацией второго прошедшего импульса принимаемый сигнал трижды проходит через контролируемый объект (рис.1.1). Импульсы упругих волн, распространяющиеся в нем, дифрагируют на внутренних неоднородноетях с образованием как отраженных, так и прошедших волн. Дифрагированные импульсы после многократных отражении от граней объекта контроля интерферируют между собой с образованием на пьезоприемнике суммарного регистрируемого сигнала. На рис.2.1 в развернутом виде показаны его компоненты. Число одновременно регистрируемых компонент определяется расположением неоднородности по толщине объекта контроля. Если неоднородность расположена в центре изделия, число одновременно принимаемых компонент максимально и равно четырем. При смещении дефекта от средней плоскости на величину, превышающую пространственную протяженность упругого импульса, количество таких компонент уменьшается до двух.
Признаком наличия дефекта при ультразвуковом контроле теневым методом является уменьшение амплитуды регистрируемого сигнала ниже порогового уровня [8], который устанавливается в долях амплитуды прошедшего сигнала на бездефектном участке изделия. Поэтому задачей данного раздела является получение аналитических выражений, позволяющих определить амплитуды второго прошедшего импульса при наличии Uni и отсутствии Un дефекта в изделии.
Внутренние неоднородности имеют разнообразный характер, ориентацию, размеры и форму, которые заранее неизвестны. В связи с этим оценку амплитуды принимаемого сигнала обычно выполняют для
Схема акустического тракта при прозвучивании пластины с регистрацией второго прошедшего импульса моделей дефектов простой геометрической формы. Наиболее часто в качестве такой модели используется акустически мягкий бесконечно тонкий диск. Эта модель достаточно хорошо имитирует естественные локальные дефекты различных изделий [її], в частности, листового проката из медных сплавов, получаемых двойным вакуумным переплавом. В дальнейших расчетах будет использована именно такая модель неоднородности.
Ограничимся решением задачи в скалярном приближении и квазистационарном режиме. В этом случае не учитывается трансформация типа волн на гранях и на принятой модели неоднородности внутри изделия. Как показано в [20], это вполне оправдано для остронаправленных преобразователей, применяемых в ультразвуковой дефектоскопии. При квазистационарном подходе полагается, что длительность генерируемых дефектоскопом импульсов считается настолько большой, что при исследованиях акустического тракта колебания можно рассматривать как гармонические. Вместе с тем, импульсный характер излучения позволяет рассматривать излучение, отражение и прием звуковых волн как отдельные задачи [2l].
Прохождение акустических сигналов через наклонно ориентированную пластину с гладкими гранями
Ограничения в использовании параметра R„ связаны с тем, что для измерения грубых шероховатостей используются обычно оптические приборы, при помощи которых определять R очень трудно. Вместе с тем, измерения шероховатости оптическими приборами не позволяют получить данные о корреляционных свойствах поверхности, а это, в свою очередь, затрудняет выполнение оценок флуктуации ультразвуковых сигналов.
Для проверки справедливости предположений о гауссовском законе распределения высот поверхности горячекатаных стальных и медных листов на кафедре электроакустики ЛЭТИ был поставлен контрольный эксперимент, подробно описанный в работе [75]. Было показано, что гипотеза о гауссовском законе распределения не противоречит экспе-риментальным данным. Среднеквадратичная высота неровностей составила для разных образцов 0,03-0,06 мм, нормированная корреляционная функция хорошо аппроксимировалась выражением (3.1), причем параметр %Q менялся от 0,70 мм (для образцов с более гладкой поверхностью) до 1,2 мм (для образцов с более грубой поверхностью).
При ультразвуковой дефектоскопии большинства металлических изделий в частности, листового проката применяются частоты в диапа зоне 1-5 МГц. В этом случае параметр Рэлея, количественно характеризующий качество неровностей поверхности (п.1.2.1), при нормальном прозвучивании стальных изделий в воде, лежит в пределах: Ф = (К0-К ) о 0,1-1,0 Этот параметр увеличивается при контроле листов большой толщины, имеющих как правило более грубую поверхность. Такие значения параметра Рэлея свидетельствуют о целесообразности использования метода Кирхгофа для решения задачи о флуктуации ультразвуковых сигналов при иммерсионном контроле методом "многократной тени".
Листовой прокат кроме наличия шероховатостей на поверхностях всегда обладает определенной непланшетностью - коробоватостью и волнистостью [74,105] . При прозвучивании такого листа в процессе сканирования непрерывно изменяется угол падения звукового пучка на его поверхность. Это также приводит к изменению (флуктуации) амплитуды регистрируемого сигнала. Непланшетность проката, задаваемую в ГОСТах максимальной величиной прогиба tl0 на базовой длине Е , в первом приближении можно характеризовать максимальным углом наклона листа относительно плоскостей преобразователей. Аппроксимировав кривую прогиба листа отрезком окружности (рис.3.2), в [74] из простых геометрических соображений получено:
Для стального листа обыкновенного качества непланшетность допускается в пределах 12 мм/пог.м , при этом JWx 4 0,05 рад. В таблице 3.1 приведены значения угла тд.х, ПРИ различном прогибе листа.
Технология получения холоднокатаной полосы из медных сплавов, например, на стане Кварта-500 ЛПО "Красный Выборжец" включает в себя операцию грубой обдирки (фрезеровки) поверхностей горячекатаной заготовки (подката). Поверхность такой заготовки , получающаяся после фрезировки, показана на рис.3.3. Ее период неровностей зависит от различных факторов: размеров обрабатывающей фрезы, скорости движения полосы относительно обрабатывающего инструмента и т.д. Выявление внутренних несшюшностей на более ранних стадиях технологического цикла представляет определенный интерес, поскольку позволяет исключить дальнейшую обработку некачественной продукции. Кроме того, в процессе внедрения ультразвуковой аппаратуры остро встают вопросы, связанные с размещением ее в потоке уже сложившихся технологических циклов.
В связи с этим требуется рассмотреть возможности проведения дефектоскопии листов после фрезеровки их поверхностей.
Выше перечисленные несовершенства поверхностей листового проката ограничивают предельную чувствительность ультразвукового контроля и влияют на выбор оптимальных параметров дефектоскопов. Влияние некоторых из перечисленных факторов ранее уже рассматривалось [74,75] для случая контроля с регистрацией первого прошедшего (теневой метод) и отраженного (эхо-метод) импульсов. Однако, полученные аналитические зависимости нельзя распространить на случай дефектоскопии с регистрацией И -го импульса.
Методика экспериментальных исследований дифракции акустических сигналов на моделях несплошностей.
Расчеты по формуле (3.63) при изменении произведения j\l представлены на рис.3.12, где кривая I соответствует углу наклона $ = 0, 2 - I30 , 3 - 3. Остальные параметры акустического тракта выбраны следующими: K0L= 1500, oL = 0,6 , к0ц,= к06 = 60. Материал прозвучиваемой пластины - медь. Из представленных графиков видно, что при некоторых значениях (Jtl)Kp величина " . стре мится к нулю. Это соответствует максимальным потерям энергии на рассеяние. При = 0 значение Б0 совпадает с результатами работ [63, 65].
Рассмотренный подход в решении задачи ослабления амплитуды регистрируемого сигнала на поверхностях с периодическими неровностями и обладающих непланшетностыо при сквозном прозвучивании с регистрацией второго прошедшего импульса может быть распространен на периодические поверхности, имеющие различный профиль неровности (синусоидальный, пилообразный и т.д.).
Влияние периодически неровной поверхности пластины на форму и спектр прошедших акустических импульсов
При сквозном прозвучивании пластины с периодически неровной поверхностью, возникающей после станочной обработки, существует ряд особенностей. В частности, экспериментально установлено [бЭ] изменение формы огибающей и спектра акустических сигналов. Однако, теоретически, ввиду сложности, этот вопрос еще не рассматривался. В связи с этим целесообразно ограничиться в дальнейшем упрощенной постановкой задачи о многократном прохождении импульса плоской звуковой волны через пластину, расположенную в жидкости.
Форма излучаемого в жидкость акустического импульса из-за ограниченной полосы пропускания электроакустического преобразователя близка к колоколообразной и может быть аппроксимирована функцией [2] где (i)- потенциал колебательной скорости; ш0 - частота наполнения импулльса; ()0 - параметр, определяющий форму огибающей импульса и связанный с его длительностью 1а (на уровне 0,5) соотношением:
Физический смысл такого преобразования заключается в том, что импульсный сигнал (І) представлен в виде суперпозиции бесконечно большого числа гармонических колебаний, причем каждому значению частоты & соответствует амплитуда 0 /2, я
Форму акустического импульса, прошедшего через изделие, можно записать в виде обратного преобразования Фурье: где oL - коэффициент затухания; x -I-"" jr - пространствен-но-временная переменная; M и S(u ) номер и спектр прошедшего акустического импульса. Как показали расчеты [73] , при наличии большого поглощения в среде изменяется форма и длительность акустического импульса, а его спектр обедняется высокочастотными составляющими. Ограничиваясь в дальнейшем случаем малого поглощения в среде, характерного для большинства металлов, спектр акустического импульса, прошедшего через пластину с периодически неровными гранями, можно записать в виде
В случае прозвучивания пластины с периодически неровной поверхности прямоугольного профиля (рис.3.13) в соответствии с методикой, изложенной в п.3.2 , можно записать: - номер регистрируемого импульса, П,= I или 2 в случае наличия неровностей на одной или обеих гранях пластины, высота и ширина неровностей. С учетом (3.68) спектр акустического импульса, прошедшего через пластину с неровностями прямоугольного профиля, можно представить как:
