Показано, что при ультразвуковом контроле эхо-методом с помощью бесконтактных электронно-акустических преобразователей надежно выявляются в рельсах, круглых и квадратных заготовках из качественных сталей внутренние дефекты, эквивалентные плоскодонным отражателям и боковой поверхности цилиндрических отверстий. При исследованиях использованы прямые электромагнитно-акустические преобразователи, возбуждающие и принимающие сдвиговые объемные волны частотой 2...5 МГц. Установлено, что ЭМА преобразователи по чувствительности не уступают контактным пьезопреобразователям. Во всех исследованных пробах надежно обнаружены отражатели диаметром 1 мм и более.

В результате экспериментальных исследований распространения поверхностных волн при возбуждении и приеме ЭМА способом обнаружен эффект прохождения за пределы резких изменений формы поверхности. Установлена возможность дефектоскопии металла поверхностными волнами за пределами острых граней изделия.

Выполнены теоретические исследования по определению сечения рассеяния линейно поляризованных упругих колебаний на моделях дефектов в виде бесконечного кругового цилиндра. Установлено, что приведенное сечение рассеяния принимает максимальное значение при ориентировании вектора поляризации нормально направлению максимального развития дефектов. Теоретические результаты подтверждены экспериментально. Полученные результаты применимы при дефектоскопии изделий с большой вытяжкой вдоль одного направления, например, прокатанных, кованных и др.

Освещены теоретические основы и практические положения построения электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП), использующихся для выполнения измерений параметров материалов и неразрушающего контроля металлопродукции. Охарактеризованы прямые ЭМАП для возбуждения и приема объемных продольных, поверхностных и нормальных волн. Проанализированы особенности практической реализации ЭМАП для возбуждения и приема сдвиговых ультразвуковых колебаний перпендикулярно поверхности металла.

Рассмотрены основы и практические положения по исследованию характеристик ультразвуковых дефектоскопов, которые могут использоваться для обнаружения дефектов структуры изделий и материалов, толщинометрии и измерения физико-механических свойств материалов.

Приведены результаты модельных исследований выявляемости дефектов поверхности типа протяженных пропилов и сквозных отверстий, а также реальных дефектов металлов. Установлено, что вихретоковый (ВТ) контроль наиболее целесообразно использовать для выявления и оценки глубины трещины производственного и эксплуатационного происхождения. С его использованием обнаруживаются надежно локальные дефекты типа каверн и другие участки с уменьшенной толщиной металла. Практически абсолютно определяются дефекты типа плен и закатов, но для оценки степени их опасности необходимо соединять ВТ контроль с операциями зачистки. ПодчеркнутоЁ что наиболее эффективен ВТ контроль для обнаружения дефектов под слоем краски и других покрытий.

Разработана конструкция преобразователя для проведения ультразвукового контроля цилиндрических изделий хордовым способом, а также методика его изготовления и применения. Это позволит значительно снизить затраты на подготовку к проведению контроля, увеличить его достоверность и воспроизводимость результатов. Разработан стандартный образец предприятия, позволяющий определять основные параметры контроля при использовании наклонных преобразователей, контактная поверхность которых сопряжена с цилиндрической поверхностью контролируемого изделия. Предложена методика настройки и корректировки предельной чувствительности хордового способа контроля с помощью нового стандартного образца.

Приведены итоговые результаты работ по построению приборов для неразрушающего контроля и измерений, а также блок-схемы устройств, позволяющих реализовать ЭМА способ при различных технических, технологических и экономических требованиях.

При ультразвуковом контроле тонкостенных изделий большое значение имеет создание таких условий для настройки его параметров, которые наиболее полно отображают особенности проведения контроля на реальном объекте и при этом максимально упрощают процесс подготовки к нему. Теоретически обоснован переход от настройки предельной чувствительности по зарубкам к настройке по двугранным углам эталонов.

Розглянуто питання дефектоскопії та дефектометрії виробів зі "складною" для проведення контролю поверхнею. Розроблено та досліджено вихрострумовий перетворювач з просторово розподіленими котушками. Встановлено можливість вихрострумового контролю зварних швів з визначенням форми та глибини дефектів.

Рассмотрены вопросы создания бесконтактных ультразвуковых и вихретоковых приборов для дефектоскопии и толщинометрии без специальной зачистки поверхности изделий. Приведены примеры приборов, позволяющих экономить энергию и сохранять потребительские свойства изделий.

Надано поняття про дефекти та дефектну продукцію. Розглянуто різні види дефектів, які виникають у разі плавки, лиття, обробки тиском, механічній, термічній та електрохімічній обробці деталей, а також дефекти зварних швів. Описано види пружних коливань і показано їх частотний діапазон. Досліджено основні методи акустичного контролю, показано їх переваги та недоліки у порівнянні з іншими видами контролю. Надано характеристику пружних коливань і хвильового процесу, наведено формулу хвильового рівняння. Розглянуто основні фізико-хімічні властивості середовища, з'ясовано залежність швидкості поширення акустичних хвиль від його параметрів. Надано пояснення акустичного імпедансу та хвильового опору середовища. Описано процес розсіювання та поглинання хвиль у різних типах матеріалів. Розглянуто процес відбиття та зломлення різних типів акустичних хвиль на границях розділу середовищ. Надано пояснення процесам дифракції та рефракції акустичних хвиль на різних типах дефектів, описано групи хвиль, які виникають у разі цього. Проаналізовано класичні способи випромінювання та прийому пружних коливань. Подано визначення акустичного поля та його характеристики для прямого та похилого п'єзоелектричних перетворювачів. Описано процес зварювання, види зварних з'єднань і причини появи дефектів у них. Надано відомості про сучасні прилади та системи акустичного контролю.

Рассмотрено физическое содержание процесса регистрации ультразвуковых волн, которые распространяются в образцах из металлов неферромагнитной группы. Доказана теорема о наведенном магнитном потоке и записано общее выражение для расчета амплитуды разности электрических потенциалов на электрическом выходе преобразователя. Это соотношение имеет смысл математической модели преобразователя электромагнитного типа в режиме регистрации ультразвуковых волн в металлах неферромагнитной группы.

Рассмотрена типовая для устройств неразрушающего контроля задача о регистрации электромагнитным способом ультразвуковых волн (УЗВ), радиально распространяющихся в листовом прокате из металла неферромагнитной группы. Метод расчета опирается на математическую модель электромагнитного способа регистрации УЗВ, в основу которой положена теорема о наведенном магнитном потоке. Показано, что учет внутренних электромагнитных полей, которые возникают в динамически деформируемом металле в присутствии постоянного магнитного поля, вносит существенные коррективы (в сторону уменьшения) в амплитудные значения сигнала на электрическом выходе преобразователя. Впервые показано, что геометрические параметры электрического контура приемника переменного магнитного поля существенным образом определяют эффективность процесса регистрации УЗВ на различных частотах. Впервые сделан вывод о необходимости согласования геометрических параметров преобразователя с частотным диапазоном регистрируемых УЗВ.

Разработан принцип и метод расчета ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа для систем неразрушающего контроля и технической диагностики металлопроката, для первичных преобразователей в устройствах электрического измерения неэлектрических величин, для аппаратуры экспериментального исследования физико-механических и структурных параметров металлов. Показана возможность определения необходимых характеристик преобразователя через функцию "частотная характеристика преобразователя".

Представлена концепция построения ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа для систем неразрушающего контроля и технической диагностики металлопроката. Получены выражения для расчета преобразователей электромагнитного типа на примере решения задачи для возбуждения продольных волн в стержне. Подтверждена возможность определения необходимых параметров преобразователя через функцию "частотная характеристика преобразователя".

Рассмотрен принцип и метод расчета ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа (ЭМАП) в режиме приема упругих волн для неразрушающего контроля поверхности стального металлопроката. Найдены аналитические выражения для электромагнитного способа регистрации ультразвуковых волн в ферромагнитных металлах, используя теорему о наведенном магнитном потоке. Дана оценка влияния размеров электрического контура приемника переменного магнитного поля на эффективность приема упругих волн электромагнитным способом. Проанализирована зависимость частотной характеристики катушки приемника от толщины укладки витков. Все полученные решения позволят исключить влияние ЭМАП на формирование окончательного результата обнаружения дефекта на поверхности металлопроката, то есть исключить систематические погрешности, что вносятся измерителем.

На основе предложенного подхода [часть 1] к построению математических моделей электромагнитных ультразвуковых преобразователей в режиме приема упругих колебаний, получены выражения для расчета преобразователей электромагнитного типа на примере регистрации радиально распространяющихся ультразвуковых волн в ферромагнитных пластинах. Рассмотрена модельная ситуация случая регистрации радиально распространяющихся поверхностных волн Рэлея. Дана оценка скоростей распространения рэлеевской волны и волн сдвига для материалов с наиболее распространенными значениями коэффициентов Пуассона.

Выполнен сравнительный анализ механизмов образования деформаций в ферромагнитных металлах при электромагнитном возбуждении поверхностных волн Рэлея и показано, что силы Лоренца можно не учитывать при выполнении количественных оценок амплитудных значений возбуждаемых волн. Дана адекватная реальной ситуации количественная оценка амплитуд смещений материальных частиц во фронте радиально распространяющейся поверхностной волны Рэлея. Введено и физически обосновано новое в практике расчетов преобразователей электромагнитного типа понятие "волновая характеристика" индуктора (источника переменного магнитного поля). Дано объяснение экспериментально наблюдаемому факту влияния геометрических параметров индуктора на эффективность возбуждения ультразвуковых волн на заданной частоте.

Построена замкнутая математическая модель ультразвукового тракта с электромагнитным возбуждением и приемом радиально распространяющихся волн Рэлея. Выполнены расчеты волновых, частотных и импульсных передаточных характеристик ультразвукового тракта. Показано влияние радиальных размеров укладки кольцевой катушки, а также влияние величины неконтакта на эффективность возбуждения ультразвуковых волн на разных частотах. Даны рекомендации по разработке конструкции преобразователя электромагнитного типа. Показано, что с помощью радиоимпульса с изменяющейся частотой заполнения можно определить изменение амплитудно-частотной характеристики ультразвукового тракта в широком диапазоне частот. Дана оценка длительности процесса регистрации до момента прохода цилиндрического фронта волны Рэлея через центр индуктора.