Электромагнитно-акустическая структуроскопия металлоизделий с особыми свойствами

Основной целью Проекта является развитие теории и практики создания новых высокочувствительных, достоверных методик и приборов ранней оперативной акустической диагностики структурно-неоднородных материалов и элементов конструкций из материалов с особыми магнитными, тепловыми, упругими свойствами, а также изделий изготовленных методами аддитивных технологий. Проблема ранней оперативной диагностики структурного и напряженно-деформировнного состояния является особо актуальной для многих элементов производственных объектов транспорта, нефтяной и газовой промышленности, металлургии, машиностроения, строительства и других отраслей, как на стадии их изготовления, так и эксплуатации. Благодаря использованию волн механической природы целесообразно применение акустических методов для ранней оперативной диагностики материалов и изделий, что позволяет получить наиболее достоверные связи с параметрами структуры, напряженно-деформированного состояния, анизотропии, упругих и прочностных свойств и дефектности. В настоящее время большинство методик акустической диагностики базируется на использовании контактных пьезоэлектрических преобразователей. Высокие требования к геометрическим размерам, плоскопараллельности образца, чистоте обработки поверхности, качеству контакта и др., существенно снижают точность, достоверность и воспроизводимость результатов, что ограничивает применение контактных методов, особенно в задачах акустической структуроскопии. Одним из перспективных подходов к такого рода задачам является использование разрабатываемых в рамках проекта бесконтактных электромагнитно-акустических (ЭМА) преобразователей для диагностики металлоконструкций, а также использование воздуха в качестве переходной акустической среды для диагностики неоднородных неметаллических материалов с высоким затуханием звука и малым акустическим сопротивлением. Использование при контроле бесконтактных преобразователей обеспечивает возможность излучения и приема акустических волн различного типа без применения контактной жидкости или иммерсионной среды, повышает точность, достоверность и воспроизводимость результатов контроля, способствует автоматизации и повышению производительности производственных технологий. Уникальность разрабатываемых технологий структуроскопии, оценки напряженно-деформированного состояния, упругих модулей и анизотропии, основанных на одновременном использовании волн различных типов и поляризаций состоит в высокой точности, обусловленной отсутствием необходимости прецизионного измерения толщины (диаметра) объекта, погрешность определения которых известными методами значительна, а с использованием разрабатываемых технологий косвенная методическая погрешность определения анизотропии акустических свойств не превышает 0,05%, абсолютного значения коэффициента Пуассона – 0,01 %, определения абсолютных значений упругих модулей – 2%, определения механических напряжений – 5 МПа, скорости акустических волн – 1 м/с. Использование систем для возбуждения, регистрации и измерения параметров акустических волн в высокочастотной области (0,5 – 10 МГц), позволит получить новые результаты исследований влияния структурных изменений при усталости и при напряженно-деформированном состоянии на информативные параметры акустических волн, что приведет к созданию новых высокоточных ЭМА-методов структуроскопии. Будет разработана методика оценки линейного и плоского напряженно-деформированного состояния реальных объектов, полученных методом аддитивных технологий за счет совместного использования поперечных ортогонально-поляризованных волн, продольных, головных и рэлеевских волн. С использованием информационно-измерительной для бесконтактного возбуждения, регистрации и измерения параметров акустических волн в неметаллических материалов материалах, будут исследованы акустические свойства стратегически важных материалов, обладающих уникальными свойствами (терморасширенный графит, закрытоячеистый полиэтилен и др.), на основании которых предложены методики акустической структуроскопии и дефектоскопии этих материалов. При разработке новых средств и методик ультразвуковой диагностики требуется исследовать акустические тракты, что позволит определить возможности и эксплуатационные характеристики проектируемых приборов. Планируется исследование акустических трактов при распространении объемных и рэлеевских волн в объектах сложной геометрии (тройники газопроводов), с неоднородной структурой и анизотропией свойств. Указанные исследования планируется проводить с использованием методов конечно-элементного моделирования в программной среде Comsol Multiphysics. Для поиска основных параметров контроля, обоснования браковочных критериев, повышения разрешающей способности и чувствительности разрабатываемых технологий планируется использование современного программного обеспечения для обработки сигналов (спектральный и вейвлет-анализ, вероятностно-статистический анализ, методы обращения свертки сигналов, корреляционный анализ). В рамках проекта планируются исследования и учет методических и случайных факторов, влияющих на результаты измерений для широкого класса структурно-неоднородных материалов и объектов с целью разработки, апробации и внедрения в промышленность достоверных методик структуроскопии с использованием разработанного оборудования. Масштабность и новизна Проекта обусловлена обоснованием возможностей и существенным расширением областей применения разрабатываемых бесконтактных акустических технологий для диагностики структурно-неоднородных материалов и конструкций опасных производственных объектов, где ранее они не применялись.