RU2722549C1 - Method of determining adhesion quality of bimetal layers - Google Patents

Method of determining adhesion quality of bimetal layers Download PDF

Info

Publication number
RU2722549C1
RU2722549C1 RU2019140400A RU2019140400A RU2722549C1 RU 2722549 C1 RU2722549 C1 RU 2722549C1 RU 2019140400 A RU2019140400 A RU 2019140400A RU 2019140400 A RU2019140400 A RU 2019140400A RU 2722549 C1 RU2722549 C1 RU 2722549C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layers
bimetal
adhesion
pulses
quality
Prior art date
Application number
RU2019140400A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Хлыбов
Александр Леонидович Углов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2019140400A priority Critical patent/RU2722549C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722549C1 publication Critical patent/RU2722549C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention can be used for evaluation of adhesion quality of bimetal layers. Essence of the invention consists in the fact that ultrasonic pulses are emitted into the bimetal layer, receiving a series of echo signals arising as a result of ultrasonic reflections from the interface of the coating and the base metal, and by comparing parameters of pulses reflected from the boundary of layers and bottom pulses, quality of adhesion of bimetal layers is evaluated based on regression dependence pre-established on control samples on parameters of analyzed pulses, wherein the adhesion quality assessment is carried out based on the ultrasonic pulses energy reflected from the bimetal layers boundary and passed through it, taking into account physical laws of reflection and passage of elastic waves through the boundary of two media with different acoustic properties, wherein pulse energy values are calculated based on analysis of their spectral power density in the information frequency range, evaluation of bonding quality of bimetal layers is carried out based on the regressive dependence of the relative reflected energy pre-established on the control samples on the actual adhesion strength, the quality of adhesion is determined by the given mathematical expression.
EFFECT: high reliability of determining adhesion of bimetal layers by an ultrasonic method.
1 cl, 4 dwg

Description

Металлопродукция из биметаллов, полученная на основе современных металлургических технологий, является перспективным материалом для газонефтеперерабатывающей, энергетической, строительной, химической, автомобильной и других базовых отраслей промышленности.Metal products from bimetals, obtained on the basis of modern metallurgical technologies, are a promising material for gas and oil refining, energy, construction, chemical, automotive and other basic industries.

В последнее время биметаллы находят все большее применение в пришельфовых металлоконструкциях и деталях оборудования, эксплуатируемых в жестких условиях Крайнего Севера.Recently, bimetals are increasingly used in offshore metal structures and equipment parts operated in the harsh conditions of the Far North.

Резкие перепады температур оказывают крайне неблагоприятное влияние на эксплуатационные характеристики изделий из биметаллов, особенно работающих в условиях циклических усталостных нагрузок. Разница коэффициентов теплового расширения материала покрытия и основного металла приводит к появлению значительных напряжений в переходном слое «покрытие - основной металл», которые, совместно с напряжениями от внешних эксплуатационных воздействий инициируют процесс накопления микроповреждений (микрорасслоений) в переходном слое. Даже если покрытие выполнено идеально с технологической точки зрения (полное отсутствие расслоений и максимально возможная адгезия), процесс накопления микроповреждений, постепенно снижая прочность сцепления основного слоя и покрытия, может привести к отрыву покрытия: - локальному, т.е. появлению расслоений или к полному, приведя деталь к выходу из строя.Sudden changes in temperature have an extremely adverse effect on the performance of bimetal products, especially those operating under cyclic fatigue loads. The difference in the thermal expansion coefficients of the coating material and the base metal leads to the appearance of significant stresses in the transition layer “coating - base metal”, which, together with the stresses from external operational influences, initiate the process of accumulation of microdamage (micro-delamination) in the transition layer. Even if the coating is ideally performed from a technological point of view (complete absence of delamination and the maximum possible adhesion), the process of accumulation of microdamages, gradually reducing the adhesion strength of the main layer and the coating, can lead to separation of the coating: - local, i.e. the appearance of delaminations or to complete, leading the part to failure.

В этой связи с особой остротой встает проблема оперативного контроля технического состояния деталей и элементов конструкций из биметаллов по критерию качества сцепления их слоев.In this regard, the problem of operational control of the technical condition of parts and structural elements from bimetals by the criterion of the quality of adhesion of their layers arises with particular urgency.

Используемые в настоящее время ультразвуковые методы неразрушающего контроля качества биметаллов в основном направлены на определение наличия расслоений. Контролируемая площадь расслоения соизмерима с площадью сечения зондирующего луча, равной обычно не менее 10 – 50 мм2 [Неразрушающий контроль. Справочник под ред. В.В. Клюева, т. 3, М.: Машиностроение, 2004, 864 с.; Иляхинский А.В., Родюшкин В.М. Ультразвуковая методика контроля прочности соединения слоев биметаллических вкладышей // Дефектоскопия. 2000. №10. С. 63–66]. Результаты такого контроля часто оказываются недостаточны для достоверной оценки технического состояния объекта с конструктивными элементами из биметаллов по критерию прочности сцепления их слоев, поскольку к понижению качества сцепления приводят микрорасслоения площадью менее 1 мм2, рассеянные вдоль границы слоев биметалла.Currently used ultrasonic methods of non-destructive quality control of bimetals are mainly aimed at determining the presence of delamination. The controlled stratification area is commensurate with the cross-sectional area of the probe beam, usually equal to at least 10 - 50 mm 2 [Non-destructive testing. Handbook Ed. V.V. Klyueva, vol. 3, Moscow: Mashinostroenie, 2004, 864 p .; Ilyakhinsky A.V., Rodyushkin V.M. Ultrasonic technique for controlling the strength of the connection of the layers of bimetallic inserts // Defectoscopy. 2000. No. 10. S. 63–66]. The results of such control often turn out to be insufficient for a reliable assessment of the technical condition of an object with bimetal structural elements according to the criterion of adhesion of their layers, since microbundles with an area of less than 1 mm 2 scattered along the boundary of the bimetal layers lead to a decrease in adhesion quality.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля с помощью ультразвуковых волн и может быть использовано для определения качества сцепления слоев биметалла в различных деталях и конструктивных элементах путем спектрального анализа ультразвуковых импульсов, распространяющихся в контролируемой зоне технического объекта.The invention relates to the field of non-destructive testing using ultrasonic waves and can be used to determine the adhesion quality of the bimetal layers in various parts and structural elements by spectral analysis of ultrasonic pulses propagating in the controlled area of a technical object.

Использование: для определения качества сцепления слоев биметаллов.Usage: to determine the adhesion quality of the bimetal layers.

Известен метод неразрушающего контроля [Патент РФ №2259557 G01N029/10, опубл. 27.08.2005, бюл. № 24], заключающийся в том, что ультразвуковые колебания направляют на подложку и на покрытие, принимают серию эхо-сигналов, возникающих в результате отражений ультразвука от торцевых поверхностей подложки и поверхности раздела между подложкой и покрытием, определяют значение коэффициента ослабления эхо-сигнала и с использованием соответствующей функции для определения затухания амплитуд эхо-сигнала в зависимости от числа отражений эхо-сигнала выводят для величины прочности сцепления соответствующую функцию корреляции, рассчитываемую по данным, заранее полученным на образцах для калибровочных испытаний с использованием коэффициентов ослабления и значений величины качества сцепления покрытия, определяемых при проведении механических испытаний на калибровочных испытательных образцах.The known method of non-destructive testing [RF Patent No. 2259557 G01N029 / 10, publ. 08/27/2005, bull. No. 24], which consists in the fact that ultrasonic vibrations are directed to the substrate and to the coating, a series of echo signals resulting from ultrasound reflections from the end surfaces of the substrate and the interface between the substrate and the coating are received, the value of the attenuation coefficient of the echo signal is determined and using the corresponding function to determine the attenuation of the echo amplitude depending on the number of reflections of the echo signal, the corresponding correlation function calculated from the data obtained in advance on the samples for calibration tests using the attenuation coefficients and values of the adhesion quality of the coating, determined by when conducting mechanical tests on calibration test samples.

К недостаткам этого метода ультразвукового контроля качества сцепления слоев биметалла следует отнести то обстоятельство, что применяется иммерсионный способ ввода ультразвука с использованием емкости с жидкостью, в которую помещают исследуемую деталь. Такой вариант контроля неприменим в условиях реальной эксплуатации деталей и конструктивных элементов, изготовленных из биметалла. Кроме того, в предлагаемом способе в качестве информативной характеристики используется коэффициент затухания, измеряемый методом наложенной экспоненты по экрану осциллографа. Данный метод определения коэффициента затухания обладает значительными погрешностями вследствие дифракционных и интерференционных явлений в материале исследуемой детали, что существенно увеличивает ошибки определения качества сцепления с использованием соответствующих корреляционных связей.The disadvantages of this method of ultrasonic quality control of adhesion of bimetal layers include the fact that the immersion method of introducing ultrasound using a container with a liquid is used in which the test piece is placed. This control option is not applicable in conditions of actual operation of parts and structural elements made of bimetal. In addition, in the proposed method, the attenuation coefficient, measured by the method of superimposed exponential on the oscilloscope screen, is used as an informative characteristic. This method of determining the attenuation coefficient has significant errors due to diffraction and interference phenomena in the material of the investigated part, which significantly increases the errors in determining the quality of adhesion using the corresponding correlation relationships.

Целью изобретения является повышение достоверности и расширений возможностей определения качества сцепления слоев биметалла ультразвуковым методом, а также повышения надежности технической диагностики ответственных изделий.The aim of the invention is to increase the reliability and capabilities of determining the adhesion quality of the bimetal layers by the ultrasonic method, as well as to increase the reliability of technical diagnostics of critical products.

Технический результат - повышение точности определения качества сцепления за счет использования приемов спектральной обработки анализируемых ультразвуковых сигналов, а также расширение возможностей метода за счет использования контактного ввода ультразвука в исследуемый объект.The technical result is to increase the accuracy of determining the quality of adhesion through the use of spectral processing techniques of the analyzed ultrasonic signals, as well as expanding the capabilities of the method through the use of contact input of ultrasound into the studied object.

Технический результат достигается тем, что в способе на основании обработки значений спектральной плотности мощности ультразвуковых импульсов, отраженных от границы слоев биметалла, и донных импульсов определяют безразмерную характеристику качества сцепления, изменяющуюся от 0, соответствующей нулевой адгезии (т.е. расслоению), до 1, соответствующей максимально возможной адгезии слоев. Способ оценки качества сцепления слоев биметалла, заключающийся в том, что в слой биметалла излучают ультразвуковые импульсы, принимают серию эхо-сигналов, возникающих в результате отражений ультразвука от границы раздела покрытия и основного металла и, сопоставляя параметры импульсов, отраженных от границы слоев и донных импульсов, оценивают качество сцепления слоев биметалла на основании предварительно установленной на контрольных образцах регрессионной зависимости от параметров анализируемых импульсов, отличающийся тем, что оценка качества сцепления проводится на основе анализе отношения энергии ультразвуковых импульсов, отраженных от границы слоев биметалла и прошедших через нее, с учетом физических закономерностей отражения и прохождения упругих волн через границу двух сред с различными акустическими свойствами. При этом значения энергии импульсов рассчитываются, исходя из анализа их спектральной плотности мощности в информативном диапазоне частот, оценка качества сцепления слоев биметалла проводится на основании предварительно установленной на контрольных образцах регрессионной зависимости относительной отраженной энергии от фактической прочности сцепления, качество сцепления определяют по формуле:The technical result is achieved in that in the method, on the basis of processing the spectral power density values of ultrasonic pulses reflected from the boundary of the bimetal layers and the bottom pulses, a dimensionless adhesion quality characteristic varying from 0, corresponding to zero adhesion (i.e., delamination), to 1 corresponding to the maximum possible adhesion of the layers. A method for assessing the adhesion quality of bimetal layers, which consists in the fact that ultrasonic pulses are emitted into the bimetal layer, a series of echo signals resulting from ultrasound reflections from the interface of the coating and the base metal are received and, comparing the parameters of the pulses reflected from the boundary of the layers and bottom pulses , evaluate the adhesion quality of the bimetal layers on the basis of a regression dependence on the parameters of the analyzed pulses previously established on the control samples, characterized in that the adhesion quality assessment is based on the analysis of the ratio of the energy of ultrasonic pulses reflected from the boundary of the bimetal layers and passed through it, taking into account physical laws reflection and passage of elastic waves through the boundary of two media with different acoustic properties. In this case, the energy values of the pulses are calculated based on the analysis of their power spectral density in an informative frequency range, the adhesion quality of the bimetal layers is assessed based on the regression dependence of the reflected energy on the actual adhesion strength previously established on the control samples, the adhesion quality is determined by the formula:

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

В зависимости от схемы измерений осциллограммы ультразвуковых импульсов соответствуют Фиг. 1 (Осциллограммы ультразвуковых импульсов, распространяющихся в слоях биметалла). а) (Контроль со стороны покрытия ) или б) (Контроль со стороны основного слоя), где

Figure 00000002
,
Figure 00000003
- левая и правая границы импульса, отраженного от границы покрытия ;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- левая и правая границы донного импульса, 1 - первый ультразвуковой импульс, отраженный от границы слоев биметалла; 2 - первый донный ультразвуковой импульс.Depending on the measurement scheme, the waveforms of the ultrasonic pulses correspond to FIG. 1 (Oscillograms of ultrasonic pulses propagating in bimetal layers). a) (Control from the side of the coating) or b) (Control from the side of the main layer), where
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- the left and right boundaries of the pulse reflected from the boundary of the coverage;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- the left and right boundaries of the bottom pulse, 1 - the first ultrasonic pulse reflected from the boundary of the bimetal layers; 2 - the first bottom ultrasonic pulse.

На Фиг. 2 (Спектральная плотность мощности ультразвуковых импульсов) приведен вид графика спектральной плотности мощности для анализируемых ультразвуковых импульсов после вычитания спектральной плотности мощности шума в диапазоне информативных частот от

Figure 00000006
до
Figure 00000007
, соответствующих значениям 0,9 - 0,95 от максимума спектральной плотности.In FIG. 2 (Spectral power density of ultrasonic pulses) is a graph of the spectral power density for the analyzed ultrasonic pulses after subtracting the spectral density of the noise power in the range of informative frequencies from
Figure 00000006
before
Figure 00000007
corresponding to values of 0.9 - 0.95 of the maximum spectral density.

Энергия импульса в информативном диапазоне частот рассчитывается по формулеThe pulse energy in the informative frequency range is calculated by the formula

Figure 00000008
, (1)
Figure 00000008
, (1)

где

Figure 00000009
– спектральная плотность мощности:Where
Figure 00000009
- power spectral density:

Figure 00000010
, (2)
Figure 00000010
, (2)

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Спектральная плотность определяется с помощью быстрого преобразования Фурье, при этом расчетная формула для энергии импульса приобретает вид:The spectral density is determined using the fast Fourier transform, while the calculation formula for the pulse energy takes the form:

Figure 00000012
, (3)
Figure 00000012
, (3)

где

Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- общее число отсчетов сигнала при БПФ (с учетом добавленных нулей),
Figure 00000016
– отсчеты спектральной плотности импульсов при их БПФ-преобразовании на интервалах
Figure 00000017
и
Figure 00000018
для импульса, отраженного от границы слоев биметалла и донного импульса соответственно,
Figure 00000019
- частота дискретизации сигнала.Where
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- the total number of signal samples at the FFT (taking into account the added zeros),
Figure 00000016
- readings of the spectral density of pulses during their FFT conversion at intervals
Figure 00000017
and
Figure 00000018
for a pulse reflected from the boundary of the bimetal and bottom pulse layers, respectively,
Figure 00000019
- signal sampling rate.

В качестве акустической характеристики качества сцепления слоев биметалла может служить величина, определяемая соотношением энергий импульса, отраженного от границы слоев биметалла

Figure 00000020
и донного импульса
Figure 00000021
.As an acoustic characteristic of the adhesion quality of bimetal layers, a value determined by the ratio of the energies of the momentum reflected from the boundary of the bimetal layers can serve
Figure 00000020
and bottom impulse
Figure 00000021
.

На значения величин

Figure 00000021
и
Figure 00000020
кроме качества сцепления слоев (определяемого адгезией) влияют особенности распространения ультразвука в материале слоев биметалла, связанные как с затуханием, так и с акустической прозрачностью границы, величина которой зависит от соотношения акустических сопротивлений материала слоев.On the values of the quantities
Figure 00000021
and
Figure 00000020
in addition to the adhesion quality of the layers (determined by adhesion), the propagation of ultrasound in the material of the bimetal layers also affects the attenuation and the acoustic transparency of the boundary, the value of which depends on the ratio of the acoustic resistances of the material of the layers.

При идеальном сплавлении, соответствующем максимальному значению прочности сцепления, максимальную величину энергии донного сигнала

Figure 00000022
с учетом потерь на затухание и прохождение границы слоев можно записать в виде:With perfect fusion, corresponding to the maximum value of adhesion strength, the maximum value of the energy of the bottom signal
Figure 00000022
taking into account losses due to attenuation and passage of the boundary of the layers, it can be written as:

Figure 00000023
, (5)
Figure 00000023
, (5)

где

Figure 00000024
- энергия зондирующего сигнала,
Figure 00000025
- акустическое сопротивление материала покрытия,
Figure 00000026
- коэффициент затухания продольных волн в материале покрытия,
Figure 00000027
- толщина покрытия, величины
Figure 00000028
,
Figure 00000029
и
Figure 00000030
соответствующие значения для основного металла.Where
Figure 00000024
- energy of the probe signal,
Figure 00000025
- acoustic resistance of the coating material,
Figure 00000026
- attenuation coefficient of longitudinal waves in the coating material,
Figure 00000027
- coating thickness, values
Figure 00000028
,
Figure 00000029
and
Figure 00000030
corresponding values for the base metal.

Максимальное значение энергии сигнала, отраженного от покрытия

Figure 00000031
зависит от схемы измерений.The maximum value of the energy of the signal reflected from the coating
Figure 00000031
depends on the measurement scheme.

При измерении со стороны покрытия:When measured from the coating side:

Figure 00000032
. (6)
Figure 00000032
. (6)

При измерении со стороны основного металла:When measured from the base metal:

Figure 00000033
. (7)
Figure 00000033
. (7)

Удобной акустической характеристикой качества сцепления может служить безразмерная величина: The dimensionless quantity can serve as a convenient acoustic characteristic of the quality of adhesion:

Figure 00000001
, (8)
Figure 00000001
, (8)

в которой значения

Figure 00000021
и
Figure 00000020
рассчитываются по формуле (3) на основании экспериментальных данных, а величины
Figure 00000022
и
Figure 00000031
вычисляют по формулам (5), (6) и (7).in which values
Figure 00000021
and
Figure 00000020
are calculated according to formula (3) based on experimental data, and the quantities
Figure 00000022
and
Figure 00000031
calculated by formulas (5), (6) and (7).

Введенная таким образом акустическая характеристика качества сцепления изменяется в диапазоне от 0 до 1:

Figure 00000034
при нулевой прочности сцепления, когда ультразвуковой импульс через граничный слой не проходит и
Figure 00000035
;
Figure 00000036
при полной адгезии, когда величины
Figure 00000037
и
Figure 00000038
соответствуют теоретически возможным значениям
Figure 00000022
и
Figure 00000031
.The acoustic characteristic of the adhesion quality introduced in this way varies from 0 to 1:
Figure 00000034
at zero adhesion strength, when the ultrasonic pulse does not pass through the boundary layer and
Figure 00000035
;
Figure 00000036
with full adhesion, when the quantities
Figure 00000037
and
Figure 00000038
correspond to theoretically possible values
Figure 00000022
and
Figure 00000031
.

Оценка абсолютного значения качества сцепления слоев биметалла проводится на основании предварительно установленной на контрольных образцах регрессионной зависимости полученной акустической характеристики прочности сцепления

Figure 00000039
от фактической прочности сцепления.Assessment of the absolute value of the adhesion quality of the bimetal layers is carried out on the basis of the regression dependence of the obtained acoustic characteristics of adhesion strength previously established on control samples
Figure 00000039
on the actual grip strength.

Для проверки работоспособности предложенного способа проводили измерения на двух цилиндрические стальных втулках (образцы №1 и 2) с внешним диаметром 285 и внутренним 241 мм (что соответствует значению

Figure 00000040
), длина втулок 241 мм, материал - сталь 50. На внутренние поверхности втулок нанесли слой баббита марки Б-88 толщиной 2 мм (значение
Figure 00000027
). Образцы отличались различными технологиями нанесения баббита на стальную основу.To test the operability of the proposed method, measurements were made on two cylindrical steel bushings (samples No. 1 and 2) with an outer diameter of 285 and an inner diameter of 241 mm (which corresponds to the value
Figure 00000040
), the length of the bushings is 241 mm, the material is steel 50. A layer of babbitt grade B-88, 2 mm thick, was applied to the inner surfaces of the bushings (value
Figure 00000027
) The samples were distinguished by various technologies for applying babbitt on a steel base.

Для проведения акустических измерений использовали измерительно-вычислительный комплекс «АСТРОН» (№ в Госреестре средств измерений 67552-17) и продольные волны, с центральной спектральной частотой импульсов 6 МГц, возбуждаемые прямым совмещенным пьезопреобразователем.For carrying out acoustic measurements, the ASTRON measuring and computing complex (No. in the State Register of Measuring Instruments 67552-17) and longitudinal waves with a central spectral frequency of pulses of 6 MHz excited by a direct combined piezoelectric transducer were used.

Контроль проводили с внешней стороны образцов путем сканирования вдоль высоты с шагом, равным 10 мм. Полосы сканирования располагали равномерно по всей окружности образцов.The control was carried out from the outside of the samples by scanning along the height in increments of 10 mm. Scanning bands were positioned evenly around the entire circumference of the samples.

Входящие в расчетные формулы волновые сопротивления и коэффициенты затухания были измерены экспериментально на плоскопараллельных образцах стали и баббита и оказались равными:The wave resistances and attenuation coefficients included in the calculation formulas were experimentally measured on plane-parallel samples of steel and babbit and were equal to:

Figure 00000041
Figure 00000042
;
Figure 00000041
Figure 00000042
;

Figure 00000043
,
Figure 00000044
.
Figure 00000043
,
Figure 00000044
.

Акустическую характеристику качества сцепления

Figure 00000045
рассчитывали по формуле (8). Результаты измерений параметра
Figure 00000046
для образцов № 1 и 2 приведены соответственно на Фиг. 3 (Пространственное распределение акустической характеристики
Figure 00000047
вдоль образца №1), Фиг. 4 (Пространственное распределение акустической характеристики
Figure 00000048
вдоль образца №2), которые иллюстрируют пространственное распределение акустической характеристики
Figure 00000046
. Из Фиг. 3 видно, что для образца №1 в ряде точек контроля обнаружено значительное снижение параметра
Figure 00000049
, это свидетельствует об уменьшении качества сцепления (и снижении адгезии) в данных зонах. В четырех зонах (9 – 11) для полосы №3 обнаружена нулевая адгезия (отслоение), которое тем более опасно, что занимает достаточно протяженные размеры (не менее 30 мм). Обнаружена также нулевая адгезия в зоне №14 полосы 5.Acoustic traction performance
Figure 00000045
calculated by the formula (8). Parameter Measurement Results
Figure 00000046
for samples No. 1 and 2 are shown respectively in FIG. 3 (Spatial distribution of acoustic characteristics
Figure 00000047
along sample No. 1), FIG. 4 (Spatial distribution of acoustic characteristics
Figure 00000048
along sample No. 2), which illustrate the spatial distribution of the acoustic characteristic
Figure 00000046
. From FIG. Figure 3 shows that for sample No. 1, a significant decrease in the parameter was found in a number of control points
Figure 00000049
, this indicates a decrease in adhesion quality (and a decrease in adhesion) in these areas. In four zones (9 - 11) for strip No. 3, zero adhesion (peeling) was found, which is all the more dangerous because it occupies quite extended dimensions (at least 30 mm). Zero adhesion was also detected in zone 14 of strip 5.

Фиг. 3, 4 наглядно демонстрируют существенное различие качества наплавки для исследованных образцов: наплавка во втором образце выполнена гораздо качественней - на нем отсутствуют как зоны с пониженным качеством сцепления, так и отслоения.FIG. 3 and 4 clearly demonstrate a significant difference in the quality of surfacing for the samples studied: the surfacing in the second sample is much better - there are no areas with reduced adhesion quality or delamination.

Металлографический анализ подтвердил сделанные на основании результатов акустических измерений выводы: качество сцепления для первого образца оказалась значительно ниже, а в указанных зонах обнаружены полные отслоения баббита. Для второго образца металлографический анализ не выявил дефектов наплавки, а качество сцепления соответствует техническим требованиям.The metallographic analysis confirmed the conclusions made on the basis of the results of acoustic measurements: the adhesion quality for the first sample was significantly lower, and complete detachment of babbitt was found in these zones. For the second sample, metallographic analysis did not reveal any surfacing defects, and the adhesion quality meets the technical requirements.

Преимущества данного подхода по сравнению с существующими способами состоят в следующем: достигается повышение точности определения качества сцепления за счет использования приемов спектральной обработки анализируемых ультразвуковых сигналов, а также расширение возможностей метода за счет использования контактного ввода ультразвука в исследуемый объект.The advantages of this approach compared to existing methods are as follows: an increase in the accuracy of determining the adhesion quality is achieved by using spectral processing techniques of the analyzed ultrasonic signals, as well as expanding the capabilities of the method through the use of contact input of ultrasound into the object under study.

Claims (5)

Способ оценки качества сцепления слоев биметалла, заключающийся в том, что в слой биметалла излучают ультразвуковые импульсы, принимают серию эхо-сигналов, возникающих в результате отражений ультразвука от границы раздела покрытия и основного металла и, сопоставляя параметры импульсов, отраженных от границы слоев и донных импульсов, оценивают качество сцепления слоев биметалла на основании предварительно установленной на контрольных образцах регрессионной зависимости от параметров анализируемых импульсов, отличающийся тем, что оценка качества сцепления проводится на основе анализе отношения энергии ультразвуковых импульсов, отраженных от границы слоев биметалла и прошедших через нее, с учетом физических закономерностей отражения и прохождения упругих волн через границу двух сред с различными акустическими свойствами, при этом значения энергии импульсов рассчитываются, исходя из анализа их спектральной плотности мощности в информативном диапазоне частот, оценка качества сцепления слоев биметалла проводится на основании предварительно установленной на контрольных образцах регрессионной зависимости относительной отраженной энергии от фактической прочности сцепления, качество сцепления определяют по формуле Ра = (ЕД/(ЕД+ЕП))(1+ЕП */ЕД *), гдеA method for assessing the adhesion quality of bimetal layers, which consists in the fact that ultrasonic pulses are emitted into the bimetal layer, a series of echo signals resulting from ultrasound reflections from the interface of the coating and the base metal are received and, comparing the parameters of the pulses reflected from the boundary of the layers and bottom pulses , evaluate the adhesion quality of the bimetal layers on the basis of a regression dependence on the parameters of the analyzed pulses previously established on the control samples, characterized in that the adhesion quality assessment is based on the analysis of the ratio of the energy of ultrasonic pulses reflected from the boundary of the bimetal layers and passed through it, taking into account physical laws reflection and transmission of elastic waves through the boundary of two media with different acoustic properties, while the energy values of the pulses are calculated based on an analysis of their spectral power density in an informative frequency range, an assessment of the adhesion quality of the layers bimetal is carried out on the basis of the regression dependence of the relative reflected energy pre-installed on the control samples on the actual adhesion strength, the adhesion quality is determined by the formula P a = (E D / (E D + E P )) (1 + E P * / E D * ) where ЕП - величина энергии импульса, отраженного от границы слоев биметалла;E P - the magnitude of the energy of the pulse reflected from the boundary of the bimetal layers; ЕД - величина энергии донного импульса;E D is the magnitude of the energy of the bottom pulse; ЕП * - максимальное значение энергии сигнала, отраженного от покрытия;E P * - the maximum value of the energy of the signal reflected from the coating; ЕД * - максимальная величина энергии донного сигнала.E D * - the maximum value of the energy of the bottom signal.
RU2019140400A 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining adhesion quality of bimetal layers RU2722549C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140400A RU2722549C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining adhesion quality of bimetal layers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019140400A RU2722549C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining adhesion quality of bimetal layers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722549C1 true RU2722549C1 (en) 2020-06-01

Family

ID=71067497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019140400A RU2722549C1 (en) 2019-12-09 2019-12-09 Method of determining adhesion quality of bimetal layers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722549C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1237967A1 (en) * 1983-07-06 1986-06-15 Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Гидротехники Им.Б.Е.Веденеева Ultrasonic method of checking peeling of coating from base
SU1504579A1 (en) * 1988-01-21 1989-08-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения Method of checking coating-to-substrate bonding strength
US5372042A (en) * 1989-09-29 1994-12-13 Alcan International Limited Ultrasonic inspection of seal integrity of bond lines in sealed containers
US20020162395A1 (en) * 2000-03-02 2002-11-07 Chatellier Jean-Yves Francois Roger Method for measuring adherence of a coating on a substrate
RU2313783C2 (en) * 2004-02-05 2007-12-27 Снекма Мотер Mode of measuring adhesion of the covering with a substrate

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1237967A1 (en) * 1983-07-06 1986-06-15 Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Гидротехники Им.Б.Е.Веденеева Ultrasonic method of checking peeling of coating from base
SU1504579A1 (en) * 1988-01-21 1989-08-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения Method of checking coating-to-substrate bonding strength
US5372042A (en) * 1989-09-29 1994-12-13 Alcan International Limited Ultrasonic inspection of seal integrity of bond lines in sealed containers
US20020162395A1 (en) * 2000-03-02 2002-11-07 Chatellier Jean-Yves Francois Roger Method for measuring adherence of a coating on a substrate
RU2259557C2 (en) * 2000-03-02 2005-08-27 Снекма Мотер Method for measuring hardness of engagement of covering with substrate
RU2313783C2 (en) * 2004-02-05 2007-12-27 Снекма Мотер Mode of measuring adhesion of the covering with a substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11366082B2 (en) Non-linear Lamb wave mixing method for measuring stress distribution in thin metal plates
Masserey et al. High-frequency guided ultrasonic waves for hidden defect detection in multi-layered aircraft structures
Mariani et al. Location specific temperature compensation of guided wave signals in structural health monitoring
Edwards et al. Depth gauging of defects using low frequency wideband Rayleigh waves
US4669310A (en) High frequency ultrasonic technique for measuring oxide scale on the inner surface of boiler tubes
EP2029966B1 (en) Acoustic method and system of measuring material loss from a solid structure
US5714688A (en) EMAT measurement of ductile cast iron nodularity
Michaels et al. An ultrasonic angle beam method for in situ sizing of fastener hole cracks
RU2259557C2 (en) Method for measuring hardness of engagement of covering with substrate
WO2006110089A1 (en) Method and apparatus for assessing quality of rivets using ultrasound
Gericke Ultrasonic spectroscopy
Song et al. Research on the detection model and method for evaluating spot welding quality based on ultrasonic A-scan analysis
EP2778673A2 (en) Ultrasonic inspection method for diffusion bonded articles
RU2722549C1 (en) Method of determining adhesion quality of bimetal layers
Ma et al. Measurement of the properties of fluids inside pipes using guided longitudinal waves
Ahmed et al. A new ultrasonic angle-beam technique for sensitive evaluation of closed cracks
Fromme et al. High frequency guided waves for disbond detection in multi-layered structures
Chillara et al. A Physics-Based Signal Processing Approach for Noninvasive Ultrasonic Characterization of Multiphase Oil–Water–Gas Flows in a Pipe
Cobb et al. Detecting sensitization in aluminum alloys using acoustic resonance and EMAT ultrasound
Birring Sizing Discontinuities by Ultrasonics
RU2714868C1 (en) Method of detecting pitting corrosion
Ushakov et al. Detection and measurement of surface cracks by the ultrasonic method for evaluating fatigue failure of metals
RU2301420C2 (en) Mode of definition of coefficient of longitudinal ultrasound vibrations' fading in material
RU2596242C1 (en) Method for ultrasonic inspection
Bertoncini et al. 3D characterization of defects in Guided Wave monitoring of pipework using a magnetostrictive sensor