RU2745211C1 - Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products - Google Patents

Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products Download PDF

Info

Publication number
RU2745211C1
RU2745211C1 RU2020124615A RU2020124615A RU2745211C1 RU 2745211 C1 RU2745211 C1 RU 2745211C1 RU 2020124615 A RU2020124615 A RU 2020124615A RU 2020124615 A RU2020124615 A RU 2020124615A RU 2745211 C1 RU2745211 C1 RU 2745211C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic anisotropy
pulses
value
determining
transducer
Prior art date
Application number
RU2020124615A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Хлыбов
Александр Леонидович Углов
Вячеслав Михайлович Андрианов
Дмитрий Александрович Рябов
Максим Олегович Кувшинов
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 RU2020124615A priority Critical patent/RU2745211C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2745211C1 publication Critical patent/RU2745211C1/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
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is used to determine the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products. The essence of the invention lies in the fact that ultrasonic pulses of transversely polarized horizontal waves are emitted into the investigated technical object made of rolled metal. A series of echo signals arising as a result of ultrasound reflections from the opposite surface of the object boundary is received. The value of the time shift between the pulses of elastic waves is determined polarized along and perpendicular to the direction of rolling, and its value is used to calculate the acoustic anisotropy parameter, the value of the time shift is determined based on the statistical processing of the values ​​of the array of time shifts of the total impulse obtained during their measurement when the transducer is rotated around the vertical axis in the range of angles from 0 to 90 °, the magnitude of the acoustic anisotropy and its random root-mean-square error are calculated in accordance with the formulas, the determination of the required time shifts of the analyzed pulses is carried out at the points of the signal crossing through zero as close as possible to the "centers of gravity" of impulses.
EFFECT: increasing the reliability of determining the acoustic anisotropy of parts and structural elements made of weakly anisotropic rolled stock.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля с помощью ультразвуковых волн и может быть использовано для определения величины акустической анизотропии деталей и конструктивных элементов, изготовленных из слабоанизотропного проката с целью определения их физико-механических характеристик и напряженно-деформированного состояния. The invention relates to the field of non-destructive testing using ultrasonic waves and can be used to determine the magnitude of the acoustic anisotropy of parts and structural elements made of weakly anisotropic rolled products in order to determine their physical and mechanical characteristics and stress-strain state.

Использование: для определения величины акустической анизотропии слабоанизотропного проката. Usage: to determine the magnitude of the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products.

Известен способ контроля акустической анизотропии материала по скорости ультразвука [Патент РФ № 245431 G01N029/00, опубл. 04.11.1969, бюл. № 19], заключающийся в том, что принятые ПЭП два электрических импульса, соответствующие двум взаимно перпендикулярным компонентам сдвиговой волны, электрически не складываются для определения сдвига фаз между ними, а рассматриваются отдельно на одном и том же видеоконтрольном устройстве. A known method of monitoring the acoustic anisotropy of the material by the speed of ultrasound [RF Patent No. 245431 G01N029 / 00, publ. 11/04/1969, bul. No. 19], which consists in the fact that two electrical impulses received by the probe, corresponding to two mutually perpendicular components of the shear wave, are not electrically added to determine the phase shift between them, but are considered separately on the same video monitoring device.

Снятые с преобразователя два электрически разделенных сигнала, соответствующие двум сдвиговым волнам со взаимно перпендикулярной поляризацией, с помощью коммутирующего устройства подаются на устройство измерения временного интервала приема волн. По полученным данным судят об акустической анизотропии материала. Two electrically separated signals taken from the transducer, corresponding to two shear waves with mutually perpendicular polarization, are fed by a switching device to a device for measuring the time interval of wave reception. The data obtained are used to judge the acoustic anisotropy of the material.

Данный способ, связанный с переустановкой ПЭП после его поворота на 90° широко используется в современных приемах измерения акустической анизотропии [Курашкин К. В. Исследование акустоупругого эффекта в анизотропном пластически деформированном материале / К. В. Курашкин // Акустический журнал.- 2019.- Т. 65.-№ 3.- с. 382–388.] Для уменьшения случайной погрешности обычно используется увеличения базы измерений между отраженными импульсами, а также различные приемы статистической обработки акустических сигналов. This method, associated with reinstalling the probe after turning it 90 °, is widely used in modern methods of measuring acoustic anisotropy [Kurashkin K. V. Study of the acoustoelastic effect in an anisotropic plastically deformed material / K. V. Kurashkin // Acoustic journal. - 2019.- T. 65.-№ 3.- p. 382–388.] To reduce the random error, an increase in the base of measurements between reflected pulses is usually used, as well as various methods of statistical processing of acoustic signals.

К недостаткам этого способа следует отнести следующие обстоятельства. The disadvantages of this method include the following circumstances.

Прием уменьшения погрешности определения акустической анизотропии эхо-импульсным методом за счет увеличения базы измерений приводит к увеличению неисключенной систематической погрешности метода вследствие нарастающего искажения отраженных импульсов, вызванного эффектами частотно зависимого затухания, дисперсии скорости, суммирования сигнала с некоррелированным структурным шумом и др. The method of reducing the error in determining the acoustic anisotropy by the echo-pulse method by increasing the measurement base leads to an increase in the non-excluded systematic error of the method due to the increasing distortion of reflected pulses caused by the effects of frequency-dependent attenuation, velocity dispersion, summation of the signal with uncorrelated structural noise, etc.

Кроме того, обычно аппаратная погрешность измерения временных интервалов современных цифровых средств измерения составляет порядка 1 нс, и увеличение базы измерений, сопряженное с искажением формы анализируемых сигналов, представляется излишним. In addition, usually the hardware error in measuring the time intervals of modern digital measuring instruments is of the order of 1 ns, and an increase in the measurement base, coupled with the distortion of the shape of the analyzed signals, seems excessive.

Используемые стандартные методы статистической обработки многократно принятых временных реализаций уменьшают лишь белый шум электро-акустического тракта, который для современных средств измерений незначителен. Методы фильтрации также неэффективны, поскольку структурный шум находится в той же спектральной области, что и полезный сигнал. The used standard methods of statistical processing of repeatedly adopted temporal realizations reduce only the white noise of the electro-acoustic path, which is insignificant for modern measuring instruments. Filtering methods are also ineffective, since structure-borne noise is in the same spectral region as the wanted signal.

Уменьшение негативного влияния некоррелированного структурного шума может быть достигнуто лишь приемами пространственно-временной обработки сигналов, которые при контроле анизотропии в конкретной точке материала неприменимы. В случае слабоанизотропных материалов в задачах контроля анизотропии, не связанных с ее мониторингом с помощью неподвижно установленных преобразователей, наиболее надежным способом уменьшения случайной погрешности является многократная переустановка преобразователя с поворотом на 90°, что существенно увеличивает трудоемкость измерений. Использование преобразователей, содержащих в качестве активных элементов две поперечно поляризованные пьезопластинки со взаимно ортогональными направлениями поляризации приводит к недопустимым погрешностям вследствие нестабильности толщины и структурной неоднородности типичных конструкционных материалов, изготовленных методом прокатки. A decrease in the negative effect of uncorrelated structural noise can be achieved only by means of space-time signal processing, which are inapplicable when controlling anisotropy at a specific point in the material. In the case of weakly anisotropic materials in the problems of anisotropy control that are not related to its monitoring using fixedly mounted transducers, the most reliable way to reduce the random error is to repeatedly reinstall the transducer with a 90 ° rotation, which significantly increases the complexity of measurements. The use of transducers containing as active elements two transversely polarized piezoelectric plates with mutually orthogonal directions of polarization leads to unacceptable errors due to instability of thickness and structural inhomogeneity of typical structural materials manufactured by rolling.

От перечисленных недостатков не свободен и метод контроля анизотропии с помощью ЭМАП [Прибор и методики измерения акустической анизотропии и остаточных напряжений металла магистральных газопроводов / Волкова Л.В. [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2019. – Т. 10. – № 1. – С. 42–52.], который достаточно эффективно может быть использованы лишь для достаточно анизотропных материалов (со степенью акустической анизотропии в несколько процентов, обеспечивающей расщепление импульсов поперечных волн при их поляризации на входе в материл под углом 45° к НП. Кроме того, прецизионную обработку сигналов, полученных с помощью ЭМАП, затрудняет их пониженный на 3 – 4 порядка по сравнению с ПЭП коэффициент электромеханической связи. The method of anisotropy control using EMAT is not free from the listed disadvantages [Instrument and methods for measuring acoustic anisotropy and residual stresses of the metal of main gas pipelines]. [and others] // Instruments and measurement methods. - 2019. - V. 10. - No. 1. - pp. 42–52.], Which can be used quite effectively only for sufficiently anisotropic materials (with a degree of acoustic anisotropy of several percent, which ensures the splitting of transverse wave pulses when polarized into the entrance to the material at an angle of 45 ° to the NP In addition, the precision processing of signals obtained with the help of EMAT is hampered by their reduced electromechanical coupling coefficient by 3 - 4 orders of magnitude in comparison with the probe.

Целью изобретения является повышение достоверности и уменьшение трудоемкости определения акустической анизотропии деталей и элементов конструкций, изготовленных из слабоанизотропного проката. The aim of the invention is to improve the reliability and reduce the complexity of determining the acoustic anisotropy of parts and structural elements made of weakly anisotropic rolled stock.

Технический результат - повышение точности и уменьшение трудоемкости определения величины акустической анизотропии за счет использования уточненной методики определения необходимых временных интервалов и применения специальных приемов статистической обработки результатов измерений. The technical result is to increase the accuracy and reduce the complexity of determining the value of acoustic anisotropy through the use of a refined technique for determining the required time intervals and the use of special techniques for statistical processing of measurement results.

Технический результат достигается тем, что в способе определения акустической анизотропии слабоанизотропного проката, заключающемся в том, что в исследуемый технический объект, изготовленный из проката, излучают ультразвуковые импульсы поперечно поляризованных горизонтальных волн, принимают серию эхо-сигналов, возникающих в результате отражений ультразвука от противоположной поверхности границы объекта, определяют величину временного сдвига между импульсами упругих волн, поляризованных вдоль и перпендикулярно направлению проката и по ее значению вычисляют параметр акустической анизотропии, величина временного сдвига определяется на основании статистической обработки значений массива временных сдвигов суммарного импульса, полученных в процессе их измерения при повороте преобразователя вокруг вертикальной оси в диапазоне углов от 0° до 90°, величина акустической анизотропии и ее случайная средняя квадратическая погрешность вычисляются по формулам, определение необходимых временных сдвигов анализируемых импульсов осуществляется по точкам перехода сигнала через ноль, максимально близких к «центрам тяжести» импульсов, с целью уменьшения погрешности и времени измерений используется приспособление для поворота преобразователя.The technical result is achieved by the fact that in the method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products, which consists in the fact that ultrasonic pulses of transversely polarized horizontal waves are emitted into the investigated technical object made of rolled products, a series of echo signals arising as a result of ultrasound reflections from the opposite surface are received the boundaries of the object determine the magnitude of the time shift between the pulses of elastic waves polarized along and perpendicular to the direction of rolling, and from its value, the acoustic anisotropy parameter is calculated, the magnitude of the time shift is determined based on the statistical processing of the values of the array of time shifts of the total impulse obtained during their measurement when turning the transducer around the vertical axis in the range of angles from 0 ° to 90 °, the magnitude of the acoustic anisotropy and its random mean square error are calculated using the formulas, determining the required time shifts in the analyzed pulses, it is carried out at the points of signal transition through zero, as close as possible to the "centers of gravity" of the pulses, in order to reduce the error and measurement time, a device is used to turn the transducer.

На основании статистической обработки значений массива временных сдвигов суммарного импульса, полученных в процессе их измерения при повороте преобразователя вокруг вертикальной оси в диапазоне углов от 0° до 90° определяется величина акустической анизотропии в точке контроля на порядок быстрее и с меньшей погрешностью по сравнению с известными способами. Based on the statistical processing of the values of the array of time shifts of the total impulse obtained during their measurement when the transducer is rotated around the vertical axis in the range of angles from 0 ° to 90 °, the value of the acoustic anisotropy at the control point is determined by an order of magnitude faster and with a smaller error in comparison with the known methods. ...

В предлагаемом способе используется обычная схема ультразвуковых измерений для листового проката (Фиг. 1, где 1- направление волнового вектора; 2 – направление поляризации). Импульсы поперечной горизонтально поляризованной упругой волны излучаются и принимаются пьезопреобразователем, установленным на плоскости проката (плоскость Х2ОХ3 на Фиг. 1) и ориентированным направлением поляризации пьезопластинки под углом пьезопластинки под углом

Figure 00000001
к НП (ось ОХ2). The proposed method uses the usual scheme of ultrasonic measurements for sheet metal (Fig. 1, where 1 is the direction of the wave vector; 2 is the direction of polarization). Pulses of a transverse horizontally polarized elastic wave are emitted and received by a piezotransducer installed on the rolled plane (plane X 2 OX 3 in Fig. 1) and oriented by the direction of polarization of the piezoelectric plate at an angle of the piezoelectric plate at an angle
Figure 00000001
to NP (axis ОХ 2 ).

Сигнал на излучающем преобразователе имеет вид гармонических колебаний

Figure 00000002
с амплитудой U0(t), и вектором поляризации The signal on the emitting transducer has the form of harmonic oscillations
Figure 00000002
with amplitude U 0 (t), and polarization vector

Figure 00000003
Figure 00000003

В анизотропном материале в силу эффектов двулучепреломления cформированный на границе ввода импульс расщепляется на два, описываемые выражениями: In an anisotropic material, due to the effects of birefringence, the pulse formed at the input boundary is split into two, described by the expressions:

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
- круговая частота,
Figure 00000006
- начальная фаза,
Figure 00000007
- волновые векторы этих импульсов, а временной сдвиг между ними Where
Figure 00000005
- circular frequency,
Figure 00000006
- initial phase,
Figure 00000007
are the wave vectors of these impulses, and the time shift between them

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
– длина акустического пути, равная для -го отраженного импульса значению
Figure 00000010
,
Figure 00000011
– скорости волн, поляризованных вдоль и перпендикулярно НП соответственно. Where
Figure 00000009
Is the length of the acoustic path, equal to the value for the th reflected pulse
Figure 00000010
,
Figure 00000011
Are the velocities of waves polarized along and perpendicular to the NP, respectively.

Параметр акустической анизотропии

Figure 00000012
определяется по формуле:Acoustic anisotropy parameter
Figure 00000012
determined by the formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- задержки -х отраженных импульсов волн соответствующей поляризации. Where
Figure 00000014
- delays of the x reflected impulses of waves of the corresponding polarization.

Выражение для суммарного отраженного сигнала для произвольного угла

Figure 00000001
между направлением поляризации и НП в соответствии с [Дьелесан Э. Упругие волны в твердых средах. Применение для обработки сигналов. / Э. Дьелесан, Д. М. Руайе.–– М.: Наука, 1982.–– 424 с.] имеет вид: Expression for the total return signal for an arbitrary angle
Figure 00000001
between the direction of polarization and NP in accordance with [Dielesan E. Elastic waves in solid media. Application for signal processing. / E. Dielesan, DM Royer .–– M .: Nauka, 1982 .–– 424 pp.] Has the form:

Figure 00000015
Figure 00000015

Численным методом анализировалось поведение временного сдвига

Figure 00000016
суммарного импульса
Figure 00000017
относительно исходного импульса
Figure 00000018
при повороте преобразователя, с дискретным интервалом угла поворота 5°. The behavior of the time shift was analyzed numerically.
Figure 00000016
total impulse
Figure 00000017
relative to the original impulse
Figure 00000018
when turning the transducer, with a discrete interval of the rotation angle of 5 °.

Задержка суммарного импульса определялась методом перехода сигнала через ноль с использованием сплайн-аппроксимации сигнала вблизи нулевых значения. В качестве отсчетной точки профиля импульса в соответствии с подходом, изложенным в [Муравьева О.В. Методические особенности использования SH-волн и волн Лэмба при оценке анизотропии свойств листового проката / О.В. Муравьева, Муравьев В.В. // Дефектоскопия.–– 2016.–– № 7.–– С. 3–11.], использовалась точка вблизи «центра тяжести импульса», соответствующего половине площади под его огибающей. The delay of the summed pulse was determined by the signal zero crossing method using the spline approximation of the signal near zero values. As a reference point of the pulse profile in accordance with the approach set forth in [OV Muravyova. Methodological features of the use of SH-waves and Lamb waves in assessing the anisotropy of the properties of sheet metal / O.V. Muravyov, V.V. Muravyov // Defectoscopy .–– 2016 .–– No. 7 .–– P. 3–11.], A point was used near the "pulse center of gravity", corresponding to half the area under its envelope.

Координата «центра тяжести» импульса

Figure 00000019
ц находится численным методом как решение интегрального уравнения: Coordinate of the "center of gravity" of the impulse
Figure 00000019
q is found numerically as a solution to the integral equation:

Figure 00000020
Figure 00000020

Где

Figure 00000019
л,
Figure 00000019
п - левая и правая границы соответствующего импульса (Фиг. 2, где 3 -
Figure 00000019
л; 4 -
Figure 00000019
п ; 5 -
Figure 00000019
ц ; 6 –
Figure 00000021
). Where
Figure 00000019
l ,
Figure 00000019
n - left and right boundaries of the corresponding impulse (Fig. 2, where 3 -
Figure 00000019
l ; four -
Figure 00000019
n ; five -
Figure 00000019
c ; 6 -
Figure 00000021
).

Поворот преобразователя на заданный угол осуществлялся с помощью приспособления, эскиз которого приведен на Фиг. 3. The transducer was rotated by a predetermined angle using a device, a sketch of which is shown in Fig. 3.

На Фиг. 4 приведен график зависимости

Figure 00000022
при повороте преобразователя вокруг вертикальной оси в интервале углов
Figure 00000023
от 0° до 90° с дискретностью 5°. FIG. 4 is a graph of dependence
Figure 00000022
when the transducer is rotated around the vertical axis in the range of angles
Figure 00000023
from 0 ° to 90 ° with a resolution of 5 °.

Кривая на Фиг. 4 с высокой точностью аппроксимируется зависимостью: The curve in FIG. 4 is approximated with high accuracy by the dependence:

Figure 00000024
Figure 00000024

Из зависимости (7) видно, что величина

Figure 00000025
при
Figure 00000026
принимает значение, равное
Figure 00000027
откуда следует, что среднее значение задержки It can be seen from dependence (7) that the quantity
Figure 00000025
at
Figure 00000026
takes on a value equal to
Figure 00000027
whence it follows that the average value of the delay

Figure 00000028
может быть вычислено по результатам измерений массива
Figure 00000028
can be computed from array measurements

задержек суммарного импульса

Figure 00000029
, полученных в процессе поворота преобразователя: total impulse delays
Figure 00000029
obtained in the process of turning the transducer:

Figure 00000030
Figure 00000030

Суммарное среднее квадратическое отклонение оценки величины

Figure 00000019
ср в соответствии с ГОСТ Р 8.736–2011 определяется по формуле: The total standard deviation of the estimate of the quantity
Figure 00000019
Wed in accordance with GOST R 8.736–2011 is determined by the formula:

Figure 00000031
Figure 00000031

где

Figure 00000032
- случайная средняя квадратическая погрешность определения величины
Figure 00000019
ср ,
Figure 00000033
– среднее квадратическое отклонение группы
Figure 00000034
измерений задержек
Figure 00000035
Figure 00000036
- среднее квадратическое отклонение неисключенной систематической погрешности, которая для современных цифровых средств измерений составляет порядка 1 нс. Where
Figure 00000032
- random mean square error in determining the value
Figure 00000019
Wed ,
Figure 00000033
- standard deviation of the group
Figure 00000034
delay measurements
Figure 00000035
Figure 00000036
is the standard deviation of the non-excluded systematic error, which for modern digital measuring instruments is about 1 ns.

С учетом формулы (7) необходимые для расчета анизотропии значения временных сдвигов можно представить в виде массива неравноточных измерений: Taking into account formula (7), the values of time shifts necessary for calculating the anisotropy can be represented as an array of unequal measurements:

Figure 00000037
Figure 00000037

для которого можно рассчитать среднее весовое значение

Figure 00000038
, являющееся достоверной оценкой величины
Figure 00000038
: for which the average weight value can be calculated
Figure 00000038
, which is a reliable estimate of the value
Figure 00000038
:

Figure 00000039
Figure 00000039

где выражения для обратных величин дисперсий, имеющих смысл весовых коэффициентов, в соответствии (10) имеют вид

Figure 00000040
where the expressions for the reciprocal values of the variances that have the meaning of the weight coefficients, in accordance with (10), have the form
Figure 00000040

Выражение для величин

Figure 00000041
записывается следующим образом:Expression for quantities
Figure 00000041
is written as follows:

Figure 00000042
Figure 00000042

где

Figure 00000043
- значение задержки суммарного импульса, соответствующее первому измерению при установке преобразователя направлением поляризации вдоль НП). Where
Figure 00000043
is the value of the total pulse delay corresponding to the first measurement when the transducer is installed with the polarization direction along the NP).

Соответствующая случайная составляющая средней квадратической погрешности: Corresponding random root mean square error:

Figure 00000044
Figure 00000044

Таким образом, выражение для средневзвешенной величины акустической анизотропии может быть записано следующим образом: Thus, the expression for the weighted average of acoustic anisotropy can be written as follows:

Figure 00000045
Figure 00000045

случайная средняя квадратическая погрешность: random mean square error:

Figure 00000046
Figure 00000046

При использовании существующего способа измерения анизотропии ее случайная средняя квадратическая погрешность

Figure 00000047
поэтому для величины, характеризующей уменьшение случайной погрешности измерений (и увеличение их точности)
Figure 00000048
можно записать: When using the existing method of measuring anisotropy, its random root-mean-square error
Figure 00000047
therefore, for a quantity characterizing a decrease in the random measurement error (and an increase in their accuracy)
Figure 00000048
you can write:

Figure 00000049
Figure 00000049

На Фиг. 5 приведен график зависимости отношения

Figure 00000050
от числа измерений при различных значениях углов поворота
Figure 00000050
Figure 00000051
(число измерений на 1 больше секторов, на который разбит диапазон измерений от 0° до 90°). FIG. 5 shows a graph of the relationship
Figure 00000050
on the number of measurements at different values of the angles of rotation
Figure 00000050
Figure 00000051
(the number of measurements is 1 more sectors, into which the measurement range from 0 ° to 90 ° is divided).

Фиг. 5 показывает сильную зависимость случайной погрешности от числа измерений в процессе поворота преобразователя: при интервале измерений 30° (

Figure 00000034
=4) случайная погрешность определения анизотропии уменьшается в 2 раза, при интервале 15° (
Figure 00000034
=7) - в 3 раза при интервале 10° (
Figure 00000034
=10) - в 5 раз даже при однократном повороте преобразователя в диапазоне от 0° до 90°. FIG. 5 shows a strong dependence of the random error on the number of measurements during the rotation of the transducer: with a measurement interval of 30 ° (
Figure 00000034
= 4), the random error in determining the anisotropy decreases by a factor of 2, with an interval of 15 ° (
Figure 00000034
= 7) - 3 times with an interval of 10 ° (
Figure 00000034
= 10) - 5 times even with a single turn of the converter in the range from 0 ° to 90 °.

Проверка описанного алгоритма проводилась на стандартном плоском отожженном образце из сплава АМг61 толщиной 6 мм, вырезанном из листа с малой акустической анизотропией (порядка 0,3 %). Образец вырезался поперек НП. The described algorithm was verified on a standard flat annealed specimen of AMg61 alloy 6 mm thick, cut from a sheet with low acoustic anisotropy (about 0.3%). The sample was cut across the NP.

Измерения проводились с помощью ИВК «АСТРОН» (№ в Государственном реестре средств измерений 67552-17) на образце в трех состояниях: исходом, пластически деформированном на 7% и 17%. The measurements were carried out using the IVK "ASTRON" (No. in the State Register of Measuring Instruments 67552-17) on the sample in three states: the outcome, plastically deformed by 7% and 17%.

Измерения анизотропии проводились в центральной части образца двумя способами – существующими, путем измерения задержек 3-го отраженного импульса относительно 1-го при многократной переустановке преобразователя вдоль и поперек НП и с помощью заявляемого способа при вращении преобразователя в диапазоне от 0° до 90° с интервалом 10°. Anisotropy measurements were carried out in the central part of the sample in two ways - existing ones, by measuring the delays of the 3rd reflected pulse relative to the 1st with repeated reinstallation of the transducer along and across the NP and using the proposed method when rotating the transducer in the range from 0 ° to 90 ° with an interval 10 °.

Результаты многократных измерений существующим способом иллюстрируются Фиг. 6. The results of multiple measurements by the existing method are illustrated in FIG. 6.

На Фиг. 7 приведены экспериментальные кривые приращений задержки суммарного второго отраженного импульса относительно первого при вращении преобразователя в диапазоне от 0° до 90° с дискретностью 10°. FIG. 7 shows the experimental curves of the delay increments of the total second reflected pulse relative to the first when the converter is rotated in the range from 0 ° to 90 ° with a discreteness of 10 °.

Сплошные кривые на Фиг. 7 – теоретические зависимости

Figure 00000052
рассчитанные по формуле (7), которые, как видно из рисунка, хорошо описывают поведение экспериментальных зависимостей. The solid curves in FIG. 7 - theoretical dependencies
Figure 00000052
calculated by formula (7), which, as can be seen from the figure, describe well the behavior of the experimental dependences.

Средние значения анизотропии и соответствующе средние квадратические отклонения для существующего способа измерений рассчитывались по ГОСТ Р 8.736–2011, для заявляемого способа – по формулам (14, 15). Результаты приведены в таблице: The average anisotropy values and the corresponding standard deviations for the existing measurement method were calculated according to GOST R 8.736–2011, for the proposed method - according to formulas (14, 15). The results are shown in the table:

Figure 00000053
Figure 00000053

Таблица показывает существенное уменьшение случайной погрешности при использовании заявляемого способа по сравнению с существующим. При этом время измерений уменьшилось в 5 - 10 раз. The table shows a significant reduction in random error when using the proposed method in comparison with the existing one. In this case, the measurement time decreased by 5 - 10 times.

Для наглядности на Фиг. 8 приведены результаты измерений анизотропии заявляемым способом при 10-кратном повороте преобразователя, как при существующем способе измерений. For clarity, FIG. 8 shows the results of measurements of anisotropy by the claimed method at 10-fold rotation of the transducer, as in the existing measurement method.

Сравнение результатов измерений, приведенных на Фиг. 6 и Фиг. 8 наглядно демонстрируют существеннее увеличение точности измерений заявляемого способа по сравнению с существующим. Comparison of the measurement results shown in FIG. 6 and FIG. 8 clearly demonstrate a significant increase in the measurement accuracy of the proposed method in comparison with the existing one.

Преимущества данного подхода по сравнению с существующими способами состоят в следующем: достигается повышение точности определения величины акустической анизотропии за счет применения более корректного метода измерения задержек ультразвуковых импульсов и увеличения объема обрабатываемой информации, а также расширение возможностей метода за счет существенного уменьшения времени измерений.The advantages of this approach in comparison with existing methods are as follows: an increase in the accuracy of determining the value of acoustic anisotropy is achieved through the use of a more correct method for measuring the delays of ultrasonic pulses and an increase in the amount of processed information, as well as expanding the capabilities of the method by significantly reducing the measurement time.

Claims (1)

Способ определения акустической анизотропии слабоанизотропного проката, заключающийся в том, что в исследуемый технический объект, изготовленный из проката, излучают ультразвуковые импульсы поперечно-поляризованных горизонтальных волн, принимают серию эхо-сигналов, возникающих в результате отражений ультразвука от противоположной поверхности границы объекта, определяют величину временного сдвига между импульсами упругих волн, поляризованных вдоль и перпендикулярно направлению проката, и по ее значению вычисляют параметр акустической анизотропии, отличающийся тем, что величина временного сдвига определяется на основании статистической обработки значений массива временных сдвигов суммарного импульса, полученных в процессе их измерения при повороте преобразователя вокруг вертикальной оси в диапазоне углов от 0 до 90°, величина акустической анизотропии и ее случайная средняя квадратическая погрешность вычисляются по формулам, определение необходимых временных сдвигов анализируемых импульсов осуществляется по точкам перехода сигнала через ноль, максимально близким к «центрам тяжести» импульсов, с целью уменьшения погрешности и времени измерений используется приспособление для поворота преобразователя.A method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products, which consists in the fact that ultrasonic pulses of transversely polarized horizontal waves are emitted into the technical object under study made of rolled products, a series of echo signals arising from reflections of ultrasound from the opposite surface of the object boundary is determined, the value of the time shift between pulses of elastic waves polarized along and perpendicular to the direction of rolling, and its value is used to calculate the acoustic anisotropy parameter, characterized in that the magnitude of the time shift is determined on the basis of statistical processing of the values of the array of time shifts of the total pulse obtained during their measurement when the transducer is turned around vertical axis in the range of angles from 0 to 90 °, the magnitude of the acoustic anisotropy and its random root-mean-square error are calculated by the formulas, determining the required time shifts of the analyzed pulses c is carried out at the points of the signal crossing through zero, as close as possible to the "centers of gravity" of the pulses, in order to reduce the error and measurement time, a device is used to rotate the transducer.
RU2020124615A 2020-07-24 2020-07-24 Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products RU2745211C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124615A RU2745211C1 (en) 2020-07-24 2020-07-24 Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124615A RU2745211C1 (en) 2020-07-24 2020-07-24 Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2745211C1 true RU2745211C1 (en) 2021-03-22

Family

ID=75159082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124615A RU2745211C1 (en) 2020-07-24 2020-07-24 Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2745211C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU245431A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт разработке неразрушающих методов , средств контрол качества материалов ACOUSTIC METHOD FOR CONTROL OF ANISOTROPY
US4631963A (en) * 1985-03-25 1986-12-30 Mobil Oil Corporation Method for measuring acoustic energy anisotropy through core samples
SU1325353A1 (en) * 1986-01-21 1987-07-23 Предприятие П/Я А-1233 Device for measuring anisotropy of materials acoustic properties
US5305641A (en) * 1990-09-17 1994-04-26 Shimizu Construction Co., Ltd. Method for evaluation of acoustic anisotropy and measuring apparatus therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU245431A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт разработке неразрушающих методов , средств контрол качества материалов ACOUSTIC METHOD FOR CONTROL OF ANISOTROPY
US4631963A (en) * 1985-03-25 1986-12-30 Mobil Oil Corporation Method for measuring acoustic energy anisotropy through core samples
SU1325353A1 (en) * 1986-01-21 1987-07-23 Предприятие П/Я А-1233 Device for measuring anisotropy of materials acoustic properties
US5305641A (en) * 1990-09-17 1994-04-26 Shimizu Construction Co., Ltd. Method for evaluation of acoustic anisotropy and measuring apparatus therefor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Волкова Л.В. и др. Прибор и методики измерения акустической анизотропии и остаточных напряжений металла магистральных газопроводов, Приборы и методы измерений, 2019, т. 10, N 1, с. 42-52. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104034287B (en) A kind of elastic anisotropy metallic matrix thermal barrier coating thickness ultrasonic measurement method
CN108896660B (en) Hexagonal material near-surface micro defect detection method based on transverse wave back scattering
Wolf et al. Investigation of Lamb waves having a negative group velocity
Kiefer et al. Simultaneous ultrasonic measurement of thickness and speed of sound in elastic plates using coded excitation signals
Kalashnikov et al. Errors and uncertainties in the measurement of ultrasonic wave attenuation and phase velocity
RU2655478C1 (en) Method of measuring frequency dependence of sound reflection coefficient from surface
GB2596966A (en) Sizing of remnant thickness in pipes and plates using cut-off properties by widening excitation bands of frequency and wavelength
Murav’eva et al. Methodological peculiarities of using SH-and Lamb waves when assessing the anisotropy of properties of flats
Tang et al. Non-contact phase coded excitation of ultrasonic Lamb wave for blind hole inspection
Papadakis Absolute measurements of ultrasonic attenuation using damped nondestructive testing transducers
RU2745211C1 (en) Method for determining the acoustic anisotropy of weakly anisotropic rolled products
Sodagar et al. An alternative approach for measuring the scattered acoustic pressure field of immersed single and multiple cylinders
Murav’eva et al. Analysis of reflected signals in testing cylindrical specimens by the multiple reflection echo-shadow method
Chung et al. Broadband poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) ultrasound focusing transducers for determining elastic constants of coating materials
JP2010266414A (en) Method of processing phased array aperture synthesis
Derhunov et al. Improvement of the ultrasonic testing method for materials with significant attenuaton
Honarvar et al. Estimation of uncertainty in ultrasonic thickness gauging and improvement of measurements by signal processing
Wu et al. Quantitative estimation of ultrasonic attenuation in a solid in the immersion case with correction of diffraction effects
Titov et al. Lens multielement acoustic microscope in the mode for measuring the parameters of layered objects
Bottiglieri et al. Corrective Techniques for the Ultrasonic Nondestructive Evaluation of Ceramic Materials
Morandi et al. Benchmarking of methods for the identification of flexural wavenumbers in wooden plates
JP2012189352A (en) Sonic velocity measuring apparatus and method for ultrasonic waves propagated on surface
Martin et al. Focused acoustic beam imaging of grain structure and local Young's modulus with Rayleigh and surface skimming longitudinal waves
McAughey et al. Thickness measurements of sub-millimetre thickness foils using Lamb wave dispersion
Liang et al. Maximum non-Gaussianity parameters estimation of ultrasonic echoes and its application in ultrasonic non-destructive evaluation