Ультразвуковий метод та засіб для виявлення внутрішніх дефектів залізничних осей

Abstract

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. В дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-практичну задачу – розробку нового методу та засобів для забезпечення ультразвукового імерсійного контролю залізничних осей з підвищеною чутливістю щодо виявлення внутрішніх дефектів мінімального розміру за рахунок використання пакетів імпульсів заданої частоти та тривалості. Виконано аналітичний огляд та аналіз сучасних засобів і методів неруйнівного контролю та діагностики залізничних осей та їх заготовок. Розроблено фізико-математичну модель контролю та виконано теоретичний розрахунок ультразвукового тракту. Встановлено однозначний зв’язок між розміром дефекту і частотою ультразвукових коливань. Теоретично і експериментально доказано, що чутливість ультразвукового імерсійного контролю залізничних осей можливо підвищити за рахунок живлення ПЕП пакетними імпульсами струму з заданими частотою заповнення і часовою тривалістю. Встановлено, що для забезпечення достатньої чутливості ультразвукового імерсійного контролю залізничних осей (виявлення внутрішніх дефектів з ефективним розміром, що відповідає плоскодонному відбивачу діаметром 1 мм), частоту УЗК необхідно встановлювати в інтервалі 4,2…4,5 МГц, а часову тривалість імпульсу – 6…8 періодів заповнення вказаної частоти. Розроблено метод ультразвукового імерсійного контролю, який включає розміщення контрольного зразка з моделлю дефекту заданого розміру в імерсійній рідині, опромінення одним ПЕП дефекту в зразку ультразвуковим імпульсом, що складається з кількох періодів високої частоти, прийом другим ПЕП імпульсу, відбитого дефектом, корегування частоти і тривалості ультразвукового опромінюючого імпульсу до отримання максимальної амплітуди імпульсу, відбитого дефектом, і проведення дефектоскопії з встановленими параметрами опромінюючого імпульсу. Розроблені спеціальний генератор для живлення ПЕП, смуговий посилювач для прийнятих ультразвукових імпульсів. Розроблено модель акустичного імерсійного блока приладу, суть якої полягає в використанні двох прямих ПЕП, що розташовані на відстані один від одного, яка визначається індикатрисою розсіювання дефекту, розмір якої заданий нормативно технічною документацією.Thesis on obtaining a scientific degree of Ph.D. in specialty 05.11.13 "Devices and methods of testing and determination of composition of substances" – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2021. In the dissertational work, a relevant scientific and practical problem was solved – the development of a new method and means for providing ultrasonic immersion testing of railway axles with increased internal defects of a minimum size detection sensitivity through the use of pulse packets of given frequency and duration. An analytical review and analysis of modern means and methods of non-destructive testing and diagnostics of railway axles and their blanks has been carried out. A physical and mathematical model of testing has been developed and a theoretical calculation of the ultrasound path has been performed. An unambiguous relationship has been established between the size of the defect and the frequency of ultrasonic oscillations. It has been theoretically and experimentally proven that the sensitivity of ultrasonic immersion control of railway axles can be increased by feeding the piezoelectric transducer (probe) with packet current pulses of a given filling frequency and temporal duration. It was found that in order to ensure sufficient sensitivity of ultrasonic immersion testing of railway axles (detection of internal defects of effective size that corresponds to a 1 mm diameter flat-bottomed reflector), the ultrasonic testing frequency must be set in the interval 4.2 ... 4.5 MHz, and the pulse temporal duration to 6 ... 8 filling periods of the specified frequency. A method of ultrasonic immersion testing has been developed, which includes immersing a control sample with a model of a defect of a given size into immersion liquid, irradiating a defect in the sample using a singular probe and a singular ultrasonic pulse, which consists of several high-frequency periods, receiving a pulse reflected by the defect with a second probe, adjusting the frequency and duration of the irradiating ultrasonic pulse until obtaining the maximum amplitude of the pulse reflected by the defect, and conducting defectoscopy with the specified parameters of the irradiating pulse. Special generators for power supply of probes and a band-pass amplifier for received ultrasonic pulses have been developed. A model of the acoustic immersion unit of the device has been developed, the essence of which is to use two longitudinal probes located at a distance from each other, which is determined by the scattering indicatrix of the defect, the size of which is specified by the normative technical documentation.