Введение

В связи с повышением требований к качеству и надёжности выпускаемых изделий всё большее значение приобретают неразрушающие физические методы контроля металлов и изделий. Объем использования ультразвуковых методов контроля в ряде отраслей промышленности (металлургия, машиностроение, транспорт и др.) составляет около 70 %. Ультразвуковые методы широко используются в дефектоскопии, толщинометрии, структуроскопии. Преимущественно для указанных целей используются методы с использованием контактных сред и пьезопреобразователей, существенными недостатками которых являются высокие эксплуатационные расходы (выход из строя преобразователей, дорогостоящие контактные среды (спирт в условиях низких температур), необходимость подогрева жидкостей и т.д.). Кроме того, использование контактных методов затруднено при контроле изделий с загрязненной поверхностью, без специальной зачистки, при дефектоскопии горячих и холодных изделий, при высокоскоростном контроле, при необходимости обеспечения полной или частичной автоматизации операций контроля при значительном повышении качества и надёжности изделий, при дефектоскопии с низкими эксплуатационными затратами и т.д. В этих условиях особое значение приобретают исследования, направленные на создание и развитие альтернативных методов и средств получения информации об измеряемых параметрах и качестве объекта контроля.

Весьма перспективным направлением повышения возможностей и информативности ультразвуковых методов является использование бесконтактных электромагнитно-акустических (ЭМА) преобразователей, обладающих рядом существенных преимуществ перед контактным методом: контроль ведется через воздушный зазор без применения контактных жидкостей, отсутствует износ ЭМА преобразователей; результаты контроля не зависят от наличия на поверхности изделия ржавчины, окалины, загрязнений; на результаты контроля не влияют перекосы преобразователей относительно поверхности объекта; возможен контроль объектов с любой температурой поверхности; достаточно высокая производительность контроля (погонных м/с); возможность возбуждения и приема несколько частот упругих колебаний; возможность возбуждения и приема любых типов волн, в том числе поперечных с горизонтальной поляризацией, которые практически невозможно возбудить и принять контактным способом (при этом улучшается чувствительность контроля, уменьшается величина «мертвой» зоны, улучшается разрешающая способность, повышается точность измерения координат дефектов и толщины изделия); повышается достоверность контроля за счет применения современных методов обработки измеренной информации (корреляционный анализ, фазокодированные сигналы), полученной с помощью ЭМА преобразователей; обладают 100% взаимозаменяемостью.

Несмотря на неоспоримые преимущества ЭМА метода, и все возрастающий научный интерес к механизмам ЭМА преобразования, внедрение указанных технологий в реальном секторе экономики весьма ограничено. В частности, широкое использование ЭМА способа ультразвукового контроля ограничивает недостаточная чувствительность преобразователей и сложность их практической реализации; недостаточная теоретическая база об основных механизмах ЭМА преобразования; отсутствие достоверных сведений об эффективности ЭМА преобразования в различных материалах; отсутствие методик расчета диаграмм направленности ЭМА преобразователей и электро-акустических трактов метода для реальных практических приложений.

Особо эффективным представляется использование ЭМА технологий при контроле протяженных объектов, длина которых превосходит поперечные размеры в 100 и более раз. К таким объектам можно отнести прутковый прокат различного сечения, трубы, проволоку, штрипсы и изделия из них - насосные штанги, насосно-компрессорные и бурильные трубы, стальные тросы, пружины, железнодорожные рельсы и другие изделия металлургической, машиностроительной, нефтедобывающей, других отраслей промышленности. Традиционно для неразрушающего контроля протяженных объектов используют вихретоковый, магнитный и ультразвуковой методы. Все они имеют один общий недостаток – необходимость сканирования тела объекта, что требует наличия соответствующего механизированного оборудования. Кроме того, ультразвуковые методы с использованием контактных преобразователей требуют тщательной обработки поверхностей контролируемых объектов и применения контактной жидкости, что отрицательно сказывается на производительности установок. Вихретоковые и магнитоиндукционные методы, несмотря на преимущество бесконтактной работы, выявляют лишь поверхностные и приповерхностные дефекты. Основная проблема при использовании этих методов – сложность идентификации дефектов, обусловленная отсутствием однозначной связи между механическими свойствами объекта контроля и измеряемыми величинами (магнитные, электрические) ввиду зависимости получаемой информации от ряда факторов (зазор, магнитные и электрические свойства объекта).