| 2025 №04 (06) |
DOI of Article 10.37434/tdnk2025.04.01 |
2025 №04 (02) |
Технічна діагностика і неруйнівний контроль, 2025, №4, стор. 3-9
Система UltraMARS для неруйнівного вимірювання залишкових напружень: нові розробки
Я. Клейман
Structural Integrity Technologies, Inc. (Sintec). 80 Есна Парк Драйв, Маркхам, Онтаріо, Канада. E-mail: jkleiman@itlinc.comОдним із ефективних методів неруйнівного контролю залишкових і експлуатаційних напружень є акустичний метод, який базується на поширенні пружних ультразвукових коливань всередині твердого тіла. Переносний комплекс для вимірювання діючих і залишкових напружень у твердих матеріалах із використанням акустичного неруйнівного методу контролю напружень у твердих матеріалах був розроблений на початку 2000 р. командами науковців Integrity Testing Laboratory, Sintec та Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона. На основі раннього прототипу розроблено вдосконалений комплекс UltraMARS, який дозволяє вимірювати величину та знак діючих і залишкових напружень у лабораторних і польових умовах, як усереднених по товщині, так і в поверхневих і приповерхневих шарах, а також контролювати напруження в металевих елементах конструкцій під час їх виготовлення, ремонту та експлуатації. Комплекс ефективний для оцінки якості зварних з’єднань у результаті післязварювальної обробки, проведеної з метою перерозподілу залишкових напружень, та успішно використовується в морській, аерокосмічній, будівельній та інших галузях промисловості. Чотириполюсний перетворювач був розроблений для покращення експлуатаційних характеристик комплексу UltraMARS під час моніторингу напружень на поверхні та в приповерхневих шарах матеріалу. Він відрізняється від використовуваних двополюсних перетворювачів поверхневих хвиль (Surface-Rayleigh Wave – Transducer RF12) і підповерхневих хвиль (Subsurface – Transducer SF12) тим, що має дві пари передавач–приймач, розташованих під кутом 90° одна до одної. Ця зміна дозволила вимірювати швидкість ультразвукових хвиль одночасно в обох ортогональних напрямках без повороту передавача–приймача на 90°. Для використання цих перетворювачів з комплексом UltraMARS було розроблено програму перемикання передавача–приймача. Також розроблено перетворювач зі змінною міжполюсною відстанню для вимірювання залишкових напружень у приповерхневих шарах матеріалів, що дозволяє визначати одновісні наведені напруження на глибину від 0 до 8...10 мм шляхом зміни базової відстані між випромінювачем і приймачем. На даний момент методика контролю напружень знаходиться в стадії розробки. Бібліогр. 22, рис. 10.
Ключові слова: залишкові напруження, неруйнівний ультразвуковий контроль залишкових напружень, UltraMARS, перетворювач зі змінною базою, чотириполюсний перетворювач
Отримано 28.04.25
Отримано у переглянутому вигляді 16.07.25
Прийнято 27.11.25
Список літератури
1. Kleiman, J., Kudryavtsev, Y. (2012) Residual stress management in welding: residual stress measurement and improvement treatments. In: Proc. of ASME 2012 31st Inter. Conf. on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, 6: Materials Technology; Polar and Arctic Sciences and Technology; Petroleum Technology Symp., Rio de Janeiro, Brazil, July 1‒6, 2012, 73‒79. DOI: https://doi.org/10.1115/OMAE2012-831772. O’Brien, E. (2002) Crack tip residual stress and structural health monitoring. Materials Sci. Forum, 404‒407, 779‒784. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.404-407.779
3. Kleiman, J., Kudryavtsev, Y., Sugihara, H. (2018) Structural health monitoring (SHM) of residual and applied stresses using a non-destructive ultrasonic technique. In: Proc. of the Twenty-eighth Inter. Ocean and Polar Engineering Conf., Sapporo, Japan, June 10‒15, 2018, 1372‒1376. ISBN: 978-1-880653-87-6
4. Bray, D.E. (2002) Ultrasonic stress measurement in pressure vessels, piping and welds. J. of Pressure Vessel Technology, 124(3), August, 326‒335. DOI: https://doi.org/10.1115/1.1480825
5. Гуща О.Й., Кот В.Г., Сміленко В.М., Бродовий В.О. (2011) Акустичний спосіб контролю підповерхневих напружень в твердих середовищах. Патент на винахід UA93297 Україна, МПК G01N 29/04 (2006.01). № a200907056; заявл. 06.07.2009; опубл. 10.01.2011, Бюл. № 1.
6. Kudryavtsev, Y., Kleiman. J., Gushcha, O. (2000) Residual stress measurement in welded elements by ultrasonic method. In: Proc. of IX Inter. Cong. on Experimental Mechanics, Orlando, Florida, USA, June 5‒8, 2000, 954‒957.
7. Rollins, F.R.Jr., Kobett, D.R., Jons, CMJ J.L. (1963) Study of ultrasonic methods for nondestructive measurement of residual stress: Technical Documentary Report, WA DDTR-61-42, Pt II, January, 1‒38.
8. Schneider, E. (2009) Evaluation of stress states of components using ultrasonic and micro magnetic techniques. In: Proc. of the ASME 2009 Pressure Vessels and Piping Division Conf., PVP2009, July 26‒30, 2009, Prague, Czech Republic, 1‒9. DOI: https://doi.org/10.1115/PVP2009-77219
9. Uzun, F., Bilge, A.N., (2011) Investigation of total welding residual stress by using ultrasonic wave velocity variations. GU J. Sci., 24(1), 135‒141.
10. Kudryavtsev, Y., Kleiman, J., Gushcha, O. et al. (2004) Ultrasonic technique and device for residual stress measurement. In: Proc. of X Inter. Cong. and Exposition on Experimental and Applied Mechanics, Costa Mesa, California USA, June 7‒10, 2004, 1‒7.
11. Hughes, D.S., Kelly, J.L. (1953) Second-order elastic deformation of solids. Phys. Rev., 92(5), 1145‒1149. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.92.1145
12. Murnaghan, T.D. (1951) Finite deformation of an elastic solid. John Wiley, New York.
13. Гузь А.Н., Махорт Ф.Г., Гуща О.И. (1977) Введение в акустоупругость. Киев, Наукова думка. to acoustoelasticity. Kyiv, Naukova Dumka [in Russian].
14. Kudryavtsev, Y., Kleiman, J., Gushcha, O. (2000) Ultrasonic measurement of residual stresses in welded railway bridge. In: Proc. of NDT Conf. on Structural Materials Technology, Atlantic City, NJ., February 28–March 3, 2000, 213–218.
15. Bate, S.K., Green, D., Buttle, D. (1997) A review of residual stress distributions in welded joints for the defect assessment of offshore structures: HSE Books, OTH 482.
16. Polezhayeva, H., Kang, J.-K., Lee, J.-H. et al. (2010) A study on residual stress distribution and relaxation in welded components. In: Proc. of the Twentieth Inter. Offshore and Polar Eng. Conf., Beijing, China, June 20‒25, 2010, 282‒289.
17. Kudryavtsev, Y., Kleiman, J., Polezhayeva, H. (2011) Ultrasonic measurement of residual stresses in welded elements of ship structure. In: Proc. of Integrating Simulation and Experimentation for Validation (ISEV) on Inter. Conf. on Advances in Experimental Mechanics, Edinburgh, Scotland, September 7‒9, 2011. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.70.273
18. Гуща О.И. (1994) Анализ неоднородных полей остаточных напряжений в сварных соединениях. Автоматич. сварка, 7‒8, 3‒5.
19. Гуща О. Й., Махорт Ф. Г. (1995) Применение акустического метода определения остаточных напряжений в сварных конструкциях. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 4, 8–15.
20. Ермолов, И.Н., Разыграев, Н.П., Щербинский, В.Г. (1978) Использование акустических волн головного типа для ультразвукового контроля. Дефектоскопия, 1, 33–40.
21. Razygraev, N.P. (2003) Head waves in non-destructive testing of metal structures. World of Non-Destructive Testing, 22(4), December.
22. Viktorov, I.A. (1966) Physical foundations for the use of Rayleigh and Lamb ultrasonic waves in technology, Science. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4899-5681-1
Реклама в цьому номері:
