Лазерно-акустический метод обнаружения поверхностных, сквозных и подповерхностных дефектов в металлах и нарушений сплошности в металлических пленках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Исмагилов, Ильдар Рашидович

• Исмагилов, Ильдар Рашидович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Исмагилов, Ильдар Рашидович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ

1.1 Генерация акустических волн с помощью лазера

1.2 Взаимодействие волн Рэлея с поверхностными дефектами

1.3 Способы детектирования акустических волн

1.4. Дефекты металла

1.5. Выводы

2. ЛАЗЕРНО-АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ

2.1 Виды взаимодействия ПАВ с поверхностными дефектами

2.2. Исследование взаимодействия возбуждаемых лазерным излучением ПАВ с дефектами различной формы

2.3. Применение разработанного способа для определения размеров реальных поверхностных дефектов

2.4 Выводы

3 ОБНАРУЖЕНИЕ СКВОЗНЫХ ДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБАХ И НЕСПЛОШНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ЛАЗЕРНО-АКУСТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

3.1 Обнаружение сквозных дефектов в металлических тонкостенных трубах лазерно-акустическим способом

3.2 Обнаружение нарушений сплошности металлических покрытий лазерно-акустическим способом

3.3. Выводы

4 ЛАЗЕРНО-АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ

ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ

4.1. Выбор режима генерации объемных акустических волн лазерным источником

4.2. Взаимодействие объемных акустических волн с подповерхностными дефектами

4.3. Разработка лазерно-акустического способа обнаружения подповерхностных дефектов

4.4 Интерпретация результатов

4.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

НК - неразрушающий контроль

ОАВ - объемная акустическая волна

ОК - объект контроля

ПАВ - поверхностная акустическая волна

ПК - персональный компьютер

ПЭП - пьезоэлектрический преобразователь

ЦТС - цирконат-титанат свинца

ЭАП - электроакустический преобразователь

ЭМА - электромагнитно-акустический

ЭМАП - электромагнитно-акустический преобразователь

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерно-акустический метод обнаружения поверхностных, сквозных и подповерхностных дефектов в металлах и нарушений сплошности в металлических пленках»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Повышение уровня надежности и увеличение ресурса изделий машиностроения, авиастроения, электронной промышленности и других объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого качества. В ряде случаев выборочный контроль исходного металла, заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий ответственного назначения не гарантирует их высокого качества, особенно при серийном и массовом изготовлении. В настоящее время все более широкое распространение получает тотальный неразрушающий контроль (НК) продукции на отдельных этапах производства.

С каждым годом к устройствам НК предъявляются все более строгие требования, и на сегодняшний день назначением данных устройств является не только обнаружение и локализация дефектов в объекте контроля (ОК), но и определение их размеров и формы для оценки потенциальной опасности. Среди прочих требований немаловажной считается возможность устройства НК осуществлять обнаружение и определение параметров широкого спектра дефектов (поверхностных и подповерхностных) в различных ОК. Наличие данной возможности значительно повышает его конкурентоспособность на рынке продукции данного профиля.

Среди наиболее востребованных, надежных и постоянно совершенствуемых методов НК были и остаются акустические методы [1,2,3,4], основанные на регистрации колебаний, возбуждаемых или возникающих в объекте. По сравнению с другими методами контроля они обладают важными преимуществами: имеют высокую чувствительность к дефектам типа трещин, инородных включений и других нарушений сплошности контролируемого материала; характеризуются большой производительностью; обеспечивают возможность проведения процедуры контроля непосредственно на рабочих местах без прерывания технологического процесса.

Акустические методы НК не теряют своей актуальности благодаря тому, что среди них развиваются методы, позволяющие возбуждать акустические колебания в ОК бесконтактно. Особый интерес представляют электромагнитно-акустический (ЭМА) и лазерно-акустический способы. Последний из них, основанный на оптоакустическом эффекте, является наиболее перспективным с точки зрения применения в устройствах НК. Несмотря на то, что способ контроля на основе ЭМА преобразователей (ЭМАП) считается бесконтактным, отношение сигнал/шум и амплитуда полезного сигнала зависят от величины зазора между поверхностью объекта и ЭМАП [1]. Лазерно-акустический способ является в полной мере бесконтактным, так как позволяет возбуждать акустические волны в объектах контроля на расстояниях, больших, чем при ЭМА контроле.

К сожалению, в настоящее время практически отсутствуют методы акустического контроля, основанные на бесконтактной генерации ультразвука импульсным лазерным излучением и позволяющие осуществлять не только обнаружение различных типов дефектов в металлах, но и определять их местоположение, геометрические размеры и форму. Отдельной проблемой является поиск единой концепции лазерно-акустического контроля, с одной стороны позволяющей стать основой для разработки метода обнаружения широкого спектра встречающихся на практике дефектов, с другой стороны учитывающей, что для практической реализации данного способа необходимо использовать единое и недорогое оборудование. Актуальность этих проблем возрастает при применении метода для различных объектов контроля.

Объект исследования ¡поверхностные и сквозные дефекты в виде трещин и свищей,подповерхностные дефекты в металлических изделиях, нарушениясплошности в металлических пленках.

Предмет исследования:эффекты взаимодействия акустических волн с поверхностными, сквозными и подповерхностными дефектами и способы контроля на их основе.

Методы исследования:лазерно-акустические методы неразрушающего контроля.

Целью работы является разработка лазерно-акустического метода определения местоположения, формы и геометрических размеров поверхностных и сквозных дефектов типа трещин и свищей в металлических изделиях и нарушения сплошности в металлических пленках, а также для обнаружения подповерхностных дефектов в металлических изделиях.

Цель работы достигается решением следующих задач:

1. Исследовать процессы взаимодействия поверхностных акустических волн (ПАВ) с поверхностными дефектами различных форм, на основе чего усовершенствовать существующий лазерно-акустический способ обнаружения дефектов [5] в части повышения его универсальности и информативности.

2. Исследовать эффекты взаимодействия ПАВ с дефектами типа трещин и свищей в металлических трубах и разработать лазерно-акустический способ определения местоположения и геометрических размеров таких дефектов.

3. Исследовать эффекты взаимодействия ПАВ с дефектами типа нарушения сплошности в тонких металлических пленках, напыленных на диэлектрическую подложку, и разработать лазерно-акустический способ определения их местоположения и размеров.

4. Исследовать эффекты взаимодействия объемных и поверхностных акустических волн, возбуждаемых импульсным лазерным излучением, со подповерхностными дефектами и разработать способ определения их местоположения.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Усовершенствован существующий способ обнаружения поверхностных дефектов в виде прямоугольногонадреза [5, А1] в части его применимости к обнаружению поверхностных дефектов и других типов, а также к определению их формы и геометрических размеров.

2. Разработан способ определения местоположения и геометрических размеров дефектов типа сквозной трещины и свища в металлических трубах,

основанный на фиксации момента прерывания распространяющегося по поверхности трубы акустического сигнала ПАВ в случае попадания дефекта в область между лазерным источником и детектором.

3. Разработан способ определения местоположения и размеров поверхностных дефектов в тонких металлических пленках, напыленных на диэлектрическую подложку, основанный на резком затухании амплитуды сигнала ПАВ, возбуждаемых сканирующим импульсным лазерным пучком, при ее генерации в области дефекта.

4. Разработан способ определения местоположения подповерхностных дефектов в металлических изделиях, основанный на интерференции ПАВ -первичной, непосредственно возбуждаемой лазерным источником, и трансформировавшейся на поверхности ОК из объемной акустической волны (ОАВ), возбуждаемой тем же пучком и отраженной от подповерхностного дефекта.

Достоверность полученных результатов и обоснованность выводов.

Достоверность результатов и обоснованность выводов подтверждаются сходимостью результатов по определению геометрических размеров поверхностных трещин с данными, полученными с помощью атомно-силового микроскопа, а также МикроСкринера на базе инвертированного микроскопа «ЛабоМет-И (вариант 2)»; воспроизводимостью экспериментальных данных при многократных экспериментах в различных условиях взаимного расположения сканирующей системы и подповерхностных дефектов, сквозных дефектов в металлических трубах и нарушений сплошности в металлических пленках, непротиворечивостью экспериментальных результатов и выводов известным теоретическим положениям.

Практическая значимость.

Разработанный лазерно-акустический метод позволяет с помощью сканирования одной и той же установкой, состоящей из импульсного лазерного источника с пучком, сфокусированным на исследуемую поверхность в виде полоски, и пьезоэлектрического преобразователя,

а) определять местоположение, форму и геометрические размеры поверхностных дефектов типа надрезов, трещин, царапин, рисок, волосовин в металлических изделиях;

б) определять местоположение и геометрические размеры несплошностей в металлических тонкостенных трубах и тонких металлических пленках, напыленных на диэлектрическую подложку, что может найти применение при выходном контроле качества металлических труб и покрытий;

в) определять местоположение подповерхностных дефектов в металлических изделиях, возникающих в процессе литья из-за не успевших выйти на поверхность газовых пузырей до кристаллизации металла, и, как правило, расположенных вблизи поверхности (на глубине до 2 мм). Это может найти применение при выходном контроле качества отливок.

На защиту выносятся

1. Усовершенствованный способ обнаружения поверхностных дефектов, позволяющий определять их местоположение, форму и геометрические размеры путем пошагового сканирования сфокусированным импульсным лазерным пучком.

2. Способ определения местоположения, протяженности и ширины сквозных дефектов в металлических трубах, основанный на прерывании распространяющегося по поверхности акустического сигнала ПАВ, генерируемого импульсным лазерным пучком.

3. Способ определения местоположения и размеров дефектов в виде нарушения сплошности в тонких металлических пленках, напыленных на диэлектрическую подложку, на основе амплитудного анализа детектируемых ПАВ, возбуждаемых сканирующим импульсным лазерным пучком.

4. Способ определения местоположения подповерхностных дефектов в металлических изделиях, основанный на интерференции ПАВ - первичной, непосредственно возбуждаемой лазерным источником, и трансформировавшейся на поверхности ОК из объемной акустической волны, возбуждаемой тем же пучком и отраженной от подповерхностного дефекта.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и публиковались в материалах и тезисах международных и всероссийских научно-технических конференций:

• XVIII, XIX, XX Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2012, 2013, 2014, Москва, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»;

• XX Международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения», 2012, Казань, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ;

• VII, VIII, XIX Международных молодежных научных конференциях «Тинчуринские чтения», 2012, 2013, 2014, Казань, Казанский государственный энергетический университет;

• Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Электронные приборы, системы и технологии». 2011, Томск, Национальный исследовательский Томский политехнический университет;

• Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии (XVIIBeHapfloeoBCKHe чтения)», 2013, Иваново, Ивановский государственный энергетический университет;

• XIX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», 2013, Томск, Национальный исследовательский Томский политехнический университет;

• Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Измерения,контрольидиагностика», 2012, Ижевск, Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова;

• Международной научно-технической конференции «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы - 2013», 2013, Казань, ОАО «Казанский научно-исследовательский институт авиационной технологии»;

• Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов», 2013, Москва, Институт машиноведения им. A.A. Благонравова РАН.

Результаты диссертации использованы в промышленности, о чем свидетельствует акт об использовании ее результатов в ООО НПЦ «Поиск-МарГТУ» для выходного контроля качества металлических изделий и металлизированных покрытий.

Публикации.

Основные результаты диссертации изложены в 14 печатных работах, из них 4 статьи в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК, и 10 в материалах всероссийских и международных научных конференций. Перечень авторских публикаций приведен в конце автореферата и диссертации.

Личный вклад автора.

Результаты, представленные в публикациях и диссертации, получены при непосредственном участии соискателя. Автор принимал участие в наладке и испытаниях используемого в экспериментах устройства лазерно-акустического контроля, разработанного A.A. Хасановым [5] под руководством Р.И. Калимуллина. Автор принимал участие в разработке лазерно-акустического способа обнаружения поверхностных дефектов в виде надрезов [5, AI] и под руководством Р.И. Калимуллина разработал на его основе усовершенствованный способ, представленный в п. 1 научной новизны и полученных результатов. Остальные представленные в работе способы обнаружения дефектов разработаны автором при участии научного руководителя.

Обсуждение результатов и подготовка публикаций, написанных по итогам исследования, проводились совместно с соавторами.

Соискатель лично провел все измерения и обработку экспериментальных данных, результаты которых приведены в диссертации, а также представлял результаты на научных конференциях.

Соответствие диссертации научной специальности.

Диссертация соответствует специальности 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Полученные в работе научные результаты соответствуют п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» Паспорта специальности.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации - 136 страниц, включая 75 рисунков, 5таблиц и 1 приложение. Библиографический список содержит 98наименований использованной литературы и 14 наименований работ автора, опубликованных по теме диссертации.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, указаны научная новизна и практическая значимость выполненной работы, сформулированы цель и задачи работы.

Первая главапосвящена анализу процесса генерации акустических волн импульсным лазерным источником и обзору методов их детектирования.Также в главе рассмотрена классификация дефектов металла, для контроля которых предназначен разрабатываемый метод. Основное внимание уделено поверхностным дефектам типа трещин, рисок, царапин, волосовин, а также подповерхностным дефектам типа пузырей, газовых раковин, пор.

Вторая главапосвящена исследованию эффектов взаимодействия акустических волн с рассмотренными в первой главе поверхностными дефектами и разработке усовершенствованного способа их детектирования.Пред ставлена структурная схема экспериментальной установки

по возбуждению и детектированию акустических волн в металлах. Описаны взаимодействие поверхностной акустической волны с поверхностными дефектами различных форм и разработанный способ определения их формы и геометрических размеров. Представлены результаты экспериментов по исследованию реальных трещин и применению усовершенствованного способа лазерно-акустического контроля для определения их размеров.

Третья главапосвящена разработке лазерно-акустического способа обнаружения и определения местоположения и размеров сквозных дефектов в металлических трубах и несплошностей в тонких металлических покрытиях на диэлектрической подложке. Описаны проведенные эксперименты по возбуждению и детектированию ПАВ в металлических трубах с реальными дефектами типа нарушения сплошности (сквозная трещина, свищ) и разработанный способ определения местоположения и размеров дефекта в два этапа путем продольного и кругового сканирования поверхности трубы. Описаны эксперименты по исследованию поверхностных дефектов в тонких металлических пленках, напыленных на диэлектрическую подложку, и разработанный способ определения их местоположения и размеров

В четвертой главена основе анализа

проведенныхэкспериментовпоказана возможность обнаружения и определения местоположения подповерхностных дефектов в металлах на глубине до 2 мм с помощью устройства, использованного ранее для обнаружения поверхностных и сквозных дефектов.

Осуществлен выбор режима лазерной генерации ОАВ в металлах и рассмотрены эффекты взаимодействия их с подповерхностными дефектами. Предложен способ определения местоположения подповерхностных дефектов, основанный на том, что при возбуждении ОАВ лазерным источником непосредственно над дефектом они, отражаясь от него обратно к поверхности ОК, трансформируются в волну Рэлея, которая при сложении с непосредственно генерируемой волной Рэлея приводит к изменению (увеличению) их суммарной амплитуды на детекторе. Способ подтверждается

экспериментальными данными, полученными при исследовании ОК с искусственными подповерхностными дефектами, расположенными на разных расстояниях от детектора и разной глубине относительно сканируемой поверхности. Приводится интерпретация результатов проведенных экспериментов.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю Р.И. Калимуллину за полезные консультации в ходе выполнения работы; С.А. Мигачеву за помощь в изготовлении образцов с искусственными подповерхностными дефектами, Н.И. Сушенцову за напыление металлизированных покрытий на образцах, М.Ф. Шагееву и Ю.В. Ванькову за предоставленные образцы с реальными поверхностными дефектами.

1 .КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ИХ

ОБНАРУЖЕНИЯ

Применение акустических волн для неразрушающего контроля качества материалов и изделий с целью обнаружения в них различных дефектов началось еще в первой половине XX века. К настоящему времени наиболее применимыми как в научных исследованиях, так и в диагностике промышленных изделий являются прямой эхо-метод [1, 6] с использованием генераторов и приемников ультразвука, а также его разновидности: электромагнитно-акустический [6] и метод свободных колебаний [1]. Их распространенность во многом определяется наличием промышленно выпускаемых разнообразных приборов и установок.

Во второй половине XX века, вскоре после создания первых лазеров в начале 60-х годов и соответствующих методов их применения, были разработаны способы лазерной генерации акустических волн [7, 8]. Уже через несколько лет было предложено использовать лазерную генерацию акустических волн для диагностики твердых материалов и изделий [9]. Были разработаны и соответствующие методики лазерно-акустического контроля.

Однако лазерно-акустические методы контроля пока не нашли столь широкого применения. Причиной этому, возможно, явились следующие причины. Во-первых, до 90-х годов XX века конструкции лазеров, генерирующих короткие импульсы, были достаточно сложны и не могли использоваться в производственных условиях. Во-вторых, не были разработаны достаточно простые и надежные способы детектирования взаимодействующих с дефектами акустических волн, возбуждаемых лазером. В-третьих, квалификация производственного персонала для работы с лазерными излучателями была недостаточна.

К началу исследований, осуществляемых в рамках данной работы, первая причина была уже полностью устранена разработкой нового поколения твердотельных импульсных лазеров, простых и надежных в использовании.

Поэтому целью данной работы была разработка новых способов обнаружения типичных дефектов в изделиях машиностроения, энергетики и электроники, поскольку в известных нам статьях в основном изучались образцы различных материалов с помощью лазерно-акустического метода и практически отсутствовали описания конкретных методик применения данного метода для обнаружения и определения размеров дефектов. Одной из первичных задач наших исследований был также сравнительный анализ известных способов детектирования импульсов акустических волн и выбор наиболее приемлемого из них при генерации лазерным источником.

1.1Генерация акустических волн с помощью лазера

Тепловое действие оптического излучения на вещество лежит в основе широкого класса оптико-акустических явлений, поскольку процесс нестационарного неоднородного нагревания среды сопровождается излучением акустической волны за счет теплового расширения среды. Однако возможность широкого практического использования оптико-акустического эффекта появилась только после создания и усовершенствования лазеров. Под действием лазерного излучения, как правило, возникают акустические колебания в материале мишени. Существует несколько механизмов возбуждения звука при воздействии лазерного излучения на среду: тепловой, испарительный, пробойный и стрикционный [9]. Тепловой механизм связан с нестационарным тепловым расширением объема среды, в которой поглотилась световая энергия. Испарительный обусловлен импульсом отдачи паров вещества при его испарении под действием лазерного излучения, пробойный -формированием сильной ударной волны при оптическом пробое (при этом плотность выделяемой энергии сравнима с внутренними давлениями в среде). Стрикционный механизм проявляется в прозрачных средах и связан с появлением механических напряжений в веществе при наличии электрического поля.

Среди режимов генерации ПАВ предпочтительным является именно термоупругий режим, реализуемый в отсутствие абляции (испарения) материала и при минимальном шумовом фоне, создаваемом продольной и сдвиговой модами [10]. В поглощающих средах при достаточно малых интенсивностях лазерного излучения тепловой механизм является наиболее существенным для возбуждения ультразвука в среде, в которой поглощение энергии импульсного или амплитудно-модулированного лазерного источника вызывает нестационарное тепловое расширение объема. Необходимость импульсной или амплитудной модуляции оптического источника связана с тем обстоятельством, что нагрев образца также должен быть периодическим; при этом частота акустических колебаний будет определяться длительностью оптического импульса. Вплоть до частот Ю10 Гц распространение акустической волны происходит адиабатически [И], поскольку тепловая энергия не успевает диффундировать на длину акустической волны, т.е. длина тепловой волны (^/со) меньше длины акустической волны, где % — температуропроводность. Амплитуда акустических колебаний, возбуждаемых термически, пропорциональна интенсивности лазерного излучения, а средняя частота генерируемых акустических колебаний обратно пропорциональна длительности оптического импульса.

Таким образом, параметры акустической волны, генерируемой лазерным источником, определяются параметрами излучающего источника (геометрия пучка, зависимость излучения от времени) и физическими параметрами среды (коэффициенты поглощения света, теплового расширения и теплопроводности) [12].

Следовательно, короткий оптический импульс может являться при периодическом нагреве части поверхности источником одновременного распространения продольной и двух поперечных объемных и поверхностной акустических волн. Акустические параметры генерируемого импульса резко изменяются при лазерном облучении дефектов, что позволяет регистрировать даже наноразмерные дефекты.

Термоупругое возбуждение акустических волн возникает в приповерхностном слое поглощающей среды. Поэтому в твердых телах возможна одновременная генерация объемных и поверхностных акустических волн. Существует три основных типа волн, возбуждаемых лазерными импульсами и применяемых в неразрушающем контроле [13-14]: продольные, поперечные и поверхностные. Относительная эффективность возбуждения различных типов волн (продольных, поперечных и поверхностных) определяется величиной Кяа, где Кя - оо/уд - волновой вектор рэлеевской волны, а - ширина оптического пучка. При К^а ~ 1, основная доля мощности всех трех типов волн приходится на рэлеевские волны (~ 67%), 26% -поперечные и 7% - продольные объемные. С увеличением Кра доля мощности, приходящаяся на продольные объемные волны, быстро растет и становится доминирующей [15]. Поэтому для термооптического возбуждения высокочастотных ПАВ необходима острая фокусировка лазерного пучка. Это объясняется тем обстоятельством, что при тепловом расширении среды вначале возбуждается лишь продольная волна, а поперечная волна возникает при отражении от границ.

Таким образом, для возбуждения интенсивного и короткого импульса ПАВ необходимо использовать короткие лазерные импульсы, лазерный пучок в виде узкой полосы, перпендикулярный направлению распространения рэлеевской волны, а также достаточно большое поверхностное поглощение света, т.е. толщина поглощающего слоя должна быть меньше длины рэлеевской волны.

Особенностью лазерного возбуждения, полезной при контроле изделий сложной формы, является постоянство диаграммы направленности излучаемых волн при значительном отклонении угла падения лазерного пучка от нормали к поверхности ОК. Лазерные источники даже при падении пучка под острыми углами к поверхности излучают ультразвуковые волны перпендикулярно к ней. Кроме того, лазерная генерация акустических волн имеют ряд преимуществ перед традиционными (пьезоэлектрическими и электромагнитно-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исмагилов, Ильдар Рашидович, 2015 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ.ред. В.В. Клюева. Т.З: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.

2. Ушаков В.М., Давыдов Д.М., Доможиров Л.И. Обнаружение и измерение поверхностных трещин ультразвуковым методом с целью оценки усталостного разрушения металлов // Дефектоскопия. 2011. №9. С. 72-84.

3. Бархатов В.А. Развитие методов ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений // Дефектоскопия. 2003. №1. С. 28-55.

4. Ринкевич А.Б., Корх Ю.В., Смородинский Я.Г. Перспективы применения неразрушающего контроля для диагностики нано- и микроструктурных материалов // Дефектоскопия. 2010. №1. С. 14-20.

5. Хасанов, A.A. Комплексный метод и устройство лазерно-акустического контроля поверхностных дефектов в металлических и металлизированных изделиях: дис. ... канд. техн. наук: 05.11.13 / Хасанов Алмаз Асхатович; [Место защиты: Казан.гос. энергет. ун-т]. - Казань, 2013. - 146 е.: ил.

6. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 2. Акустические методы контроля: Практ. пособие / Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И; Под.ред. В.В. Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1991. - 283 с.

7. Аскарьян Г. А., Прохоров А. М., Чантурия Г. Ф., Шипуло Г. П. Луч оптического квантового генератора в жидкости // ЖЭТФ. 1963.Т. 44.С. 2180.

8. White R. M.Generation of elastic waves by transient surface heating //J. Appl. Phys. 1963.V. 34.P. 3559.

9. Лямшев Л. M. Оптико-акустические источники звука // УФН. 1981.Т. 135.С. 637.

10. Баев А.Р., Гуделев В.Г., Кулак Г.В., Митьковец А.И., Матвеева А.Г., Ропот П.И. Оптико-акустическая диагностика дефектов на поверхности твердых тел // Проблемы физики, математики и техники. 2014. №1 (18). С. 7-11.

11. Новацки Н.В. Теория упругости. - М: Мир, 1975.

12. Zang S.Y. et al. Experimental study of laser-generated shear waves using interferometry // Res. Nondestr. Eval. 1990. V. 2. P. 143-155.

13. Гринченко B.T. Гармонические колебания и волны в упругих телах / В.Т. Гринченко, В.В. Мелешко. - Киев :Наукова думка, 1981. - 284 с.

14. Гуделев В.Г., Кулак Г.В., Матвеева А.Г. Лазерное возбуждение импульсов поверхностных акустических волн в твердых телах // ПФМТ. 2011. №1 (6). С. 25-28.

15. Карабутов А.А. Лазерное возбуждение поверхностных акустических волн: новое направление в оптико-акустической спектроскопии твердого тела // УФН.1985. Т. 147. №3. С. 605-620.

16. Windisch Т. Numerical and experimental studies towards improvements in laser-acoustic microscopy by optical-based sound beam shaping // Journal of Physics: Conference Series. 2014. V.520. P. 1-7.

17. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. - М.: Наука, 1981.

18. Поверхностные акустические волны/ Под.ред. А. Олинера. Пер. с англ-М.: Мир, 1981.392 с.

19. Житлухина Ю.В., Перов Д.В., Ринкевич А.Б. Пространственно-временная картина акустического поля дифракции упругих волн на ребре трещины // Дефектоскопия. 2008. № 10. С. 71-79.

20. Баев А.Р., Асадчая М.В., Сергеева О.С., Коновалов Г.Е. Распространение волны Рэлея в твердых телах с технологическим выступом // Приборы и методы измерений. 2011. № 2. С. 121-128.

21. Saffari L.J. Bond, R.J. Dewhurst, A.D.W. Mckie and S.B. Palmer. Rayleigh wave interaction with discontinuities: a numerical and an experimental study. -Ultrasonics International 87 Conf. Proc. P. 153-158.

22. Лапин А.Д. Трансформация объемных волн в поверхностную на неровной границе твердого тела. В сб. 1ХВсес.акуст. конф. М., 1977. Сер. А. С. 67-69.

23. Humphryes R.F., Mason J.M, Hudson J.A., Khembhavi V.K. Acoustic bulk wave to surface acoustic wave mode conversion at a periodic grating. Eur. MicrowaveConf. Proc- Brussels, 1973 - C. 9.2.

24. Коновалов С.И., Кузьменко А.Г. Особенности импульсных режимов работы электроакустических пьезоэлектрических преобразователей. - СПб.: Политехника, 2014. - 294 с.

25. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики / Под.ред. В.М. Шарапова. -М.: Техносфера, 2006. - 632 с.

26. Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля / Под общ.ред. И.Н. Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986. - 280 с.

27. Королев М.В., Карпельсон А.Е. Широкополосные ультразвуковые пьезопреобразователи. - М. Машиностроение, 1982. -157 с.

28. Соловьянова И.П., Шабунин С.Н. Теория волновых процессов: Акустические волны. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. - 142 с.

29. Кайно Г., Шоу Дж. Акустические поверхностные волны // УФН. 1974. Т. 113. №1. С.157-179.

30. Becker M., Schuelke T., Schneider D., Leson A.LAwave-measurement technology for quality assurance // European and international nanotechnology forum proceedings. 2007. P. 72-74.

31. Зацепин А.Ф. Акустический контроль. Физические основы ультразвуковой дефектометрии. В 2 ч. 4.2. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006.- 117 с.

32. Сучков Г.М. О главном преимуществе ЭМА способа // Дефектоскопия. 2000. №10. С. 67-70.

33. Себко В. П., Сучков Г.М., Горкунов Б. М. Новый способ обнаружения дефектов металлов с помощью электромагнитно-акустических преобразователей. - В сб.: Электроэнергетика и преобразовательная техника. -Харьков: НТУ «ХПИ», 2003. № 1. С. 54-58.

34. Сучков Г.М. Исследование особенностей распространения упругих волн, возбуждаемых ЭМА способом // Контроль. Диагностика. 2001. № 12. С. 36 - 39.

129

35. Клюшников В.А., Мишакин В.В., Данилова Н.В. Исследование поврежденности металла под защитным покрытием с помощью электромагнитно-акустического преобразователя // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 5 (2). С. 113-115.

36. Себко В.П., Сучков Г.М., Ищенко В.Н. Исследование факторов, влияющих на результаты контроля горячего металла ЭМА способом // Дефектоскопия. 2004. № 11. С. 40^9.

37. Гуревич С.Ю. К теории электромагнитной генерации акустических волн в ферромагнитной среде при высокой температуре // Дефектоскопия. 1993. № 3. С 37-50.

38. Радько В.П. Преобразователи и приборы для неразрушающего контроля электромагнитно-акустическим методом. Результаты экспериментальных исследователей // Бюллетень УТ НКТД. № 1. 2002. С. 14-21.

39. Сучков Г.М. Исследование ЭМА способом выявляемое™ плоскодонных отражателей в образцах из различных материалов // Контроль. Диагностика. 2002. №5. С.50-51.

40. Себко В.П., Сучков Г.М., Камардин В.М. Чувствительность ЭМА способа контроля железнодорожных рельсов ЗТМ // Дефектоскопия. 2004. № 3. С. 3142.

41. Edwards R.S., Dixon S., Jian X. Characterisation of defects in the railhead using ultrasonic surface waves //NDT&E International. 2006. V.39. P. 468-475.

42. Сучков Г.М. Исследование особенностей распространения поверхностных волн при контроле ЭМА способом // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2000. № 3. С. 33-35.

43. Dixon S., Palmer S.В.Wideband low frequency generation of Rayleigh and Lamb waves using electromagnetic acoustic transducers // Ultrasonics. 2004. V. 42. №10. P.l 129-1136.

44. Mcaughey K.L., Edwards R.S., Potter M.D.G., Dixon S. Ultrasonic thickness measurements of sub-millimetre thickness sheets // 18th World Conference on Nondestructive Testing. 2012.

45. Деордиев Г.И., Щербинин В.Е. Контроль массовых изделий резонансным электромагнитно - акустическим методом// Дефектоскопия. 2004. № 1. С. 1331.

46. Шмальгаузен В.И. Интерферометры для изучения малых колебаний // УФН. 1980.Т.132. С.679.

47. Устинов Н.Д., Матвеев И.П., Протопопов В.В. Методы обработки оптических полей в лазерной локации. - М.: Наука, 1983. - С. 272.

48. Гуляев Ю.В., Проклов В.В., Шкердин Г.Н. Дифракция света на звуке в твердых телах // УФН. 1978. Т.124. №1. С. 85-86.

49. Korpel A., Adler R., Desmares P., Watson W. A television display using acoustic deflection and modulation of coherent light. // Proc. IEEE. 1966. V.54. №10. P. 1429-1437.

50. Какичашвили Ш.Д. Поляризационная голография // Вестн. АН СССР. 1982. №7. С.51

51. Лямшев JI.M. Лазеры в акустике // УФН. 1987. Т. 151. С. 479-527.

52. Powell R., Stetfon К. // JOSA.1965. V.55. Р. 1593

53. Мэзон У., Терстон Р. Физическая акустика. Принципы и методы. Т. 6. М.: Мир, 1973.-430 с.

54. Ромашко Р.В., Безрук М.Н., Ермолаев С.А., Кришнасвами С. Детектирование ультразвуковых упругих волн в твердых телах с помощью многоканальной адаптивной волоконно-оптической измерительной системы // Доклады ТУСУРа. 2014. № 1 (31).

55. Zhou Y.,Murray T.W., Krishnaswamy S. Photo-acoustic imaging of surface acoustic wave slowness using multiplexed, two-wave mixing array interferometry // Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, IEEE Transactions on. 2002. V. 49. №8. P. 1118-1123.

56. Zhang F. et al. Ultrasonic characterization of mechanical properties of Cr-and W-doped diamond-like carbon hard coatings // Thin solid films. 2006. V. 503. №1. P. 250-258.

57. Физическая акустика. Принципы и методы / Под ред. У. Мэзона и Р. Терстона; Пер. с англ. Том. 7. М.: Мир, 1974. 432 с.

58. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. A.M. Прохоров. - М.: Сов. энциклопедия, 1983. - С. 833.

59. Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, ортогональные многочлены. Справочнаяматематическаябиблиотека. - М.: Физматгиз, 1966. - 296 с.

60. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. - М.: Машиностроение, 2003. - С. 239.

61. Каневский И.Н. Неразрушающие методы контроля/И.Н. Каневский, Е.Н. Сальникова. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - 243 с.

62. Энциклопедический словарь по металлургии: Справочное издание. В 2-хт. Т. 1: А - О / Н.П.Лякишев и др. - М.: «Интермет Инжиниринг», 2000 — 412 с.

63. Калиниченко Н.П. Атлас дефектов сварных соединений и основного металла: учебное пособие / Н.П. Калиниченко, М.А. Васильева, А.Ю. Радостев; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 71 с.

64. Расщупкин В.П., Корытов М.С. Дефекты металла: Учебное пособие по дисциплине «Материаловедение и ТКМ» для механических специальностей вузов. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. - 37 с.

65. Дальский A.M., Барсукова Т.М., Бухаркин JI.H. Технология конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 2004. - 512с.

66. Edwards R.S., Dixon S., Jian X. Enhancement of the Rayleigh wave signal at surface defects // J. Appl. Phys. 2004.V. 37. №16.P. 2291-2297.

67. Edwards R.S., Dixon S., Jian X. Depth gauging of defects using low frequency wideband Rayleigh waves // Ultrasonics. 2006. V. 44. №1. P. 93-98.

68. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - JL: Энергоатомиздат, 1985. - 248 с.

69. Голенищев-Кутузов А.В., Мигачев С.А., Яфаев Н.Р. Генерация поверхностных акустических волн с помощью импульсов лазерного излучения // Акуст. журн. 1985. Т. 31. С. 671-672.

70. Ланге Ю.В., Воронков В.А. Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения. Справочник. - М.: Авторское издание, 2003- 120 с.

71. TamA.C.Pulsed-laser generation of ultrashort acoustic pulsed: Application for thin-film ultrasonic measurements // Appl. Phys. Lett. 1984. V. 45, № 5. P. 510-512.

72. Tam A.C. Pulsed photothermal radiometry for noncontact spectroscopy, material testing and inspection measurements // Infared Phys. 1985. V. 25. №1/2. P. 305-313.

73. Гуляев Ю.В., Морозов А.И., Раевский В.Ю. Фотоакустическая спектроскопия непрозрачных объектов с пьезоэлектрической регистрацией // Акуст. журн. 1985. Т. 31. №4. С. 469

74. Лямшев Л.М. Лазерное термооптическое возбуждение звука. М.: Наука, 1989. 240 с.

75. Козаченко В.В., Кучеров И.Я. Фототермоакустические колебания в слоистой структуре твердое тело-пьезоэлектрик // Акуст. журн. 2004. Т. 50. №2. С. 231-237.

76. Копылова Д.С., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. Измерение толщины субмикронных металлических покрытий на прозрачной подложке лазерным оптико-акустическим методом // Акуст. журн. 2008. Т. 54. №6. С. 905-913.

77. Карабутов А.А., Кобелева Л.И., Подымова Н.Б., Чернышова Т.А. Лазерный оптико-акустический метод локального измерения упругих модулей композиционных материалов, упрочненных частицами // Техническая акустика. 2008. №19. С. 1-10.

78. Mandelis A. Photothermal analysis of thermal properties of solids, J. Thermal Anal. 1991. V. 37. P. 1065-1101

79. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. M.: Наука. 1991. 304 с.

80. Голубев Е.В., Гуревич С.Ю., Петров Ю.В. К теории возбуждения волн Лэмба в металлах импульсным лазерным излучением // Акуст. ж. 2011. Т. 57. №5. С. 600-606.

81. Лэмба волны / И. А. Викторов // Физическая энциклопедия : в 5 т. - Т. 2: М.: Большая российская энциклопедия, 1992. - С. 620-621.

82. Courjon Е., Courjal N., Daniau W., Lengaigne G., Gauthier-Manuel L., Ballandras S., Hauden J. Lamb wave transducers built on periodically poled Z-cut LiNb03 wafers. J. App. Phys. 2007. V.102. P. 114107.

83. Калимуллин Р.И., Мигачев С.А., Хасанов A.A. Разработка метода неразрушающей ультразвуковой дефектоскопии посредством лазерной генерации объемных и поверхностных акустических волн // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2010. № 9-10. С. 92-97.

84. Голенищев-Кутузов В.А., Калимуллин Р.И., Мигачев С.А., Петрушенко Ю.Я., Хасанов A.A. Лазерно-акустический метод контроля дефектов в металлах и металлизированных покрытиях диэлектриков // Дефектоскопия. 2011. №2. С.40-44.

85. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Кн. 1. - М.: Машиностроение, 1986. 488 с.

86. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий. - М.: Высш. шк., 1991.-271 с.

87. Паврос С.К. Неразрушающий контроль изделий радиографическим методом. - СПб.:Изд-во СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2005.

88. Справочник по радиационной безопасности / В. Ф. Козлов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 191 с.

89. Поверхностные акустические волны / И. А. Викторов // Физическая энциклопедия : в 5 т. - Т. 3: М.: Большая российская энциклопедия, 1992. С. 649-650.

90. Хамчишкин В.А., Бирюкова Н.П., Чабанов В.Е. Исследование пригодности импульсного твердотельного лазера на основе АИГ: Nd3+ для

целей лазерного ультразвукового контроля металлов// Дефектоскопия. 1990. №11. С. 21-27.

91. Scruby C.B. Laser generation of ultrasound in metals. Research techniques in nondestructive testing // Acad. Press. 1982. V. 5. P. 281.

92. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. - М.: Мир, 1974.

93. Афанасьев Ю.В., Крохин О.Н. Испарение вещества под действием излучения лазера // ЖТФ. 1967. Т.52. №4. С. 966.

94. Пат. 2451931 Российская Федерация, МПК G 01 N 29/04. Способ ультразвукового контроля изделий акустическими поверхностными волнами /

B.М. Ушаков, Д.М. Давыдов; ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»; опубл. 27.05.2012. Бюл. №15.

95. Хасанов A.A. Лазерно-акустический способ контроля качества материалов посредством генерации объемных и поверхностных акустических волн / Международная молодежная научная конференция Труды конференции. Том V. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. 2010. С.353-354.

96. ГОСТ 23829-85. Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения.

97. Новокщенова С.М. Дефекты стали: Справ. - Металлургия, 1984. - С.8-9.

98. Юхин H.A. Дефекты сварных швов и соединений. - М.: СОУЭЛО, 2007. -

C. 14.