Области применения аэ
Вопрос 32. Области применения АЭ
Испытания и эксплуатация конструкций. Задачи АЭ в этой области состоят в оценке разрушающей нагрузки для объекта при воздействии на него более низкой (испытательной) па-нагрузки или s диагностике работы объекта при воздействии рабочей нагрузки. Объектами испытаний могут быть сосуды, работающие под давлением (сосуды давления), трубные системы, детали самолетов и ракет, мосты и другие строительные сооружения (в том числе железобетонные). Для испытаний на конструкции размещают некоторое количество ПЭП и регистрируют их показания. Для успешного проведения испытаний важен правильный выбор параметров и методики контроля.
Частоту или диапазон частот, в котором регистрируют сигналы АЭ, выбирают с учетом уровня шумов ОК. Для этого проводят анализ шумов до нагружения и при малом уровне нагружений. Шумы имеют различное происхождение и, как правило, уменьшаются с частотой. Например, для корпусов атомных реакторов амплитуда гидравлических шумов при частотах ниже 300 кГц обычно намного больше сигналов АЭ, а при частотах выше 800... 1000 кГц шумы практически не мешают контролю. Кавитационные шумы, возникающие от захлопывания пузырьков в жидкости, имеют частотный диапазон до 1...1,2 МГц. Они отличаются от сигналов АЭ большим количеством сигналов на единицу времени и не зависят от приложенной нагрузки.
При применении испытательных машин источники шумов — системы нагружения и крепления. Возможной причиной помех может быть разрушение покрытия изделия (лаков, красок) или поверхностного окисного слоя. Чем выше частота, на которой ведут испытание, тем лучше отстройка от шумов, но тем быстрее затухают с расстоянием сигналы АЭ. Это вызывает необходимость близкого расположения ПЭП в системах наблюдения за АЭ некоторых объектов. Отсюда следует, что чрезмерное повышение частоты нежелательно.
Количество преобразователей выбирают в зависимости от задач контроля. Например, когда используют АЭ при механических испытаниях образцов в форме стержня, можно иметь один ПЭП, расположенный на торце или другой ненагруженной части образца. Однако даже в этом случае полезно применять систему с двумя ПЭП, расположенными по разные стороны от области, где ожидается разрушение. Тогда можно, используя систему локации источников АЭ, выделять сигналы от этой области и отстраиваться от шумов, возникающих в системе крепления образца.
Более сложная проблема — контроль объектов с большой площадью поверхности. В этом случае определяют необходимое расстояние между ПЭП с учетом затухания ультразвука в выбранном частотном диапазоне, иногда — корректируют частоту. Преобразователи размещают на объекте так, чтобы обеспечить надежный контроль областей, где наиболее вероятно появление и развитие дефектов: сварных соединений, мест концентрации напряжений. При контроле сосудов давления ПЭП размещают на расстоянии 200 ...5000 мм друг от друга. Их помещают вблизи особо напряженных сварных швов, радиусных переходов, патрубков (см. рис.5). Правильность расположения ПЭП и работоспособность каналов аппаратуры проверяют, используя имитаторы АЭ. Контролируют надежность регистрации сигналов, возникающих в различных участках конструкции и точность определения координат источников.
Задание критериев опасного состояния объекта — наиболее сложная проблема методики дефектоскопического контроля с помощью АЭ. По какому параметру АЭ и по какому его количественному признаку следует принимать решение о признании сигналов предвестниками разрушения?
Трудность задачи состоит в том, чтобы отделить АЭ от развития трещины на фоне сигналов, связанных с пластической деформацией. Изучение изменения в процессе испытаний различных параметров АЭ показало, что активность и амплитуда сигналов АЭ изменяется немонотонно: они могут достигать максимумов, превышающих значения этих параметров перед разрушением.
Рекомендуемые материалы
В настоящее время считают, что наиболее информативный параметр, сигнализирующий о приближении разрушения, — рост суммарного числа импульсов N с начала испытаний. В пользу такого подхода говорит тот факт, что каждый импульс АЭ — это, как правило, единичный акт разрушения. Коэффициент интенсивности напряжения в формуле (1) растет при каждом новом разрушении. Отсюда для разрушающегося объекта можно написать формулу, подобную (1):
, (2)
где показатель степени m аналогичен входящему в (1), а'—константа, а. П — параметр нагружения. Он может соответствовать механическому напряжению, числу циклов испытаний, времени испытаний при коррозионном растрескивании и т. д.
Рис.6
На рис. 6 показана характерная кривая роста числа импульсов в режиме увеличения статической нагрузки объекта. На первом участке до 
рост определяется зависимостью (2), 
. На участке 
показатель 
. Локальная область, где происходит такой рост, соответствует активному источнику, требующему внимания. Участок 
соответствует упрочнению материала. На участке 
дефект преодолел зону упрочнения и развивается. Здесь 
, источник АЭ критически активен. При дальнейшей нагрузке источник становится катастрофически активным, 
. При сохранении режима нагружения объект обязательно разрушится по участку, где был источник эмиссии. Ступенчатый характер кривой соответствует скачкообразному росту трещин.
Сравнение рис. 3 и 6 показывает сходство кривых па завершающем участке перед разрушением, хотя в одном случае параметр П — статическая нагрузка Р, а в другом П — число циклов нагрузки п. Это подтверждает правильность подхода.
Метод АЭ как средство НК конструкций позволяет проводить интегральный контроль и обнаруживать только несплошности, представляющие действительную опасность. Однако он не дает достаточной информации, чтобы предсказать работоспособность ОК задолго до разрушения. Например, по имеющимся в настоящее время данным, он непригоден для прогнозирования ресурса не имеющего явных дефектов ОК после его изготовления.
Испытание материалов. Исследования АЭ в этом случае могут быть направлены на уяснение поведения АЭ в процессе других, более сложных, испытаний (например, процесса сварки), либо для. изучения природы процессов, происходящих в материале.
Механические испытания материалов — наиболее очевидный объект применения АЭ. Для этой цели разрабатывают специальные «бесшумные» испытательные машины с минимальным уровнем шумов от сочленений, приводов, зажимов.
Применение метода АЭ при испытаниях композитных материалов, например стеклопластиков, позволило установить механизм разрушения. Слабые сигналы АЭ соответствуют разрушению адгезии эпоксидной смолы, наиболее сильные — разрыву стекловолокна.
Исследования АЭ при термических испытаниях показали, что изменение агрегатного состояния (плавление, затвердение) вызывает появление значительной АЭ лишь тогда, когда образец «зажат», т. е. условия испытаний ограничивают изменение размеров образца. Эмиссия в этом случае связала с механическими нагрузками.
Аллотропические превращения кристаллической решетки в твердом состоянии сопровождаются сигналами АЭ большой интенсивности при мартенситном превращении. Такое превращение происходит при охлаждении ниже точки перекристаллизации, в небольших объемах, путем небольшого перемещения атомов в решетке. Появляющаяся фаза имеет больший объем, чем исходная.
Характерный пример — образование мартенситных плоскостей в стали (на шлифе они видны как иглы) в переохлажденном аустените — растворе углерода в гамма-железе. Мартенсит здесь—пересыщенный твердый раствор углерода в альфа-железе. Применение АЭ позволяет определить скорость и полноту мартенситного превращения и время образования мартенситных игл.
Применительно к коррозионным испытаниям материалов применение метода АЭ очень эффективно для слежения за коррозией под напряжением. При этих испытаниях механически нагруженный деформированный образец подвергают действию агрессивной среды. Напряжения интенсифицируют процесс коррозии. В образце появляются трещины, деформация усиливается, напряжение снимается.
Возникновение коррозионных трещин сопровождается появлением интенсивных сигналов АЭ. По ним можно судить о протекании процесса без доступа к месту коррозии.
Испытания процесса сварки методом АЭ потребовали идентификации большого количества сигналов. Помехи, вызванные истечением защитного газа и горением дуги, имели амплитуду не более 10 дБ (здесь — положительные дБ). Процессы плавления и последующей кристаллизации основного и присадочного металлов вызывали сигналы АЭ амплитудой до 26 дБ. Они связаны с деформацией объема и мартенситными превращениями при охлаждении. Растрескивание оксидной или шлаковой пленки на поверхности соединения давало сигналы до 35 дБ. Горячие трещины давали сигналы не более 20 дБ. Это связано с вязкостью нагретого металла и большим затуханием акустических волн. Наибольшие сигналы (до 50 дБ) возникали от холодных трещин. За 0 дБ принят минимальный сигнал, регистрируемый аппаратурой.
Для разных типов сварки характерно различное распределение сигналов АЭ во времени. Например, для бездефектной сварки под флюсом и в среде углекислого газа наблюдают непрерывную эмиссию на уровне 30 ...40 дБ. Дуговая сварка сопровождается более четкими импульсами АЭ такой же амплитуды. Изменение в распределении сигналов АЭ говорит о нарушении сварочного процесса.
Вопросы для самоконтроля
1. На каком физическом принципе основан импедансный метод контроля
2. Почему для контроля клееных соединений не применяют традиционные методы контроля?
3. Опишите физический принцип импедансного метода контроля
4. Какой способ ввода звука используется в импедансном методе контроля?
5. Какие преобразователи используются в импедансном методе контроля?
6. Нарисуйте эквивалентную схему преобразователя импедансного дефектоскопа в режиме излучения
7. Какие частоты используются при импедансном контроле?
8. Перечислите варианты импедансных методов и приборов
9. Для контроля каких изделий применяется велосимметрический метод?
10. Опишите физический принцип велосимметрического метода
11. Какой диапазон частот используется при контроле велосимметрическим методом?
12. Зависит ли скорость распространения изгибной волны используемой в велосимметрическом методе от частоты? Если до, то как?
13. В чем заключается акустическая эмиссия?
14. К каким методам (активным или пассивным) относится метод акустической эмиссии?
15. Перечислите основные источники акустической эмиссии
16. Опишите физический принцип метода акустической эмиссии
17. Опишите связь АЭ с дефектами кристаллической решетки
18. Что такое дислокация?
19. Что называют краевой дислокацией?
20. Что такое двойникование?
21. Опишите форму импульсов АЭ
22. Какую эмиссию называют дискретной?
23. Что относится к основным параметрам АЭ?
Лекция "7 Время открытия наследства" также может быть Вам полезна.
24. Какие преобразователи используются в приборах АЭ?
25. Нарисуйте структурную схему прибора АЭ
26. Для каких целей используют имитаторы сигналов АЭ?
27. Перечислите области применения АЭ
28. По какому принципу выбирают количество преобразователей для АЭ?
29. Что является наиболее информативным параметром сигнализирующим о приближении разрушения в АЭ?
