Акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под напряжением

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и конструкций методом акустической эмиссии (АЭ). Цель изобретения - повышение достоверности определения наличия субкритических трещин . В материале, подверженном коррозии под напряжением, принимают сигналы АЭ, измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала АЭ. По полученным величинам определяют область разброса и корреляцию между средней энергией и медианной частотой принятых сигналов, и по появлению сигналов АЭ с величинами средних энергий и медианных частот, находящимися в корреляционной связи между собой, область разброса которых находится в пределах области разброса этих величин, соответствующего коррозии под напряжением, определяют наличие субкритичесих трещин, вызванных коррозией под напряжением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 29/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4877352/28 (22) 25.10.90 (46) 30.06.92. Бюл. М 24 .(75) Г.Б.Муравин, Л.M.Ìåçâèícêàÿ, А.А,Вол, Н.О,Макарова и С:И.Волков (53) 620,179.16(088.8) (56) Грешников В.А., Дробот Ю.Б, Акустическая эмиссия. М.: Изд-во стандартов, 1976, с. 153, 154. (54) АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ"СУБКРИТИЧЕСКИХ ТРЕЩИН В МАТЕРИАЛЕ, ВЫЗВАННЫХ КОРРОЗИЕЙ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и конструкций методом акустической эмиссии (АЭ). Цель изобретения — повышение достоверности определения наличия субкритических тре"I

Изобретение относится.к технике неразрушающего контроля материалов и конструкций методом акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для обнаружения коррозионных субкритических трещин в железобетонных и металлических конструкциях, находящихся в напряженном состоянии.

Известен акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под напряжением, заключак.бийся в том, что принимают сигналы АЭ, возникающие в материале в результате процесса коррозии под напряжением, измеряют параметры принятых сигналов и по параметрам принятых,сигналов АЭ относительно тех же параметров эталонного образца. подвергнутого коррозии под напряжением, определяют

„„Ж„„1744640A1 щин. В материале, подверженном коррозии под напряжением, принимают сигналы АЭ, измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральнбй плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала АЭ. По полученным величинам определяют область разброса и корреляцию между средней энергией и медианной частотой принятых сигналов, и по появлению . сигналов АЭ с величинами средних энергий и медианных частот, находящимися в корреляционной связи между собой. область разброса которых находится в пределах области разброса этих величин, соответствующего коррозии под напряжением, определяют наличие субкритичесих трещин, вызванных коррозией под напряжением. 1

s.п. ф-лы, 1 ил. наличие субкритических трещин в материале.

Однако известный способ является недостаточно достоверным, так как принимаются сигналы АЭ, вызванные не толька коррозией под напряжением, но и пластиче: ской деформацией материала. находящегося в напряженном состоянии. Сигналы АЭ, вызванные пластической деформацией, в значительной степени влияют на достоверность обнаружения субкритических трещин, вызванных именно коррозией под напряжением.

Цель изобретения — повышение достоверности определения наличия субкритических трещин.

Поставленная цель достигается тем, что согласно акустико-эмиссионному способу определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под напряжением, заключающемуся в том, что принимают сигналы А3, возникающие в материале в процессе коррозии под напряжением, измеряют параметры принятых сигналов и по параметрам принятых сигналов АЗ относительно тех же параметров эталонного образца, подвергнутого коррозии под напряжением, определяют наличие субкритических трещин в материале, в качестве параметров измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала АЭ, по полученным величинам средних энергий и медианных частот принятых сиг -.ялов определяют область

< заброса и .,Оореляцию между средней

6i48pl меч и медияннОЙ. Частотой принятых .игнялов, я наличие субкритических трещин в мяте риял8 Определякзт по появлению сигналов с величинами средней энергии и медианной частоты, находящимися в корреляционной связи между собой, область разброса которых находится в пределах

Области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов А3, полученных на образце материала, подверженного

",аррозии под напряжением, 05il8cTb разброса Определя1от по эллипсу рассеянля величин средних энергий и медиянных частот, корреляцию между величина::.и средних энергий и медианных частот определяют путем определения углового положения осей эллипса рассеяния вели,ин средних энергий и медианных частот принятых сигналов Относительно осей координат средняя энергия — медианняя частота, а наличие субкритических трещин определяют по появлению сигналов, у которых эллипс рассеяния средних энергий и медианных частот находится в пределах эллипса рассеяния соответствующих парам-тров, полученных на образце материала, 1одверженного коррозии под напряжени". „я оси эллипса рассеяния не параллель" ны Осям,.оординат средняя энергия— мед" энная частота.

На чертеже показаны эллипсы рассеяния величин средних энергий и медианных частот сигналов АЭ, вызванных коррозией под напряжением и полученных в материале с начальной стадией корроэионного повреждения (а) и в материале с субкритическими корроэионными трещинами (б), Сущность акустика-эмиссионного способа определения наличия субкритических коррозионных трещин в материале заключается в следующем.

Источниками АЭ при корроэионном повреждении материала могут быть процессы, сопровождающие анодное растворение, образование и отшелушивание Оксчдных пленок (накопление продуктов коррозии), пластическая деформация и скачкообрязное развитие микротрещин, водородное схрупчивание, В зависимости от вида коррозии преобладает та или иная причина корроэионного повреждения. Тяк, для электрохимической коррозии следует ориентироваться на образование ч отшелушивание оксидных пленок, В процессе коррозии под напряжением Обьем продуктов коррозии, накопление которых являетсл причиной накопления дефектов, я значит., и появления сигналов АЭ для других видов коррозии, сравнительно невелик. Поэтому интенсивность;:,якопления повреждений материала, вызванных коррозией под напряжением, обусловлена скачкообразным развитием микротрещин.

Экспеаиментальные исследования показали, что скачкообразное развитие микротрещин в ° и роцессе коррозии под напряжением можно в конечном счете охарактеризовать длиной t единичного скачка и скоростью 3 единичных скачков трещины, T,å, количеством скачков в еди.-ицу временн, При этом установлено, что тим механическим параметрам развития треьцинООООяэования ОООтветствуют ol1p8 деленные параметры якусти;.О-змиссиинных сигиялов, измеряемы:. » R процессе развития трещины. TGK, приращениям длины Л 1 единичного скачка трещины соответствуют средние энергии по,4!-, ть|х 8;;,,; н лов

АЗ, а приращение скорости сi <Я;oB трещ .ны — медианным частотам принятых сипялов АЭ. При этом по принятым э материале сигналам АЭ можно достоверно идентифицировать процесс коррозии под нап ряжением, если средние энергии f! медиан н ы 8 ястоты принятых сигналов АЗ находятся в п еделях эллипса рясс6яния, ссответству ощего этому ипу:;Оррозии. Однако в реальных испы-ян iAx материалов конструкции важно знать, появ: лись ли в результате -,роцесса коррозии опасные субкритические трещины в материале или процесс накопления корроэион .ых микротрещин пока находится на начя1ьной стгдии.

В результате анализа эксперименгальННх данных,:становлено, ч1о при появлении

О.1асных субкритических трещин возникает корреляция между приращением: -;Орости

Л Ч скачков микрстоещин и при ."... „нием длины Л ; скачка м::гкротоеш..н4ы, т. .. г Ояв, :;.;8ТСЯ КорреЛЛц. iон! ЯЯ Г::.",- -.. М8И, / r8ir. 15 1744640 6

15

20 Åñð пе) О у г

4 Е Ф

40

55 чинами средней энергии АЭ и медианной частоты принятых сигналов, Физический смысл этого заключается в том, что при коррозии под напряжением на стадии подрастания субкритических трещин по мере их продвижения в глубь материала происходит перераспределение напряжений, вызывающее значительное увеличение приращения длины скачка микротрещины и скорости скачков микротрещин, что является причиной увеличения коэффициента корреляции между величинами Л и Л Ч, а значит, и между величинами Еср и fm сигналов ÀÝ.

Увеличение коэффициента корреляции между средней энергией Е ср и медианной частотой fm выражается в том, что большая и малая оси эллипса рассеяния этих параметров становятся непараллельными осям координат Еср и fm.

Таким образом, появляется возможность по этому признаку идентифицировать появление опасных субкритических трещин, вызванных коррозией под напряжением в материале.

Акустика-эмиссионныЙ способ определения наличия субкритических коррозионных трещин в материале осуществляют следующим образом, С пОмОщь ю ста ндзр I на : акустика" эмиссиОннОЙ аппаратуры в м .териапе конструкции, находящейся . Од напряжением, принимают сигна:;. АЬ, обусловленные процессам коррозии пад напряжением, измеРЯ ат сРеДнл О энеРгию Еср спектРальной плотности и медианную частоту fm каждого 35 принятагс ",:ê",гнала АЭ. В общем случае для достижения цели определяют область разброса полученных величин в пространстве признаков средняя энергия — медианная частота. Ес> .и обласгь рм . :,:;,Оса измеренных величин находится в пределах области разброса этих параметров для сигналов АЭ, полученных на образцах материла, подверженного коррозии под напряжением, то делают вывод о том, что в испытуемом материале идет, накопление карразионных повреждений, вызванных коррозией под напряжен:;ем. Однако дпя того, чтобы апреле.:,!Tü наличие субкритических каррозионнь. х трещин, необходимо определить, 50 находятся ли измеренные величины сред; ней энергии и медианнай час аты в корреляционной связи, Для этага можно

Определить, например, коэффициент Ге, f корреляции по формуле (Ecp — mE )fm mt) 0 Щ где mp и пц — математические ожиданиф соответственно величин средних энергий

Еср и медианных частот п, сгр и сг — дисперсии соответственно величин средних энергий Е р и медианных частот fm.

Если корреляционная связь имеется (т.е. коэффициент корреляции не равен нулю), то зто означает, что в материале возникли субкритические трещины, вызванные коррозией под напряжением. Если связь отсутствует (коэффициент корреляции равен нулю), то в материале идет процесс накопления неопасных коррозионных повреждений.

Удобно проводить анализ области разброса и корреляции измеренных величин средних энергий и медианных частот на Основе их эллипса рассеяния.

Эллипс рассеяния в пространстве признаков средняя энергия — медианная частота описывается следующим уравнением:

С помощью уравнения (2) строят эллипс рассеяния указанных параметров прингтых сигналов АЭ в прямоугольных координатах средняя э ..—:ргия — медианная частота. Гспи постраенныЙ эллипс рэссеяния (его разме-. ры и местоположение Относительно осей координат) саотве, ствует эталонному эллипсу рассеяния, пас i раеннаму пои испытания: на Обр:::-""-цех материалов в присутствии р . цесса коррозии пад напряжением, то делают вывод о том, чта в испытуемом материале однозначно происходит процесс коррозии под напряжением с накоплением небольших повреждений. Для того, чтобы оценить степень опасности процесса коррозии, определяют угловое положение осей эллипса рассеяния относительно осей координат, Есл1: Оси Ггас>, .;О(!ннага эппиг1са рассеяния параллельны Осям координат, то это означает, чта в материале происходит пока н Опасное накопление коррозионных повреждений. Если оси эллипса рассеяния не параллельны осям координат, то в материале уже возникли опасные субкритические трещины, вызванные коррозией под напряжением. причем при угле наклона осей, близком к 45 относительно осей координат, размер докритических трещин становится асабенно опасным.

E усл.

1.0

3,0

0.9

Лс f 9tl4) Составитель С. Волков

Техред М.Моргентал Кор ектор A.Îñà Yëåíêî

Редактор А, Огар

Заказ 2195 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ:: ССР

113035, Москва, Ж-35, "- аушская каб., 4/5

Производственчо-издательский комбинат "Па. ент". r. Ужгород, ул,Г га мна, 10 i

Формула изобретения

1. Акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под напряжением, заключающийся в том, что принимают сигналы акустической эмиссии, возникающие в материале в процессе коррозии под напряжением, измеряют параметры принимаемых сигналов и по параметрам принятых сигналов акустической эмиссии относительно тех же параметров .эталонного образца, подвергнутого коррозии под напряжением, определяют наличие субкритических трещин в материале, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, в качестве параметров измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала акустической эмиссии, по полученным величинам средних энергий медианных частот принятых сигналов определяют область разброса и корреляцию между средней энергией и медианной частотой принятых сигналов, а наличие субкритических трещин s материале определяют по появлению сигналов с величинами средней энергии и медианной частоты, находящимися в корреляционной связи между собой, область. разброса которых находится в пределах области разброса величин сред5 них энергий и медианных частот сигналов акустической эмиссии, полученных на эталонном образце.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я

10 тем, что область разброса определяют по эллипсу рассеяния величин средних энергий и медианных частот, корреляцию между величинами средних энергий и медианных частот определяют путем определения угло15 ваго положения осей эллипса рассеяния величин средних энергий и медианных частот принятых сигналов относительно осей координат средняя энергия — медианная частота, наличие субкритических трещин

20 определяют по появлению сигналов, у которых эллипс рассеяния средних энергий и медианных частот находится в пределах эллипса рассеяния соответствующих параметpos, полученных на образце материала, 25 подвергнутого коррозии под напряжением, а оси эллипса рассеяния не параллельны осям координат средняя энергия — медианная частота.