Акустоэмиссионный способ определения границ стадий усталостного разрушения изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки стадий усталостного разрушения в обьектах различного технического назначения в процессе их циклического нагружения по сигналам акустической эмиссии (АЭ). Целью изобретения является повышение точности контроля границ стадий усталостного разрушения изделия за счет установления связи стадий усталостного разрушения со скачками интенсивности эмиссии в различны частотных диапазонах , Определяют скачки интенсивности АЭ в процессе циклического нагружения в трех диапазонах частот: до 500 кГц, 500- 1000 кГц, свыше 1 МГц. Периоды между зафиксированными пиками интенсивности АЭ в каждом частотном диапазоне соответствуют различным стадиям усталостного разрушения. От начала нагружения до появл$ния первого пика интенсивности АЭ в диапазоне до 500 кГц - инкубационный период, от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц до пика в диапазоне 500-1000 кГц - стадия разрыхления материала, от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот 500-1000 кГц до пика в диапазоне свыше 1 МГц - стадия образования макротрещин критического размера, 2 ил. i л ч Ј

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4876813/28 (22) 23.10.90 (46) 15.07,92. Бюл. М 26 (71) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я. Чубаря (72) А.Б, Ройтман, С.А. Беженов, Н.В. Степанов и С.Л. Силин (53) 620.179,16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1472818, кл, G 01 N 29/14, 1988, Авторское свидетельство СССР

Ь 1472817, кл, G 01 N 29/14, 1988.

Баранов B.M. и Добровольский И,О, Прогнозирование усталостного разрушения хрупких материалов по сигналам акустиче. ской эмиссии. Дефектоскопия. 1987, М 4, с, 91-93. (54) АКУСТОЭМИССИОН НЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ СТАДИЙ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к неразрушающему KOHTpollo и может быть использовано для оценки стадий усталостного разрушения в объектах различного технического назначения в процессе их циклического

Изобретение относится к неразрушаю. щему контролю и может быть использовано для оценки стадий усталостного разруше* ния в объектах различного технического назначения в процессе их циклического нагружения по сигналам акустической эмиссии (АЭ).

Известен сйособ контроля стадий разрушения конструкций с использованием регистрации параметров АЭ, заключающийся в том, что для равных интервалов времени определяют мощность и количество сигна Ы 1747942 А1 (5!)5 6 01 и 29/14

t 1 О!14

2 нагружения rio сйгналам акустической эмиссии (АЭ), Целью изобретения является повышение точности контроля границ стадий усталостного разрушения изделия эа счет установления связи стадий усталостного разрушения со скачками йнтенсивности эмиссии в разли4ных частотных диапазонах, Определяют скачки интенсивности АЭ в процессе циклического нагружения в трех диапазонах частот: до 500 кГц, 5001000 кГц, свыше 1 МГц. Периоды между зафиксированными пиками интенсивно сти АЭ в каждом частотном диапазоне соответствуют различным стадиям . усталостного разрушения. От начала нагружения до появления первого пика ин-:Я тенсивности АЭ в диапазоне до 500 кГц— инкубационный йерйод, от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц до пика в диапазоне 500 — 1000 кГц — стадия разрыхления материала; от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот 500-1000 кГц до пика в диапазоне свыше 1 МГц — стадия образования макротрещин критического размера. 2 ил. лов АЭ, определяют плотность распределения сигналов по уровням мощности и по изменению закона распределения судят о стадиях разрушения конструкции.

Известен также способ контроля стадий разрушенйя йэделия играниц между ними, заключающийся в том, что в течение нескольких последовательных интервалЬв времени измеряют энергию и среднюю спектральную плотйость сигналов АЭ, определяют функцию когерентности между сигналами, зарегистрированными в течение

1747942 двух соседних временных интервалов, а границы между стадиями разрушения определяют по зависимости энергии от частот максимумов функции когерентности.

Недостатком известных способов является невозможность выявления стадий усталостного разрушения, обусловленных йной природой процессов, протекающих в-материале, Наиболее близким по технической сущ- 10 ности к изобретению является способ определения границ стадий усталостного разрушения по сигналам АЭ, заключающийся в том, что регистрируют сигйалы АЭ в процессе циклического нагружения изде15 лия, получают -зависимость-интенсивности

АЭ от числа циклов, по которой судят о границах стадий разрушения.

Недостатком известного способа является невысокая точность и достоверность 20 контроля стадий усталостного разрушения, обусловленные отсутствием частотного анализа сигналов АЭ, в то время как деформации разных объемов и структур йзделия в процессе усталости вызывают активность параметров A3 в различных диапазонах частот.

Целью изобретения являетСя повышение точности определения границ стадий усталостного разрушения изделий. 30

Поставленная цель достигается тем; что

1000 кГц, свыше 1 МГц и по периодам между пиками ее определяют стадии усталостного разрушенйя изделий.

На фиг,1 представлена зависимость интенсивности АЭ от числа циклов нагружения при испытании изделий на 45 многоцикловую усталость с регистрацией сигналов АЭ в трех диапазонах частот сплошная линия соответствует частотному диапазону 200 — 500 кГц, штриховая — диапазону 500 — 1000 кГц, штрихпунктирная — 50 диапазону 1.— 2 МГц; на фиг,2 —, схема определения стадий разрушения в процессе циклического нагружения.деталей, на которой показаны пики интенсивности АЭ в раз- . ных диапазонах частот. Первая стадия 55

paçðóøåHéÿ заключается между началом циклического нагружения и пеовым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот до

500 кГц — соответствует инкубационному периоду и заканчивается зарождением суб-. согласйо способу определения границ стадйй усталастйого разрушения по сигналам

А3, заключающемуся в:том, что принимают сигналы АЭ в процессе циклического нагру- 35 жения изделия, регистрируют зависимость интенсивности АЭ от чйсла цйклов."регист. рируют указанную зависймость в трех различйых-диапазонах частот до 500 кГц; 500— микроскопических трещин, Вторая стадия— заключается между первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот 500 — 1000 кГц — соответствует периоду развития субмикроскопических трещин до микроскопических размеров.

Окончание этого периода усталости связано с накоплением в материале необратимой повреждаемости, Третья стадия заключается между первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот 500- 1000 кГц и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот свыше 1 МГц — соответствует периоду развития микротрещин до макротрещин критического размера.

Способ определения границ стадий усталостного разрушения изделий реализуют следующим образом, На поверхность контролируемого изделия устанавливаются пьезоэлектрические широкополосные преобразователи, соединенные с акустико-эмиссионной аппаратурой.

Регистрируется интенсивность сигналов АЭ в процессе циклического нагружения исследуемого объекта в трех диапазонах частот: до 500 кГц, 500 — 1000 кГц, свыше 1

МГц. Сначала регистрируются сигналы АЭ в первом диапазоне частот до 500 кГц до появления первого пика интенсивности

АЭ; Затем регистрируются сигналы АЭ во втором диапазоне частот 500 — 1000 кГц также до появления пика параметров, noerie чего прием сигналов АЭ производится в третьем высокочастотном диапазоне свыше

1 МГц, где.также регистрируется момент появления пика интенсивности АЭ. Периоды между зафиксированными моментами появления пиков интенсивности АЭ соот- ветствуют различным стадиям разрушения материала. Перйод между началом циклического нагружейия изделия и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот до

500 кГц соответствует стадии накопления искажений кристаллической решетки, Изменения дислокационной структуры металла и его физико-механических свойств в течение инкубационного периода усталостного процесса сопровождаются неста5MllbHOA активностью АЭ с HN3KNMI1 значенйями интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц, В более высокочастотных диапазонах АЭ отсутствует.

Значительное увеличение интенсивностиАЭ к концу первой стадии свйдетельствует о зарождении первых поверхностных субмикроскопическйх трещин и начале второй стадии разрушения — периоде зарождения и развития субмикроскопических трещин до микроскопических размеров. В этом перио1747942

7,0 де усталости происходит слияние отдельных субмикротрещин в микротрещины, не превышающие размеры зерна; что сопровождается незначительным изменейием физико-механических интегральных свойств материала, Последующее циклирование на этой стадии практически не сказывается на развитии зарождающихся микротрещин, что обуславливает уменьшение интенсивности АЭ в диапазоне:частот до 500 кГц. В более высокочастотных диапазонах счет АЭ по-прежнему отсутствует. К концу второй стадии усталостного разрушения материал подготовлен к началу распростран ения. магистрал ь ной усталостной трещины. Появление сигналов.с частотой

500-1000 кГц и рост интенсивности АЭ в этом частотном диапазоне соответствует началу третьей стадии разрушения, связанной с переходом микротрещины через границу зерна и ее распространением в плоскости, перпендикулярной направлению приложенной нагрузки в условиях реа-. лизации плоскодеформированного напряженного состояния у вершины трещины.

На этой стадии происходит прогрессивное снижение прочйости и пластичности материала. Некоторое снижение интенсивности А3 связано со сменой напряженного состояния и изменением характера пласти.чески деформированной эоны впереди трещины. Третья стадия разрушения заканчивается с появлением высокочастотных сигналов АЭ свыше 1 МГц. что свидетельствует о наличии в материале макротрещины критического размера, Резкое увеличение

5 интенсивности А3 в диапазоне частот свыше 1 МГц связано с нестабильным ростом усталостйой трещин ы, Таким образом, данный способ позволяет с высокой степенью точности фиксиро10 вать моменты смены механизмов разрушения при циклическом нагружении материала и отграничивать соответствующие стадии усталостного разрушения изделий за счет регистрации интенсивности АЭ

15 в различных частотных диапазонах.

Формула изобретения

Акустоэмиссионный способ определения границ стадий усталостного разруше20 ния изделий, заключающийся в том, что циклически нагружают изделие, принимают сигналы акустической эмиссйи и регистрируют зависимость ийтенсивности акустической эмиссии от числа циклов нагружения, 25 по которой определяют границы стадий усталостного разрушения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, регистрацию зависимости интенсивности акустической эмиссии от числа циклов на30 гружения осуществляют раздельно в диапазонах частот не менее 500 кГц, 500-1000 кГц и свыше 1000 кГц, а за границы стадий разрушения принимают числа циклов йагружения, соответствующие первым пиковым .

35 значениям полученных зависимостей.

1747942

ЧислО ЦикпОВ ЙЙЩДжВнУЯ

Фиг. 2

Составитель С. Беженов

Редактор В. Трубченко Техред M.Mîðãåíòýë Корректор Е. Островская

Заказ 2495 Тираж: . : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Прбиэводствейно-издательСкий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101