Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии


 


Владельцы патента RU 2478947:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) (RU)

Использование: для контроля качества материалов методом акустической эмиссии. Сущность: заключается в том, что выполняют нагружение и регистрацию сигналов, возникающих при акустической эмиссии, по которым определяют наличие трещиновидных дефектов, причем нагружение материала осуществляют путем его нагревания в диапазоне температур от 30°C до 200°C, выделяют огибающую активности возникающих при этом сигналов акустической эмиссии, а о наличии трещиновидных дефектов судят по наличию экстремального значения этой огибающей, не менее чем в полтора раза превышающего ее значения на границах указанного температурного диапазона. Технический результат: обеспечение повышения достоверности и снижения трудоемкости выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах. 1 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах.

Известен способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии, заключающийся в том, что принимают акустическим преобразователем деформационные шумы, сопровождающие трещинообразование в материале, регистрируют импульсные электрические сигналы на выходе преобразователя путем их разделения на группы с близкими по величине амплитудами и производят считывание количества импульсов в каждой из групп [1].

Недостатком данного способа являются низкая достоверность выявления с его помощью дефектов, связанная с тем, что сигналы АЭ, приходящие из точек объекта контроля, расположенных на различных расстояниях от приемного преобразователя, испытывают разные затухания, из-за чего искажается картина распределения амплитуд принятых сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является акустико-эмиссионный способ контроля материалов, заключающийся в их нагружении и регистрации сигналов возникающей при этом акустической эмиссии, по которым определяют наличие трещиновидных дефектов [2].

В указанном способе-прототипе нагружение осуществляют циклически посредством механического воздействия.

Недостатком известного способа является низкая достоверность и высокая трудоемкость выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах. Это обусловлено сложностью изготовления из указанных материалов образцов правильной формы для проведения акустико-эмиссионных испытаний. Даже незначительная непараллельность поверхностей образца, на которые осуществляется механическое воздействие при нагружении, приводит к возникновению микроразрушений в приповерхностной области и, как следствие, значительной помеховой составляющей акустической эмиссии. Это ведет к значительному искажению характера акустограммы, что и снижает достоверность контроля.

В данной заявке решается задача разработки способа контроля, обеспечивающего повышение достоверности и снижение трудоемкости выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах.

Для решения поставленной задачи в способе контроля материалов, заключающемся в их нагружении и регистрации сигналов возникающей при этом акустической эмиссии, по которым определяют наличие трещиновидных дефектов, нагружение материала осуществляют путем его нагревания в диапазоне температур от 30°C до 200°C, выделяют огибающую активности возникающих при нагревании сигналов акустической эмиссии, а о наличии трещиновидных дефектов судят по наличию экстремального значения этой огибающей, не менее чем в полтора раза превышающего ее значения на границах указанного температурного диапазона.

Предлагаемый способ базируется на следующих физических предпосылках и установленных авторами экспериментально закономерностях акустической эмиссии в скальных геоматериалах при их нагревании.

Известно, что причиной возникновения акустической эмиссии в скальных геоматериалах при их нагревании является возникновение новых и рост уже имеющихся дефектов структуры в результате термонапряжений, возникающих из-за различия тепловых свойств отдельных структурных элементов геоматериала и их анизотропии; фазовых переходов, а также возможных химических преобразований в определенных температурных диапазонах и некоторых других факторов.

С ростом температуры в диапазоне до 200°C нарастание термонапряжений приводит к монотонному увеличению дефектности и, следовательно, монотонному увеличению активности акустической эмиссии. Причем монотонность сохраняется при условии, что скорость нарастания температуры постоянна и не превышает 2,5 град./мин. Нарушение указанной монотонности возможно только при наличии трещиновидных дефектов, интенсивный рост которых имеет место при температурах ниже 200°C. Экстремальные значения огибающей активности акустической эмиссии, не связанные с наличием трещиновидных дефектов, имеют место при значительно более высоких температурах. Например, экстремальные значения огибающей активности акустической эмиссии, связанные с фазовыми переходами в кварце (который является составляющим многих скальных геоматериалов), наблюдается при температуре порядка 573°C.

Отмеченные закономерности были подтверждены при проведении авторами экспериментальных исследований на образцах таких геоматериалов, как мрамор, гранит, диабаз, и других, содержащих и не содержащих трещиновидные дефекты.

Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии иллюстрируется фиг.1, где в качестве примера приведены зависимости огибающих активности акустической эмиссии, возникающей при нагревании мрамора, содержащего и не содержащего трещиновидные дефекты. Кривая 1 на фиг.1 отражает зависимость огибающей активности акустической эмиссии для мрамора, не содержащего трещиновидные дефекты, а кривая 2 на фиг.1 отражает зависимость огибающей активности акустической эмиссии для мрамора, содержащего трещиновидные дефекты.

Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии реализуют следующим образом.

На образце геоматериала подготавливают плоскую поверхность для контакта с кварцевым волноводом диаметром 10 мм, через который осуществляют прием сигналов акустической эмиссии, возникающих при нагревании образца геоматериала. Этот образец помещают в трубчатую печь, например Nabertherm RT 50/250/11 с контроллером типа Р 320, и проводят его нагрев от 30°C до 200°C со скоростью примерно 2,5 град./мин. Регистрацию сигналов акустической эмиссии осуществляют с помощью акустико-эмиссионной измерительной системы, например, A-Line 32D. Затем выделяют огибающую полученной активности акустической эмиссии.

На фиг.1 приведены в качестве примера экспериментально полученные огибающая 1 активности акустической эмиссии для Коелгинского мрамора, не содержащего трещиновидные дефекты, и огибающая 2 активности акустической эмиссии того же типа мрамора, содержащего трещиновидные дефекты. По наличию на каждой из указанных зависимостей экстремального значения, не менее чем в полтора раза превышающего ее значения при температурах 30°C и 200°C, было дано заключение о наличии в испытуемом образце геоматериала трещиновидных дефектов. Огибающая 2 содержит экстремальное значение, зарегистрированное при температуре около 110°C, равное 8 имп./с, что превосходит значение при температуре 30°C в 5,3 раза и в области 200°C в 1,6 раза. Это позволяет говорить о наличии в рассматриваемом образце трещиновидных дефектов, что подтверждается данными проведенной микроскопии. В свою очередь огибающая 1 характеризуется монотонным ростом во всем рабочем интервале температур. Это свидетельствует об отсутствии в исследуемом геоматериале трещиновидных дефектов, что соответствует данными проведенной микроскопии.

Таким образом, предложенный способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии в отличие от способа-прототипа за счет использования термического способа нагружения не вызывает помех, искажающих характер акустограммы, что повышает достоверность выявления трещиновидных дефектов, помимо этого не требуется изготовления образцов правильной формы, что снижает трудоемкость контроля.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №464813, кл. G01N 29/14, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР №968742, кл. G01N 29/14, 1982.

Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии, заключающийся в их нагружении и регистрации сигналов возникающей при этом акустической эмиссии, по которым определяют наличие трещиновидных дефектов, отличающийся тем, что нагружение материала осуществляют путем его нагревания в диапазоне температур от 30°C до 200°C, выделяют огибающую активности возникающих при этом сигналов акустической эмиссии, а о наличии трещиновидных дефектов судят по наличию экстремального значения этой огибающей, не менее чем в полтора раза превышающего ее значения на границах указанного температурного диапазона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля строительных материалов, в частности к средствам неразрушающего контроля, основанным на анализе сигналов акустической эмиссии.
Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля строительных материалов, в частности, к средствам неразрушающего контроля, основанного на анализе сигналов акустической эмиссии.

Изобретение относится к диагностике поверхности катания колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических характеристик кожи и подобных ей мягких композитов.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и предназначено для одновременного определения стойкости против разрушения по максимальной неразрушающей нагрузке L0 , а также против ползучести изделий из относительно хрупких материалов, находящихся в контакте с поверхностно-активными веществами (ПАВ), в частности из бетона, туфа и других пористых строительных материалов, контактирующих с водой.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и диагностики металлических деталей и конструкций методом акустической эмиссии и может быть использовано для прогнозирования остаточного ресурса изделий или времени эксплуатации при периодической диагностике их технического состояния.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля прочности и предназначено для диагностики состояния металлоконструкций подъемно-транспортных машин.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля прочности и предназначено для определения предела прочности материала испытуемых изделий, может быть применено для обнаружения дефектов материала сосудов давления, трубопроводов и деталей машин.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля качества сварных швов в процессе сварки методом акустической эмиссии.

Изобретение относится к акустико-эмиссионному (АЭ) методу неразрушающего контроля и диагностики и может быть использовано для определения степени опасности развивающихся дефектов, снижающих прочность изделия типа сосуда, аппарата, трубопровода, подъемной машины, мостовой конструкции

Изобретение относится к области контроля технологических процессов, связанных с импрегнированием материалов, в частности пропитка материала жидким реагентом, например в области электротехники (пропитка электродвигателей)

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, и может использоваться при контроле параметров сталей акустическими методами
Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений и может быть использовано для исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов

Использование: для контроля качества материала образца методом акустической эмиссии. Сущность: способ заключается в том, что выполняют термическое с возрастающей температурой воздействие на образец и регистрацию возникающих в нем сигналов акустической эмиссии, при этом термическому воздействию подвергают серию однотипных из одного материала образцов до температуры 90°C и для каждого из них определяют среднее значение активности акустической эмиссии в диапазоне 30÷90°C, каждый из серии образцов подвергают одноосному механическому нагружению, по результатам которого определяют его предел прочности при сжатии, строят тарировочную кривую, описывающую взаимосвязь между средней активностью акустической эмиссии и пределом прочности материала для всей серии испытанных образцов, по которой определяют прочность материала вновь испытываемых образцов того же типа, по их средней активности термоакустической эмиссии, в диапазоне от 30°C до 90°C. Технический результат: обеспечение возможности определения предела прочности материала образцов скальных горных пород без их разрушения. 1 ил.

Использование: для контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба. Сущность: заключается в том, что изделие циклически нагружают от нуля с постепенно возрастающей амплитудой до появления сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения, и по среднему для максимальных нагрузок двух последних циклов судят о максимальной неразрушающей нагрузке изделия, причем при появлении сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения определяют координаты ее источника (дефекта), амплитуды и нагрузки возникновения этих сигналов, после чего продолжают циклическое нагружение с повышением амплитуды, после каждого разгружения определяют координаты новых источников сигналов акустической эмиссии, амплитуды и нагрузки возникновения сигналов, контролируют изменение амплитуды и нагрузки возникновения сигналов для каждого источника от цикла к циклу, а при их возрастании у одного из источников прекращают нагружения. Технический результат: повышение точности определения максимальной неразрушающей нагрузки для изделий в условиях чистого изгиба. 1 ил.

Изобретение относится к области методов контроля качества сталей и сплавов. Технический результат - повышение точности измерений. Способ механического испытания труб включает сплющивание трубного образца между двумя гладкими жесткими параллельными плоскостями с постоянной скоростью, определение степени пластичности и деформации образца сжатием до образования в нем первой трещины. При этом деформацию образца осуществляют с регистрацией закрепленным на образце датчиком акустической эмиссии сигналов акустической эмиссии. Момент образования трещины определяют по резкому увеличению сигнала акустической эмиссии, по которому определяют степень пластичности и запас пластичности образца, как относительное превышение пластичности образца заранее установленного предела. 2 ил.

Использование: для определения координат источника акустической эмиссии. Сущность: заключается в том, что на контролируемом изделии на некотором расстоянии друг от друга устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии, после чего по полученным результатам рассчитывают координаты дефекта изделия. Технический результат: повышение точности определения местоположения источника акустической эмиссии. 6 ил.

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом. Технический результат: обеспечение возможности формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышение помехоустойчивости при сохранении высокой чувствительности к акустическим колебаниям, вызванным потенциальными дефектами. 1 ил.
Наверх