Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах



Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах
Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах
Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах

 


Владельцы патента RU 2492464:

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

Использование: для выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов посредством акустической эмиссии. Сущность заключается в том, что механические напряжения создают путем нагревания до 90°C локальной области образца, расположенной на равном расстоянии от его верхней и нижней торцевых поверхностей и параллельно с ними, осуществляют прием на каждой из этих поверхностей сигналов акустической эмиссии, распространяющихся от локальной нагреваемой области, регистрируют зависимости суммарного счета этих сигналов от времени, на которых выделяют значения, соответствующие моменту прекращения роста указанных зависимостей, а по отношению меньшего к большему из этих значений судят о наличии трещиновидных дефектов и их местоположении относительно локальной нагреваемой области. Технический результат: повышение достоверности и снижение трудоемкости выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов, а также возможность оценки местоположения этих дефектов относительно центра образца. 3 ил.

 

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

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 акустической эмиссии, 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 качества материалов на образцах, заключающийся в создании в них путем внешнего воздействия механических напряжений, приеме возникающих под влиянием этих напряжений сигналов акустической эмиссии, по которым определяют наличие в образцах 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 образцах скальных геоматериалов, а также невозможность хотя бы примерного определения их местоположения. 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, который к тому же не несет информации о местоположении искомых дефектов.

В данной заявке решается задача разработки способа контроля обеспечивающего повышение достоверности и снижение трудоемкости выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов, а также возможность оценки местоположения этих дефектов относительно центра образца.

Для решения поставленной задачи в акустико-эмиссионном способе контроля качества материалов на образцах, заключающемся в создании в них путем внешнего воздействия механических напряжений, приеме возникающей под влиянием этих напряжений сигналов акустической эмиссии, по которым определяют наличие в образцах трещиновидных дефектов, механические напряжения создают путем нагрева до 90°C локальной области образца, расположенной на равном расстоянии от его верхней и нижней торцевых поверхностей и параллельно с ними, осуществляют прием на каждой из этих поверхностей сигналов акустической эмиссии, распространяющихся от локальной нагреваемой области, регистрируют зависимости суммарного счета этих сигналов от времени, на которых выделяют значения, соответствующие моменту прекращения роста указанных зависимостей, а по отношению меньшего к большему из этих значений судят о наличии трещиновидных дефектов и их местоположении относительно локальной нагреваемой области.

Предлагаемый способ базируется на следующих физических предпосылках и установленных авторами экспериментально закономерностях акустической эмиссии в образцах скальных геоматериалов, содержащих и не содержащих трещиновидные дефекты, при их нагревании.

Известно, что причиной 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.

Механические напряжения достаточные для формирования акустической эмиссии в скальных геоматериалах в зависимости от их типа возникают при прогреве в диапазоне температур 60-90°C. При этом, если осуществляется нагрев локальной области образца до 90°C, то источником акустической эмиссии является преимущественно эта область. Получаемые в результате сигналы акустической эмиссии проходят через области образца, находящиеся между его торцевыми поверхностями и нагреваемой локальной областью. При этом если структура образца по обе стороны от нагреваемой области не имеет значимых структурных отличий, в частности трещиновидных дефектов, и область нагрева расположена по центру образца, то приемные преобразователи на торцевых поверхностях регистрируют примерно одинаковые значения суммарного счета акустической эмиссии. В случае наличия по одну из сторон от плоскости нагрева структурных неоднородностей в виде трещиновидных дефектов, последние приводят к повышенному затуханию сигналов акустической эмиссии. Как следствие, на приемном преобразователе, расположенном со стороны наличия дефектов фиксируется меньшее значение суммарного счета акустической эмиссии, что позволяет определить факт наличия и местоположение дефекта относительно нагреваемой области. В случае отсутствия дефектов сигналы регистрируемые на обеих торцевых поверхностях примерно одинаковы, т.е. их отношение близко к единице.

Отмеченные закономерности были подтверждены при проведении авторами экспериментальных исследований на образцах таких геоматериалов как мрамор, гранит, диабаз и других, содержащих и не содержащих различные типы трещиновидных дефектов.

Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах иллюстрируется фиг.1, где приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа, а также фиг.2 и фиг.3, где в качестве примера приведены зависимости суммарного счета акустической эмиссии, возникающей при нагревании локальной области, находящейся в центре образцов гранита Янцевского месторождения, соответственно не содержащих и содержащих нарушения структуры в виде трещиновидных дефектов.

Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах реализуют следующим образом.

На верхней торцевой поверхности 1 образца 2 геоматериала (см. фиг.1) закрепляют приемный преобразователь 3, а на нижней торцевой поверхности 4 закрепляют приемный преобразователь 5. При этом преобразователи 3 и 5 находятся на одной прямой ортогональной к поверхности 1 и поверхности 4. На поверхности образца 2 равноудаленной от его торцевых поверхностей 1 и 4 крепят незамкнутый обод 6, выполняемый из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из меди. При этом высота обода 6 не должна превышать 10% от расстояния между торцевыми поверхностями образца 1 и 4. Посредством управляемого источника 7 питания пропускают электрический ток по ободу 6, что приводит к его нагреву, и далее к нагреву локальной области 8, образца 2. Значение температуры нагрева обода 6 контролируют с помощью контактирующей с ним термопары 9 показания который считываются контроллером 10, который регулирует источник 7 питания, таким образом, чтобы на поверхности обода 6 поддерживалась постоянная температура ≈90°C. Термонапряжения, возникающие в локальной области 8, приводят к генерации импульсов акустической эмиссии, которые распространяются к верхней торцевой поверхности 1 и нижней торцевой поверхности 2, где синхронно принимаются преобразователем 3 и преобразователем 5, соответственно. Сигналы акустической эмиссии с преобразователей 3 и 5 поступают на вход акустико-эмиссионной измерительной системы 11 (например, A-Line 32D). С помощью системы 11 регистрируют зависимости 12 и 13 суммарного счета сигналов акустической эмиссии от времени (см. фиг.2) - для случая практически бездефектного образца, или зависимости 14 и 15 суммарного счета сигналов акустической эмиссии от времени (см. фиг.3) - для случая образца, содержащего трещиновидный дефект или несколько таких дефектов. На зависимостях 12, 13, 14, 15 выделяют значения 16, 17, 18, 19, соответственно, при которых прекращается рост зависимостей 12, 13, 14, 15 суммарного счета акустической эмиссии. Далее, для каждой из пар значений 16 и 17, а также 18 и 19 выделяют наименьшее значение суммарного счета акустической эмиссии и наибольшее значение суммарного счета акустической эмиссии. Затем определяют отношение наименьшего значения к большему и по степени отличия этой величины от единицы судят о наличии трещиновидных дефектов. При этом трещиновидный дефект находится в области образца между локальной нагреваемой областью и той торцевой поверхностью на которой фиксируется меньшее значение суммарного счета акустической эмиссии.

На фиг.2 приведены в качестве примера экспериментально полученные зависимости 12 и 13 суммарного счета акустической эмиссии, зарегистрированной на верхней торцевой поверхности 1 и нижней торцевой поверхности 4 бездефектного образца. Из фиг.2 следует, что точка 16 начала выполаживания зависимости 12 соответствует значению суммарного счета акустической эмиссии равному 818 импульсов, а точка 17 начала выполаживания зависимости 13 соответствует значению суммарного счета акустической эмиссии равному 741 импульсов, отношение меньшего из этих значений к большему составляет ≈0,91. Незначительное отличие полученного отношения от единицы свидетельствует об отсутствии трещиновидных дефектов в образце, а только незначительной по объему структурной неоднородности. Этот вывод был подтвержден данными проведенной оптической микроскопии шлифов полученных из исследуемого образца. На фиг.3 приведены в качестве примера экспериментально полученные зависимости 14 и 15 суммарного счета акустической эмиссии, зарегистрированной на верхней торцевой поверхности 1 и нижней торцевой поверхности 4 образца с трещиновидным дефектом. Из фиг.3 следует, что точка 18 начала выполаживания зависимости 14 соответствует значению суммарного счета акустической эмиссии равному 612 импульсов, а точка 19 начала выполаживания зависимости 15 соответствует значению суммарного счета акустической эмиссии равному 217 импульсов, отношение меньшего из этих значений к большему составляет ≈0,35. Столь значимое отличие полученного отношения от единицы свидетельствует о наличии в рассматриваемом образце трещиновидного дефекта расположенного между торцевой поверхностью с которой была получена зависимость 15 и нагреваемой локально областью 8. Этот вывод был подтвержден данными проведенной оптической микроскопии шлифов, полученных из исследуемого образца.

Таким образом, предложенный акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах в отличие от способа-прототипа за счет возбуждения механических напряжений в локальной области термическим способом и их одновременной регистрации двумя равноудаленными от этой области приемными преобразователями позволяет реализовать схему аналогичную мостовой, что повышает достоверность и снижает трудоемкость выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов, а также дает возможность оценить местоположение этих дефектов относительно центра образца.

Источники информации

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

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

Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах, заключающийся в создании в них путем внешнего воздействия механических напряжений, приеме возникающих под влиянием этих напряжений сигналов акустической эмиссии, по которым определяют наличие в образцах трещиновидных дефектов, отличающийся тем, что механические напряжения создают путем нагревания до 90°C локальной области образца, расположенной на равном расстоянии от его верхней и нижней торцевых поверхностей и параллельно с ними, осуществляют прием на каждой из этих поверхностей сигналов акустической эмиссии, распространяющихся от локальной нагреваемой области, регистрируют зависимости суммарного счета этих сигналов от времени, на которых выделяют значения, соответствующие моменту прекращения роста указанных зависимостей, а по отношению меньшего к большему из этих значений судят о наличии трещиновидных дефектов и их местоположении относительно локальной нагреваемой области.



 

Похожие патенты:
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 машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, и может использоваться при контроле параметров сталей акустическими методами.

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 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 неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах. .

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.

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.

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций в процессе их технической эксплуатации, а также оценки прочности, выявления дефектов и зон действия максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей. 4 ил.

Использование: для выявления шумоподобных источников акустической эмиссии во время диагностирования, мониторинга, оценки состояния и ресурса объектов контроля с применением локационных методов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что для выделения сигналов акустической эмиссии, принадлежащих одному событию, совместно анализируют подобие кривых спектральной плотности сигналов со сравнением временных функций их проявления. Технический результат: повышение точности определения координат шумоподобных источников акустической эмиссии. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля, а именно к виброакустическим методам, и может найти применение для физического контроля железобетонных опор со стержневой напрягаемой арматурой. Способ заключается в том, что на опору устанавливают акустический датчик, регистрируют акустическую эмиссию (АЭ), сравнивают ее с ранее полученной, по результатам сравнения судят о физическом состоянии опоры. При этом на опору устанавливают акселерометр, акустический датчик и акселерометр устанавливают на границе заделки опоры в фундамент или в грунт, на опоре закрепляют вибратор и подвергают опору нагрузке, изменяющейся по амплитуде и частоте. На первоначальном этапе определяют резонансную частоту опоры, на данной резонансной частоте регистрируют амплитуду колебаний опоры, суммарную энергию АЭ, количество импульсов АЭ, скорость счета импульсов АЭ от возникающих и развивающихся дефектов, образующихся под воздействием колебаний опоры на резонансной частоте за определенный период времени. Затем полученные результаты заносятся в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах контроля строят графики изменения амплитуды колебаний опоры и параметров АЭ на ранее установленной резонансной частоте. По характеру изменения значений регистрируемых параметров судят о физическом состоянии опоры и фундамента, о жесткости закрепления опоры в фундаменте или грунте и принимают решение об устранении выявленных дефектов, или замене опоры, или усилении крепления оборудования на опоре. Технический результат заключается в возможности оценки и прогнозирования состояния опор, их остаточного ресурса железобетонной опоры, а также оценки надежности крепления оборудования на опорах. 1 ил.

Использование: при акустико-эмиссионной диагностике материалов и конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, определяют закон затухания звука, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия в процессе эксплуатации или нагружения, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, получают частотно-временную зависимость на спектрограммах, выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние между преобразователями и источником акустической эмиссии, затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия. Технический результат: обеспечение возможности определения по данным измерения одного импульса акустической эмиссии координат дефекта, а также обеспечение возможности снижения числа предварительно определяемых параметров, что значительно повышает точность. 6 ил.

Использование: для оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют более одного нагружения исследуемого упругого элемента нагрузкой до максимальной деформации с регистрацией сигналов акустической эмиссии при каждом нагружении. При этом нагружение исследуемого упругого элемента проводят два раза и кратковременно путем обжатия этого упругого элемента, а сигналы акустической эмиссии регистрируют непрерывно в процессе второго нагружения для определения общего количества импульсов суммарной акустической эмиссии N2. Микроструктуру титанового сплава упругого элемента оценивают по девятибалльной шкале размерности зерна, разделенной на три группы баллов 4-5, 6-7 и 7-8, каждой из которых соответствует отдельный диапазон количества импульсов суммарной акустической эмиссии A1, A2 и A3, и качество микроструктуры по баллам указанной шкалы определяют по следующей зависимости N2≤A1, или N2≤A2, или N2≤A3. Технический результат: сокращение времени и упрощение процесса контроля режимов термообработки тарельчатых пружин. 12 ил., 3 табл.
Наверх