Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле



Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле
Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле
Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле
Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле
Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле
Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле
Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле

 


Владельцы патента RU 2586087:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск (RU)

Использование: для локации дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, при этом преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой, на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по определенным математическим выражениям. Технический результат: повышение точности локации дефектов в объектах сложной конструкции с переменной толщиной, значительным количеством сварных швов и технологических отверстий. 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий методом акустической эмиссии и может быть использовано для определения координат дефектов в объектах железнодорожного и авиационного транспорта, химической, нефтехимической, энергетической и металлургической отраслях промышленности.

Известен способ локация дефектов, заключающийся в том, что измеряют разность времен прихода сигналов к двум датчикам и определяют закон затухания звука в объекте, при этом в принимаемых датчиками сигналах акустической эмиссии, генерируемых дефектами 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 расстояние от источника эмиссии до каждого из преобразователей, а затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия (см. патент РФ №2523077 C1, МПК G01N 29/14).

Недостатком данного способа являются ограничения, связанные с невозможностью достоверного определения координат дефектов в объектах, в которых имеются сварные соединения, технологические отверстия, элементы переменной толщины и иные структурные и конструкционные неоднородности, т.к. антисимметричные и симметричные моды трансформируются, преобразуются из одного вида в другой и, следовательно, энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод смещаются и искажаются.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения расстояния между источником и приемником сигналов акустической эмиссии (см. патент РФ №2397490, МПК G01N 29/14), заключающийся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователь акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, и регистрируют моды волн Лэмба, причем моды регистрируют в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, а расстояние между преобразователем и источником акустической эмиссии рассчитывают по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах.

Недостатком данного способа является высокая погрешность в определении координат дефектов, связанная с неопределенностью скорости распространения двух выделенных мод Лэмба сигналов акустической эмиссии в объектах со структурными и конструкционными неоднородностями и, соответственно, с анизотропией акустических свойств и сильной дисперсией (зависимостью скорости от частоты акустической волны).

Основной задачей изобретения является повышение точности локации дефектов в объектах сложной конструкции с переменной толщиной, значительным количеством сварных швов и технологических отверстий, в которых скорость акустического сигнала является непостоянной величиной, зависящей от частоты волны и толщины изделия, а сигналы могут трансформироваться из одного вида в другой.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле, состоящем в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, определяемой по верхней границе полосы пропускания аппаратуры и скорости асимметричной волны Лэмба на этой частоте, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по формулам

где L - расстояние между группами преобразователей,

tan(αI) - тангенс угла направления распространения волны в группе I;

tan(αII) - тангенс угла направления распространения волны в группе II;

при этом:

где φ21 - разность фаз сигналов на преобразователях 2 и 1;

φ31 - разность фаз сигналов на преобразователях 3 и 1;

φ54 - разность фаз сигналов на преобразователях 5 и 4;

φ64 - разность фаз сигналов на преобразователях 6 и 4.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности локации дефектов за счет отсутствия влияния эффектов трансформации волны на структурных неоднородностях исследуемого объекта (сварные швы), непостоянства скорости распространения акустической волны, возникающей из-за дисперсии волн при вариации толщины объекта контроля, амплитудно-частотной характеристики сигнала, соответственно, погрешность уменьшается и достоверность определения координат дефектов увеличивается.

На Фиг. 1 представлена схема размещения двух групп преобразователей акустической эмиссии. На Фиг. 2 представлена схема размещения преобразователей в группе. На Фиг. 3 представлен график зависимости электрического напряжения на преобразователях от времени для группы преобразователей I с номерами 1, 2, 3. На Фиг. 4 показана зависимость корреляционной функции от сдвига фаз сигналов с преобразователей в I группе.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Контролируемое изделие: сосуд давления тормозной системы локомотива с размерами: длина 1200 мм, внутренний диаметр 450 мм, толщина стенки 12 мм. На исследуемом объекте была проведена серия экспериментов, имитирующих рост трещины. В качестве имитатора АЭ использован слом грифеля Су-Нильсена по ГОСТ Р 52727-2007. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования. На изделии устанавливали две группы преобразователей акустической эмиссии 1, 2, 3 и 4, 5, 6 типа ППАЭ 0,05-0,20 на расстоянии 750 мм относительно друг друга. Скорость ассиметричной волны Лэмба в объекте составляет C=3300 м/с, верхняя граница полосы пропускания преобразователя - fmax=200·103 Гц. Для выбранного объекта контроля и типа преобразователя длина волны составила

Расстояние между центрами преобразователей в группе установили равным 14 мм (менее длины волны λ). Затем сосуд нагружали компрессором до максимального давления 20 МПа со скоростью не более 0,25 МПа/с и регистрировали сигналы акустико-эмиссионной системой СЦАД 16.03 (номер в Государственном реестре средств измерений №18892-10). Сигналы, зарегистрированные преобразователями 1, 2, 3 (см. Фиг. 3), передаются в компьютер, который вычисляет по каждому дефекту разности фаз φ21 и φ31 между сигналами, зарегистрированными преобразователями 2 и 1, 3 и 1 в группе I, а также φ54 и φ64, зарегистрированными преобразователями 5 и 4, 6 и 4 в группе II в соответствии с выражениями

где Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5, Δ6 - разности хода сигнала акустической эмиссии на преобразователи.

В компьютере реализован алгоритм определения разности фаз в группе преобразователей с помощью корреляционной функции по положению максимума корреляционной функции сигналов. С преобразователей I группы (см. фиг. 4) определяли разность фаз между преобразователями 2 и 1, 3 и 1, которые составили: φ21=0 рад, φ31=1,4·π рад. Аналогично определяли разность фаз во II группе преобразователей. Экспериментально определенные разности фаз приведены в табл. 1. Далее компьютер в каждой группе преобразователей вычисляет значение углов распространения волны αI и αII в соответствии с выражениями

После чего вычисляются координаты дефектов xД и yД, в соответствии с выражениями

где L - расстояние между группами преобразователей.

Результаты этих вычислений сведены в таблицу 1.

Была проведена обработка полученных данных с использованием ГОСТ Р 8.736-2011. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. Данные сведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, суммарная относительная погрешность координат относительно расстояния между группами преобразователей акустической эмиссии не превышала 3%.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в том, что влияние акустических характеристик (скорости и затухания) и их вариаций в объекте контроля на погрешность измерения координат дефектов является минимальным. При этом координаты дефекта определяются с учетом разности фаз двух сигналов на близко (менее минимальной длины волны) расположенных преобразователях акустической эмиссии, что позволило получить погрешность локализации дефектов не более 3%. Вторым преимуществом является расширение технологических возможностей метода акустической эмиссии с использованием предлагаемого способа за счет расширения номенклатуры объектов контроля.

Способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле, заключающийся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, отличающийся тем, что преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой, на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по формулам

где L - расстояние между группами преобразователей,
tan(α1) и tan(α11) - тангенсы углов направления распространения волны в группах преобразователей.



 

Похожие патенты:

Использование: для тестирования свойственной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство включает в себя держатель, компонент, индентор, держатель датчика и акустический датчик.

Использование: для регистрации сигналов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорный элемент для контроля системы с датчиком акустической эмиссии для регистрации акустической эмиссии содержит второй датчик для регистрации высоты температуры и/или градиента температуры и устройство оценки для формирования консолидированного и/или сжатого сенсорного сигнала посредством оценки сенсорного сигнала датчика акустической эмиссии с учетом второй измеряемой величины, причем формирование консолидированного и/или сжатого сенсорного сигнала в фазе нормального режима работы контролируемой системы осуществляется после фазы приведения в действие контролируемой системы.

Использование: для обнаружения дефектов в сварных швах в процессе сварки. Сущность изобретения заключается в том, что устройство обнаружения дефектов в сварных швах в процессе сварки содержит измерительный канал, включающий установленный вблизи сварного шва преобразователь акустической эмиссии, последовательно соединенные с его выходом предварительный усилитель, полосовой фильтр, а также аналого-цифровой преобразователь, блок оперативного запоминания акустических сигналов и компьютер с монитором отображения выходных данных, при этом оно снабжено первым амплитудным дискриминатором, соединенным с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, вторым амплитудным дискриминатором, причем выходы первого амплитудного дискриминатора соединены с соответствующими входами блока оперативного запоминания и второго амплитудного дискриминатора, блоком записи эталонных сигналов, вход которого соединен с выходом второго амплитудного дискриминатора, блоком вычисления взаимно корреляционных функций, входы которого соединены с соответствующими выходами блока оперативного запоминания и блока записи эталонных сигналов, а также последовательно соединенными с выходом блока вычисления взаимно корреляционных функций блоком фильтрации по уровню коэффициента корреляции, блоком вычисления интегральных энергетических параметров по отдельным группам и дискриминатором браковочного уровня, подключенным к входу компьютера с монитором отображения выходных данных.

Использование: для контроля качества кольцевых сварных швов в процессе многопроходной сварки. Сущность заключается в том, что предварительно осуществляют калибровку объекта контроля путем установки по контуру шва не менее четырех широкополосных преобразователей, сварной шов разбивают на равные сектора, координаты акустических сигналов определяют в полярной системе координат, при этом полярная ось проходит по границе между секторами, каждый сектор находится в пределах где m - количество секторов кольцевого сварного шва; i - текущий сектор; φ - полярный угол, рад, в каждом секторе определяют распределение энергетического параметра MARSE, который равен где U(t) - значение напряжения огибающей акустического сигнала, B; T - заданный интервал времени, с, и число осцилляции в акустическом сигнале, сравнивают их с эталонными распределениями на бездефектном участке сварного шва и при превышении этими параметрами их эталонных значений в каком-либо секторе сварной шов бракуют.

Использование: для мониторинга технического состояния конструкций, технических устройств, зданий и сооружений в условиях воздействия факторов высокоамплитудных случайных шумов.

Использование: для идентификации источников сигналов акустической эмиссии (АЭ). Сущность изобретения заключается в том, что измеряют максимальную амплитуду импульса, число выбросов и длительность импульсов сигналов, после чего на основании проведенных измерений осуществляют распознавание источников сигналов акустической эмиссии.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в машиностроении для ускоренной автоматизированной оценки обрабатываемости как традиционно применяемых сталей и сплавов в изменяющихся условиях резания, так и новых марок сплавов, наплавленных и композиционных материалов и т.д.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события.

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций и направлено на возможность осуществления сплошного контроля натяжения болта.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и предназначено для определения прочностных характеристик материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ регистрации сигналов акустической эмиссии, в котором образец материала нагружают с помощью гидропресса, и фиксируют сигнал акустической эмиссии, образец подвергают импульсному воздействию, формируя продольную упругую волну, которая стимулирует массовый синхронный выход дислокаций из кристалла материала, что в результате создает суммарный сигнал акустической эмиссии, устойчиво фиксируемый пьезодатчиком.

Использование: для стендовых акустико-эмиссионных измерений при криогенных температурах. Сущность изобретения заключается в том, что способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах включает проведение испытаний путем применения специального устройства - криотермоса, который собирается непосредственно на образце для испытаний, установку пьезопреобразователей акустической эмиссии через волноводы за пределами образца и разрыв образца с регистрацией сигналов акустической эмиссии. Технический результат: обеспечение возможности поддержания заданных параметров криогенной температуры образцов для проведения стендовых акустико-эмиссионных измерений при размещении пьезоэлектрических датчиков непосредственно на образце. 3 ил.
Наверх