Содержание
- 2. Физические основы акустико-эмиссионного контроля История вопроса: Нач. ХХ века: «крик олова» - треск, возникающий при деформировании
- 3. Определение: . Акустическая эмиссия (АЭ) - излучение материалом механических упругих волн, вызванное динамической локальной перестройкой его
- 4. Связь акустической эмиссии с дефектами кристаллической решетки Энергия белого шума идеальной решетки: Е/Δf=4*10-21 Дж/Гц Точечные дефекты
- 5. Основные источники акустической эмиссии в металлах 1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование: − процессы, связанные с
- 6. Форма импульсов АЭ Рис. 1. Форма первичных импульсов АЭ (а) и соответствующих импульсов в приемном тракте
- 7. Виды акустической эмиссии Дискретная – длительность регистрируемых импульсов меньше интервала между ними. Если в результате отдельных
- 8. Основные параметры АЭ Число импульсов за время наблюдения N∑ Активность N∑’= dN∑/dt, (количество импульсов за некоторый
- 9. АЭ при деформации материалов Рис. 2. Типичные кривые изменения эффективности АЭ в сопоставлении с диаграммами напряжение-деформация
- 10. Образцы с дефектами факторы, повышающие амплитуду сигналов АЭ: высокая прочность, анизотропия, неоднородность, крупнозернистость (литая структура), большая
- 11. Эффект Кайзера АЭ при многократном нагружении. При повторном нагружении АЭ резко уменьшается и вновь начинает регистрироваться
- 12. Использование АЭ в неразрушающем контроле Преимущества метода − обнаружение развивающихся в ходе эксплуатации и, следовательно, наиболее
- 13. Использование АЭ в неразрушающем контроле Испытания и эксплуатация конструкций Задачи АЭ в этой области состоят в
- 16. Скачать презентацию
Физические основы акустико-эмиссионного контроля
История вопроса:
Нач. ХХ века: «крик олова» - треск,
Физические основы акустико-эмиссионного контроля
История вопроса:
Нач. ХХ века: «крик олова» - треск,
Сер. XX века: выяснилось, что разрушению нагруженных конструкций предшествует излучение упругих волн широкого частотного диапазона
Сер. 70-х годов: была разработана высокочувствительная аппаратура и собран экспериментальный материал, достаточный для решения практических задач.
Определение:
.
Акустическая эмиссия (АЭ) - излучение материалом механических упругих волн,
Определение:
.
Акустическая эмиссия (АЭ) - излучение материалом механических упругих волн,
Акустическая эмиссия (АЭ) заключается в генерации упругих волн напряжения в твердых телах в результате локальной динамической перестройки их структуры.
Акустико-эмиссионный метод – один из пассивных методов акустического контроля. Метод основан на анализе параметров генерируемых упругих волн.
Главные источники АЭ – процессы пластической деформации, связанные с появлением, движением и исчезновением дефектов кристаллической решетки, возникновением и развитием микро- и макротрещин; трение (в том числе «берегов» трещины друг о друга): фазовые (например, аллотропические) превращения в твердом теле.
Связь акустической эмиссии с дефектами кристаллической решетки
Энергия белого шума идеальной решетки:
Связь акустической эмиссии с дефектами кристаллической решетки
Энергия белого шума идеальной решетки:
Точечные дефекты кристаллической решетки – атомы внедрения и вакансии.
Аннигиляция такого дефекта 10-19 Дж
Линейные дефекты кристаллической решетки – дислокации
Краевая дислокация
10-16 Дж
Винтовая дислокация
Двойникование (10-3 Дж)
Основные источники акустической эмиссии в металлах
1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование:
Основные источники акустической эмиссии в металлах
1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование:
− процессы, связанные с движением дислокаций — консервативное скольжение и аннигиляция дислокаций, размножение дислокаций;
− отрыв дислокационных петель от точек закрепления и др.;
− взаимодействие дислокаций с препятствиями — примесными атомами, другими дислокациями, границами зерен;
− зернограничное скольжение;
− двойникование.
2. Механизмы, связанные с фазовыми превращениями и фазовыми переходами первого и второго рода:
− превращения полиморфного типа, в том числе мартенситные;
− образование частиц второй фазы при распаде пересыщенных твердых растворов;
− фазовые переходы в магнетиках и сверхпроводниках;
− магнитомеханические эффекты из-за смещения границ и переориентации магнитных доменов при изменении внешнего намагничивающего поля.
3. Механизмы, связанные с разрушением:
− образование и накопление микроповреждений;
− образование и развитие трещин;
− разрушение фазовых включений;
− разрушение окисных пленок;
− разрушение шлаковых включений в сварных швах,
− коррозионное разрушение, в том числе коррозионное растрескивание
Форма импульсов АЭ
Рис. 1. Форма первичных импульсов АЭ (а) и соответствующих
Форма импульсов АЭ
Рис. 1. Форма первичных импульсов АЭ (а) и соответствующих
Процесс снятия локальных напряжений
путем разрушения
(релаксационные импульсы, возникновение трещин)
Процесс акселерационного типа
(Дислокации противоположного знака сближаются и аннигилируют или дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает)
Процессы сближения или выхода на поверхность дислокаций происходят с ускорением. Энергия процесса аннигиляции дислокаций порядка 10-18-10-16 Дж, длительность импульса – 10-11 с, ширина спектра – сотни мегагерц
Точечный удаленный от поверхности источник АЭ излучает сферические продольную и поперечную волны. При падении на поверхности волны отражаются и трансформируются. В результате появляются поверхностные волны, амплитуда которых уменьшается значительно медленнее, чем сферических волн, поэтому поверхностные волны преимущественно регистрируются приемником.
Виды акустической эмиссии
Дискретная –
длительность регистрируемых импульсов меньше интервала между ними.
Если в
Виды акустической эмиссии
Дискретная –
длительность регистрируемых импульсов меньше интервала между ними.
Если в
Дискретную акустическую эмиссию используют при контроле процессов, в ходе которых возможно образование трещин (сварки, закалки, диффузионного насыщения), а также для исследований и контроля коррозионного растрескивания, термопрочности, усталостного разрушения материалов
Непрерывная -
количество элементарных событий, приводящих к излучению упругих волн, велико, а энергия, высвобождаемая при каждом событии, мала, отдельные АЭ-сигналы, накладываясь друг на друга, воспринимаются как слабый непрерывный шум.
Излучение непрерывной АЭ связывают с процессами пластического деформирования металлов и другими физическими процессами в твердых телах. Так ползучесть материала на первой (нестационарной) и второй (стационарной) стадиях сопровождается непрерывной АЭ.
Основные параметры АЭ
Число импульсов за время наблюдения N∑
Активность N∑’= dN∑/dt,
Основные параметры АЭ
Число импульсов за время наблюдения N∑
Активность N∑’= dN∑/dt,
Uп – порог акустической эмиссии, при этом параметры АЭ - суммарный счет N и скорость счета N’
Эффективное значение АЭ: V~N’*A (в вольтах)
АЭ при деформации материалов
Рис. 2. Типичные кривые изменения эффективности АЭ в
АЭ при деформации материалов
Рис. 2. Типичные кривые изменения эффективности АЭ в
массовое образование и перемещение дефектов кристаллической решетки
предел текучести σт пластическая деформация составляет 0,2% от длины образца.
разрушение цементитовых пластинок в стали
движение вновь образующихся дислокаций ограничивается уже существующими
двойникование
Металлы с решеткой типа гранецентрированный куб (алюминий) имеют среднюю энергию импульса меньше 10-10 Дж, характерна деформация скольжением. Металлы с решеткой типа объемно центрированный куб имеют несколько большее среднее значение энергии импульсов. Деформация металлов с гексагональной плотно упакованной решеткой (цинк, титан) вызывает импульсы АЭ с амплитудой в тысячи раз больше (порядка 10-6 Дж), так как они деформируются двойникованием.
Образцы с дефектами
факторы, повышающие амплитуду сигналов АЭ:
высокая прочность, анизотропия, неоднородность,
Образцы с дефектами
факторы, повышающие амплитуду сигналов АЭ:
высокая прочность, анизотропия, неоднородность,
В образцах с дефектами, как искусственными (надрезами), так и с естественными трещинами, происходит концентрация напряжений вблизи острого края дефекта. В этом месте образуется локальная зона пластической деформации, объем которой пропорционален коэффициенту интенсивности напряжений К – величине, характеризующей сложное напряженное состояние. Например, для тонкой пластины с трещиной длиной 2l
K=σ(πl)1/2
число импульсов N АЭ должно расти с ростом К:
N=aKm
Где a и m зависят от материала и условий испытаний, m может меняться от 1 до 20
Эффект Кайзера
АЭ при многократном нагружении. При повторном нагружении АЭ резко уменьшается
Эффект Кайзера
АЭ при многократном нагружении. При повторном нагружении АЭ резко уменьшается
Эффект Кайзера не наблюдается при появлении трещин. При повторном нагружении деформация вблизи вершин трещин может превысить ранее достигнутую, что приводит к появлению акустической эмиссии
Эффект Кайзера частично или полностью устраняется термообработкой (отжигом) после первого нагружения.
Использование АЭ в неразрушающем контроле
Преимущества метода
− обнаружение развивающихся в ходе эксплуатации
Использование АЭ в неразрушающем контроле
Преимущества метода
− обнаружение развивающихся в ходе эксплуатации
− контроль в реальном масштабе времени возрастания поврежденности материала при испытаниях трубопроводов и сосудов давления, входящих в состав ЯЭУ;
− возможность проведения эксплуатационного контроля энергетической установки;
− возможность определения месторасположения дефектов — трещин, зон пластической деформации, утечек и др., находящихся достаточно далеко от приемных преобразователей;
− возможность для отдельных сценариев развития аварий ЯЭУ предсказывать и заблаговременно предупреждать разрушение металлоконструкций и оборудования;
− быстрое обнаружение разрыва или течи в труднодоступных сосудах давления и трубопроводах при развитии аварийной ситуации;
− совместимость АЭ-метода с другими методами НК, что позволяет за счет использования нескольких независимых методов повысить надежность результатов контроля;
− возможность проведения дистанционного автоматизированного контроля в радиационно опасных помещениях атомной станции.
Недостатки метода
− необходимость создавать дополнительные нагрузки на диагностируемый объект, кроме случаев, когда эти нагрузки предусмотрены регламентами эксплуатации или обслуживания;
− отсутствие общепринятых соотношений, связывающих параметры АЭ-сигналов с поврежденность материала контролируемого объекта;
− трудности выделения АЭ-сигналов на фоне сильных шумовых помех, сопровождающих работу диагностируемого объекта.
Использование АЭ в неразрушающем контроле
Испытания и эксплуатация конструкций
Задачи АЭ в этой
Использование АЭ в неразрушающем контроле
Испытания и эксплуатация конструкций
Задачи АЭ в этой
Частоту или диапазон частот, в котором регистрируют сигналы АЭ, выбирают с учетом уровня шумов. Для этого проводят анализ шумов до нагружения и при малом уровне нагружений.
Количество преобразователей выбирают в зависимости от задач контроля. Например, когда используют АЭ при механических испытаниях образцов в форме стержня, можно иметь один ПЭП , расположенный на торце или другой ненагруженной части образца.
Задание критериев опасного состояния объекта
Рис. 4. Характерная зависимость числа импульсов АЭ от статистической нагрузки.