4. Акустическая эмиссия при деформации материалов и многократном нагружении.

Акустическую эмиссию при деформации материалов наблюдают в процессе механических испытаний гладких образцов. Каждому типу диаграммы напряжение — деформация, получаемой при испытании на растяжение различных материалов, соответствует своеобразное изменение процесса АЭ. Из кривых видно, что даже в области упругости наблюдается АЭ. Она возникает от того, что материал неоднороден, нагружен неравномерно и в отдельных областях происходит пластическая деформация, хотя в целом процесс упругий.

При переходе к пластической деформации АЭ резко возрастает в большом объеме образца. Эта деформация связана с массовым образованием и перемещением дефектов кристаллической решетки. Происходит образование, движение дислокаций и их групп, двойникование. Все эти процессы связаны с появлением сигналов АЭ. Максимум эффективного значения и активности АЭ достигается вблизи предела текучести, когда пластическая деформация составляет около 0,2% длины образца.

АЭ при многократном нагружении.

При повторном нагружении АЭ резко уменьшается и вновь начинает регистрироваться после достижения максимальной нагрузки первого цикла. Это явление называют эффектом Кайзера. Он особенно хорошо проявляется на гладких образцах и хуже — на образцах с надрезом. Последнее свидетельствует о накоплении повреждений при повторных нагрузках.

На рис. показан рост числа N импульсов АЭ от числа п циклов нагружения при малоцикловых испытаниях образца с надрезом. Участок АВ соответствует первому циклу, суммарный счет импульсов здесь быстро растет. В окрестностях точки В рост замедляется в 10-100 раз, а на участке ВС суммарный счет остается практически постоянным. В этом проявляется эффект Кайзера. В процессе циклических нагрузок происходит медленное накопление повреждений в металле образца, после чего эффект Кайзера перестает действовать и пред моментом появления видимой трещины происходит ускоренный рост N (участок CD), и далее медленное увеличение с ростом трещины (DE). При достижении определенного размера трещины происходит разрушение, сопровождающееся ростом N (EF).

5. Какие требования предъявляются к аппаратуре и преобразователям при контроле методом аэ?

Аппаратура предназначена для усиления, обработки и регистрации сигналов АЭ. Так как сигналы АЭ представляют собой импульсный случайный процесс, основной задачей аппаратуры являются определение статистических распределений параметров этого процесса и нахождение изменений их во времени. Как отмечалось выше, АЭ характеризуется рядом параметров, каждый из которых отражает какую-либо сторону динамики процесса в твердом теле, поэтому аппаратура может быть весьма сложной.

Рассмотрим структурную схему простейшей установки для контроля методом АЭ (рисунок 4.1). В качестве преобразователя АЭ 1 в большинстве случаев используют пьезокерамические преобразователи (ЦТС).

Рисунок 4.1- Схема установки для контроля методом АЭ

Основными характеристиками преобразователей являются чувствительность на рабочей частоте, полоса пропускания, предельная рабочая температура, помехоустойчивость, собственные шумы. По частотным свойствам преобразователи можно разделить на узкополосные, полосовые и широкополосные. Выбор преобразователя определяется целью и условиями контроля. Акустическая связь преобразователя с объектом в обычных условиях осуществляется либо с использованием клея, либо жидкой контактной среды, например, эпоксидной смолы, масла, глицерина и др. При определении местоположения дефекта на объекте применяют несколько преобразователей.

для установки датчика на оборудовании, покрытом изоляцией, требуется вскрытие небольшого участка последней, тогда как, например, визуальный осмотр требует ее полного удаления. На объектах, эксплуатируемых при высокой температуре, применяются волноводы, привариваемые к поверхности, для чего требуется вскрытие участка изоляции размером 2 см. датчики устанавливаются на волноводы вне изоляции и таким образом оказываются защищенными от воздействия- высоких температур. В особых случаях возможно применение специальных высокотемпературных датчиков.

На очень больших криогенных хранилищах датчики устанавливаются под изоляцией и оставляются там, а во время очередного контроля подсоединяются к аппаратуре.

Сигналы с преобразователей усиливают посредством предварительного усилителя 2 с низкими собственными шумами (<10 мкВ). Полоса частот исследуемого диапазона устанавливается с помощью фильтров 3. Обычно выбирается полоса от 30 килогерц до нескольких мегагерц. Далее сигналы поступают в основной усилитель 4, который должен обладать равномерной АЧХ во всем диапазоне частот. Усиленные сигналы поступают в блок обработки сигналов 5, где производится счет импульсов, исследуется амплитудное распределение сигналов и энергия эмиссии. Может быть предусмотрена регистрация сигналов на самописцах, ЦПУ и т.п. В многоканальных устройствах используется блок определения координат 6 источника сигналов АЭ. При этом определение координат может производиться методами триангуляции, амплитудным пеленгованием и др.

Когда эмиссия регистрируется двумя или большим количеством датчиков появляется возможность определить местонахождение источника, используя время поступления сигналов. В общем случае этот метод требует большой осторожности при использовании, хотя в целом ряде областей он успешно используется. Линейная локация используется на длинных газовых баллонах и трубопроводах, плоскостная локация - на сосудах и емкостях и, наконец, трехмерная локация - на бетонных конструкциях и силовых трансформаторах. Плоскостная локация может использоваться в качестве дополнения к менее точной зонной локации, в случае если сигналы эмиссии с высокой энергией достигают нескольких датчиков, что позволяет более точно определить местоположение дефекта.

Как правило, аппаратура АЭ выпускается в виде 8- и 16-канальных системных модулей в стандартных приборных корпусах.

Каждый АЭ-канал содержит: преобразователь АЭ, предварительный усилитель, который может быть встроен в корпус приемника, кабельную линию в виде радиочастотного кабеля и блок обработки сигналов. Последний основан на применении цифрового сигнального процессора и обеспечивает полную обработку сигнала АЭ:

• дополнительное усиление,

• частотную фильтрацию,

• оцифровку и вычисление параметров АЭ-сигналов.

Осуществляется также буферизация данных и передача их через магистраль системного модуля в блоки, которые имеют также цифровые сигнальные процессоры и являются интеллектуальными контроллерами системных модулей.

Аппаратура АЭ в зависимости от ее функционального назначения и сложности выполнения может быть условно разделена на несколько групп: приборы производственного применения; многофункциональные приборы лабораторного и производственного применения; системы АЭ-контроля.

Отечественной промышленностью выпускаются следующие приборы и системы: АФ 11 – 20-2000 кГц, 88дБ (счет импульсов); АФ-15 – 20-2000 кГц, 94дБ (интенсивность, амплитуда, длительность); АВН-1 – 70-850 кГц, (счет импульсов, интенсивность, амплитуда, мощность); АФ-33 - многоканальная система (32 канала) с обработкой на ЭВМ.

При выборе системы контроля определяют требуемую расстановку преобразователей, тип упругих волн и скорость их распространения (посредством имитирования), амплитудно-частотный спектр шумов окружающей среды и т.д. Преобразователи крепятся на объекте через клей или с помощью специальных клемм и магнитов.