8 Модели источников и параметры сигналов акустической эмиссии.

Акустическая эмиссия (АЭ) - это физическое явление излучения упругих волн в твердом теле при его нагружении.

В основе явления АЭ лежит возникновение упругих колебаний при разрыве упругих связей в твердом теле или перестройке его кристаллической структуры. Метод основан на регистрации упругих волн, излучаемых твердыми телами при их нагружении.

При изучении источников сигналов АЭ удобно рассматривать процессы на двух уровнях – микроскопическом и макроскопическом. В первом случае изучаются первичные источники АЭ, связанные с образованием, перемещением единичных дефектов кристаллической решетки. На макроскопическом уровне изучаются процессы излучения упругих волн при разрушении объектов.

Рассмотрим некоторые модели источников АЭ. На рисунках ниже приведены известные модели образования микротрещин из скоплений дислокаций, а на последнем рисунке– схема подрастания трещины путем слияния ее с полостью, образующейся перед кончиком трещины.

Образование микротрещины вследствие скопления дислокаций перед препятствием

Дислокации, на которые действуют возрастающие напряжения, перемещаются по линии скольжения и останавливаются каким-либо препятствием, например, границей зерна или включением.

Образование микротрещины вследствие прорыва препятствия скоплением дислокаций

Образование микротрещины вследствие прорыва микроскопического включения скоплением дислокаций

Схема подрастания трещины путем слияния микротрещины с расположенной перед ней трещинкой

При дальнейшем повышении напряжений возможно образование микротрещины перед препятствием или за, либо прорыв дислокациями препятствия и их быстрое перемещение в теле зерна.

Параметры сигналов АЭ

Одиночный импульс АЭ, распространяясь по элементам конструкции и проходя через преобразователь АЭ и избирательные электронные цепи, принимает вид затухающего импульса высокочастотных колебаний. Некоторые из таких импульсов приведены на рис. При использовании метода АЭ для неразрушающего контроля основными параметрами метода являются:

1. Число импульсов N_S - число зарегистрированных импульсов АЭ за интервал времени наблюдения;

2.Суммарный счет N – число зарегистрированных превышений (или выбросов) электрическим сигналом u установленного порогового уровня u_п за интервал времени наблюдения. Суммарный счет связан с амплитудой и энергией первичного сигнала и, следовательно, по нему можно косвенно судить об энергетических характеристиках источника АЭ. Правильность регистрации числа импульсов АЭ и суммарного счета зависит от условий распространения сигналов АЭ и разрешающей способности аппаратуры.

u

Первичные (вверху) и регистрируемые (внизу) сигналы АЭ

Число импульсов АЭ и связанный с ним суммарный счет являются одними из наиболее легко регистрируемых параметров АЭ. В ряде случаев можно установить корреляцию между числом зарегистрированных сигналов и длиной трещины или ее площадью. Сосчитав число сигналов, можно судить об увеличении размеров дефекта.

3. Активность АЭ или число зарегистрированных импульсов АЭ за единицу времени (обычно 0,1 с или 1 с). Этот параметр говорит о скорости развития повреждения;

4. Скорость счета - отношение суммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения. Моменты времени прихода сигналов АЭ на датчики важны при определении координат источника сигналов;

5. Энергия Е_э – энергия, выделяемая источником АЭ и переносимая волнами, возникающими в материале;

6. Амплитуда сигнала – максимальное значение огибающей принятого сигнала;

7. Пиковая амплитуда – максимальное значение амплитуды за определенный интервал времени;

8. Образ источника – группа параметров сигналов АЭ, полученная в результате определенного вида испытаний материала с помощью конкретной аппаратуры АЭ и при заданных условиях испытаний.

Перечисленные параметры сигналов АЭ являются случайными величинами, и полная их характеристика задается законами распределения этих величин.