Ползучесть материала на первой, нестационарной, и вто­рой, стационарной, стадиях сопровождается непрерывной АЭ. На третьей стадии, помимо непрерывной, наблюдается также и дискретная АЭ, обусловленная образованием и развитием ми­кротрещин. Такое же положением имеет место при коррозии под напряжением, конечная стадия которой - коррозионное ра­стрескивание - сопровождается интенсивными акустическими вспышками дискретной АЭ.

Во всех указанных случаях в течение достаточно длитель­ного времени - докритической стадии развития трещины, сред­няя скорость ее роста, как правило, не превышает долей мил­лиметра в час. Трещина еще не представляет серьезной опасно­сти для конструкции, но возникающая при этом АЭ указывает на развитие дефекта и, следовательно, является предвестни­ком наступления катастрофического разрушения. Для прогно­зирования разрушения обычно используют дискретную соста­вляющую АЭ из-за простоты регистрации сигналов большой амплитуды.

Дискретную АЭ используют также при контроле техноло­гических процессов, в ходе которых возможно образование тре­щин (сварка; закалка; диффузионное насыщение, например наводороживание и др.), а также для исследования и контро­ля коррозионного растрескивания, прочности, термопрочности, усталостного разрушения, а также процессов трения и изно­са. Непрерывную АЭ связывают с пластической деформаци­ей, коррозией материалов и другими физическими процессами.

Еще раз заметим, что при всех перечисленных процессах, как правило, можно наблюдать как дискретную, так и непрерыв­ную составляющие АЭ.

Следует различать информативные параметры отдельных импульсов дискретной АЭ, потоков импульсов и параметры не­прерывной АЭ. Импульсы или сигналы АЭ характеризуются амплитудой, длительностью, формой и временем появления. Поток сигналов дополнительно можно характеризовать сред­ней частотой событий, спектральной плотностью, амплитуд­ным, временным и амплитудно-временным распределениями, корреляционной функцией, средним значением и дисперсией. Каждая из характеристик связана с порождающим АЭ физи­ческим процессом, содержит информацию о его развитии или же о состоянии объекта исследования.

Для дискретной АЭ вводятся следующие информативные параметры:

1.       Общее число импульсов - число зарегистрированных
импульсов дискретной АЭ за интервал времени наблюдения.

Само определение этого параметра говорит о его пригодно­сти для описания только потоков неперекрывающихся импуль­сов. Оно характеризует процессы, связанные с разрушением, и указывает на число отдельных актов зарождения и распростра­нения дефектов в материале или конструкции.

2.       Активность АЭ - общее число импульсов, отнесенное к
единице времени.

Информативность этого параметра такая же, как и преды­дущего, но с большей детализацией во времени, что дает воз­можность наблюдать динамику процесса разрушения.

3.       Суммарная АЭ - число зарегистрированных превышений (выбросов) АЭ-сигналов установленного уровня в течение заданного интервала времени.

В случае дискретной АЭ эта величина характеризует число событий с энергией, превышающей установленное пороговое значение. При регистрации дискретной АЭ теряется часть ин­формации, связанная с импульсами, амплитуда которых мень­ше установленного порога - уровня дискриминации. Кроме то­го, возможность произвольного выбора этого уровня делает па­раметр неоднозначным. Если производить счет недетектированных импульсов, представляющих затухающие осциллирую­щие сигналы, поступающие с пьезоприемника, что практику­ется довольно часто, то появляется дополнительная неодно­значность результатов, обусловленная многократной регистра­цией одного и того же первичного импульса. При этом крат­ность воспроизведения его в счетном устройстве зависит от уровня дискриминации, коэффициента затухания колебаний в объекте и преобразователе, а также характеристик приемно-усилительного тракта.

4.       Скорость счета  - число зарегистрированных превы­шений АЭ-сигналов установленного уровня в единицу времени.

Эта характеристика является производной суммарной АЭ по времени и обладает теми же недостатками. Некоторые авто­ры называют этот параметр интенсивностью АЭ.

5.       Плотность вероятности амплитуды импульсов w(A) характеризует АЭ уже как случайный процесс. Эта функция определяет вероятность того, что амплитуда АЭ-импульса А0 находится в интервале от А до А + dA :

Р {А < A0 < А + dA} = w{A)dA.

На практике чаще используют характеристику n(А), назы­ваемую амплитудным распределением импульсов. Эта функ­ция указывает количество импульсов, амплитуда которых за­ключена в малом интервале от А до A+dA . Если общее чи­сло зарегистрированных импульсов равно N , то амплитудное распределение связано с плотностью вероятности w(A) соот­ношением

n(А) = N*w(A),

причем

Функции w(A) и n(А) можно оценить по эксперименталь­ным данным, построив гистограмму распределения импульсов АЭ по амплитуде. Как известно, эта гистограмма отражает за­висимость количества импульсов ni (или доли таких импуль­сов ni/N), амплитуда которых заключена в малом интервале от Аi до Ai +   ,от величины амплитуды Аi. Нетрудно уста­новить взаимосвязь между этими функциями:

Nw(Ai)= n(Ai) = ni.

Определив по экспериментальным данным с использованием этих соотношений набор значений функций w(Ai) и n(Ai), в дальнейшем, например при помощи системы распределений Пирсона, можно подобрать аналитические вы­ражения для описания функций w(A) или n(А).

6.       Распределение временных интервалов  между от­дельными АЭ-импульсами содержит важную информацию о  физике явления и характере его развития. При взаимной  независимости и одинаковой вероятности элементарных событий их последовательность (поток событий) описывается законом Пуассона. Если поток стационарен, то распределение интерва­лов времени между импульсами АЭ подчиняется экспоненциальному закону

причем среднее значение временного интервала между импуль­сами составляет величину . Справедливо и обратное утверждение - при экспоненциальном распределении интерва­лов между отдельными событиями, последние распределены по закону Пуассона. Такое заключение свидетельствует об отсут­ствии взаимосвязи отдельных событий, что само по себе слу­жит важной информацией о характере процесса. Например, о делокализованном разрушении материала конструкции.

7.       Амплитудно-временное распределение импульсов АЭ  n(A;t) – функция, указывающая количество импульсов АЭ dN, зарегистрированных    в промежутке времени от t до t+dt амплитуда которых заключена в интервале от А до А + dA:

dN = n(A,t)dAdt.

Если эту функцию проинтегрировать по времени от 0 до Т - времени регистрации АЭ, найдем амплитудное распределе­ние импульсов АЭ, а проинтегрировав еще раз по амплитуде, получим общее число импульсов за время регистрации:

Другими словами, амплитудно-временное распределение отра­жает изменение амплитудного распределения импульсов АЭ во времени.

8.       Спектральная плотность S(w) дискретной АЭ совпада­ет с соответствующей характеристикой случайного процесса и равна мощности процесса в единичной полосе частот.

Информативность спектральной плотности обусловлена ее связью со скоростью протекания процесса, инициирующего сиг­налы АЭ. Кроме спектральной плотности для анализа акусти­ческой эмиссии в ряде случаев бывает удобнее использовать корреляционную функцию. Информативное содержание этой ха­рактеристики то же, что и у спектральной плотности, посколь­ку между собой они связаны прямым и обратным преобразова­нием Фурье [46].

Для непрерывной АЭ меняется содержание некоторых из указанных характеристик. Кроме того, могут быть введены до­полнительные параметры для описания процесса. Так как те­ряется смысл понятия амплитуды отдельного импульса, сум­марная АЭ и скорость АЭ определяются числом выбросов слу­чайного процесса над уровнем дискриминации, т.е. числом пре­вышений регистрируемой величиной (электрическим напряже­нием, током) установленного уровня дискриминации за все вре­мя регистрации или за единицу времени соответственно. Вме­сто амплитудного распределения следует использовать плот­ность вероятности АЭ, определяющую долю времени наблюде­ния, в течение которого регистрируемая величина находится в интервале вблизи заданного значения амплитуды. Кроме того, вводятся одномерные и многомерные функции распределения указанных выше параметров.

2.  Основные понятия и определения метода акустической эмиссии.

Акустико-эмиссионный метод основан на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии (АЭ). Этот метод  оперирует с потоками электрических сигналов АЭ,  параметры которых (амплитуда, длительность, энергия, и т.д.) являются соответствующими параметрами метода АЭ.

Акустическая эмиссия может возникать в результате различных физико-механических процессов, основными из которых являются:

 -структурные и фазовые превращения в материале;

-гидродинамические и аэродинамические явления при протекании жидкости или газа через отверстие;

-трение поверхностей твердых тел;

-процессы механической обработки твердых тел.

В данной работе рассматриваются физико-механические явления, связанные только со структурными и фазовыми превращениями в различных материалах.

Наиболее важные особенности метода АЭ, определяющие перспективность его использования при исследовании и контроле материалов и конструкций:

1.                 Возможность обнаружения и регистрации только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.

2.            Чувствительность метода АЭ значительно превышает чувствительность традиционных методов неразрушающего контроля, метод позволяет выявлять приращения трещины на 0,025 мм.

3.            Метод является интегральным и обеспечивает контроль объекта с использованием одного и нескольких преобразователей в случае определения места нахождения дефекта.

4.            Метод позволяет проводить непрерывный контроль (мониторинг) работающих объектов с целью их остановки в случае появления и развития опасных дефектов.

5.            Положение и ориентация дефектов не влияют на их выявляемость.

Метод имеет значительно меньше ограничений, связанных со структурой и физико-механическими свойствами материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.

Страницы: 1, 2, 3, 4