Регистрация / Вход
Прислать материал

Акустико-эмиссионный контроль состояния материалов

ФИО
Васильев Евгений Викторович
Surname Name
Vasilev Evngeii
Организация
Тольяттинский государственный университет
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Название доклада
Акустико-эмиссионный контроль состояния материалов
Project title
Acoustic emission testing of materials
Резюме
Рассмотрен один из методов неразрушающего контроля материалов и конструкций при помощи анализа волн акустической эмиссии. Описаны области применения, преимущества и недостатки, а также некоторые теоретические основы данного метода.
Ключевые слова
Акустическая эмиссия, диагностика, неразрушающий контроль
Тезисы

Одной из составляющих качества любого технического изделия является его надежность, характеризующая способность изделия выполнять заданные функции при сохранении эксплуатационных показателей в заданных пределах в течение требуемого интервала времени или наработки.

Надежность большинства машин и сооружений существенным образом зависит от свойств конструкционных материалов, применяемых в силовых элементах. С позиций повышения надежности машин и сооружений основными требованиями, предъявляемыми к материалам, являются обеспечение прочности и жесткости как изделия в целом, так и его узлов.

В решении задач повышения надежности значительная роль принадлежит методам и средствам ее оценки. Распространенная оценка каждого из показателей надёжности базируется на статистическом подходе. Однако такой метод неприменим к определению показателей надежности единичных н уникальных изделий, кроме того, для конкретного экземпляра изделия показатели носят неопределенный характер. Другой подход, развиваемый в последнее время, основан на изучении тех физических процессов, которые происходят в материале (изделии) и являются причиной появления отказов.

Одним из видов отказа является разрушение вследствие появления макротрещины. Однако трещина не возникает мгновенно даже при хрупком разрушении, ее появление и распространение происходят в течение некоторого времени, пусть даже и достаточно малого. Если на данном изделии обнаружить возникновение трещины, определить ее координаты, размеры и скорость их изменения, то становится возможным оценить степень близости отказа, в ряде случаев предотвратить его, назначить оптимальные сроки профилактических ремонтов и тем самым оценить надежность. Это особенно важно для технических устройств, отказ которых может привести к большим потерям из-за простоев и к авариям с тяжелыми последствиями, например, в авиационной и космической технике, ядерной энергетике, химической промышленности. Применение методов и средств технической диагностики может внести существенный вклад в оценку и повышение надежности.

Распространенная в настоящее время оценка качества материалов (в том числе и надежности) основана на измерении механических характеристик, получаемых при испытании образцов на растяжение, кручение, твердость, усталость и т.д. Однако, ряд механических характеристик носит условный характер и не характеризует действительного сопротивления конкретного изделия разрушению. Кроме того, к разрушению материала обычно приводит развитие различных дефектов, которые при этом локально изменяют некоторые физические свойства.

В связи с этим все более актуальным становится использование методов, позволяющих оценить текущее состояние материала, а также выявить дефекты типа несплошностей и изменения структуры материала. Одним из таких методов является анализ акустической эмиссии (АЭ), т.е. акустических волн, обусловленных возникновением и развитием дефектов структуры материала. Измерение параметров указанных волн позволяет в реальном времени обнаруживать различные дефекты, оценивать их размеры, степень опасности, а в дальнейшем прогнозировать разрушающую нагрузку и остаточный ресурс. В материалах со слабым затуханием ультразвука один датчик может обслуживать зону радиусом до десятка метров и обнаруживать волны, возбуждаемые глубоко внутри материала. Отмеченные преимущества, а также высокая чувствительность, оперативность, возможность определения координат дефектов позволяют использовать параметры акустической эмиссии в качестве эффективных диагностических характеристик.

Практическое применение метода АЭ развивается в различных направлениях, причем наиболее интенсивно началось с 60-х годов ХХ века в связи с появлением электронных средств регистрации параметров сигнала.

По мере развития приборов регистрации и анализа сигналов с помощью АЭ исследовались различные физические процессы и явления:

- разрушение материалов, причем рассмотренный круг материалов очень широк: металлы, пластики, композиционные материалы, биоматериалы (древесина, кость, зубная эмаль), горные породы и прочее. В ходе исследований рассматривалась стадийность разрушения, очередность работы механизмов упрочнения и релаксаций напряжений при нагружении и разрушении;

- трещинообразование и рост трещины при различных условиях зарождения и нагружения;

- накопление повреждений в материале под воздействием сред или энергетических воздействий: коррозионное растрескивание, водородная, радиационная и изотопная повреждаемость и деградация;

- фазовые превращения и переходы;

- аэро- гидро- динамические эффекты в жидкостях и газах и на границах сред;

- при трении и изнашивании;

- деформационные процессы: дислокационное скольжение и двойникование.

В настоящее время наиболее востребованным направлением применения метода АЭ является проведение испытаний с целью анализа структурной целости инженерных объектов в промышленной диагностике. Инспекции с применением метода АЭ подвергаются резервуары, сосуды давления, трубопроводы, подъемные и крановые сооружения, здания и строительные сооружения: фундаменты и опоры зданий, мостов, путепроводов.

Действующие нормативные документы содержат лаконичный набор анализируемых параметров (признаков) сигналов акустической эмиссии: максимальная амплитуда, средняя амплитуда, длительность, время нарастания сигнала, суммарный счет, скорость счета, время прихода дискретного сигнала. Именно этот набор параметров уже более 40 лет позволяет решать задачи обнаружения активных дефектов с точным определением координат дефекта на контролируемом объекте.

 

 

 

 

Summary of the project
One of the materials and structures non-destructive testing methods by analyzing the acoustic emission waves is considered. The application areas, advantages and disadvantages, as well as some of the basics of this method are described.
Keywords
Acoustic emission, diagnostics, non-destructive testing