Акустическая эмиссия при катодном наводороживании малоуглеродистых сталей и титановых сплавов (стр. 2 из 5)

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 n_i(или доли таких импульсов n_i/N), амплитуда которых заключена в малом интервале от А_iдо A_i +

,от величины амплитуды А_i. Нетрудно установить взаимосвязь между этими функциями:

Nw(A_i)

= n(A_i) = n_i.

Определив по экспериментальным данным с использованием этих соотношений набор значений функций w(A_i) и n(A_i), 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 tдо t+dtамплитуда 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;