Акустическая эмиссия при катодном наводороживании малоуглеродистых сталей и титановых сплавов (стр. 3 из 5)

-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.

Уровень дискриминации (ограничения) – уровень электрического напряжения, относительно которого производится обнаружение (регистрация) электрических сигналов АЭ. Наличие ограничения всегда существует в измерительной аппаратуре и обусловлено обычно собственными шумами измерительной аппаратуры. Величина уровня дискриминации определяется шумовыми характеристиками входного усилительного каскада.

Суммарный счет АЭ N[имп.] – число зарегистрированных превышении импульсами АЭ установленного уровня дискриминации (ограничения) за интервал времени наблюдения. Диапазон изменения 0…10⁷ имп.

Скорость счета АЭ

[имп./с] – отношение суммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения. Диапазон изменения 0…10¹⁵[имп./с].

Современная техника регистрации и обработки АЭ информации пользуется дополнительными определениями и параметрами, не представленными в списке стандартов по ГОСТ 27655-88. Однако эти понятия и параметры широко используются в специальной научной литературе отечественных и зарубежных авторов.

К таковым относятся:

Огибающая электрического сигнала АЭ - продетектированный электрический сигнал АЭ. Диапазон изменения 10^-7 … 10^-2 В.

Амплитудное распределение - распределение количества электрических сигналов АЭ по их максимальном амплитудам.

Длительность электрического сигнала АЭ

[с] - время нахождения огибающей электрического импульса АЭ над порогом ограничения. Диапазон изменения 10^-4...10^-8 с.

Время нарастания

[с] - промежуток времени между появлением огибающей импульса АЭ над порогом ограничения и достижением огибающей ее максимальной амплитуды.

Энергия электрического сигнала АЭ либо «MARSE» (Measuredaredoftherectifiedsignalenvelope) E_c [Дж] - измеренная площадь под огибающей электрического сигнала АЭ. Диапазон изменения 10^-19...10^-5 Дж.

Образ источника АЭ (acousticemissionsignature) - группа параметров сигнала акустической эмиссии, полученных в результате определенного вида испытаний материала (конструкции) с помощью конкретной аппаратуры АЭ и при заданных условиях испытаний.

Как было отмечено выше, в настоящее время большинство разработчиков систем регистрации и обработки АЭ информации, а также исследователей склонны работать с огибающими электрических сигналов АЭ, т.е. с НЧ составляющей АЭ информации. Подобная тенденция вызвана несколькими причинами:

1.Ввиду фильтрации ВЧ составляющей акустического сигнала АЭ в процессе его прохождения через исследуемый материал и пограничный слой между поверхностью образца и АЭ преобразователем, а также прохождения электрического сигнала по аналоговому тракту усиления, исходная информация ВЧ составляющей искажается коренным образом.

2.Понятие события в исследуемом материале соотносится с огибающей электрического сигнала АЭ и работа с НЧ составляющей имеет вполне конкретный физический смысл.

3.Большинство параметров АЭ, таких как длительность события, время нарастания, амплитудное распределение, энергия и т.д., относится к НЧ составляющей АЭ информации.

4.Одновременное использование двух понятий ВЧ и НЧ составляющих в работах по акустической эмиссии приводит к подмене понятий и путанице в интерпретации получаемой информации.

Этот метод нашел широкое применение в материаловедении при исследовании процессов разрушения.

АЭ при наводороживании определялась с помощью прибораАФ-15. В качестве параметра АЭ выбран суммарный счет импульсов за 30 секунд, который фиксировался акустическим датчиком в частотных пределах от 200 кГц до 1000 кГц.

Были исследованы зависимости суммарного счета импульсов от времени наводороживания при различных уровнях дискриминации и плотностях катодного тока.

3. Методы выделения сигналов АЭ на фоне помех.

Исследования явления АЭ, проводимые в различных условиях на различных материалах, показывают, что сигналы АЭ имеют широкий спектр амплитудно-временных параметров. Сигнал АЭ может быть зарегистрирован на любой частоте, но амплитуда регистрируемого сигнала убывает обратно пропорционально частоте. По этой причине представляется очевидным стремление к репарации АЭ-сигналов на низких частотах, тем более что затухание упругих волн существенно возрастает с увеличением частоты. ) однако с уменьшением частоты возрастают акустические помехи реобразователя АЭ-сигналов и электронной аппаратуры [9]. Этот факт налагает жесткие требования, предъявляемые не только к регистрирующей аппаратуре, но и методам обработки и анализа информации. Кроме собственных шумов аппаратуры тракты приема и обработки информации могут быть подвержены внешним шумам, для уменьшения воздействия которых широкое распространение получили активные и пассивные способы подавления помех[10].

Активные способы подавления помех заключаются в подавлении самого источника шума или уменьшении его влияния на исследуемый объект. Данный способ в основном используют для подавления шумов механического характера, создаваемых самим испытательным оборудованием: механическими и гидравлическими нагружающими машинами. С этой целью производят модернизацию испытательных машин с использованием специальных элементов, предназначенных для уменьшения трения в сопрягаемых звеньях нагружающих устройств или звукоизолируют образец от испытательной машины за счет специальных прокладок, изоляторов, шумопоглотителей.

При проведении особоточных физических экспериментов стремятся к применению бесшумных видов нагружения, таких как нагрев или охлаждение или к использованию предварительно нагруженных объектов. Активные способы эффективны при проведении испытаний материалов в лабораторных условиях. При проведении исследований, контроля и прогноза на реальных работающих объектах активные способы практически невозможно реализовать.

Пассивные методы борьбы с шумами и помехами используются практически во всех устройствах и системах регистрации и обработки сигналов АЭ.

1. Амплитудная дискриминация, как было указано выше, входит одним из блоков в аналоговый тракт АЭ систем и служит для отсечки шумов по амплитудному признаку путем сравнения пришедших сигналов с некоторым наперед заданным значением.

Кроме фиксированного порога ограничения иногда используют плавающий порог, т.е. производится непрерывное слежение за изменением уровня помех в каналах тракта усиления сигналов АЭ.

2. Частотная фильтрация также реализуется одним из блоков в аналоговом тракте и заключается в ограничении полосы пропускания усилительного тракта. Ограничение в области нижних частот лежит в пределах 20...200 кГц, а в области верхних частот - 1,5...2 МГц. Ограничение в области нижних частот обусловлено необходимостью отсечки шумов механического и испытательного оборудования, а ограничение частотного диапазона сверху - необходимостью отсечки электромагнитных наводок. Иногда частотная фильтрация используется для выбора узкой полосы пропускания, определяемой из условий испытания конкретного материала, скорости распространения в нем продольных и поперечных волн, а также для регистрации трещин с определенными размерами.

3. Временная селекция заключается в запирании каналов регистрации сигналов АЭ на время действия помех. Индикатором помех, обычно электромагнитных, служит специальный канал, регистрирующий только помехи.

4. Параметрическая селекция или параметрическое стробирование заключается в пропускании сигналов АЭ на обработку электронной системой только при определенных условиях нагружения, например, при достижении нагрузкой определенного наперед заданного уровня. Этот тип селекции используют обычно при проведении усталостных испытаний.

5. Пространственная селекция служит для выявления принадлежности принятого сигнала к сигналу АЭ или помехе путем определения пространственного местоположения источника сигнала. Такие системы требуют применения многоканальных систем. Минимальное число каналов равно двум при работе с линейными объектами.

6. Двухпараметрическая селекция обычно используется в аналого-цифровых системах АЭ и заключается в отбраковке сигналов с определенными значениями их параметров. Так, например, сигналы с большой амплитудой и малой длительностью соответствуют электромагнитным помехам, а сигналы с относительно небольшой амплитудой, но большой длительности характерны для механических шумов. Такие различия позволяют выделить реальные сигналы АЭ, у которых эти параметры занимают промежуточный диапазон, на фоне механических и электромагнитных помех.