АКУСТОЭМИССИОННЫЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2008 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для количественной оценки прочности и долговечности керамических изделий, например керамических электронагревателей.

Известны способы контроля дефектоскопии электропроводящих объектов [авт. св. СССР №894559, 1644919 МКИ G01N 29/14 опубл. 30.12.81 Б.И. №42 и 15.05.91 Б.И. №18 соответственно], включающие пропускание импульсов тока высокой плотности, регистрацию акустической эмиссии (АЭ), вызванной этим током, и оценку дефектности изделия по параметрам АЭ. У концов трещин, не параллельных направлению тока, его плотность повышается по сравнению со средней в сечении. Степень концентрации определяется опасностью дефекта, т.е. размерами дефекта и его ориентацией относительно направления тока. В адиабатических условиях (отводом тепла за период импульса можно пренебречь) высокая плотность тока вызывает разогрев материала, вплоть до плавления [В.М.Финкель, Ю.И.Головин, А.А.Слетков. Разрушение вершины трещины сильным электромагнитным полем. - ДАН СССР. Техническая физика, 1997, т.237, №2, с.325-327], и температурные напряжения, достаточные для возникновения мощных сигналов АЭ. При длительном токе с плотностью, близкой к эксплуатационной, ее относительная концентрация у концов дефекта также имеет место, но из-за теплоотвода температурные напряжения значительно меньше, чем при импульсном нагружении. Однако концентрации плотности тока все же достаточно для того, чтобы ускорить в окрестностях дефекта физические и электрохимические процессы, постепенно приводящие к отказу. Степень такой концентрации, как и при импульсном токе, определяется размерами дефекта и его ориентацией. По этой причине АЭ, возникающая вследствие концентрации плотности тока при импульсе высокой плотности, позволяет судить о степени опасности дефекта в условиях эксплуатации объекта. Вместе с тем, инициировать АЭ импульсами тока значительно быстрее и проще, чем механическим нагруженном, особенно в изделиях сложной формы.

Наиболее близок к предлагаемому способ [заявка 930005726/28 от 01.02.93 G01N 29/14 опубл. 10.08.95. Б.И. №22], заключающийся в том, что к изделию и образцам из материала изделия через электропроводящую жидкость подводят ток, увеличивают плотность тока i до возникновения непрерывной АЭ, определяют на образцах зависимость предела кратковременной прочности и ресурса от характерной плотности тока (i_В, отвечающей возникновению непрерывной АЭ) и по этим зависимостям и значению характерной плотности тока для изделия судят о пределе прочности и ресурсе конкретного изделия.

Недостаток прототипа - сравнительно низкая точность определения ресурса и предела прочности - обусловлен отсутствием учета изменения поврежденности образца в процессе контроля, зависящего от продолжительности тока с максимальной плотностью.

Задача изобретения - повышение точности определения ресурса и предела прочности - достигается тем, что как и в прототипе через токопроводящую жидкость подводят ток к изделию и образцам из материала изделия, увеличивают ток до возникновения непрерывной АЭ, определяют на образцах зависимость ресурса и прочности от характерной плотности тока и по этим зависимостям и характерной плотности тока для изделия определяют его ресурс и прочность (ресурс и прочность зависят от дефектности). Но в отличие от прототипа и для образцов и для изделия в качестве характерной плотности тока определяют его значение i_П в момент перехода непрерывной АЭ в дискретную при уменьшении тока.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа на U-образных керамических электронагревателях, а на фиг.2 - схема реализации способа на нагревателях с прямой осью. На обеих фигурах приняты следующие обозначения: 1 - объект (нагреватель), 2 - токопроводящая часть объекта, 3 - токопроводящая жидкость, 4 - ванна, 5 - токопроводящая шина, 6 - акустический датчик, 7 - упругий элемент, 8 - корпус для поджима датчика (на фиг.2).

Способ реализовали следующим образом. Концы U-образного нагревателя опускали в ванны 4 с жидким при комнатной температуре сплавом (ртуть или эвтектический сплав галлий, олова и индия). Акустический датчик устанавливали на днище ванны 4 (фиг.1). Регистрировали АЭ с помощью прибора АФ-15. Постепенно увеличивали силу тока I через нагреватель до возникновения непрерывной АЭ, при плотности тока i_В, а затем начинали уменьшать I и регистрировали характерную плотность i_П, отвечающую переходу непрерывной АЭ в дискретную (i_В<=i_П). Проделав эти операции с 15 нагревателями (образцами), определили для каждого из них ресурс τ при номинальном режиме, за который сопротивление R нагревателя увеличивалось в 6 раз (при таком увеличении R эксплуатацию нагревателя прекращают). Прочность связи lnτ и i_П позволяет определять, с помощью такой статистической зависимости значение lnτ для конкретного нагревателя (изделия) по значению i_П с погрешностью, не превышающей ln1,7 при доверительной вероятности р=0,95. Нагреватели с прямой осью наклоняли к горизонту под острым углом, а свободные поверхности жидкости в контактных ваннах устанавливали на разных уровнях (фиг.2). Постепенно повышая I, регистрировали АЭ и определяли i_B и i_П для 15 нагревателей. Затем каждый нагреватель устанавливали в захваты разрывной машины, центровали его с помощью наклеенных тензодатчиков. После чего для каждого нагревателя определяли предел кратковременной прочности σ_ПЧ непосредственным разрушением. Прочность связи статистической зависимости σ_ПЧ(i_П) позволяет прогнозировать σ_ПЧ конкретного нагревателя по значению i_П с погрешностью, не превышающей 7% при р=0,95 (у прототипа - 12%).

Таким образом, предложенный способ позволяет по значению i_П оценить прочность и ресурс конкретного нагревателя и распределить нагреватели по сортам с узкими диапазонами прочности и ресурса, чтобы использовать каждый сорт в соответствующих условиях.

При использовании прототипа, т.е. при определении lnτ и i_B, погрешность достигает ln2.

Использование: для контроля электропроводящего изделия. Сущность: заключается в том, что осуществляют подвод тока через электропроводящую жидкость к изделию и образцам из материала изделия, увеличивают плотность тока до возникновения непрерывной акустической эмиссии, определяют на образцах зависимость ресурса и предела прочности изделий от плотности тока, после чего определяют с помощью этих зависимостей и характерной плотности тока для изделия ресурс и характерную прочность изделия, при этом для образцов и для изделий характерную плотность тока определяют по значению плотности тока в момент перехода непрерывной акустической эмиссии в дискретную при уменьшении тока. Технический результат: повышение точности определения ресурса и предела прочности изделия. 2 ил.

Акустоэмиссионный способ контроля электропроводящего изделия, включающий подвод тока через электропроводящую жидкость к изделию и образцам из материала изделия, увеличение плотности тока до возникновения непрерывной акустической эмиссии, определение на образцах зависимости ресурса и предела прочности изделий от плотности тока и определение с помощью этих зависимостей и характерной плотности тока для изделия его ресурса и характерной прочности, отличающийся тем, что и для образцов, и для изделий в качестве характерной плотности тока определяют ее значение в момент перехода непрерывной акустической эмиссии в дискретную при уменьшении тока.