Способ акустико-эмиссионного контроля трещинообразования в изделии Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и испытаниям материалов и может быть использовано для обнаружения развивающихся трещин в некоторых материалах и изделиях, в частности в керамических изделий, в электротехнических фарфоровых изоляторах.

Известны способы неразрушающего контроля качества, заключающиеся в механическом нагружении изделия, регистрации возникающих при этом импульсов акустической эмиссии (АЭ), анализе их параметров и принятии решения о качестве изделия на основе этого анализа.

Однако для многих материалов, например керамических, имеющих значительный разброс параметров АЭ от изделия к изделию, эти способы.не обеспечивают высокой достоверности контроля.

Известен также способ контроля механической прочности изолятора высокого напряжения из электротехнического фарфора. Внутренние механические напряжения в изоляторе создаются за счет его резкого охлаждения жидким азотом. При наличии микротрещин изолятор генерирует интенсивную акустическую эмиссию.

Однако создаваемое при таком способе нагружения поле внутренних механических

х|

К) 00

VJ

00

о

напряжений существенно отличается от поля напряжений, возникающих в реальных условиях эксплуатации изоляторов, где они подвергаются в основном изгибным нагрузкам. Поэтому могут развиваться и генериро- вать АЭ те микротрещины, которые в реальных условиях не растут и не являются опасными, т.е. не могут привести к разрушению изделия. В то же время трещины, которые при изгибном нагружении развивались бы, при термическом воздействии могут не расти, при этом не будет и генерации АЭ. Поэтому этот способ не может обеспечить достоверности контроля.

Наиболее близким к изобретению явля- ется способ контроля наличия трещин в керамических материалах, основанный на известном эффекте Кайзера, который заключается в невоспроизводимости акустической эмиссии при повторном нагружении. По этому способу изделие нагружается дважды линейно-возрастающим усилием до определенного значения испытательной нагрузки, причем одновременно регистрируется активность АЭ. Затем сравниваются активности при одинаковых нагрузках первого и второго циклов. Если активность АЭ в первом цикле существенно выше активности второго цикла, в изделии отсутствуют растущие при данных величинах нагрузок трещины. В противном случае, когда активность АЭ во втором цикле близка к активности первого цикла, делают заключение о наличии развивающейся трещины.

Однако при применении известного способа контроля требуется производить сравнение активностей АЭ первого и второго циклов при одинаковых значениях нагрузки и одинаковых скоростях ее нарастания. Это вызывает необходимость использования достаточно сложного нагружающего устройства, обеспечивающего линейное возрастание нагрузки и ее непрерывную регистрацию параллельно с регистрацией активности АЭ. Кроме того, заключение о качестве изделия выносится на основании сравнительного анализа зависимостей активности АЭ от нагрузки для двух циклов, что требует определенной квалификации персонала. Выполнение пере- численных требований затруднительно, что приводит к погрешностям измерений и низкой достоверности контроля.

Целью изобретения является повышение достоверности и снижение трудоемко- сти контроля.

Поставленная цель достигается тем, что нагружение в каждом цикле осуществляют увеличением усилия до 50-70% от минимальной разрушающей нагрузки, после чего

выдерживают его постоянным 5-10 с, в течение которых измеряют активность акустической эмиссии.

Предлагаемый способ предназначен, например, для контроля трещинообразова- ния в опорных изоляторах разъединителей, смонтированных на подстанциях высокого напряжения. При этом он должен обеспечивать высокую достоверность, снижая при этом трудоемкость контроля. Решение этой задачи с помощью известных способов не обеспечивается достаточно полно. При использовании известного способа величины активности АЭ в первом и втором циклах нагружения при одинаковых значениях нагрузки существенно зависят от скоростей возрастания нагрузки в эти моменты. Поэтому достоверность контроля снижается из-за возможной нелинейности нагружения и различия скоростей возрастания нагрузки в первом и втором циклах. Кроме того, на измеренную величину активности АЭ могут оказать влияние акустические помехи, возникающие в процессе нагружения из-за нагружающего устройства. Отсутствие воздействия перечисленных факторов при замере активности АЭ при постоянной нагрузке за определенный период времени обуславливает более высокую достоверность контроля.

Кроме того, снижается трудоемкость, так как отпадает необходимость в использовании сложного испытательного оборудова- ния, обеспечивающего линейное возрастание нагрузки.

На фиг. 1 изображены временные зависимости приложенной к изделию нагрузки Р

и активности акустической, эмиссии для

доброкачественного изделия; на фиг. 2 - то же, для изделия с развивающейся трещиной.

Контроль изделий предлагаемым способом производится следующим образом. Из- делие нагружается механически (не обязательно линейно-возрастающим усилием) до испытательной нагрузки РИСП, величина которой выбирается заранее. Она может быть выбрана согласно соответствующему стандарту на механические испытания данных изделий, или же с некоторым запасом превышающей величину максимальной нагрузки, испытываемой изделием в эксплуатации. Например, для изоляторов из электротехнического фарфора РИсп может составлять 50-70% от минимальной разрушающей нагрузки для данного типа изоляторов.

По достижении нагрузки РИсп изделие выдерживает при постоянной нагрузке в течение периода времени Т 5-10 с. Регистрируют величину активности 2) После этого нагрузку снимают. Затем проводят второй цикл нагружения. При испытательной нагрузке РИсп изделие выдерживают в течение того же периода времени Т, при этом

регистрируют величину активности 2 Затем по соотношению 2 и 2 выносят

суждение о наличии в изделии развивающихся трещин, на основании.следующего

критерия. Если rrj К. то принимается

решение, что изделие доброкачественно (фиг. 1), в противном случае (фиг. 2) в нем происходит развитие трещины. Величина К определяется заранее по результатам испытаний партии аналогичных изделий. В основе данного критерия лежит эффект Кайзера, который отсутствует в случае наличия в изделии развивающейся трещины, т.е. при повторном нагружении генерируется АЭ. Однако в керамике, помимо АЭ от трещины, существует также АЭ от неопасного микро- растрескивания, активность которого уменьшается со временем по степенной зависимости (при постоянной нагрузке). Поэтому в доброкачественном изделии, где существует АЭ только от микрорастрескивания, активность ее после второго цикла нагружения на порядок и более меньше активности первого цикла. Если при постоянной испытательной нагрузке в изделии развивается трещина, активность АЭ оттре- щины пропорциональна скорости ее роста и не уменьшается со временем. Тогда суммарная АЭ от микрорастрескивания и развивающейся трещины может быть близка к АЭ после первого цикла (фиг. 2).

Высоковольтные трехполюсные разъединители испытывались с помощью специального устройства, которое обеспечивало изгибное нагружение одновременно двух изоляторов полюса. Усилие измерялось пружинным динамометром типа ДПУ. Акустические преобразователи устанавливались на изоляторах и с помощью кабелей соединялись с двухканальным регистратором акустической эмиссии типа ПАК-3. В качестве примера в таблице приведены данные, полученные во время испытаний изоляторов одного из разъединителей. Минимальная разрушающая изгибная нагрузка

данного типа изоляторов по стандарту равна 400 кГ. Поэтому согласно циркуляру на механические испытания изоляторов испытательная нагрузка равна 60% от разруша- ющей, т.е. 240 кГ. Период Т регистрации сигналов АЭ при постоянной испытательной нагрузке равен 10 с. Коэффициент К выбран равным 10.

В таблице приведены значения актив

т

ности АЭ 2, за период замера Т после первого и 2 после второго циклов нагружения.

/ Поскольку для второго изолятора

близко к 2) . сделан вывод о наличии в нем

растущей трещины. Для проверки достоверности принятого решения он нагружен изгибающим усилием до излома, наступившего при усилии 280 кГ (вместо 400 кГ по номиналу). Таким o6pa30Mt этот изолятор оказался дефектным, что и показал примененный метод.

Предлагаемый способ по сравнению с известными повышает достоверность контроля трещинообразования в материалах и изделиях за счет измерения активности АЭ

при постоянном значении испытательной нагрузки после первого и второго циклов нагружения и сравнения величин активности АЭ, снижает трудозатраты, так как отпадает необходимость в -использовании

сложного испытательного оборудования и упрощается методика испытаний. Кроме того, значительно упрощается анализ результатов измерений, так как по известному способу необходимо рассмотреть соотношение зависимостей активности АЭ от нагрузки для обоих циклов, а по предлагаемому способу - сравнить величины активности АЭ после первого и второго циклов.

Формула изобретения

Способ акустико-эмис сионного контроля трещинообразования в изделии, заключающийся в том, что дважды нагружают изделие с возрастающим механическим усилием, измеряют активность акустической эмиссии и по результату сравнения измерений в первом и втором циклах

нагружения судят о трещинообразовании, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и снижения трудоемкости при контроле фарфоровых изде- лий, нагружение в каждом цикле осуществляют увеличением усилия до 5070% от минимальной разрушающей нагруз- ным 5-10 с, в течение которых измеряют ки, после чего выдерживают его постоян- активность акустической эмиссии.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и испытаниям материалов и может быть использовано для обнаружения развивающихся трещин в некоторых материалах и изделиях, в частности керамических, а также в электрических фарфоровых изоляторах. Целью изобретения является повышение достоверности и снижение трудоемкости при контроле фарфоровых изделий. Проводят два цикла механического нагружения изделия до заранее выбранного значения испытательной нагрузки, выдерживают его постоянным в течение 5-10 с. Определяют величину активности акустической эмиссии за этот интервал времени и по соотношению величин активности судят 6 наличии в изделии развивающихся трещин. 2 ил., 1 табл. (Л С

МГ:

Рцс/п

Тцикл

Дцикл

Фиа.1