Акустико-эмиссионный способ контроля прочности Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля прочности изделий из хрупких оптически прозрачных материалов: оптической керамики, ситаллов, стекол„

Способы (1 и 2) предусматривающие регистрацию нагрузки и акустической эмиссии (АЭ) при деформации и разгрузке изделия, в отличие от других АЭ способов позволяют количественно оценить прочность изделий с учетом повреждения при контрольном испытании, При использовании подобных способов проще всего проводить разгрузку после каждого сигнала АЭ, при отсутствии АЭ в процессе разгрузки вновь нагружать изделие до очередного сигнала АЭ

и прекращать контрольное испытание при наличии АЭ в процессе разгрузки

Недостаток такого решения - продолжительность испытаний из-за большого количества холостых разгрузок. Для устранения этого недостатка целесообразно ввести операцию по предварительному определению эталонных параметров АЭ в процессе нагружения, при достижении которых может быть АЭ в процессе разгрузки Иногда при достижении этих параметров в процессе разгрузки АЭ может и не быть, например, в том случае, если разгрузка спровоцирована случайной наводкой, но в общем случае введение такой предварительной операции значительно сокраща J

оз ел 1

оэ

,-

317

ет продолжительность контрольных испытаний.

Наиболее близким является способ (3) заключающийся в том, что, регистрируя нагрузку, а также АЭ при нагру жении и разгрузке, предварительно при монотонном нагружении до разрушения выясняют интенсивность стабильной акустической эмиссии, предшествующей катастрофическому разрушению, соотношение нагрузок в момент возникновения этой стабильной АЭ и в момент катастрофического разрушения, а при контрольном испытании изделия разгрузку начинают по достижении интенсивности стабильной A3 и судят о последующей прочности изделия по максимальной нагрузке при контрольном испытании„

Недостаток прототипа состоит в том что повышение нагрузки до возникновения стабильной АЭ приводит к ухудшению качества изделия из-за снижения оптических свойств прозрачных материалов, т.е. к появлению в материале светорассеивающих дефектов от зарождающихся микротрещин.

Цель изобретения - обеспечение качества изделия при контроле за сче сохранения оптических свойств прозрачных изделийс

Цель достигается тем, что изделие нагружают, затем разгружают, при нагружении и разгрузке регистрируют сигналы акустической эмиссии и максимальную нагрузку, нагружение проводят до появления сигналов акустической эмиссии, характеризующихся эталонными параметрами, а о прочности изделия судят по максимальной испытательной нагрузке при условии наличия сигналов акустической эмиссии при разгрузке, предварительно определяют эталонную длительность непрерывной акустической эмиссии по максимальной нагрузке, при которой изделие еще сохраняет опти- ческую кондиционность, характеризующуюся раскрытием трещин в пределах не более 5000 А, а при контроле нагружение производят до появления непрерывной акустической эмиссии с дли- тельностью не менее эталонной. Основой изобретения являются экспериментально установленные факты: 1„ С уве- /чичением нагрузки длительность непрерывной АЭ, вызванной ммкрорастрески- ванием, увеличивается, 2. После раз- грузки микротрещины можно увидеть с помощью оптического микроскопа лишь

5

3576

иj,

, 20 25

ет

ь35и в ® й и 45 у50-551

30

1А

тогда, когда толщина светового клина в ее вершине достигнет длины волны видимого света, т„е„ 5000 А, появление таких трещин сопровождается непрерывной АЭ в течение 3-Ц с0 Зо При наличии в процессе нагружения менее продолжительной непрерывной АЭ (1-3 с) уже наблюдается АЭ при разгрузке и корреляция между нагрузкой, отвечающей ка кой-то длительности непрерывной АЭ, и разрушающей нагрузкой при последующем монотонном нагружении „ Ц Эта корреляция тем теснее, чем длительнее непрерывные сигналы АЭ,

Способ реализуют следующим образом,

Образец материала монотонно нагружают со скоростью, обеспечивающей катастрофическое разрушение через 0-300 .с, и регистрируют на осциллограмме нагрузку, а также интенсивность АЭ N, например, с помощью прибора АФ-15. После того, как длительность непрерывной A3 начинает возрастать с увеличением нагрузки, образец периодически разгружают и проверяют его оптическую кондиционность, например, по ГОСТ 3522-81 или ГОСТ 23136-78. Таким образом регистрируют максимальную длительность Д(с) непрерывной АЭ, при которой еще сохраняется оптическая кондиционность образца, Затем испытывают выборку образцов до возникновения непрерывной АЭ с длительностью Д , разгружают образцы, убеждаются в наличии АЭ при разгрузке, доводят образцы до разрушения и определяют отношение М разрушающей нагрузки и макси1- мальной в предварительном нагружении до возникновения непрерывной АЭ с длительностью U . Если при разгрузке АЭ не наблюдалось, то предварительное нагружение повторяют, регистрируя непрерывную АЭ длительностью Д уже при более высокой нагрузке„ При контроле изделия нагрузку увеличивают до возникновения непрерывной АЭ длительностью Д и наличия АЭ при разгрузке,, Разрушающую нагрузку при последующем нагружении определяют умножением на М максимальной нагрузки при контрольном- испытании,,

Способ реализовали при определении предельной сосредоточенной нагрузки для полусферических оболочек из оптической керамики КО-12 Значение Л , которое оказалось равным 3 с, определяли при изгибе образцов. На этих же t

to

51735761

рбрфзцах получили М 2,2. Для 30 оболочек запрогнозировали разрушающую нагрузку с использованием предложенного способа. После контрольных испыта-| ний ни на одной из оболочек не было зарегистрировано потери оптической однородности (ухудшение категории по наличию микротрещин, пузырей, включений в соответствии с ГОСТ 23136-78, ГОСТ 3522-81). Сопоставив значения запрогнозированных и фактических разрушающих нагрузок-убедились в том, что предложенный способ позволяет без нарушения оптической кондиционности изделий определять, разрушающую нагрузку с точностью 7% (при доверительной вероятности 0,95)

Нагрузка, при которой уже удавалось зарегистрировать появление микро- 20 трещин оптическим путем, превышала на 10-15% нагрузку, инициирующую вспышку АЭ длительностью Д. ,ч

Таким образом, предложенный способ позволяет оценивать для изделия критическую нагрузку по оптическим свойствам и по механической целостности, что чрезвычайно важно для конструкционных оптических материалов.

15

т 25 т н п т

1

4

Формула изобретения Акустико-эмиссионный способ контроля прочности изделий из хрупких ма

изделие нагружают, затем разгружают, при нагружении и разгрузке регистрируют сигналы акустической эмиссии и максимальную нагрузку, нагружение проводят до появления сигналов акустической эмиссии, характеризующихся эталонными параметрами, а о прочности изделия судят по максимальной испытательной нагрузке при условии наличия сигналов акустической эмиссии при разгрузке, отличающийся тем, что, с целью обеспечения качества изделия при контроле за счет сохранения оптических свойств прозрачных изде

лонную длительность непрерывной акустической эмиссии по максимальной нагрузке, -при которой изделие еще сохраняет оптическую кондиционность, харак- теризующуюся раскрытием трещин в пределах не более 5000 А, а при контроле нагружение проводят до появления непрерывной акустической эмиссии с дли тельностью не менее эталонной.

Изобретение предназначено для неразрушающего контроля прочности изделий из хрупких оптических материалов - оптической керамики, ситаллов, стекол Цель способа - обеспечение качества изделий за счет сохранения оптических свойств прозрачных изделий в процессе нагружения при неразрушающем контроле прочности с использованием акустической эмиссии (АЭ)0 Цель достигается установлением корреляции между нагрузкой, при которой достигается эталонная длительность непрерывной АЭ, и нагрузкой, разрушающей изделие Способ позволяет оценивать для изделий критическую нагрузку по оптическим свойствам и по механической целостности. § Л