Акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под напряжением Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к.технике неразрушающего контроля материалов и конструкций методом акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для обнаружения коррозионных субкритических трещин в железобетонных и металлических конструкциях, находящихся в напряженном состояние.

Известен акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под напряжением, заключающийся в том, что принимают сигналы АЭ, возникающие а материале в результате процесса коррозии под напряжением, измеряют параметры принятых сигналов и по параметрам принятых сигналов АЭ относительно тех же параметров эталонного образца, подвергнутого коррозии под напряжением, определяют

наличие субкритических трещин в материале.

Однако известный способ является недостаточно достоверным, так как принимаются сигналы АЭ, вызванные не только коррозией под напряжением, но и пластической деформацией материала, находящегося в напряженном состоянии. Сигналы АЭ, вызванные пластической деформацией, в значительной степени влияют на достоверность обнаружения субкритических трещин, вызванных именно коррозией под напряжением.

Цель изобретения - повышение достоверности определения наличия субкритических трещин.

Поставленная цель достигается тем, что согласно акустико-эмиссионному способу определения наличия субкритических треч

4 N О

щин в материале, вызванных коррозией под напряжением, заключающемуся в том, что принимают сигналы АЭ, возникающие в материале в процессе коррозии под напряжением, измеряют параметры принятых сигналов и по параметрам принятых сигналов АЭ относительно тех же параметров эталонного образца, подвергнутого коррозии под напряжением, определяют наличие суб- гритических трещин в материале, в качестве параметров измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала АЭ, по полученным величинам средних энергий и медианных поинлтых определяют область Разброса и оореляцию средней эмергием ч медаднной частотой принятых сигналов, а наличие о/бн оптических трещин в мачер а Ш определяют по появлению сигналов с величинами средней энергии и медианной час готы, находящимисп в корреляционной связи между собой, область разброса которых находится в пределах области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов АЭ, полученных на образце материала, подверженного ррозии под напряжением.

Область разброса определяют по эллингу рассеяния величин средних энергий и нодианнух частот, корреляцию между величинами средних энергий и медианных ЧРС- ют определяют путем определения углового положения осей эллипса рассеяния величин средних энергий и медианных частот принятых сигналов относительно осей координат средняя энергия - медианная частота, а наличие субкритических трещин определяют по появлению сигналов, у которых эллипс рассеяния средних энергий и медианных частот находится в пределах эллипса рассеяния соответствующих пара- . полученных на образце материала, подверженного коррозии под напряжены- е % а оси ,-М Липса рассеяния не параллели иы леям чоордииат средняя энергия - мед i-энная частота.

На чертеже показаны эллипсы рассеяния величин средних энергий и медианных частот сигнэлое АЭ, вызванных коррозией под напряжением и полученных в материале с начальной стадией коррозионного повреждения (а) и в материале с субкритическими коррозионными трещинами (б).

Сущность акустико-эмиссионного способа определения наличия субкритических коррозионных трещин в материале заключается а следующем.

Источниками АЭ при коррозионном повреждении материала могут быть процессы, сопровождающие анодное растворение, образование и отшелушивание оксидных пленок (накопление продуктов коррозии), пластическая деформация я скачкообразное развитие микротрещин, водородное схрупчивание. В зависимости от вида коррозии преобладает та или иная причина коррозионного повреждения. Так, для электрохимической коррозии следует ориентироваться на образование и отшелушивание оксидных пленок, В процессе коррозии под напряжением объем продукгов коррозии, накопление которых является причиной накопления дефекта азмачи и гоявления сигналов АЭ для других видов оррозии, гпавн /пелько невелик. Поэтому интенсивность , копления повреждений

материала, вызванных коррозией под напряжением, обусловлена скачкообразным развитием микротрещин.

Экспериментальные исследования показали, что скачкообразное развитие микротрещин в -процессе коррозии под напряжением можно в конечном счете оха- оактеризовать длиной f единичного скачка и скоростью V единичных скачков трещины, т,е количеством скачков в единицу време.; HI,, При этом установлено, что тим механическимпараметрамразвитиятпсщинообразования соотвештауют определенные параметры а куст и -о эмиссионных сигналов, измеряеми,-- п процессе

развития трещины. Так, приращениям длины Al единичного скачка трещ тьы соотве ствуют средние энергии nrvii- ITWX r- t лов АЭ, а приращение схоро гп/ -/г1 оь трещины медианным частотам лрпнятых сишзлов АЭ, При этом по принятым ч материале сигналам АЭ можно достоверно идентифицировать процесс коррозии под напряжением, если средние знер(ии и медианные частоты принятых сигналов A3 находятся в

ПРРДЧЛЗХ эллипса рз ,сеяния, ссзтветствую щйго jTony aw логрозми. Однако в реаль- ныл lA nfend иях материалов конструкции рзжн з знать, полв - л сь лк в результате тю- цесг коррозии опасные cyoKps TM4ecKf e

трещини в .материале или процесс накопления корроз ои ых микротрещин пока находится на стгдии.

В резуль )ате анэлиза эксперммингаль- ных данны становлечо, чю при по соен-ли

опасных субкритических трещ(. вознм ает .орреляция межд/ приращением юости Д V скачков микротоещин и при , нием длпны А скачка ..гкротр О - ны, т« появ- . s- ся корреп он /ли с не ы

чинами средней энергии АЭ и медианной частоты принятых сигналов. Физический смысл этого заключается в том, что при коррозии под напряжением на стадии подрастания субкритических трещин по мере их продвижения в глубь материала происходит перераспределение напряжений, вызывающее значительное увеличение приращения длины скачка микротрещины и скорости скачков микротрещин, что является причиной увеличения коэффициента корреляции между величинами А I и А V. а значит, и между величинами ЕСр и fm сигналов АЭ, Увеличение коэффициента корреляции между средней энергией Е Ср и медианной частотой fm выражается в том, что большая и малая оси эллипса рассеяния этих параметров становятся непараллельными осям координат ЕСр и fm.

Таким образом, появляется возможность по этому признаку идентифицировать появление опасных субкритических трещин, вызванных коррозией под напряжением в материале.

Акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических коррозионных трещин в материале осуществляют следующим образом.

С помощью стандартно аю/стико- эмиссионной аппаратуры е м териьле конструкции, находящейся под напряжением, принимают сигнал.. Да, обусловленные процессом коррозии под напряжением, измеряют среднюю энергию ЕСр спектральной плотности и медианную частоту fm каждого принятого сигнала АЭ. В общем случае для достижения цели определяют область разброса полученных величин в пространстве признаков средняя энергия - медианная ча- стотй. ЈC(.H облас;ъ раскоса измеренных величин находится в пределах области разброса этих параметров доя сигналов АЭ, полученных на образцах материла, подверженного коррозии под напряжением, то делают вывод о том, что в испытуемом материале идет накопление коррозионных повреждений, вызванных коррозией под напряжен ем. Однако для того, чтобы опре- гег -1ть наличие субкритических коррозион- кь х трещин, необходимо определить, находятся ли измеренные величины средней энергии и медианной ЧЙСНУГЫ в корреляционной связи. Для этого можно определить, например, коэффициент ТЕ , f корреляции по формуле

ТР (ЕСР - ГПЕ) (4 - mt)m

ofe -or ()

5

0

5

0

+

где ГПЕ и rrtf - математические ожиданий соответственно величин средних энергий Еср и медианных частот fm;

ОЕ и of -дисперсии соответственно величин средних энергий Еср и медианных частот fm.

Если корреляционная связь имеется (т.е. коэффициент корреляции не равен нулю), то это означает, что в материале возник0 ли субкритические трещины, вызванные коррозией под напряжением. Если связь отсутствует (коэффициент корреляции равен нулю), то в материале идет процесс накопления неопасных коррозионных поврежде5 кий.

Удобно проводить анализ области разброса и корреляции измеренных величин средних энергий и медианных частот на ос- 0 нове их эллипса рассеяния.

Эллипс рассеяния в пространстве при- знаков средняя энергия - медианная частота описывается следующим уравнением:

(ЕсР - гпЕ)2 2 ГЕ ,f (El:p - ШЕ) (fm - тр ОЕ°

+ (

0

С помощью уравнения (2) строят эллипс рассеяния указанных параметров принр тых сигналов АЭ в прямоугольных координатах средняя 31 оргия - медианная частота. Г i пи

построенный эллипс рассеяния (его размеры и местоположение относительно осей координат) соотве. ствует эталонному эллипсу , достроенному при ислытапиь на ...uc-x материалов з прис лт.таии цесса ксррозмЕч под напряжением, то ют вывод о том, что в испытуемом материале однозначно происходит процесс коррозии под напряжением с накоплением небольших повреждений. Для того, чтобы оценить степень опасности процесса коррозии, определяют угловое положение осей эллипса рассеяния относительно осей координат. Есль г. ос/т-о У но го эллипса рассеяния параллельны ос(л координат, то это означает, что s мгтериале происходит пока неипас- ное накопление коррозионных повреждений. Если оси эллипса рассеяния не параллельны осям координат, то в материале уже возникли опасные субкритические трещины, вызванные коррозией под напряжением, причем при угле наклона осей, близком к 45 относительно осей координат, размер докритических трещин становится особенно опасным.

Формула изобретения 1, Акустико-эмиссионный способ определения наличия субкритических трещин в материале, вызванных коррозией под на- пряжением, заключающийся в том, что принимают сигналы акустической эмиссии, возникающие в материале в процессе коррозии под напряжением, измеряют параметры принимаемых сигналов и по параметрам принятых сигналов акустической эмиссии относительно тех же параметров эталонного образца, подвергнутого коррозии под напряжением, определяют наличие субкритических трещин в мате- риале, отличающийся тем. что, с целью повышения достоверности, в качестве параметров измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала акустической эмиссии, по полученным величинам средних энергий медианных частот принятых сигналов определяют область разброса и корреляцию между средней энергией и медианной час- тотой принятых сигналов, а наличие субкритических трещин в материале определяют по появлению сигналов с величинами средней энергии и медианной частоты, находящимися в корреляционной связи между собой, область разброса которых находится в пределах области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов акустической эмиссии, полученных на эталонном образце.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что область разброса определяют по эллипсу рассеяния величин средних энергий и медианных частот, корреляцию между величинами средних энергий и медианных частот определяют путем определения углового положения осей эллипса рассеяния величин средних энергий и медианных частот принятых сигналов относительно осей координат средняя энергия - медианная частота, наличие субкритических трещин определяют по появлению сигналов, у которых эллипс рассеяния средних энергий и медианные частот находится в пределах эллипса рассеяния соответствующих параметров, полученных на образце материала, подвергнутого коррозии под напряжением, а оси эллипса рассеяния не параллельны осям координат средняя энергия - медианная частота.

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и конструкций методом акустической эмиссии (АЭ). Цель изобретения - повышение достоверности определения наличия субкритических трещин. В материале, подверженном коррозии под напряжением, принимают сигналы АЭ, измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и ме- дианную частоту каждого принятого сигнала АЭ. По полученным величинам определяют область разброса и корреляцию между средней энергией и медианной частотой принятых сигналов, и по появлению сигналов АЭ с величинами средних энергий и медианных частот, находящимися в корреляционной связи между собой, область разброса которых находится в пределах области разброса этих величин, соответствующего коррозии под напряжением, определяют наличие субкритичесих трещин, вызванных коррозией под напряжением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л