Акустоэмиссионный способ определения границ стадий усталостного разрушения изделий Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть испояьзовано дли оценки стадий усталостного разрушения в объектах различного технического на- значения в процессе их циклического нагружения по сигналам акустической эмиссии (АЭ).

Известен способ контроля стадий разрушения конструкций с использованием регистрации параметров АЭ, заключающийся в том, что для равных интервалов времени определяют мощность и количество сигналов АЭ, определяют плотность распределения сигналов по уровням мощности и по изменению закона распределения судят о стадиях разрушения конструкции.

Известен также способ контроля стадий разрушения изделия итра ниц между ними, заключающийся в том, что в течение нескольких последовательных интервалов времени измеряют энергию и среднюю спектральную плотность сигналов АЭ, определяют функцию когерентности между сигналами, -зарегистрированными в течение

двух соседних временных интервалов, а границы между стадиями разрушения определяют по зависимости энергии от частот максимумов функции когерентности.

Недостатком известных способов является невозможность выявления стадий усталостного разрушения, обусловленных иной природой процессов, протекающих в материале.

Наиболее близким по технической сущности к изрбретению является способ определения границ стадий усталостного разрушения по сигналам АЭ, заключающийся Ё том, что регистрируют сигналы АЭ в процессе циклического нагружения изделия, получают зависимость интенсивности АЭ от числа циклов, по которой судят о границах стадий разрушения.

Недостатком известного способа является невысокая точность и достоверность контроля стадий усталостного разрушения, обусловленные отсутствием частотного анализа сигналов АЭ, в то время как деформации разных объемов и структур изделия в процессе усталости вызывают активность параметров АЭ в различных диапазонах частот.

Целью изобретения является повышение точности определения границ стадий усталостного разрушения изделий

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения границ стадий усталостного разрушения по сигналам АЭ, заключающемуся в том, что принимают сигналы АЭ в процессе циклического нагружения изделия, регистрируют зависимость интенсивности АЭ от числа циклов, регистрируют указанную зависимость в трех различных диапазонах частот до 500 кГц, 500 - 1000 кГц, свыше 1 МГц и по периодам между пиками ее определяют стадии усталостного разрушения изделий.

На фиг.1 представлена зависимость интенсивности АЭ от числа циклов нагружения при испытании изделий на многоцикловую усталость с регистрацией сигналов АЭ s трех диапазонах частот: сплошная линия соответствует частотному диапазону 200 - 500 кГц, штриховая - диапазону 500 - 1000 кГц, штрихпунктирная - диапазону 1 - 2 МГц; на фиг.2 - схема определения стадий разрушения в процессе циклического нагружения деталей, на которой показаны пики интенсивности АЭ в разных диапазонах частот. Первая стадия разрушения заключается между началом циклического нагружения и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот дб 500 кГц - соответствует инкубационному периоду и заканчивается зарождением cyfb

микроскопических трещин. Вторая стадия - заключается между первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот 500 - 1000 кГц - соответствует периоду развития субмикроскопических трещин до микроскопических размеров. Окончание этого периода усталости связано с накоплением в материале необратимой

0 повреждаемости. Третья стадия заключается между первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот 500 1000 кГц и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот свыше 1 МГц - соответствует периоду

5 развития микротрещин до макротрещин критического размера.

Способ определения границ стадий усталостного разрушения изделий реализуют следующим образом.

0 На поверхность контролируемого изделия устанавливаются пьезоэлектрические широкополосные преобразователи, соединенные с акустико-эмиссионной аппаратурой. Регистрируется интенсивность сигналов АЭ

5 в процессе циклического нагружения исследуемого объекта в трех диапазонах частот: до 500 кГц, 500 - 1000 кГц, свыше 1 МГц. Сначала регистрируются сигналы АЭ в первом диапазоне частот до 500 кГц до

0 появления первого пика интенсивности АЭ. Затем регистрируются сигналы АЭ во втором диапазоне частот 500 - 1000 кГц также до появления пика параметров, после чего прием сигналов АЭ производится в

5 третьем высокочастотном диапазоне свыше 1 МГц, где также регистрируется момент появления пика интенсивности АЭ. Периоды между зафиксированными моментами появления пиков интенсивности АЭ соот0 ветствуют различным стадиям разрушения материала. Период между началом циклического нагружения изделия и первым пиком интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц соответствует стадии накопления

5 искажений кристаллической решетки, Изменения дислокационной структуры металла и его физико-механических свойств в течение инкубационного периода усталостного процесса сопровождаются неста0 бильной активностью АЭ с низкими значениями интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц, В более высокочастотных диапазонах АЭ отсутствует. Значительное увеличение интенсивности

5 АЭ к концу первой стадии свидетельствует о зарождении первых поверхностных субмикроскопических трещин и начале второй стадии разрушения - периоде зарождения и развития субмикроскопических трещин до микроскопических размеров В этом периоде усталости происходит слияние отдельных субмикротрещин в микротрещины, не превышающие размеры зерна, что сопровождается незначительным изменением физико-механических интегральных свойств материала. Последующее циклиро- вание на этой стадии практически не сказывается на развитии зарождающихся микротрещин, что обуславливает уменьше- ние интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц. В более высокочастотных диапазонах счет АЭ по-прежнему отсутствует. К концу второй стадии усталостного разрушения материал подготовлен к началу распро- странения магистральной усталостной трещины. Появление сигналов с частотой 500-1000 кГц и рост интенсивности АЭ в этом частотном диапазоне соответствует началу третьей стадии разрушения, свя- занной с переходом микротрещины через границу зерна и ее распространением в плоскости, перпендикулярной направлению приложенной нагрузки в условиях реа- лизации плоскодеформированного напряженного состояния у вершины трещины.

На этой стадии происходит прогрессивное снижение прочности и пластичности материала. Некоторое снижение интенсив- ности АЭ связано со сменой напряженного состояния и изменением характера пластически деформированной зоны впереди трещины. Третья стадия разрушения заканчивается с появлением высокочастотных

сигналов АЭ свыше 1 МГц, что свидетельствует о наличии в материале макротрещины критического размера. Резкое увеличение интенсивности АЭ в диапазоне частот свыше 1 МГц связано с нестабильным ростом усталостной трещины

Таким образом, данный способ позволяет с высокой степенью точности фиксировать моменты смены механизмов разрушения при циклическом нагружении материала и отграничивать соответствующие стадии усталостного разрушения изделий за счет регистрации интенсивности АЭ в различных частотных диапазонах.

Формула изобретения Акустоэмиссионный способ определения границ стадий усталостного разрушения изделий, заключающийся в том, что циклически нагружают изделие, принимают сигналы акустической эмиссии и регистрируют зависимость интенсивности акустической эмиссии от числа циклов нагружения, по которой определяют границы стадий усталостного разрушения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, регистрацию зависимости интенсивности акустической эмиссии от числа циклов нагружения осуществляют раздельно в диапазонах частот не менее 500 кГц, 500-1000 кГц и свыше 1000 кГц, а за границы стадий разрушения принимают числа циклов нагружения, соответствующие первым пиковым значениям полученных зависимостей.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки стадий усталостного разрушения в обьектах различного технического назначения в процессе их циклического нагружения по сигналам акустической эмиссии (АЭ). Целью изобретения является повышение точности контроля границ стадий усталостного разрушения изделия за счет установления связи стадий усталостного разрушения со скачками интенсивности эмиссии в различны частотных диапазонах, Определяют скачки интенсивности АЭ в процессе циклического нагружения в трех диапазонах частот: до 500 кГц, 500- 1000 кГц, свыше 1 МГц. Периоды между зафиксированными пиками интенсивности АЭ в каждом частотном диапазоне соответствуют различным стадиям усталостного разрушения. От начала нагружения до появл$ния первого пика интенсивности АЭ в диапазоне до 500 кГц - инкубационный период, от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц до пика в диапазоне 500-1000 кГц - стадия разрыхления материала, от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот 500-1000 кГц до пика в диапазоне свыше 1 МГц - стадия образования макротрещин критического размера, 2 ил. i л ч Ј

0,20,40,60,8

Относительная долговечность (Л/ и/мав / Мр ) Фиг. 1

W

до 0,5 МГц 0,5-1,0 МГц с&ыше 1,ОПГц

Число циклов яагружения Фиг. 2

П

т