10.3. Оценка результатов аэ контроля

После обработки принятых сигналов результаты контроля пред­ставляют в виде идентифицированных (с целью исключения ложных дефектов) и классифицированных источников АЭ. Классификацию выполняют, используя следующие основные параметры АЭ сигналов:

• суммарный счет акустической эмиссии - число зарегистриро­ванных импульсов АЭ выше установленного уровня дискриминации (порога) за интервал времени наблюдения;

• активность акустической эмиссии - число зарегистрирован­ных импульсов АЭ за единицу времени;

• скорость счета акустической эмиссии - отношение суммарно­го счета акустической эмиссии к интервалу времени наблюдения;

• энергия акустической эмиссии - энергия, выделяемая источ­ником АЭ и переносимая волнами, возникающими в материале;

• амплитуда сигналов акустической эмиссии, длительность им­пульса, время нарастания события АЭ.

Суммарный счет и активность АЭ во время пластической дефор­мации пропорциональны объему деформированного материала. Ам­плитуда сигналов и энергии АЭ при развитии трещины прямо про­порциональна скорости ее роста и максимальным напряжениям в данной зоне.

При классификации источников АЭ учитывают также их концен­трацию, параметры нагружения контролируемого объекта и время.

Выявленные и идентифицированные источники АЭ в соответст­вии с ПБ 03-593-03 «Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологиче­ских трубопроводов» рекомендуется разделять на четыре класса:

• первый - пассивный источник, регистрируемый для анализа динамики его развития;

• второй - активный источник, требующий дополнительного контроля с использованием других методов;

• третий - критически активный источник, требующий контро­ля за развитием ситуации и принятия мер по подготовке возможного сброса нагрузки;

• четвертый - катастрофически активный источник, требующий немедленного уменьшения нагрузки до нуля либо до величины, при которой активностьисточника снижается до уровня второго или третьего класса.

Учитывая большое число параметров, характеризующих АЭ, от­несение источников к соответствующему классу осуществляется с помощью ряда критериев, учитывающих набор параметров. Выбор критериев осуществляется по ПБ 03-593-03 в зависимости от меха­нических и акустико-эмиссионных свойств материалов контроли­руемых объектов. К числу критериев относятся следующие:

• амплитудный, основанный на регистрации амплитуд импуль­сов (не менее трех от одного источника) и их сравнении с величиной превышения порога (А_i), которая соответствует росту трещины в ма­териале. Определение А_i, требует исследования материала на образцах в предварительных экспериментах;

• интегральный, основанный на сравнении оценки активности источников АЭ с относительной силой этих источников J_к в каж­дом интервале регистрации. При этом для определения J_к требуется установить в предварительных исследованиях значение коэффици­ента w

• локально-динамический, использующий изменение числа АЭ локационных событий на ступенях выдержки давления и динамику изменения энергии или квадрата амплитуды лоцированного события с ростом нагруженности объекта. Этот критерий используется для оценки состояния объектов, структура и свойства материала которых точно не известны. Данное обстоятельство делает этот критерий практически значимым, особенно при диагностике в полевых усло­виях;

• интегрально-динамический, производящий классификацию источника АЭ в зависимости от его типа и ранга. Тип источника оп­ределяют по динамике энерговыделения, исходя из амплитуды АЭ сигналов на интервале наблюдения. Ранг источника устанавливают путем расчета его коэффициента концентрации С и суммарной энер­гии Е. Для расчета коэффициента концентрации необходимо определить R- средний радиус источника АЭ. Вместе с тем величина R акустико-эмиссионными приборами не определяется, что препятст­вует применению данного критерия на практике;

• критерии кода АSМЕ, предназначенные для зонной локации и требующиезнания допустимых значений параметров АЭ, что пред­полагает предварительное изучение свойств контролируемых мате­риалов и учет объекта контроля как акустического канала.

• Технология МONРАС предусматривает классификацию источ­ников АЭ в соответствии со значением «Силовой индекс» и «Исто­рический индекс». Класс определяют по планарной диаграмме в за­висимости от значения этих индексов. Данная классификация ис­пользуется в технологии МONРАС с применением аппаратуры фирмы РАС-(Рhysiса1 Аcoustics Соrporation).

По критериям непрерывной АЭ, контролируемой обычно при течеискании, ситуация классифицируется следующим образом:

• класс 1 - отсутствие непрерывной АЭ;

• класс 4 - регистрация непрерывной АЭ.

Для возникновения эффекта АЭ необходимо высвобождение энергии. Закономерности излучения АЭ материала, вызываемые ди­намической локальной перестройкой его структуры, включая как пластическое деформирование, так и образование и рост трещин, исследуют при механическом растяжении соответствующих об­разцов.

Как правило, АЭ при пластической деформации является эмис­сией непрерывного типа, имеющей вид непрерывного радиосигнала, сходного с шумовым. Для характеристики процесса АЭ часто используется значение акустической эмиссии U — параметр, учиты­вающий как количество импу -

Рис. 10.3. Зависимость эффективного значкения АЭ(U) при растяжении гладких образцов, совмещенная с с диаграммой напряжения (σ) – деформации(ε)

льсов, так и их амплитуду, пропорцио­нальный произведению активности или скорости счета на среднее значение амплитуды сигналов за единицу времени. Для большинства металлов при их пластическом деформировании максимум активно­сти, скорости счета и эффективного значения АЭ совпадает с преде­лом текучести.

На рис. 10.3 приведена зависимость эффективного значения АЭ (U) при растяжении гладких образцов, совмещенная с диаграммой напряжения ()-деформации () [2]. Зависимость 1 соответствует железу-армко и малоуглеродистой стали (с содержанием углерода до 0,015 %) и представляет собой непрерывную АЭ с максимумом в зоне зуба (площадки) текучести. Зависимость 2 характерна для кон­струкционной углеродистой стали, содержащей карбиды, и кроме непрерывной АЭ включает раздельные импульсы большой амплиту­ды, связанные с разрушением цементитовых пластинок в перлите стали.

Максимум активности АЭ в зоне зуба и площадки текучести объ­ясняется массовым образованием и перемещением дефектов (дисло­каций) кристаллической решетки при переходе к пластической де­формации и накоплении необратимых изменений структуры. Затем активность снижается из-за того, что движение вновь образующихся дислокаций ограничивается уже существующими. При повторном нагружении проявляется эффект «необратимости», называемый эф­фектом Кайзера. Он заключается в том, что при повторном нагруже­нии через малый промежуток времени на фиксированном уровне чувствительности аппаратуры АЭ не регистрируется до тех пор, пока не будет превышен достигнутый перед этим уровень нагрузки. На са­мом деле сигналы АЭ возникают с самого начала нагружения, но их Величина настолько мала, что находится ниже уровня чувствитель­ности аппаратуры. Вместе с тем при повторном нагружении спустя Длительное время АЭ регистрируется на уровне нагрузки, меньшем, Чем предварительно достигнутый. Этот эффект, называемый эффек­том Феличиты, объясняется обратным движением дислокаций при снятии нагрузки.

Наибольшую опасность представляют трешиноподобные дефекты, развитие которых в большинстве случаев приводит к авариям и разру­шениям конструкции. Образование и рост трещины происходят скач­кообразно и сопровождаются различными раздельными импульсами соответствующей амплитуды. В материалах как с естественными тре­щинами, так и с искусственными надрезами происходит концентра­ция напряжений в вершине дефекта при нагружении объекта рабочи­ми или испытательными нагрузками. При достижении локальным на­пряжением предела текучести материала образуется зона пластической деформации. Объем этой зоны пропорционален уровню напряжений, которые характеризуются коэффициентом интенсивности этих напря­жений К. Когда локальные напряжения превышают предел прочности, происходит микроразрыв — скачкообразное приращение длины де­фекта, сопровождающееся импульсом АЭ. Число импульсов N растет с увеличением К. Зависимость суммарной АЭ Nот коэффициента ин­тенсивности напряжений К имеет вид

N=cK^m

где с — коэффициент условий испытаний; т — параметр, связанный со свойствами материалов и скоростью развития разрушения (тре­щины).

Амплитуда сигналов АЭ при росте трещины может достигать 85 дБ и более. Для пластической деформации амплитуда сигналов АЭ обычно не превышает 40...50 дБ. Таким образом, различие ам­плитуд АЭ является одним из основных признаков отличия пласти­ческой деформации от роста трещины.

Результаты АЭ контроля представляют в виде перечня зарегист­рированных источников АЭ, отнесенных к тому или иному классу с помощью принятого критерия. Местонахождение источника указы­вают на развертке поверхности контролируемого объекта (рис. 10.4). Оценку состояния контролируемого объекта в свою очередь прово­дят по наличию в нем источников АЭ того или иного класса.

При положительной оценке технического состояния объекта по результатам АЭ контроля или отсутствии зарегистрированных источ­ников АЭ применение дополнительных видов контроля не требуется. При обнаружении источников АЭ второго, третьего классов исполь­зуют дополнительные виды неразрушающего контроля с целью оценки допустимости выявленных источников АЭ.