Диагностика осевых компрессоров

курсовая работа

1.2 Метод акустической эмиссии (АЭ)

Совмещение метода акустической эмиссии хрупких тензочувствительных покрытий позволяет эффективно проводить диагностику повреждений конструкции. При росте трещины или любого дефекта, т.е. при увеличении их размеров, выделяется энергия в виде волн напряжения или акустической эмиссии. Даже если дефект является микроскопическим, под действием локального напряжения или деформации он генерирует волны напряжения.

Рисунок 7 - Основные принципы акустической эмиссии

При использовании метода АЭ появляется возможность исследования процессов в реальном времени, т.е. можно наблюдать и изучать динамику протекания разнообразных физических и химических процессов, детально изучать в реальном времени процессы деформации, перестройки структуры, образования и роста дефектов, разрушения конструкций, химических реакций и т.д.

Метод АЭ обладает весьма высокой чувствительностью к возникающим и растущим дефектам. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по расчетным оценкам составляет порядка 1.10-6 мм2, что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм. В стендовых условиях испытаний метод АЭ позволяет выявить приращение трещины порядка долей миллиметра, чего не может сделать ни один из традиционных методов НК, а в производственных условиях выявляет приращение трещины на десятые доли миллиметра.

Характерной особенностью метода АЭ является его интегральность. Она заключается в том, что, используя один или несколько преобразователей АЭ, установленных неподвижно на поверхности объекта, можно проконтролировать весь объект.

Метод АЭ имеет меньше ограничений (связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов), чем другие методы неразрушающего контроля. Например, неоднородность материала, сложность конструкции оказывают большое влияние на использование и показания радиографического и ультразвукового методов, тогда как для метода АЭ данные свойства материала не имеют существенного значения. Поэтому метод имеет более широкий диапазон применений (по материалам и конструкциям объектов).

Элементарным источником АЭ является разрыв атомной связи. Разрыв носит скачкообразный характер, он сопровождается релаксацией других атомных связей и излучением импульса упругих колебаний от места разрыва. При пластической деформации, являющейся процессом массового образования и движения дислокаций, генерируется акустический сигнал, который обнаруживается достаточно хорошо и может быть детально исследован приборами АЭ.

Как при пластической деформации, так и при образовании и росте трещин, которые являются импульсными процессами, основным элементом сигнала АЭ является единичный импульс. Форма единичного импульса АЭ и ее изменение по мере распространения в объекте приведены на рис.8 и рис. 9.

а

б

Рисунок 8 - Схема перемещения точек среды (а) в результате скачка трещины на а: т.1- на поверхности трещины в начальный момент, т.1`- положение т.1 после скачка, т.2 - среды в переходной зоне, т.3 - на поверхности вдали от источника; изменение формы импульса АЭ (б) по мере распространения волны в объекте: 1- вблизи источника АЭ, 2- в переходной зоне, 3- в дальней зоне

Рисунок 9 - Единичный импульс АЭ на экране осциллографа с указанием основных параметров: максимального значения (амплитуды) - um, длительности подъема (длительности переднего фронта) - tф, длительности спада - tс, длительности импульса - tи, периода основных колебаний - Т0

После прохождения акустико-электронного канала, включающего Источник АЭ > Контролируемый объект > Преобразователь АЭ > Система АЭ импульс АЭ представленный на рис.7,б (3) трансформируется в импульс представленный на рис.8.

Единичный импульс несет информацию об однократном действии источника АЭ. Процесс деградации твердого тела является, сложным процессом (многостадийным и полимасштабным), порождающим сигнал АЭ в виде многомерного стохастического, в общем случае нестационарного импульсного процесса, который должен характеризоваться многомерной функцией распределения. Для систематизации подходов необходимо ввести систему первичных параметров процесса, которые используются в производственной практике.

Рисунок 10 - Форма единичного импульса АЭ на выходе преобразователя АЭ

Примеры зависимости параметров АЭ от параметров нагружения приведены на рис.11 - рис.12.

Рисунок 11 - Зависимость скорости счета АЭ (С) и механического напряжения () от деформации () при растяжении гладких образцов из алюминиевого сплава 7075-Е6 (а) и стали 3 (б)

Рисунок 12 - Зависимости эффективного значения АЭ u и механического напряжения у от деформации е при растяжении гладких образцов из алюминия (а) и кадмия (б)

Рисунок 13 - Зависимости среднеквадратического значения АЭ ы и механического напряжения у от удлинения Дl при растяжении гладких образцов из стали 10ГН2МФА (а)и стали 10 (б)

На рис.18. отмечены вертикальными линиями этапы нагружения и зависимостей параметров АЭ при упругой и пластической деформации гладких образцов на растяжение. Этапы от 0 деформации до вертикальной линии 1 соответствует упругому участку деформирования. Сигналы АЭ, зарегистрированные на этом участке возникают в результате релаксации напряжений на неоднородностях структуры образцов. Активная АЭ возникает при начале пластической деформации материала. Для реального объекта глобальная пластическая деформация не допускается. Поэтому необходим индикатор, свидетельствующий, что деформации не достигли критического уровня. Таким индикатором может служить хрупкое тензопокрытие с величиной пороговой деформации меньшей предела текучести материала диагностируемой конструкции.

Последовательность импульсов образует АЭ процесс. Пример записи подобного АЭ процесса, полученной при испытании натурного объекта, приведен на рис. 14.

Рисунок 14 - Запись процесса АЭ, полученная при натурных испытаниях

В параметрах этого процесса содержится информация о состоянии деформирования и разрушения диагностируемого объекта. Основными наиболее информативными параметрами являются:

Зависимость суммы импульсов АЭ от времени - NУ(t).

Зависимость активности АЭ от времени - С У(t).

Зависимость длительности импульсов от времени, мкс/с - tи(t).

Зависимость числа выбросов от времени - N(t).

Зависимость амплитуды импульсов АЭ от времени, дБ/с.

Зависимость эффективного значения импульсов АЭ от деформации.

Зависимость среднеквадратического значения импульсов АЭ от деформации.

Зависимость энергии АЭ от времени, дБ/время - Е(t).

Зависимость времени нарастания от времени, мкс/время - tф(t).

Локация/Координата, мм.

Число АЭ - импульсов /Амплитуда, дБ. - N(А).

Число АЭ- импульсов/Выбросы/длительность, кГц - NУ(N).

Число АЭ- импульсов/Время нарастания, мкс - N(tф).

Число выбросов/Длительность импульсов, мкс - N(tи).

Длительность импульсов, мкс./Амплитуда, дБ - tи (А).

Делись добром ;)