--PAGE_BREAK--7. Амплитудно-временное распределение импульсов АЭ n(A;t) – функция, указывающая количество импульсов АЭ dN, зарегистрированных в промежутке времени от t до t+dt амплитуда которых заключена в интервале от А до А + dA:
dN = n(A,t)dAdt.
Если эту функцию проинтегрировать по времени от 0 до Т — времени регистрации АЭ, найдем амплитудное распределение импульсов АЭ, а проинтегрировав еще раз по амплитуде, получим общее число импульсов за время регистрации:
Другими словами, амплитудно-временное распределение отражает изменение амплитудного распределения импульсов АЭ во времени.
8. Спектральная плотность S(w) дискретной АЭ совпадает с соответствующей характеристикой случайного процесса и равна мощности процесса в единичной полосе частот.
Информативность спектральной плотности обусловлена ее связью со скоростью протекания процесса, инициирующего сигналы АЭ. Кроме спектральной плотности для анализа акустической эмиссии в ряде случаев бывает удобнее использовать корреляционную функцию. Информативное содержание этой характеристики то же, что и у спектральной плотности, поскольку между собой они связаны прямым и обратным преобразованием Фурье [46].
Для непрерывной АЭ меняется содержание некоторых из указанных характеристик. Кроме того, могут быть введены дополнительные параметры для описания процесса. Так как теряется смысл понятия амплитуды отдельного импульса, суммарная АЭ и скорость АЭ определяются числом выбросов случайного процесса над уровнем дискриминации, т.е. числом превышений регистрируемой величиной (электрическим напряжением, током) установленного уровня дискриминации за все время регистрации или за единицу времени соответственно. Вместо амплитудного распределения следует использовать плотность вероятности АЭ, определяющую долю времени наблюдения, в течение которого регистрируемая величина находится в интервале вблизи заданного значения амплитуды. Кроме того, вводятся одномерные и многомерные функции распределения указанных выше параметров.
2. Основные понятия и определения метода акустической эмиссии.
Акустико-эмиссионный метод основан на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии (АЭ). Этот метод оперирует с потоками электрических сигналов АЭ, параметры которых (амплитуда, длительность, энергия, и т.д.) являются соответствующими параметрами метода АЭ.
Акустическая эмиссия может возникать в результате различных физико-механических процессов, основными из которых являются:
-структурные и фазовые превращения в материале;
-гидродинамические и аэродинамические явления при протекании жидкости или газа через отверстие;
-трение поверхностей твердых тел;
-процессы механической обработки твердых тел.
В данной работе рассматриваются физико-механические явления, связанные только со структурными и фазовыми превращениями в различных материалах.
Наиболее важные особенности метода АЭ, определяющие перспективность его использования при исследовании и контроле материалов и конструкций:
1. Возможность обнаружения и регистрации только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.
2. Чувствительность метода АЭ значительно превышает чувствительность традиционных методов неразрушающего контроля, метод позволяет выявлять приращения трещины на 0,025 мм.
3. Метод является интегральным и обеспечивает контроль объекта с использованием одного и нескольких преобразователей в случае определения места нахождения дефекта.
4. Метод позволяет проводить непрерывный контроль (мониторинг) работающих объектов с целью их остановки в случае появления и развития опасных дефектов.
5. Положение и ориентация дефектов не влияют на их выявляемость.
Метод имеет значительно меньше ограничений, связанных со структурой и физико-механическими свойствами материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.
Уровень дискриминации (ограничения) – уровень электрического напряжения, относительно которого производится обнаружение (регистрация) электрических сигналов АЭ. Наличие ограничения всегда существует в измерительной аппаратуре и обусловлено обычно собственными шумами измерительной аппаратуры. Величина уровня дискриминации определяется шумовыми характеристиками входного усилительного каскада.
Суммарный счет АЭ N[имп.] – число зарегистрированных превышении импульсами АЭ установленного уровня дискриминации (ограничения) за интервал времени наблюдения. Диапазон изменения 0…107 имп.
Скорость счета АЭ [имп./с] – отношение суммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения. Диапазон изменения 0…1015[имп./с].
Современная техника регистрации и обработки АЭ информации пользуется дополнительными определениями и параметрами, не представленными в списке стандартов по ГОСТ 27655-88. Однако эти понятия и параметры широко используются в специальной научной литературе отечественных и зарубежных авторов.
К таковым относятся:
Огибающая электрического сигнала АЭ — продетектированный электрический сигнал АЭ. Диапазон изменения 10-7 … 10-2 В.
Амплитудное распределение — распределение количества электрических сигналов АЭ по их максимальном амплитудам.
Длительность электрического сигнала АЭ [с] — время нахождения огибающей электрического импульса АЭ над порогом ограничения. Диапазон изменения 10-4...10-8 с.
Время нарастания [с] — промежуток времени между появлением огибающей импульса АЭ над порогом ограничения и достижением огибающей ее максимальной амплитуды.
Энергия электрического сигнала АЭ либо «MARSE» (Measured ared of the rectified signal envelope) Ec [Дж] — измеренная площадь под огибающей электрического сигнала АЭ. Диапазон изменения 10-19...10-5 Дж.
Образ источника АЭ (acoustic emission signature) — группа параметров сигнала акустической эмиссии, полученных в результате определенного вида испытаний материала (конструкции) с помощью конкретной аппаратуры АЭ и при заданных условиях испытаний.
Как было отмечено выше, в настоящее время большинство разработчиков систем регистрации и обработки АЭ информации, а также исследователей склонны работать с огибающими электрических сигналов АЭ, т.е. с НЧ составляющей АЭ информации. Подобная тенденция вызвана несколькими причинами:
1. Ввиду фильтрации ВЧ составляющей акустического сигнала АЭ в процессе его прохождения через исследуемый материал и пограничный слой между поверхностью образца и АЭ преобразователем, а также прохождения электрического сигнала по аналоговому тракту усиления, исходная информация ВЧ составляющей искажается коренным образом.
2. Понятие события в исследуемом материале соотносится с огибающей электрического сигнала АЭ и работа с НЧ составляющей имеет вполне конкретный физический смысл.
3. Большинство параметров АЭ, таких как длительность события, время нарастания, амплитудное распределение, энергия и т.д., относится к НЧ составляющей АЭ информации.
4. Одновременное использование двух понятий ВЧ и НЧ составляющих в работах по акустической эмиссии приводит к подмене понятий и путанице в интерпретации получаемой информации.
Этот метод нашел широкое применение в материаловедении при исследовании процессов разрушения.
АЭ при наводороживании определялась с помощью прибора АФ-15. В качестве параметра АЭ выбран суммарный счет импульсов за 30 секунд, который фиксировался акустическим датчиком в частотных пределах от 200 кГц до 1000 кГц.
Были исследованы зависимости суммарного счета импульсов от времени наводороживания при различных уровнях дискриминации и плотностях катодного тока.
3. Методы выделения сигналов АЭ на фоне помех.
Исследования явления АЭ, проводимые в различных условиях на различных материалах, показывают, что сигналы АЭ имеют широкий спектр амплитудно-временных параметров. Сигнал АЭ может быть зарегистрирован на любой частоте, но амплитуда регистрируемого сигнала убывает обратно пропорционально частоте. По этой причине представляется очевидным стремление к репарации АЭ-сигналов на низких частотах, тем более что затухание упругих волн существенно возрастает с увеличением частоты. ) однако с уменьшением частоты возрастают акустические помехи реобразователя АЭ-сигналов и электронной аппаратуры [9]. Этот факт налагает жесткие требования, предъявляемые не только к регистрирующей аппаратуре, но и методам обработки и анализа информации. Кроме собственных шумов аппаратуры тракты приема и обработки информации могут быть подвержены внешним шумам, для уменьшения воздействия которых широкое распространение получили активные и пассивные способы подавления помех[10].
Активные способы подавления помех заключаются в подавлении самого источника шума или уменьшении его влияния на исследуемый объект. Данный способ в основном используют для подавления шумов механического характера, создаваемых самим испытательным оборудованием: механическими и гидравлическими нагружающими машинами. С этой целью производят модернизацию испытательных машин с использованием специальных элементов, предназначенных для уменьшения трения в сопрягаемых звеньях нагружающих устройств или звукоизолируют образец от испытательной машины за счет специальных прокладок, изоляторов, шумопоглотителей.
При проведении особоточных физических экспериментов стремятся к применению бесшумных видов нагружения, таких как нагрев или охлаждение или к использованию предварительно нагруженных объектов. Активные способы эффективны при проведении испытаний материалов в лабораторных условиях. При проведении исследований, контроля и прогноза на реальных работающих объектах активные способы практически невозможно реализовать.
Пассивные методы борьбы с шумами и помехами используются практически во всех устройствах и системах регистрации и обработки сигналов АЭ.
1. Амплитудная дискриминация, как было указано выше, входит одним из блоков в аналоговый тракт АЭ систем и служит для отсечки шумов по амплитудному признаку путем сравнения пришедших сигналов с некоторым наперед заданным значением.
Кроме фиксированного порога ограничения иногда используют плавающий порог, т.е. производится непрерывное слежение за изменением уровня помех в каналах тракта усиления сигналов АЭ.
2. Частотная фильтрация также реализуется одним из блоков в аналоговом тракте и заключается в ограничении полосы пропускания усилительного тракта. Ограничение в области нижних частот лежит в пределах 20...200 кГц, а в области верхних частот — 1,5...2 МГц. Ограничение в области нижних частот обусловлено необходимостью отсечки шумов механического и испытательного оборудования, а ограничение частотного диапазона сверху — необходимостью отсечки электромагнитных наводок. Иногда частотная фильтрация используется для выбора узкой полосы пропускания, определяемой из условий испытания конкретного материала, скорости распространения в нем продольных и поперечных волн, а также для регистрации трещин с определенными размерами.
3. Временная селекция заключается в запирании каналов регистрации сигналов АЭ на время действия помех. Индикатором помех, обычно электромагнитных, служит специальный канал, регистрирующий только помехи.
4. Параметрическая селекция или параметрическое стробирование заключается в пропускании сигналов АЭ на обработку электронной системой только при определенных условиях нагружения, например, при достижении нагрузкой определенного наперед заданного уровня. Этот тип селекции используют обычно при проведении усталостных испытаний.
5. Пространственная селекция служит для выявления принадлежности принятого сигнала к сигналу АЭ или помехе путем определения пространственного местоположения источника сигнала. Такие системы требуют применения многоканальных систем. Минимальное число каналов равно двум при работе с линейными объектами.
6. Двухпараметрическая селекция обычно используется в аналого-цифровых системах АЭ и заключается в отбраковке сигналов с определенными значениями их параметров. Так, например, сигналы с большой амплитудой и малой длительностью соответствуют электромагнитным помехам, а сигналы с относительно небольшой амплитудой, но большой длительности характерны для механических шумов. Такие различия позволяют выделить реальные сигналы АЭ, у которых эти параметры занимают промежуточный диапазон, на фоне механических и электромагнитных помех.
7. В аналого-цифровых системах АЭ возможно использование прямого вычитания сигналов помех из всей совокупности зарегистрированных сигналов АЭ. Для этого производится предварительная запись сигналов помех в конкретных условиях работы нагружающего оборудования и действия других видов помех.
4. Методика электролитического наводороживания металлических образцов.
Для объяснения явлений, связанных с наводороживанием металла катода в растворах электролитов под действием стимуляторов и ингибиторов наводороживания, более продуктивным пока является рассмотрение процесса выделения водорода на основе обычных классических представлений о нескольких возможных стадиях общего процесса выделения водорода, определяющих кинетику процесса. Таких стадийных процессов рассматривают обычно три:
1. Разряд гидратированных ионов водорода электронами, вылетающими из металла – реакция Фольмера Н+∙ aq + e(Me)→H-Me. Образующиеся атомы водорода адсорбируются на поверхности металла катода.
2. Молизация адатомов водорода в молекулы – реакция Тафеля Над + Над→Н2. Возникающие таким путем молекулы водорода удаляются с катода путем диффузии в раствор (при малых плотностях тока) и в виде газовых пузырьков.
3. В некоторых случаях возможно удаление адатомов водорода с поверхности катода путем электрохимической десорбции:
Над + Н+∙ aq + e(Me)→Н2.
Количество серной кислоты в растворе не меняется. Однако при использовании стимуляторов и ингибиторов, реакции, происходящие при электролизе, существенно меняются.
В настоящей работе наводороживание проводилось в электролитической ячейке в однонормальном растворе серной кислоты с добавлением тиомочевины (стимулятор наводороживания). В качестве анода использовалась свинцовая пластина, катодом служил исследуемый образец.
Приборы:
1. Прибор акустико-эмиссионный АФ-15.
2. Источник тока Б5-46.
3. Вольтметр В7-21.
4. Акустический датчик.
5. Назначение прибора АФ-15.
Прибор предназначен для проведения исследований и контроля механических свойств различных объектов (образцы конструкционных материалов, сосуды давления, детали и узлы машин и механизмов, например, атомной энергетики, судостроение, авиаций) по информативным параметрам сигналов АЭ.
Прибор обеспечивает прием сигналов АЭ по двум каналам и одновременную регистрацию не менее четырех информативных параметров: амплитуда, скорость счета, сумма осцилляций, активность, сумма событий, разность времен прихода, форму и длительность импульсов АЭ на графопостроителях, анализаторов импульсов, цифропечатающих устройствах и Микро-ЭВМ.
6. Источники акустической эмиссии в металлах.
На современном этапе развития АЭ исследований можно выделить следующие основные источники АЭ, действующие на разных структурных уровнях в металлах:
1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование:
процессы, связанные с движением дислокаций (консервативное скольжение и аннигиляция дислокаций, размножение дислокаций по механизму Франка-Рида; отрыв дислокационных петель от точек закрепления и др.);
зернограничное скольжение;
двойникование.
2. Механизмы, связанные с фазовыми превращениями и фазовыми переходами первого и второго рода:
превращения полиморфного типа, в том числе мартенситные;
образование частиц второй фазы при распаде пересыщенных твердых растворов;
фазовые переходы в магнетиках и сверхпроводниках;
магнитомеханические эффекты из-за смещения границ и
продолжение
--PAGE_BREAK--