Способ контроля трещинообразования материалов изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов изделий и может быть использовано для контроля зарождающихся дефектов во вращающихся элементах, например крыльчатках и роторах турбин, по сигналам акустической эмиссии (АЭ). Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и достоверности контроля крыльчаток турбин за счет исключения влияния шумов и неоднородностей акустического тракта источник сигнала - приемник. При контроле определяют текущий энергетический параметр одной осцилляции с уровня сигналов, равного трем среднеквадратическим значениям, измеренного в начальном периоде испытаний. О трещинообразовании судят по превышению допустимого значения параметра. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР т" т т хгв х4 м

1

-"- .:.;«т.. (,k,. i 41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696420/28 (22) 23.05.89 (46) 07.08,91. Бюл. М 29 (71) Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (72) В.В. Волков и Э.-С.Б. Славицкас (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 968735, кл. 6 01 N 29/14, 1979;

Авторское свидетельство СССР

М 1320739, кл. G 01 N 29/14, 1985. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТРЕЩИНООБРА. ЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов изделий и может быть использовано для контроля заИзобретение относится к неразрушающему контролю материалов изделий и может быть использовано для контроля зарождающихся дефектов во вращающихся элементах, например крыльчатках и роторах турбин, по сигналам акустической эмисии (АЭ). 0

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и достоверности контроля крыльчаток турбин за счет исключения влияния шумов и неоднородностей акустического тракта источник сигнала— приемник, На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации способа контроля трещинообразования материалов иэделий.

Устройство для реализации способа контроля трещинообразования материалов изделий содержит соединенные последовательно преобразователь 1 АЭ, усилитель 2, полосовой фильтр 3, пиковый детектор 4, „,. Ж„„1668934 А1

2 рождающихся дефектов во вращающихся элементах, например крыльчатках и роторах турбин, по сигналам акустической эмиссий (A3). Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и достоверности контроля крыльчаток турбин за счет исключения влияния шумов и неоднородностей акустического тракта источник сигнала — приемник. При контроле определяют текущий энергетический параметр одной осцилляции с уровня сигналов, равного трем среднеквадратическим значениям, измеренного в начальном периоде испытаний. О трещинообразовании судят по превышению допустимого значения параметра. 1 ил. блок 5 определения среднеквадратического отклонения, первый сумматор 6,, блок 7 умножения, второй сумматор 8 и блок 9 деления, соединенные последовательно и включенные между выходом полосового фильтра 3 и вторым входом блока 9 деления Ch компаратор 10, формирователь 11. счетчик 01

12 и третий сумматор 13, тактовый генера- 0ф тор 14, выход которого соединен с зторым К ) входом первого сумматора 6, вторым входом блока 5 определения среднеквадратического отклонения, вторым входом счетчика 12. вторым входом блока 7 умноженив, вторим входом второго сумматора 8, утв вторым входом третьего сумматора 13 и . третьим входом блока 9 деления. Выход блока 5 соединен с вторым входом компаратора

10, выход детектора 4 — с вторым входом первого сумматора 6.

Способ контроля трещинообразования материалов изделий осуществляется следующим образом.

1668934 Преобразователь 1 АЭ устанавливают снаружи турбины, например на корпусе (не показан), П реобразователь выбирают с чувствительным элементом, способным работать в области температур до 300 С и частот до 1 — 2 МГц, а также имеющим высокую чувствительность. Такими свойствами обладают преобразователи с чувствительным элементом из монокристалла ниобата лития. Сигналы, представляющие собою высокочастотные волны напряжений (акустическая эмиссия), шумы от протекания рабочей жидкости и вращения подшипников ротора турбины, поступают с преобразователя 1 на усилитель 2, а после усиления их фильтруются фильтром 4 в полосе частот пропускания A f, В начальный момент, когда трещинообразования в крыльчатке нет, на выходе фильтра 3 имеется общий акустический сигнал, порождаемый различными факторами, в частности трущимися конструктивными элементами, например подшипниками, Этот сигнал подают на выход пикового детектора 4, с его выхода через включенный ., выключатель ВК вЂ” на блок 5 определения среднеквадратического отклонения. По1 сле определения среднеквадратического значения а эту величину утраивак>т и устанавливают на выходе указанного блока, Затем выключатель ВК выключают, а на одном из входов первого сумматора 6 и компаратора 10 остается постоянно поданная величина Зк После этого все сигналы X(t) пикового детектора 4 отнимают от величины Зсг в первом сумматоре 6, выход выбирается логическим, т.е, все сигналы меньше по величине Зст не поступают с его выхода на вход блока 7 умножения.

Одновременно компаратор 10 не выдает сигналы на вход формирователя 11, если они по величине меньше Зсг, Величину Зсг выбирают из соображения, что плотность распределения шумов в отсутствии процесса трещинообразования имеет нормальный характер. Тогда при выборе 11орога приема сигналов, равному Зсг, при отсутствии трещинообразования только отдельные сигналы могут превышать этот порог, причем согласно теории вероятности вероятность появления таких сигналов

P(X) = 0,0044, а случайный их характер исключает монотонность их увеличения.

При возникновении трещинообразования в крыльчатке турбины возникают сигналы АЭ, которые распространяются по различным акустическим трактам и достигают преобразователя 1. Последним принимают суммарйый акустический сигнал, Еi = KAr Nl/ Лt, где К вЂ” коэффициент пропорционально30 сти;

Ai — максимальное значение амплитуды среди Nl осцилляций за время A t, Причем Л t выбирают из условия — < At, 1

11 где 11 — низкочастотная составляющая фильтра 3, Если измерение длится в течение времени Т, то полная энергия осцилляций выражает формулой

40 t

Е/Т= К,",, AlMl. (2)

1=1 где с,= Т/ A t.

Накопление указанной. суммы осуществляют вторым сумматором 8, управляемым по времени Т тактовым генератором 14.

Одновременно за это время в третьем сумматоре 13 накапливают общее число осцилляций Nl, которое увеличивается на

l=1 единицу, и с его выходе подают на блок 9 деления, где формируют параметр средней энергии одной осцилляции

55 К А Й

a E

1+ Nl (3) энергия которого частично обусловлена грещинообразованием крыльчатки турбины.

При разрушении материалов сигналы АЭ возрастают по амплитуде и интенсивности.

5 Таким образом, при трещинообразовании на выходе компаратора 10 появляются сигналы, превышающие уровень Зст, которые, пройдя формирователь 11, подсчитываются счетчиком 12. Таким образом, на выходе

10 счетчика 12 — количество осцилляций Nl сигнала X(t), превышающих уровень Зсг на протяжении времени At, задаваемом тактовым генератором 14, Одновременно тактовый генератор 14 управляет первым

15 сумматором 6, на выходе которого появится максимальное пиковое значение сигнала X(t), превышающее уровень 3o в течение указанного времени Ь t, Содержимое счетчика 12 и первого сумматора 6

20 перемножают в блоке 7 умножения, управляемом также тактовым генератором 14. В результате на выходе блока 7 умножения формируют сигнал. пропорциональный акустической энергии процесса трещинообра25 зования, т.е.

1668934 лов, равного трем среднеквадратическим значениям, измеренного в начальном периоде испытаний, Составитель К. Хилков

Техред М.Моргентал

Корректор Т. Палий

Редактор И. Шулла

Заказ 2653 Тираж 5 5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Так как при трещинообразовании 1 «

«,> Мь то увеличение на единицу содерI=1 жимого третьего сумматора 13 в статистическом плане не играет никакой роли, а является чисто математическим приемом. определяющим выражение (3) при Ni =

1=1

=О.

Таким образом, на выходе блока 9 деления имеется среднее за время Т значение энергии одной осцилляции. При развитии процесса трещинообразования вращающихся крыльчаток турбин при определенных фазах разрушения материала увеличивается средняя амплитуда эмиссии и ее интенсивность, Это увеличение проявляется монотонным изменением средней энергии осцилляции, превышающей некоторое допустимое значение д Е*, а слежение за величиной д Е, получаемой-на выходе блока 9 деления, позволяет контролировать процесс трещинообразования.

Допустимые значения д Е* связаны с фазами разрушения и могут быть определены предварительно для каждого . конкретного материала крыльчатки, Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить разрешающую способность и достоверность контролФ за счет того, что определяют текущий энергетический параметр одной осцилляции с уровня сигна5 Формула изобретения

Способ контроля трещинообразования материалов изделий, заключающийся в том, что изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии в заданной

10 полосе частот и по энергетическому параметру сигналов, характеризующему текущее усредненное значение энергии единичного сигнала, судят о трещинообразовании в материалеизделия, отличающийся тем, 15 что, с целью увеличения разрешающей способности и достоверности контроля крыльчаток турбин, предварительно определяют среднеквадратичное значение сигналов работающей турбины, устанавливают нижний

20 порог приема сигналов, равный трем сред- . неквадратическим значениям, в процессе испытаний турбины на последовательных равных интервалах времени, длительность которых выбирают больше периода ниэко25 частотной составляющей заданной полосы частот, определяют на каждом интервале количество осцилляций и максимальное значение сигнала,. по которым определяют текущий энергетический параметр одной

30 осцилляции, а о трещинообразовании судят по превышению допустимого значения параметра,