Способ акустоэмиссионного контроля изделий

 

Изобретение относится к акустоэмиссионному контролю и может быть использовано для определения ориентации поверхностных микротрещин и микротрещин, не выходящих на поверхность изделия (скрытых подповерхностных микротрещин). Цель изобретения - повышение достоверности акустоэмиссионного контроля за счет определения ориентации микротрещины в изделии. При контроле на поверхности изделия по диаметру предварительно локализованной по окружности области устанавливают не менее четырех преобразователей, реагирующих на Z-компоненту рэлеевской волны под углами 0°, 45°, 90° и 180° относительно произвольно выбранной оси, проходящей через центр локализованной области, принимают импульс рэлеевской волны, регистрируют распределение амплитуд и сопоставляют его с диаграммами направленности волн Рэлея, излучаемых трещинами горизонтальной и вертикальной ориентации, и по результату определяют ориентацию микротреа1ины Угол поворота микротрещины вертикальной ориентации относительно выбранной оси определяется путем вычислений или геометрических построений. 12 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4933991/28 (22) 05.05.91 (46) 15.1193 Бюл. Иа 41 — 42 (71) Физико-технический институт со специальным конструкторским бюро и опытным производством

Уральского отделения PAH (72) Буденков ГА; Недзвецкая О.B. (73) Физико-технический институт со специальным конструкторским бюро и опытным производством

Уральского отделения PAH (54) СПОСОБ АКУСТОЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к акустоэмиссионному контролю и может быть использовано дпя опредепения ориентации поверхностных микротрещин и микротрещин, не выходящих на поверхность изделия (скрытых подло верхностных микротрещин).

Цель изобретения — повышение достоверности (в) RU (и) 2003093 С1 (51) 5 G01N29 14 акустоэмиссионного контроля за счет определения ориентации микротрещины в изделии. При контроле на поверхности изделия по диаметру предварительно локализованной по окружности области устанавливают не менее четырех преобразователей. реагирующих на Z-компоненту рэпеевской волны под углами 0, 45, 90 и 180 относительно произвольно выбранной оси, проходящей через центр локализованной области, принимают импульс рэлеевской волны. регистрируют распределение амплитуд и сопоставляют его с диаграммами направленности волн Рэпея, излучаемых трещинами горизонтальной и вертикальной ориентаций, и по результату определяют ориентацию микротрещины. Угол поворота микротрещины вертикальной ориентации относительно выбранной оси определяется путем вычислений ипи геометрических построений 12 ил.

2003093

Изобретение относится к акусто-эмиссионному контролю и может быть использовано для определения ориентации поверхностных и подповерхностных микротрещин.

Известен способ акусто-эмиссионного контроля. заключающийся в том, что на floверхности иэделия принимают импульс рэлеевской волны. измеряют спектр рэлеевской волны и время ее прихода; по которым определяют местоположение и глубину дефекта, Наиболее близким к изобретению является способ акусто-эмиссионного контроля изделий,.заключающийся в том, что на изделии устанавливают преобразователи волны

Panes, принимают сигналы акустически эмиссии, измеряют амплитуды принятых сигналов, по которым судят о наличии дефекта.

- Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля ввиду невозможности определения ориентации дефекта.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет определения ориентации дефекта в иэделии.

Поставленная цель достигается тем, что в способе акусто-эмиссионного контроля иэделий, заключающемся в том. что на иэделии устанавливают преобразователи волн Panes;- принимают сигналы акустической эмиссии, измеряют амплитуды принятых сигналов, Ао которым судят о наличии дефекта. преобразователи волн Рзлея устанавливают по диаметру локализованной зоны под углами 0 . 45 . 90 и 180 относительно оси, проходящей через центр . этой области, регистрируют распределение амплитуд принятых сигналов, сопоставляют

его с диаграммами направленности волн

Panes, излучаемых дефектамй горизонтальной и вертикальной ориентации, и по результату определяют ориентацию дефекта.

На фиг.1 изображена схема расположения гармонических сил Fo и Fo в принятой системе координат; на фиг2 и 3 — диаграммы направленности волн Рэлея, излучаемых трещинами. образованными парой вертикальных сил — горизонтальной трещиной по отношению к поверхности и парой горизонтальных сил — вертикальной трещиной по отношению к поверхности соответственно; на фиг.4-12 — примеры определвни«ориен, тации микротрещин.

Сущность способа заключается в том. что информацию об ориентации источника несут рэлеевские волны, амплитуда которых затухает на глубине, приблизительно равной длине волны, причем глубина озвучиваeMoro слоя обратном пропорциональна частоте колебаний. Теоретически. вычислены и экспериментально зарегистрированы 2-составляющие рэлеевских волн от источника типа вертикальной гармонической силы с заданной обьемной плотностью Fo, сосредоточенной в малом обьеме на глубине Ь под поверхностью упругого полупространства. рассчитаны поля упругих смещений в

10 волнах Рэлея, возбуждаемых моделью источника АЭ типа пары вертикальных сил. сосредоточенных на глубине Ь под поверхностью упругого полупространства, причем точкй приложения сил смещены одна отно15,ñèòånüìoäðórîé на величину ЬЬ(ЬЬ много меньше длины волны ф (см. фиг.1} путем дифференцирования формул для одной силыпоЬидомножениемна hh прй Ah 0, Такой тип источника может, например, 20 имитировать микроразрушения типа локальных отслоений тонкого поверхностного слоя.

В результате получена следующая формула для вертикальной составляющей сме25 щений в волнах Рэлея Uzs

F.ь2ьвк. 2х. (»1-ф)

Uzs- — 6 "х

4рвг гР

30 г х (е

Я в-Яд„ " в-»1»

)х

4Со 2(1- „г)

90 2 2 эра

»(в — — е ), (1)

35 2.— ьг где Fo — поверхностная плотность сил на берегах микротрещины;

Д S — площадь поверхности образовавшейся микротрещины:

40 Ь Ь вЂ” величина раскрытия микротрещины;

l4 — волновое число рэлеевекой волны, р — постоянная Ламе; р- расстояние до точки наблюдения:

45 ) — отношение скорости поперечной к скорости продольной волны;

0,8> + 1„2 т2 (2)

1+v где т - коэффициент Пуассона:

80 Ь вЂ” глубина залегания источника А3;

2 - положение точки наблюдение, С1- (2 — »)в ) + 4»1 Щ 1- } »)в: (3)

55 г

Св 2(2-»)» ) — 2 1-4» 1-14» г г

1 2» — (4)

7:,Р62 Г 2

2003093

Sî=Ko " /о

2 (5) q. = К. i-- . ()

Аналогичным образом решена задача определения полей упругих смещений в волнах Рэлея, излучаемых моделью источника АЭ типа пары горизонтальных сил, сосредоточенных на глубине h под поверхностью упругого полупространства, точки приложения которых разнесены на величину Л Х, Такая модель может, например, имитировать микротрещины, перпендикулярные поверхности, вероятность появления которых велика при изгибе, кручении, термодинамических нагружениях и в

15 ряде других случаев, Получена следующая формула для Z-компоненты смещений в волнах Рэлея UzR:

UzR

F ЛЗ ЛХ сов а Ко 2 Ко о о Х

2/с go (к,р- m) /,: .2 „2 -г хе 4 (е

Со г где а — угол в цилиндрической системе координат.

Из формул 1 и 7 видно, что источник типа пары вертикальных сил излучает волны, амплитуда которых не зависит от угла а, т.е. поле волн симметрично относительно .оси Z. Источник же типа пары горизонтальных сил излучает волны Рэлея, амплитуда которых пропорциональна cos а(угол а отсчитывается от направления силы (см. диаграммы направленности волн Рэлея на фиг.2. и 3 соответственно). Это обстоятельство позволяет по распределению амплитуд волн

Рзлея, приходящих на различные преобразователи, судить об ориентации источника.

Для этого необходимо на поверхности образца по диаметру предварительно локализованной по окружности области контроля расположить не менее четырех преобразователей рэлеевской волны под углами Оо, 45о, 90 и 180 относительно произвольно выбранной оси, проходящей через центр локализованной области. Такое расположение преобразователей позволяет не только разделить между собой источники горизонтальной и вертикальной ориентаций, но и определить угол lloBopoTB микротрещины вертикальной ориентации относительно вы55 бранной оси путем простых вычислений или геометрических построений.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхности образца по диаметру локализованной по окружности области контроля устанавливают преобразователи, реагирующие на Z-компоненту рэлеевской волны, под углами 0о 45о, 90 и 180 относительно произвольно выбранной оси, проходящей через центр локализованной области, принимают сигналы АЭ, измеряют их амплитуды, сопоставляют их с диаграммами направленности волн Рэлея, излучаемых микротрещинами горизонтальной и вертикальной ориентаций, и судят о горизонтальной или вертикальной ориентациях микротрещины, а также о направлении горизонтальной микротрещины относительно выбранной оси. Предлагаемый способ определения ориентации обладает высокой достоверностью, так как рэлеевская волна достигает приемника единственным путем и поэтому несет неискаженную информацию об источнике АЭ.

На фиг.4 — 12 представлены результаты определения ориентации вертикальных микротрещин, расположенных под углами:

0 — фиг.4; 30 — фиг,5; 60 — фиг.б; 90 фиг.7; 135 — фиг.8; 180 — фиг.9; 235 фиг.10: 300 — фиг.11 относительно оси, проходящей через центр локализованной области контроля, и горизонтальной микротрещины — фиг.12 с помощью системы четырех преобразователей, расположенных под углами 0 (Д1), 45 (Д2), 90 (Дз), 180 (Д4) относительно оси X. На фиг.4 — 12 Р, Р2, Рз и

Р4 — амплитуды импульсов рэлеевской волны, пришедших соответственно на Д1, Д2, Дз и Д4. Ориентация вертикальной микротрещины в плоскости XOY определяется путем геометрических построений.

Применение в способе рэлеевских волн позволяет получать более достоверную информацию о процессе разрушения, а в конечном счете более достоверно прогнозировать прочность и оценивать реальный остаточный ресурс конструкций и материалов, (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1037170, кл. G 01 N 29/14, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N. 1320734, кл. G 01 N 29/14, 1983. 7

2003093

Формула изобретения

СПОСОБ АКУСТОЭМИССИОННОГО

КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ, заключающийся в том, что на изделии устанавливают преобразователи волн Рэлея, принимают сигналы акустической эмиссии, измеряют амплитуду принятых сигналов, по которым судят о наличии дефекта, отличающийся тем. что, с целью повышения достоверно- 10 сти контроля путем определения ориентации дефекта в изделии, преобразователи волн Рэлея устанавливают по диаметру локализованной эоны под углами 0, 45, 90 и

180 относительно оси, проходящей через центр этой области, регистрируют распределение амплитуд принятых сигналов, сопоставляют его с диаграммами направленности волн Релея, излучаемых дефектами горизонтальной и вертикальной ориентации, и по результату определяют ориентацию дефекта.

2003093

Ю д

Составитель 0,Недзвецкая

Техред М.Моргентал Корректор Л,Ливринц

Редактор Т.Горячева

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3231

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