Способ гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов



Способ гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов
Способ гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов

Владельцы патента RU 2698485:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Использование: для гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют воздействие на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350…380 МПа при скорости 800…850 м/с, при этом на испытуемый образец устанавливают один или несколько датчиков акустической эмиссии и регистрируют параметры акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости, проводят оценку качества его конструкционного материала, при этом оценку качества конструкционного материала образца осуществляют путем сравнения периода активации трещин, о котором судят по текущей скорости подачи S, изменяющейся по закону равнозамедленного движения, и наличию частотного спектра резонатора типа Гартмана акустико-эмиссионного сигнала из зоны воздействия струи на мишень, с соответствующими характеристиками эталонного образца либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов. Технический результат: обеспечение возможности нивелирования локального очага гидроэрозионного разрушения поверхностного слоя в месте воздействия ультраструи воды и повышение качества процедуры ультраструйной диагностики (УСД) путем минимизации гидроэрозионного разрушения поверхности объекта исследования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области контроля и диагностики эрозионных свойств материалов и деталей, применяемых в машиностроении, судостроении и других отраслях, а также находящихся в условиях гидродинамического нагружения, в частности узлов судостроительной техники, гидроэлектростанций и т.д. связанных, прежде всего, с эрозионной стойкостью поверхности. Может быть использовано на предварительных этапах технологического процесса изготовления изделий с целью оперативного экспресс-подбора материалов из предлагаемых на рынке и производимых различными предприятиями-изготовителями.

Процедуре гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики могут подвергаться образцы из конструкционных материалов, обладающих разными селективными физико-механическими свойствами, сформированными с применением различных технологических процессов изготовления, использования различных по составу исходных компонентов для получения того или иного вида композиционного материала.

Известен способ экспресс-диагностики поверхностного слоя материалов, включающий воздействие на поверхность материала струи жидкости в сочетании с химически активными газами под давлением не ниже 50 МПа при скорости 100-850 м/с., время воздействия в диапазоне 10-60 с. (патент РФ №2518359 от 11.04.2014)

Недостатком известного способа является наличие локального очага гидроэрозионного разрушения поверхностного слоя в месте воздействия ультраструи воды.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ диагностики качества конструкционных материалов, при котором, воздействуют на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350…380 МПа при скорости 800…850 м/с. Устанавливают на образец один или несколько датчиков акустической эмиссии. Регистрируют параметры акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости. Осуществляют оценку качества конструкционного материала образца путем сравнения относительных значений массового уноса материала и параметров акустической эмиссии с соответствующими характеристиками эталонного образца, либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов (патент РФ №2518590 от 10.06.2014 г.). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - воздействие на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350…380 МПа при скорости 800…850 м/с; при этом на испытуемый образец устанавливают один или несколько датчиков акустической эмиссии и регистрируют параметры акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости; проводят оценку качества конструкционного материала образца.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является наличие локального очага гидроэрозионного разрушения поверхностного слоя в месте воздействия ультраструи воды, что, в некоторой степени ограничивает возможную область применения метода на практике.

Задача изобретения - нивелирование локального очага гидроэрозионного разрушения поверхностного слоя в месте воздействия ультраструи воды и повышение качества процедуры ультраструйной диагностики (УСД) путем минимизации гидроэрозионного разрушения поверхности объекта исследования. Решение этой задачи является актуальным и позволит расширить прикладные возможности метода УСД в область диагностики текущего состояния деталей, находящихся в эксплуатации.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов, включающем воздействие на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350…380 МПа при скорости 800…850 м/с, при этом на испытуемый образец устанавливают один или несколько датчиков акустической эмиссии и регистрируют параметры акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости, проводят оценку качества конструкционного материала образца, согласно изобретению оценку качества конструкционного материала образца осуществляют путем сравнения периода активации трещин, о котором судят по текущей скорости подачи S, изменяющейся по закону равнозамедленного движения и наличию частотного спектра резонатора типа Гартмана акустико-эмиссионного сигнала из зоны воздействия струи на мишень, с соответствующими характеристиками эталонного образца, либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов.

Начало образования гидрокаверны определяют по наличию частотного спектра акустической эмиссии, вызванной зарождающимся резонатором типа Гартмана.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - оценку качества конструкционного материала образца осуществляют путем сравнения периода активации трещин, о котором судят по текущей скорости подачи S, изменяющейся по закону равнозамедленного движения и наличию частотного спектра резонатора типа Гартмана акустико-эмиссионного сигнала из зоны воздействия струи на мишень, с соответствующими характеристиками эталонного образца, либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов; начало образования гидрокаверны определяют по наличию частотного спектра акустической эмиссии, вызванной зарождающимся резонатором типа Гартмана.

В ходе экспериментов авторами впервые установлена однозначная связь периода активации (длительности инкубационного периода) и поврежденности материала. Основная идея минимального гидроэрозионного разрушения основана на наличии однозначной связи периода активации и поврежденности материала.

Осуществление оценки качества конструкционного материала образца путем сравнения периода активации трещин, о котором судят по текущей скорости подачи S, изменяющейся по закону равнозамедленного движения и наличию частотного спектра резонатора типа Гартмана акустико-эмиссионного сигнала из зоны воздействия струи на мишень, с соответствующими характеристиками эталонного образца, либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов позволит минимизировать гидроэрозионное разрушение поверхности объекта исследования. В результате обеспечивается нивелирование локального очага гидроэрозионного разрушения поверхностного слоя в месте воздействия ультраструи воды и повышается качество процедуры ультраструйной диагностики (УСД).

Наличие датчиков акустической эмиссии, установленных на образце, и регистрация параметров акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости позволит получить сравнительные характеристики по отношению к эталону или сравниваемому образцу.

Аналогично производят сравнение параметров акустической эмиссии - амплитудно-частотной характеристики с параметрами акустической эмиссии эталонов или ранее диагностируемых образцов. По разнице результатов этого воздействия судят о физико-механическом состоянии поверхностного слоя образца и его эрозионной стойкости при гидроструйном воздействии.

Заявляемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-2.

На фиг. 1 показана схема осуществления способа.

На схеме обозначены: 1 - струйная головка; 2 - высокоэнергетическая струя жидкости; 3 - исследуемый образец; 4 - исследуемая подложка; 5 - основание; 6 - датчик акустической эмиссии; 7 - акустическая система; 8 - компьютер; 9 - прижим; S - скорость подачи режущей головки; Fпр - сила прижима.

На фиг. 2 изображен сигнал с датчика акустической эмиссии.

В ходе эксперимента регистрировалась амплитуда акустико-эмиссионного сигнала из зоны воздействия струи на мишень.

Способ диагностики качества конструкционных материалов осуществляют следующим образом.

Устанавливают образец 1 на основание 5, используя прижим 9, датчик акустической эмиссии 6, соединенный через акустическую систему 7 с компьютером 8 для соответствующей обработки акустического сигнала. Из струйной головки гидросопла 1 под давлением 350…380 МПа подают высокоскоростную (800…850 м/с) жидкостную струю 2, которая, ударяясь об диагностируемую поверхность образца 3, вызывает гидроэрозию его поверхности в направлении подачи S. Высокоэнергетическая струя жидкости (воды) 2 вызывает интенсивный процесс волнообразования, регистрируемый датчиком акустической эмиссии 6.

С началом воздействия струи жидкости 2 на образец 3 производят регистрацию параметров акустической эмиссии (запись сигнала акустической эмиссии), которую заканчивают при окончании воздействия струи 2.

Подача S подчинена закону равнозамедленного движения, что приводит к равномерному увеличению времени локального воздействия на образец, подвергающийся диагностике. Когда время локального воздействия на образец становится не меньше периода активации трещин начинается гидроразрушение, которое приводит к появлению низкочастотного резонатора типа Гартмана, спектр которого фиксируется акустико-эмиссионной аппаратурой, после чего аппаратура подает сигнал на отключение высокоскоростной струи и воздействие на материал прекращается, т.о. не происходит его дальнейшего гидроразрушения.

Производят сравнение параметров акустической эмиссии - амплитудно-частотной характеристики с параметрами акустической эмиссии эталонного образца, либо с имеющимися значениями (базой данных) ранее продиагностированных образцов.

Пример конкретного выполнения.

Производили диагностику трех образцов из конструкционной корундовой керамики различных производителей.

Процесс гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики состоял из следующих основных этапов:

- установка и закрепление керамических образцов в технологической оснастке на координатном столе гидроабразивной резки FlowSystem производства США;

- установка датчика акустической эмиссии на поверхности экспериментального образца и его подключение к прибору четырехканального осциллографа «АКИП-4110/1» производства «Pico Technology» с широкополосными акустическими датчиками, работающими в диапазоне частот от 1 до 500 КГц;

- ультраструйное воздействие на поверхность пластины из корундовой керамики при заданных технологических режимах (скорости струи 800…850 м/с и расстоянии от среза сопла гидроструйной установки до поверхности диагностируемого образца 2 мм) и изменяющейся по закону равнозамедленного движения подачи S режущей головки от скорости 1000 мм/мин до скорости 2 мм/мин для трех образцов;

- запись сигнала акустической эмиссии (АЭ) и его значений на персональный компьютер;

- занесение экспериментальных данных в таблицу для проведения дальнейшего анализа результатов.

При проведении экспериментов получены следующие результаты: характерный график изменения сигнала с датчика представлен на фиг. 2:

I - начало движения струйной головки, амплитуда сигнала АЭ относительно стабильна;

II - участок активного роста амплитуда сигнала АЭ, вызванного зарождающимся резонатором типа Гартмана (образуется гидрокаверна);

III - участок активной гидроэрозии, существование стационарного резонатора;

IV - участок отключения рабочего давления жидкости;

V - рабочий ход струйной головки без подачи жидкости (уровень шумов оборудования);

VI - участок сброса давления и отключения установки.

Анализируя полученный график на фиг. 2 можно судить о режиме диагностирования, а главное, определить скорость перемещения струйной головки, соответствующую концу/началу гидроэрозионного разрушения, которая, в свою очередь, однозначно связана с таким важным параметром материала, как период активации трещины. Зная период активации трещины можно довольно просто найти поврежденность материала или остаточный ресурс изделия путем его сравнения с референтными (модельными) образцами.

Таким образом, заявляемый способ диагностики качества конструкционного материала приемлем для выбора оптимальных материалов. Преимущество способа состоит в том, что он позволяет нивелировать локальный очаг гидроэрозионного разрушения поверхностного слоя в месте воздействия ультраструи воды и повысить качество процедуры ультраструйной диагностики путем минимизации гидроэрозионного разрушения поверхности объекта исследования. Кроме того, позволяет снизить трудоемкость испытаний, расширить возможности воздействия высокоэнергетической струи для процедуры диагностики материалов за счет изменения параметров струи при сохранении достоверности диагностической информации о свойствах материалов.

1. Способ гибридной ультраструйно-эмиссионной диагностики качества конструкционных материалов, включающий воздействие на испытуемый образец струей жидкости под давлением 350…380 МПа при скорости 800…850 м/с, при этом на испытуемый образец устанавливают один или несколько датчиков акустической эмиссии и регистрируют параметры акустической эмиссии в течение времени воздействия струи жидкости, проводят оценку качества его конструкционного материала, отличающийся тем, что оценку качества конструкционного материала образца осуществляют путем сравнения периода активации трещин, о котором судят по текущей скорости подачи S, изменяющейся по закону равнозамедленного движения, и наличию частотного спектра резонатора типа Гартмана акустико-эмиссионного сигнала из зоны воздействия струи на мишень, с соответствующими характеристиками эталонного образца либо с имеющимися значениями ранее продиагностированных образцов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что начало образования гидрокаверны определяют по наличию частотного спектра акустической эмиссии, вызванной зарождающимся резонатором типа Гартмана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния колес подвижного состава в процессе движения. Согласно способу мониторинга технического состояния колес принимают сигналы акустической эмиссии вращающейся колесной пары на правом и левом рельсах железнодорожного пути.

Использование: для внутритрубного диагностирования промысловых транспортных и магистральных жидкостных трубопроводов, перекачивающих неагрессивные жидкости, нефть, нефтепродукты и газ.

Использование: для мониторинга степени деградации структуры материала и прогнозирования остаточной прочности изделия с применением акустико-эмиссионной диагностики.

Использование: для испытаний трубчатого компонента. Сущность изобретения заключается в том, что акустико-эмиссионный датчик помещают на трубчатый компонент, и компонент подвергается воздействию возрастающего давления при получении показаний.

Использование: для акустико-эмиссионной диагностики промышленного оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют запись и обработку данных акустической эмиссии беспороговым способом, при этом распознавание вида повреждения и оценка годности оборудования к эксплуатации проводится на основании сравнения подобия информативных параметров акустической эмиссии за каждый период работы диагностируемого оборудования.

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических конструкций с использованием метода акустической эмиссии. Способ включает установку n акустических преобразователей, образующих пьезоантенну, калибровку конструкции, регистрацию сигналов акустической эмиссии каждым измерительным каналом, определение скорости распространения сигналов и разности их времен прихода на акустические преобразователи и вычисление по ним координат дефектов.
Использование: для мониторинга в реальном времени ходовой части транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют получение информации в виде акустического сигнала с ходовой части транспортного средства посредством установленных на ее элементах акустических датчиков, передающих получаемый акустический сигнал в вычислительный модуль, обработку сигнала, получение сведений о состоянии ходовой части, сравнение их с нормативными значениями, выдачу результата, при этом получаемый акустический сигнал разделяют на группы по принципу локализации и относят каждую группу к соответствующему узлу ходовой части, далее обрабатывают сигналы каждой группы в отдельности по индивидуальному алгоритму, получают сведения о характеристиках звукового сигнала и его источнике, о состоянии узлов ходовой части, сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, полученными ранее на исправном транспортном средстве, выводят результаты для каждого узла с возможностью вывода информации по каждому элементу узла.

Использование: для неразрушающего контроля и обнаружения дефектов магистральных трубопроводов при их сложнонапряженном состоянии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют первичное преобразование акустических колебаний с применением бинарного знакового аналого-стохастического квантования.

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля конструкций, включая изделия из хрупких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения контролируемого объекта, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, при этом предварительно устанавливают порог деформации, равный среднеквадратическому значению деформации при отсутствии внешних воздействий на контролируемый объект, и критическое значение амплитуды сигнала акустической эмиссии, которое определяют как среднее значение амплитуды сигналов от развивающегося дефекта, нагружение контролируемого объекта осуществляют ударной нагрузкой, регистрируют динамические деформации, определяют максимальное значение деформации от удара, по которому оценивают силу воздействия на контролируемый объект, затем постепенно увеличивают ударную нагрузку, но не более 150% от эксплуатационной нагрузки, фиксируют последнее превышение порога деформации, после чего производят регистрацию акустико-эмиссионных сигналов в течение времени релаксации упругих напряжений в контролируемом объекте и при превышении амплитуды сигнала ее критического значения изделие бракуют.

Использование: для неразрушающего контроля и технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что сначала на образец из углепластика в область концентратора напряжений устанавливают тензодатчики и преобразователи акустической эмиссии, а затем осуществляют акустико-эмиссионный контроль при ступенчатом статическом нагружении образцов первоначально до нагрузки, при которой тензодатчики фиксируют напряженно-деформированное состояние, соответствующее разрушению матрицы при растяжении и сжатии образца, затем до нагрузки, при которой тензодатчиками фиксируют напряженно-деформированное состояние, соответствующее разрушению матрицы при растяжении и сжатии образца, затем до нагрузки, при которой тензодатчиками фиксируют напряженно-деформированное состояние, соответствующее разрушению волокна.

Использование: для контроля качества сварного шва рельсового стыка. Сущность изобретения заключается в том, что контроль качества сварного шва первый раз проводят акустико-эмиссионным (АЭ) методом с использованием в качестве нагружающего воздействия градиента температур при остывании сварного шва и второй раз методом ультразвукового контроля, при этом контроль качества сварного шва рельсового стыка проводят на стадии термообработки сварных стыков в процессе воздушно-водяного охлаждения сварного шва, одновременно контролируют температуру остывания сварного шва, при этом датчики контроля устанавливают на головке рельса, регистрируют суммарный счет АЭ, скорость счета АЭ, амплитудное распределение сигналов АЭ, образование мартенситной структуры в сварном шве рельсового стыка оценивают на основе анализа полученных параметров акустико-эмиссионного контроля, заключение о годности сварного шва рельсового стыка делают с учетом результатов ультразвукового контроля. Технический результат: обеспечение возможности выявления зон хрупких закалочных структур (мартенсит) в металле сварного шва головки рельса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Использование: для комплексного контроля качества сварного шва рельсового стыка. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют проведение сплошного контроля сварных стыков ультразвуковым (УЗК) методом и выборочного контроля соблюдения заданного режима сварки путем испытания контрольных натурных образцов на статический поперечный изгиб на прессе и измерений твердости металла в сварных стыках рельсов, при этом дополнительно проводят сплошной контроль на наличие зон с мартенситной структурой металла в сварном шве, акустико-эмиссионным (АЭ) методом на стадии термообработки сварных стыков в процессе воздушно-водяного охлаждения сварного шва, одновременно контролируют температуру остывания сварного шва, и контроль, методом магнитной памяти металла (МПМ), сварных швов на головке и на перьях подошвы рельса, при этом заключение о режимах сварки рельсового стыка, параметрах термической обработки сварного стыка делают на основании анализа результатов, полученных от всех видов контроля, МПМ проводят определение зон концентрации напряжений (ЗКН) в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного шва, по собственному магнитному полю рассеяния (СМПР) путем сканирования датчиком магнитометра вдоль сварного шва поверхности головки рельса и перьев подошвы рельсов, в ЗКН определяют Hp - напряженность магнитного поля, А/м, и градиент магнитного поля рассеяния Hp (dHp/dx), где х - линия обследования в ЗКН, полученную информацию хранят как исходную, далее проводят повторную диагностику в плети в ЗКН с определением Hp и его градиента dH/dx, при прохождении по пути 50-150 млн. тонн груза, полученную информацию хранят как полученную после прохождения по пути 50-150 млн. тонн, сравнивают полученные данные с исходными данными, полученными ранее, в случае роста параметров МПМ данные определяют как максимально предрасположенные к разрушению, выявленные сварные швы подвергают дополнительному комплексному периодическому контролю, в случае устойчивого повышения параметров МПМ и при обнаружении дефекта другими методами неразрушающего контроля проводят вырезание шва. Технический результат: обеспечение возможности выявления зон хрупких закалочных структур (мартенсит) в металле сварного шва головки рельса. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Использование: для подавления механических неустойчивостей алюминиевого сплава В95пч. Сущность изобретения заключается в том, что используют установку датчика акустической эмиссии вблизи потенциально опасного участка (концентратора напряжения) изделия или конструкции, осуществляют деформирование растягивающей нагрузкой до появления первого всплеска акустической эмиссии, сигнализирующего о появлении в материале полосы локализованной деформации - предвестника развития макроскопической механической неустойчивости, при этом этот акустический сигнал используется для запуска силового устройства, которое создает в материале импульс сжатия, подавляющий развитие механической неустойчивости. Технический результат: обеспечение возможности подавления деформационных полос как предвестников разрушения алюминиевого сплава с помощью силового устройства, создающего импульс сжатия в момент зарождения деформационной полосы, регистрируемый по характерному сигналу акустической эмиссии. 6 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2018-12-21 2019-08-29T00:00:35
Наверх