Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка вопроса. цель, задачи и методология исследований 17
1.1.Критерий работоспособности сварных соединений и анализ методов её обеспечения -
1.2. Анализ подходов к оценке прочности сварных соединений 24
1.3 Методология прогнозирования разрушения конструкционных материалов 37
2. Акустическая эмиссия как метод оценки повреждаемости сварных соединений 57
2.1. Модели источников и параметры акустической эмиссии сварных соединений -
2.2. Микромеханическая модель акустической эмиссии гетерогенных материалов ...70
2.3.Метрологические аспекты акустико-эмиссионной оценки прочности сварных соединений 79
3. Исследования процесса разрушения сварных соединений 85
3.1. Имитационное моделирование процесса разрушения конструкционных материалов. Оценка параметров модели
3.2.Измерительная акустико-эмиссионная система и методика экспериментальных исследований 95
З.З.Результаты исследований и их анализ 110
3.4. Диагностические показатели прочности сварных соединений и способы их определения 116
4. Методика прогнозирования работоспособности сварных соединений металлоконструкций и её проверка в промышленных условиях 139
4.1. Методика прогнозирования работоспособности сварных соединений -
4.2. Оценка прочности сварных соединений металлоконструкций 148
4.3. Оценка прочности сосудов давления 153
Заключение 167
Список литературы
- Анализ подходов к оценке прочности сварных соединений
- Микромеханическая модель акустической эмиссии гетерогенных материалов
- Имитационное моделирование процесса разрушения конструкционных материалов. Оценка параметров модели
- Оценка прочности сварных соединений металлоконструкций
Введение к работе
Сварные соединения - наиболее распространённый в машиностроении вид неразъемных соединений. Высокая технологичность, низкая стоимость, малая трудоёмкость изготовления и возможность снижения массы металлоконструкции позволяют эффективно использовать соединения при изготовлении изделий больших размеров. Это резервуары, трубопровода, корпуса сосудов и летательных аппаратов, железнодорожные вагоны, фермы мостов, кузовов автомобилей и др. Вместе с тем, сварные соединения лимитируют ресурс включающих их металлоконструкций, повреждаясь под длительным действием силовых и коррозионных факторов.
Обладая высоким пределом прочности, сварные соединения теряют работоспособность из-за много- и малоциклового усталостного разрушения. Наиболее вероятным эксплуатационным повреждением сварных соединений большинства деталей машин и элементов конструкций (подкрановые балки, несущие узлы транспортных установок и т. д.) является много цикловое усталостное разрушение. Малоцикловая усталость является основной причиной образования трещин в сварных соединениях оборудования тепловых и атомных станций, элементов конструкций летательных и химических аппаратов, судовых конструкций, технологических установок, элементов автомобильного транспорта, работающих в коррозионной и радиоактивной среде в условиях концентрации напряжений.
Задача по повышению надёжности сварных соединений решаются путём улучшения условий эксплуатации металлоконструкций, укрепления соединений посредством нанесения усиливающих наплавок, совершенствованием сварочных технологий, применением высококачественных хорошо свариваемых сталей, совершенствованием методов диагностики и оптимизации систем эксплуатационного контроля. Существенное значение в этом отношении приобретают знания о процессах, приводящих к отказу сварных соединений, особенностях и закономерностях эволюции микроструктуры материала в процессе изготовления и эксплуатации, причинах и механизмах повреждений сварных соединений, методах их расчёта и прогнозирования работоспособности, неразрушающего контроля и диагностирования состояния.
Из всех средств неразрушающего контроля наиболее перспективным представляется метод, позволяющий вести наблюдение за процессом накопления повреждений в материалах посредством регистрации последствий повреждаемости - эмиссии акустических волн. Акустическая эмиссия (АЭ) материалов - испускание объектом контроля акустических волн, вызванное локальной динамической перестройкой структуры материала. Метод АЭ -современный способ технической диагностики. Использование метода АЭ одобрено Госгортехнадзором России для обеспечения безопасности технических объектов. Применение метода АЭ ограничивается в ряде случаев из-за сложности интерпретации результатов АЭ-наблюдений, которая ведётся, либо на основе статистического подхода, либо с позиций механики развития трещин. Данные подходы не учитывают микромеханические закономерности разрушения и упругого излучения, что не позволяет определять по результатам регистрации сигналов АЭ основные прочностные характеристики материалов, устранять влияние дестабилизирующих результаты регистрации АЭ-информации факторов и, как следствие, повышать точность диагностирования. Цель работы состояла в разработке методики прогнозирования работоспособности и диагностики технического состояния сварных соединений на основе исследования процесса их разрушения и неразрушающей оценки прочности с помощью метода акустической эмиссии. Это включало в себя решение следующих задач:
1. Анализ подходов к оценке прочности сварных соединений и характера их разрушения, обоснование методологии исследований.
2. Построение модели процесса разрушения сварных соединений и оценку её адекватности в условиях диагностического нагружения.
3. Подготовку к исследованиям измерительной автоматизированной акустико-эмиссионной системы и программного обеспечения к ней. 4. Исследование процесса разрушения сварных соединений, формулировку диагностических параметров состояния и разработку способов их оценки.
5. Разработку метода оценки технического состояния сварных соединений, их проверку в условиях промышленных испытаний металлоконструкций и сосудов, нагруженных внутренним давлением.
Объектами исследования являются: - метод оценки технического состояния металлоконструкций и деталей машин, разработанный с использованием компьютерного моделирования; развиваемые фундаментальные положения микромеханики разрушения, механики деформируемого твёрдого тела, динамики и прочности машин, методов их контроля и диагностики; повышаемые точность и достоверность оценки состояния машиностроительных объектов;
метод акустической эмиссии, как метод исследования процессов, влияющих на техническое состояние объектов машиностроения. Предметом исследования является методика прогнозирования работоспособности сварных соединений, базирующаяся на методологии оценки прочности и результатах экспериментальных исследований процесса разрушения методом акустической эмиссии, статических и усталостных прочностных испытаний, результатах статистического, физического и имитационного компьютерного моделирования.
Методология исследований базируется на результатах исследований прочности конструкционных материалов (Махутов Н.А., Павлов П.А., Мельников Б.Е., Гецов Л.Б., Судаков А.В., Жуков В.А.), положениях механики разрушения, кинетической теории прочности и микромеханики разрушения (Журков С.Н., Регель В.Р., Слуцкер А.К., Томашевский Э.Е., Куксенко В.С Петров В.А., Веттегрень В.И.), статистическом и имитационном компьютерном моделировании (Овчинский А.С.), результатах исследований АЭ и методологии оценки прочности различного рода материалов и технических объектов (Иванов В.И., Грешников В.А., Дробот Ю.В,.Башкарёв А.Я., Потапов А.И., Куксенко B.C., Носов В.В, Нефедьев Е.Ю., Трипалин А.С, Буйло СИ., Баранов В.М., Бырин В.Н. и др.), теоретических основах метрологии, математической статистике. Адекватность модели оценивалась сопоставлением результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований различных материалов (композиционных, металлов и их сплавов, сварных соединений, горных пород и др.) и технических объектов (сосудов давления, деталей машин, строительных и металлоконструкций, глубоких подземных сооружений, массива горных пород и др.) с использованием положений теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проведены с использованием соответствующей современным требованиям компьютеризированной двухканаль-ной измерительной системы, позволяющей наблюдать за процессом накопления повреждений в реальном масштабе времени и автоматизировать обработку регистрируемой АЭ-информации. В основе исследований лежат фундаментальные разработки по изучению кинетики делокализованного микротрещино-образования и упругого излучения, разработка алгоритмов оценки прочности на основе микромеханической и имитационной моделей параметров акустической эмиссии. Исследования позволяют решить проблемы интерпретации получаемой АЭ-информации, которые связаны с использованием в настоящее время в качестве идеологической основы положений механики развития трещин, недостаточным учётом микромеханических аспектов дисперсного разрушения и упругого излучения.
Научную новизну работы составляют:
- модель разрушения сварных соединений, описывающая процесс накопления повреждений в условиях неоднородности их структуры и напряжённого состояния при различных режимах нагружения;
- микромеханическая модель акустической эмиссии гетерогенных материалов, связывающая это явление с процессом разрушения в условиях нестабильности параметров частотного, временного и амплитудного распределения сигналов АЭ; - результаты исследования процесса разрушения сварных соединений на основе его имитационного моделирования и регистрации сигналов АЭ;
- методы, алгоритмы и компьютерные программы расчёта диагностических показателей состояния сварных соединений с учётом влияния внешних помех регистрации сигналов АЭ;
- методика прогнозирования работоспособности и неразрушающей оценки прочности сварных соединений;
- предложенные критерий степени опасности дефектов и система классификации выявленных источников АЭ.
Практическая ценность работы. Разработанная методика позволит повысить точность и снизить трудоёмкость оценки состояния сварных металлоконструкций, сократить энерго- и материалоёмкость машин и конструкций, перейти к форсированию режимов эксплуатации, сократить объём ремонтно-восстановительных работ, поможет решать актуальную проблему определения остаточного ресурса и продления сроков эксплуатации оборудования.
Реализация работы Результаты исследований использовались при диагностике сосудов давления кислородного производства листопрокатного цеха Новолипецкого металлургического комбината, в учебном процессе студентов ЛГТУ, СПбГПУ. По результатам работы составлена заявка на способ оценки прочности изделий № 2004118473 от 18.06.04.
Апробация работы результаты работы докладывались на международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование-2003» (Санкт-Петербург 2003 г), международной научно-технической конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надёжности и долговечности конструкций и методы их решения», (Санкт-Петербург 2003 г), международной конференции «Моделирование акустической эмиссии гетерогенных материалов» (Санкт-Петербург 2004 г.), семинарах кафедры «Прикладная механика» Липецкого государственного технического университета, «Машиноведение и детали машин» СПбГПУ.
Публикации. По результатам исследований опубликовано Щ работ.
Анализ подходов к оценке прочности сварных соединений
Стандартные методы оценки прочности сварных соединений предусматривают их разрушающие испытания на статическое растяжение [23] или циклическое нагружение в разных направлениях [87].
При статическом испытании стандартных образцов (рис.2 а) определяют прочность наиболее слабого участка стыкового или нахлёсточного соединения или прочность металла шва в стыковом соединении. Определяют временное сопротивление где кп- поправочный коэффициент (для углеродистой стали равен 0,9), F-разрушающая нагрузка, А -площадь поперечного сечения образца.
Расчёты и обоснование циклической прочности машин и конструкций проводят в настоящее время с использованием двух основных предельных состояний: по образованию макротрещины и по её развитию [53, 88]. Разрушение рассматривается в виде процесса, состоящего, как минимум, из двух стадий: стадии рассеянных повреждений и стадии роста трещины. Первая стадия более длительна и занимает 50-90 % от общего времени до разрушения.
Для её описания используются феноменологические (полуэмпирические) или структурные модели, изображающие процесс накопления повреждения в материале в виде временных функций, ограниченных моментом накопления предельной повреждаемости [15]. Для описания второй стадии разрушения или расчёта конструкций с трещиноподобными дефектами используются уравнения и критерии линейной и нелинейной механики разрушения. Под моментом образования трещины малоцикловой усталости деталей, выполненных из традиционно применяемых конструкционных материалов, обычно понимается появление так называемой "инженерной" трещины длиной 0,8 мм, глубиной 0,4 мм. Размеры трещины были выбраны исходя из возможностей применяемых методов неразрушающего контроля и соображений её безопасности [57]. Методы расчёта конструкций с типичными для сварных соединений дефектами не трещиноподобной формы (поры, шлаковые включения, неметаллические включения, точечное скопление пор и включений) занимают промежуточное положение между обоими из перечисленных подходов и ведутся на основе описания накопления повреждений с учётом сравнительно высокой концентрации напряжений [53].
Описываясь функционально, явления накопления повреждений и развития трещин, в то же время, рассматриваются как статистические, имеющие ярко выраженную вероятностную природу. К причинам, влияющим на разброс параметров повреждаемости, времени до разрушения и ресурса конструкции относят вероятностную природу элементарного акта разрушения, технологические, структурные и эксплуатационные факторы. Для отделения статистической и детерминированной составляющей процесса разрушения используют методы статистического моделирования, элементы теории вероятностей и математическую статистику.
Циклическая прочность и долговечность сварных соединений до момента образования трещины оценивается различными методиками по уравнениям различных кривых усталости. Определение ресурса т или числа циклов Np до образования трещины ведут по кривым циклической или длительной прочное 27 ти, данным о накоплении повреждений и одному из критериев разрушения конструкции. Выбор критериев предусматривает использование одной или нескольких моделей разрушения. При расчётах используются деформационные, энергетические и силовые критерии.
Энергетические критерии разрушения характеризуют связанное с разрушением изменение потенциальной энергии материала, измеряемое, в частности, методом акустической эмиссии [98] . Примером использования деформационных критериев является работа [50], где о повреждении судят по величине деформации, а оценка остаточного ресурса ведётся на основе выражений c»=hr =cc или c,.ji =cc г (е ) с или Je 0 1У С\ а) 0 еС Nc{ea) с - 0Ч с С-2) где CN, С t-меры усталостного и статического повреждений соответственно, Nc-разрушающее число циклов, a t- деформации соответственно при циклическом и длительном статическом нагружениях, ес -разрушающая деформация,
Сс- критическое повреждение. Используемая для решения уравнения (1.2) кривая усталости связывает разрушающее число циклов Nc с амплитудой пластической еар и упругой еае деформаций степенной зависимостью (зависимостью Мэнсона-Коффина-Лангрена)
Установлено, что в области малого числа Nc циклов до разрушения сварного соединения (Nc 103) общая деформация определяется, главным образом, пластическим изменением формы и размеров образца. Разрушение происходит с большими пластическими деформациями, прочность соединения определяет основной металл и зона термического влияния. В области более высокого числа циклов (при Nc 104) материал деформируется упруго, основное значение для прочности соединения имеют усталостные повреждения в сварном шве, так как прочность основного металла превосходит прочность других зон, его пластичность при этом минимальна и приближается к пластичности других зон (рис.3 .а). При снижении значений напряжений происходит увеличение числа циклов до разрушения. Как видно из рис.3, при Nc 104 зависимость IgNij-a близка к прямолинейной, что допускает экспоненциальную связь номинальных напряжений в образце и числа циклов до образования трещины.
Для обеспечения безопасности конструкций вместо критических повреждений, соответствующих достижению предельных состояний, в расчёт по (1.2) вводятся допустимые повреждения [С] с использованием коэффициентов запаса по напряжениям и долговечности. Сс и [С] разделяют области безопасной, ограниченной безопасности и опасной эксплуатации. При экспертизе безопасности объекта в момент времени tK проводят инструментальную оценку повреждаемости, по значению которой и предыстории нагружения строят расчётную модель СмОО накопления повреждений. Далее экстраполируют функцию CM(t) до момента достижения допустимых повреждений [С]
Микромеханическая модель акустической эмиссии гетерогенных материалов
Основой моделирования является изложенная в работах [60-73] методология и выраженная уравнением (1.20) связь информативных параметров АЭ с параметрами повреждаемости материала. Информативными параметрами могут быть число Nj; регистрируемых импульсов дискретной АЭ, суммарный счёт N АЭ, суммарная амплитуда или комбинация этих параметров. Соотношение входящих в (1.20), (1.18) и (1.19) параметров функции у/{со) характеризует степень неоднородности механического состояния материала; параметры то и U0 наиболее консервативны и не зависят от состояния структуры, определяются характеристиками межатомного взаимодействия структурного элемента; значения параметра у являются характеристикой структура материала, слабо чувствительны к его химической природе.
Рассмотрим физический смысл АЭК. Из (1.20) видно, что он имеет смысл «звучащего» объёма и связан с долей сигналов АЭ регистрируемых из общего потока импульсов, прошедших временную, частотную и амплитудную фильтрацию. Математическая модель АЭК где V- контролируемый объём материала, Ф (At, f, и)- плотность вероятности распределения сигналов АЭ по интервалам At (паузам) между ними, амплитуде и и частоте f. Учитывая стохастический характер упругого излучения, входящему в (2.4) интегралу можно придать смысл вероятности регистрации, то есть вероятности попадания параметров упругих волн, пришедших от источника АЭ, в диапазон регистрируемых измерительной аппаратурой частот, амплитуд сигналов АЭ и временных интервалов между ними. Вид и поведение определяющих функцию 0(At, f, и) распределений длительности пауз между сигналами, амплитудных распределений, распределение сигналов по частоте, связь между скоростью нагружения, температурой регистрации, видом контактной жидкости и коэффициентом прохождения сигнала, амплитудой, частотой, длительностью сигналов, размером структурных элементов, расстоянием до источника АЭ и числом регистрируемых сигналов описаны в работах [12,24,34,71,96] (см. рис. 19-22). Наиболее динамично во время АЭ измерений ведёт себя амплитудное распределение. Его вид связан с распределением размеров разрывов сплошности (разрушенных структурных элементов) гетерогенных материалов [96], типом дефекта и степенью его опасности [106], скоростью нагружения, напряжениями на структурных элементах в момент разрушения и порогами дискриминации аппаратуры [24, 71, 106], а также с метрологическими аспектами АЭ-наблюдений. Последние связаны с чувствительностью АЭ-измерений, которая, в свою очередь, зависит от соотношения величин энергии или амплитуды упругой волны и порога дискриминации регистрирующей аппаратуры. Принимая гипотезу о нормальном распределении сигналов по амплитуде (согласно центральной предельной теореме и физическим предпосылкам [12]) становится очевидной связь доли регистрируемых сигналов АЭ, прошедших временную, частотную и амплитудную фильтрацию, и вида наблюдаемого амплитудного распределения. Искажение этого вида при фиксированном пороге дискриминации аппаратуры может быть связано только с изменением энергоёмкости упругого излучения.
Мелкодисперсное разрушение происходит в виде отдельных элементарных актов - образования микротрещин. Очевидно, что этот акт затрагивает не одну материальную точку, а некоторый представительный объём - элемент структурной гетерогенности (для металлов это кристаллиты, зёрна, группы зёрен). Интересно отметить, что на сегодняшний день понятие о структурном элементе используют представители не только структурного, но и континуального подхода [59, 85].
Имитационное моделирование процесса разрушения конструкционных материалов. Оценка параметров модели
Построение временных зависимостей рассчитываемых параметров повреждаемости С производилась для различных значений параметров функций у/(а ) при различных режимах нагружения. При этом модели C(t) рассматривались на интервале от 0 до точки достижения концентрации С . Стадия делокализованного микротрещинообразования завершается при достижении критической концентрации С равной примерно 0.01С0, которая сменяется второй стадией разрушения.
При имитации АЭ использовались следующие значения постоянных: г0 = 10-14 с, U0 = 94000+400000 Дж/моль, = 8.31 КДж/(1Смоль град), Г = 275 К, С0 = 10000. Типичные разновидности получаемых результатов представлены на рис. 25, 26. Исследование моделей (3.1)-(3.6) при различных распределениях величины со (3.7) - (3.9) показало, что на кривизну графика модели оказывают влияние следующие параметры: Аса для прямоугольного, ju и в большей степени а для логарифмически-нормального, сох и о)2 Д двух- прямоугольного распределения, которые характеризуют длину интервала интегрирования, то есть степень неоднородности состояния материала.
Наиболее «гибким» из рассмотренных распределений оказалось двух-прямоугольное, как имеющее три параметра распределения, тогда как у прямоугольного и логарифмически-нормального только два. Сопоставление результатов моделирования с экспериментально наблюдаемыми параметрами повреждаемости (рис. 6), параметрами АЭ (рис.15) , или неоднородностью состояния сварных соединений [101] показало, что составляющая с весом 0,01-0,001 распределения (3.9) влияет на кинетику C(t) только начальные 5-15 % первой стадии разрушения. Дальнейшие 95-85 % этой стадии представляют этап однородного разрушения, а время до разрушения определяется параметрами первого прямоугольника с весом 0,99-0,999 и малым \.
Подобный анализ был проведён также при термонагружении образцов (рис. 26), когда T = To + Tl[l-exp(/Tm)], a=ao[l-exp(/Tm)], где xm -время роста температуры Т и напряжений а. Для оценки адекватности рассматриваемой модели результаты моделирования были сопоставлены с данными лабораторных АЭ-испытаний. Рассматривались полученные различными исследователями результаты испытаний АЭ сварных и адгезионных стальных и металлополимерных соединений, композиционных материалов, горных пород. Результаты исследований равномерно нагруженных образцов, средняя амплитуда сигналов АЭ от которых на протяжении всей стадии делокализованного разрушения существенно не изменялась, вводились в виде двумерного массива данных, содержащем информацию о суммарном числе импульсов АЭ полученных на текущий момент времени. Последний элемент массива соответствует времени наступления разрушения, то есть моменту достижения критической концентрации С = 0.01С0.
Результаты регистрации АЭ, в совокупности с неизменностью объема образца и порогов дискриминации использовавшейся аппаратуры АЭ, говорили о стабильности значений акустико-эмиссионного коэффициента и приемлемости допущения
Результаты решения поставленных задач (3.11)-(3.13) для постоянной и возрастающей нагрузок моделей (3.1) и (3.3) представлены на рис. 27. Для решения этих задач использовалась программа Graph, написанная в среде Microsoft Excel. В качестве метода оптимизации использовалась стандартная реализация метода Ньютона [30]. Для вычисления значений параметров модели - численный метод интегрирования - метод Симпсона [7,19,29, 33, 105]. Проверка предложенной модели числа N (0 импульсов АЭ на адекватность проводилась как графически, так и по критериям согласия [102].
Для регистрации сигналов акустической эмиссии (АЭ) и обработки информации, полученной от объекта контроля, была разработана измерительная акустико-эмиссионная система (ИАЭС) (рис.28). Блок-схема системы изображена на рис. 29. Принцип работы одного её канала следующий.
Возникающие микротрещины излучают при образовании ультразвуковые волны, которые имеют форму затухающей синусоиды (рис. 30 а). Такая волна доходит до датчика АЭ, представляющего собой пьезокерамическую таблетку цирконата-титоната свинца ЦТС-19, помещенную в латунный корпус (рис. 29 б), и преобразуется в электрический сигнал. Преобразование упругой волны в электрический сигнал осуществляется за счет пьезометрического эффекта, заключающегося в появлении электрических зарядов противоположных знаков на гранях пьезокристаллов при их механическом деформировании. Для улучшения акустического контакта датчика с образцом он предварительно должен смазываться маслом. С датчика сигнал поступает на предварительный усилитель 3, функция которого заключается в согласовании высокого выходного сопротивления датчика с кабелем связи, а также в предварительном усилении с целью улучшения соотношения сигнал-шум.
После дополнительного усиления основным усилителем сигнал поступает в блок обработки сигналов (БОС) 5, где из сигнала сложной формы выделяется сигнал, амплитуда которого пропорциональна максимальной амплитуде огибающей сигнала (рис. 30 в). После окончания работы всю накопленную информацию можно наблюдать на экране 7. Программная обработка информации позволяла построить зависимость числа Nj импульсов АЭ от времени и определить параметры этой зависимости.
Оценка прочности сварных соединений металлоконструкций
Способ неразрушающего контроля прочности изделий относится к акустическим методам неразрушающего контроля прочности и предназначен для оценки прочности испытуемых изделий. Способ носит универсальный характер и может применяться для изделий различных размеров и конструкции, а также выполненных из различных конструкционных материалов.
Способ реализуется следующим способом. Изделие нагружается равномерно растущей нагрузкой или ступенчато равномерно растущей нагрузкой с выдержкой на каждой ступени. Заявляемый способ не предъявляет особых требований к виду нагрузки. Изделие может нагружаться растягивающими нагрузками, изгибными и крутящими моментами, давлением и сочетаниями указанных видов нагрузок. Максимальная нагрузка, достигаемая в ходе диагностирования, может быть значительно ниже разрушающей. В ходе нагружения и выдержки изделия при помощи специальной измерительной аппаратуры проводят регистрацию числа импульсов АЭ и их амплитуд.
После проведения регистрации импульсов АЭ определяют значение диагностического параметра состояния материала изделия УДЕ ПО формуле (4.1) или (4.2).
Для определения класса опасности выявленного в контролируемом объекте источника импульсов АЭ определяют значения эталонного параметра YR ПО параметрам кривых усталости (рис51 формулы (4.4), (4.5)) или результатам статических АЭ испытаний и формуле: где ов - предел прочности (временное сопротивление) материала контролируемого изделия /справочное/; МДЕ - константа материала конструкции и условий ее нагружения, определяется по результатам разрушающих АЭ-испытаний эталонных (бездефектных) образцов и следующей формуле: 2шЛ ї AEi в/ 1V1 АЕ "и где пи- количество испытаний, YAEj, авг значения диагностического параметра и предела прочности образца соответственно.
Если YAE 0, то источник импульсов АЭ классифицируется как неактивный, дефект признается не опасным, состояние изделия работоспособным. При 0 YAE YR источник импульсов АЭ классифицируется как активный, дефект признается не опасным, состояние изделия работоспособным. При YAE YR источник импульсов АЭ классифицируется как критически активный, дефект признается опасным, работоспособность изделия -ограниченной, нагрузки на диагностируемый объект должны быть снижены не менее, чем в YAE/YR раз. При YAE [S]YR ([S]- нормативный коэффициент запаса прочности) источник импульсов АЭ классифицируется как катастрофически активный, дефект и состояние изделия признаются опасными, изделие неработоспособно. Соотношения класса источника АЭ и значений диагностического параметра приведены в табл. 9
Рассмотрим результаты описанных в работе [80] экспериментов по исследованию склонности стали 25ХНЗНФА к разрушению, где использовались образцы сварных соединений с конструкцией, обеспечивающей прохождение трещины в основном металле по зоне термического влияния. Непосредственно после сварки образцы помещали в испытательную машину и прикладывали постоянную нагрузку. Величину напряжений устанавливали в пределах 300.. ..500 МПа. Скорость нагружения была постоянной и равнялась 150 Н/с. Оценку параметров АЭ производили на комплексе аппаратуры серии 3000 фирмы "Dunegan/Endevco". Полосу рабочих частот выбирали в пределах 0,3-1 МГц, запись суммы импульсов АЭ вели на двухкоординатном самописце. По результатам экспериментов строили временные зависимости суммарного счета АЭ, типичные виды которых представлены на рис.52 а. Наличие линейных участков зависимостей N (t) говорит о регистрации кинетически однородного этапа разрушения соединения и о возможности оценки параметра ZAE5 значения которого, как видно из рисунка, коррелируют с величиной механических напряжений.
На рисунке 52 б приведены результаты АЭ-исследований образцов легированных сталей при низких температурах нагружения (до 77 К). Образцы стали 12Х18Н10Т со сварным бездефектным или дефектным сварным швом подвергали растяжению в поперечном направлении. Общая длина образца составляла 400 мм, сечение рабочей части - 20x7 мм. Концентратор напряжений наносили в зоне сварного шва, длина концентратора равнялась 20 мм. Видно, что временная зависимость параметров АЭ бездефектных сварных шов кинетически неоднородна, а образцов с непроваром - кинетически однородна. Абсолютные же значения числа импульсов или суммарного счёта АЭ связаны с дефектностью образцов неоднозначно. На рис. 53 а представлены результаты регистрации временных зависимостей числа импульсов АЭ при тестовых испытаниях инплант-образцов сварных соединений, выполненных без или с инициированием трещины [42]. Регистрация сигналов АЭ начиналась непосредственно после удаления шлаковой корки и приложения не превышающей предела текучести постоянной нагрузки при температуре ниже 200 С. Длительность проведения испытаний составляла не более 24 часов. Результаты АЭ-измерений позволяют определить величину параметра ZAE И показывают его представительность: величина параметра максимальна для менее прочного образца 1 и минимальна для образца 3 с качественной сваркой.
Результаты АЭ-испытаний [116] сварных швов нержавеющей стали Uranus 45 (рис. 53 б) иллюстрируют представительность параметра УДЕ как критерия прочности и степени опасности дефектов типа отверстий. Результаты рис. 53 в [2] говорят о протекании неоднородного этапа микротрещинообразования сварных тавровых элементов натурных конструкций и безопасности их состояния.
Задача АЭ-диагностики состояния сосудов давления, также как и других объектов, решается различными исследователями с позиций либо индуктивного, либо дедуктивного подхода. В рамках первого наибольшее распространение имеют методы, основанные на выражаемой формулами (2.1), (2.1а) взаимосвязи скорости счёта, суммарного числа импульсов или активности АЭ и коэффициента интенсивности напряжений. Регистрируя суммарное число импульсов АЭ в процессе диагностического нагружения, оценивают степень опасности трещины и запас долговечности сосуда [67]. При этом описываемый уравнением Дунегана этап излучения импульсов АЭ, регистрируемый во время равномерного нагружения сосуда внутренним давлением, рассматривается как заключительный, соответствующий росту магистральной трещины, что используется в качестве прогностического признака приближающегося разрушения.
