Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема экспериментального изучения динамики структурных дефектов твердого тепа по данным акустической эмиссии 13
1.1. Источники и механизмы акустического излучения 13
1.2. Постановка задачи и выбор информационных параметров сигналов акустической эмиссии 22
1.3. Установка для исследования параметров акустического излучения в процессе механического деформирования структуры твердых тел 32
Глава 2. Экспериментальное исследование акустического излучения при механическом деформировании 45
2.1. Аппроксимация спектра АЭ и физическая интерпретация его параметров 45
2.2. Анализ влияния скорости и степени деформации структуры на длительность акта акустического излучения. Связь с объемом элементарного источника АЭ 58
2.3. Энергетические характеристики и энергия акта АЭ в зависимости от скорости и степени деформации 61
2.4. Интенсивность потока и плотность распределения временных интервалов следования импульсов акустической эмиссии 67
2.5. Амплитудные характеристики импульсов акустической эмиссии 81
Глава 3. Связь параметров акустического излучения с особенностями кинетики деформации и микроразрушения 91
3.1. О применимости к явлению акустической эмиссии аппарата теории потоков случайных событий 91
3.2. Пуассоновский поток как модель описания последовательности актов акустического излучения 95
3.3. Акустическое излучение ансамбля элементарных излучателей при переходе линейных дефектов через границы 98
3.4. Амплитудные характеристики АЭ при разрушении микро- и макрообъема твердого тела 105
3.5. Причины искажения регистрируемых амплитудных распределений сигналов АЭ 113
Глава 4. Задача количественного измерения интенсивности потока повреждений структуры твердого тела по регистрируемым сигналам АЭ 120
4.1. Связь интенсивности потока актов АЭ с кинетикой повреждения структуры тела 120
4.2. Средняя длительность регистрируемых импульсов эмиссии . 125
4.3. Учет перекрытия импульсов эмиссии 127
4.4. Восстановление интенсивности потока актов акустической эмиссии 133
4.5. Анализ основных источников погрешностей метода 139
Глава 5. Практическое применение явления акустической эмиссии для определения развивающихся дефектов 147
5.1. Акустическая эмиссия при образовании и росте усталостной трещины в образцах из высокопрочной стали 147
5.2. Применение амплитудных характеристик АЭ для определения координат развивающихся дефектов 150
5.3. Разработка основ методики измерения интенсивности потока актов АЭ и аппаратурных средств для определения развивающихся дефектов по их акустическому излучению 156
Заключение, 167
Литература 170
Приложение 1. Основные термины, обозначения и определения в области акустической эмиссии 182
Приложение 2. Вычисление автокорреляционных функций сигналов АЭ 184
Приложение 3. Протокол передачи результатов работы. 186
- Постановка задачи и выбор информационных параметров сигналов акустической эмиссии
- Интенсивность потока и плотность распределения временных интервалов следования импульсов акустической эмиссии
- Восстановление интенсивности потока актов акустической эмиссии
- Разработка основ методики измерения интенсивности потока актов АЭ и аппаратурных средств для определения развивающихся дефектов по их акустическому излучению
Постановка задачи и выбор информационных параметров сигналов акустической эмиссии
Наиболее полные теоретические и экспериментальные результаты получены по механизму переходного акустического излучения, сопровождающего образование и выход упругого двойника в кристаллах кальцита (рис.1.1).
В работах [2,8,19,26 I экспериментально доказано, что в кальците ведущим механизмом генерации звука дислокациями является механизм переходного излучения ІІ,І5,І7І, интенсивность которого определяется скоростью дислокаций в момент входа и выхода упругого двойника из кристалла. На основе полученных зависимостей авторами работы [8 J разработан метод измерения скорости движения дислокаций по данным АЭ. Получено удовлетворительное согласие теоретических и экспериментальных данных.
Сигналы АЭ, регистрируемые при деформации структуры металлов (рис.1.2), сильно отличаются от полученных на кристаллах кальцита авторами работ [8,19,26 J и обычно имеют существенно меньшую амплитуду и длительность. Это, вероятно, может быть связано со значительно меньшим количеством дислокаций, ответственных за один регистрируемый импульс АЭ. Короткие импульсы сильно искажаются вследствие отражений и трансформации типов волн при распространении в твердом теле. Кроме того, лучшие современные широкополосные пьезоприемники при удовлетворительной чувствительности имеют полосу пропускания порядка сотен килогерц при неравномерности 3 дБ, вследствие чего не могут передать без искажения упругий импульс Ти короче 10-10 с.(требуемую полосу частот А4 можно оценить по известному соотношению: Д-/ (2-5)/ Za ). Все это делает весьма проблематичным непосредственный перенос теоретических и экспериментальных результатов полученных в экспериментах с двойниками в кальците на акустическое излучение несовершенств структуры в металлах, на которых проведено основное количество исследований по практическому применению явления АЭ.
Сплавы на основе железа благодаря своим исключительным физическим и механическим свойствам, до сих пор занимают ведущее место среди материалов современной промышленности.
Однако, несмотря на то, что значительная часть работ по исследованию явления АЭ для определения поведения дефектов структуры металлов посвящена сплавам на основе железа, многие особенности их акустического излучения при механической деформации структуры исследованы недостаточно. В основном это связано с более сложными процессами, определяющими кривую деформации ОЦК металлов. Механизмы развития пластической деформации ОЦК металлов и их зависимость от условий испытаний еще не изучены так хорошо, как ГЦК и ГПУ металлов.
Из ОЦК металлов наиболее подробно исследованы особенности АЭ на монокристаллах молибдена [9 ]. По результатам работы [9 J источниками акустического излучения на начальной стадии деформации монокристаллов гЧ0 является быстрое лавинообразное движение преимущественно краевых дислокаций при их отрыве от примесных точек закрепления. При этом интенсивность регистрируемых импульсов N имеет максимум в районе предела пропорциональности, а затем резко уменьшается, что связано с уменьшением плотности закрепленных дислокаций. По мере деформационного упрочнения формируются барьеры в виде сидячих дислокаций, преодоление которых определяет АЭ в области макропластичности. Однако, с формированием ячеистой структуры количество таких преодолеваемых барьеров уменьшается, и поэтому АЭ снижается почти до нуля. В исследованном диапазоне частот (до I МГц) не обнаружено тенденции к существенному снижению спектральной плотности, в результате чего автор делает вывод о возможном проявлении индивидуальных особенностей источников АЭ на более высоких частотах. Отмечается преобладающее влияние акустических характеристик системы датчик -образец на форму сигналов и их частотный спектр, что затрудняет идентификацию источников АЭ. В работе предложен метод определения функции распределения дислокаций по стартовым напряжени -ям. Метод основан на предположении, что энергия, выделяемая в виде АЭ при пластической деформации, является частью энергии, запасенной полями упругой деформации решетки к моменту отрыва дислокаций от стопоров,и пропорциональна ей. Однако, энергия самого акта АЭ, необходимая для идентификации механизма излучения, количественно определена не была.
Наибольшие затруднения возникают при попытках количественного исследования параметров излучения и их связи с механизмами деформирования структуры ОЦК металлов, имеющих площадку текучести. Во-первых, это связано со сложностью самих физических процессов на площадке текучести. Во-вторых, на площадке текучести регистрируемая амплитуда АЭ падет более чем на порядок, а сигналы АЭ почти полностью перекрываются. Это не позволяет выделить отдельные импульсы АЭ, соответствующие дискретным актам акустического излучения. Вследствие этого до сих пор отсутствуют достоверные количественные оценки действительной интенсивности потока (скорости следования) актов акустического излучения на площадке текучести (рис.1.3), основного параметра АЭ, определяемого потоком дислокаций при пластической деформации твердых тел.
Таким образом, основным препятствием на пути использования явления АЭ для целей экспериментального изучения динамики образования и движения несовершенств структуры твердых тел является пока в значительной степени качественный характер получаемых результатов. Это вызвано неопределенностью количественных характеристик самого акта акустического излучения, трудностью учета искажения сигналов АЭ в процессе распространения, а также по причине отсутствия точных сведений о конкретных механизмах и особенностях акустического излучения при переходе от свойств отдельных дефектов решетки к статистическим закономерностям, характерным для кристалла в целом.
Целью настоящей работы является исследование параметров, определение особенностей акустического излучения, возникающего в процессе механической деформации и установление количествен -ной связи параметров излучения с кинетикой процессов повреждения структуры твердых тел.
Реализация цели исследований потребовала решения следующих взаимосвязанных задач:
1. Определить наиболее информативные параметры акустического излучения и создать экспериментальную установку для исследования явления АЭ.
2. Экспериментально исследовать спектральные, энергетические и временные характеристики АЭ при механическом деформировании. Получить количественные оценки параметров акта акустического излучения.
3. Теоретически и экспериментально исследовать влияние статистического характера динамики дефектов на параметры сопутствующего акустического излучения.
4. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований установить количественную связь регистрируемых параметров акустического излучения с кинетикой повреждения структуры твердых тел.
5. Экспериментально исследовать процесс деформации и раз -рушения сплавов на основе железа с применением разработанных методов и аппаратурных устройств.
Выделение полезной информации, содержащейся в сигналах АЭ, обычно осуществляется различными методами количественной обработки параметров сигналов [4,5,49-60]» Число возможных регистрируемых параметров сигналов АЭ может быть достаточно большим. Поэтому важное значение имеет выбор наиболее информативных параметров, то есть параметров, несущих наибольшую информацию о процессах динамической локальной перестройки внутренней структуры тел.
Интенсивность потока и плотность распределения временных интервалов следования импульсов акустической эмиссии
Измерение интенсивности потока (скорости следования) им -пульсов АЭ в принципе позволяет исследовать кинетику процессов деформирования и повреждения структуры твердого тела. Действительно, в общем случае интенсивность АЭ должна быть пропорциональна скорости протекания преобладающего на данной стадии деформации кинетического процесса повреждения структуры. Вместе с тем, взаимосвязь параметров акустического излучения с характером процесса деформирования является достаточно сложной, так как на, разных стадиях деформирования преобладающими могут быть различные кинетические процессы (движение и размножение дислокаций, двойникование, зарождение микротрещин), что требует определения типа источников и особенностей АЭ при различной степени деформирования структуры.
Измерение интенсивности потока импульсов АЭ на разных стадиях деформации производилось при одноосном растяжении до разрушения цилиндрических образцов диаметром б мм из материала ст.20. Для приема и регистрации акустического излучения использовалась установка, описанная в разделе 1.3. Для повышения достоверности результатов при возможном на площадке текучести сильном перекрытии импульсов АЭ, измерение Np - регистрируемой интенсивности потока импульсов АЭ производилось с использованием разработанного в главе 4 способа селекции принимаемых сигналов АЭ.
Полученные на разных стадиях деформации осциллограммы, амплитудные распределения и графики прогистрируемой интенсивности импульсов АЭ приведены на рис.2.7. Для сопоставления там же приведена диаграмма нагружения. Сигналы АЭ, воспринимаемые датчиком в упругой области и переходной от упругой к пластической, представлены на рис.2.7 (фото I). Они имеют вид отдельных вспышек с высокочастотным заполнением и затухающей по экспоненте амплитудой колебаний. Интенсивность потока импульсов АЭ увеличивается в переходной области и лавинообразно возрастает при деформациях, соответствующих площадке текучести. На площадке текучести отдельные импульсы АЭ сильно перекрываются и регистрируемые сигналы АЭ имеют вид почти непрерывной эмиссии (фото 2 на рис.2.7). По окончании площадки текучести интенсивность АЭ резко падает. Перед разрушением образца часто снова наблюдается некоторое возрастание интенсивности АЭ.
В настоящее время пока нет полной ясности в вопросах излучения АЭ металлами. Обычно считается, что в пластичных металлах акустическое излучение вызывается дислокационными эффектами [12] , интенсивность АЭ связана с плотностью подвижных дислокаций [21, 78J и должна быть прямо пропорциональна их скорости и длине свободного пробега [28 J Полученные в разделах 2.1 - 2.3 оценки параметров источников АЭ в переходной области и на площадке текучести также косвенно подтверждают дислокационный характер явления АЭ на этих стадиях деформации структуры. У материалов, обладающих площадкой текучести, резкое возрастание интенсивности АЭ можно связать с отрывом дислокаций от атмосфер Котрелла.
Вместе с тем, согласно экспериментальным данным Джеймса и Карпентера [l3J , по крайней мере, в чистых монокристаллах Li г и NCLLC интенсивность АЭ скорее всего пропорциональна изменению плотности подвижных дислокаций, а не самой плотности. Кроме того, только блокировка дислокаций атмосферами Котрелла, вероятно, не является достаточным условием акустической эмиссии, так как АЭ на площадке текучести наблюдается и у весьма чистых кристаллов, имеющих малую плотность дефектов. Вследствие этого следует учитывать и такой источник изменения плотности подвижных дислокаций, как их непосредственное размножение.
Таким образом, сопоставляя характер изменения интенсивности АЭ в процессе деформирования с известными данными о кинетике дислокаций, наблюдаемое поведение интенсивности АЭ, по нашему мнению, можно связать со следующими особенностями структуры ОЦК металлов:
а) низкой (порядка 10 ом" ) плотностью подвижных дислокаций в исходном состоянии вследствие закрепления дислокаций атмосферами примесей (особенно С и N ) или частицами фаз и, кроме того,
б) сильной зависимостью плотности и скорости движения подвижных дислокаций от деформации и напряжения (действительно, у железа [79 J плотность подвижных дислокаций fO , а их скорость , где: "- сдвиговое напряжение).
Исходя из этих особенностей дефектов структуры сплавов железа с низким содержанием углерода, экспериментально наблюдаемое поведение кривой может иметь следующее объяснение. Задаваемая нагружающим устройством - скорость деформирования реализуется посредством упругой деформации кристаллической решетки с пропорциональным возрастанием напряжения только на начальных стадиях деформации. В конце упругой и в переходной областях: начинается движение отдельных скоплений дислокаций у концентраторов напряжения.
Коллективный характер движения скопления дислокаций приводит к суперпозиции упругих импульсов отдельных дислокаций (см. рис.3.5) в акустические импульсы с амплитудами достаточными для регистрации приемным пьезодатчиком. Величина упругой энергии этих импульсов установлена нами в разделе 2.3 (табл.2.2). Оказалось, что в конце упругой и переходной области средняя энергия акта акустического излучения имеет величину порядка 15 5 10 Дж и мало зависит от скорости деформирования.
При приближении нагрузки к пределу текучести происходит лавинообразное возрастание плотности подвижных дислокаций за счет освобождения от атмосфер Котрелла и размножение дислокации в процессе деформации структуры. Лавинообразное возрастание плотности подвижных дислокаций сопровождается резким увеличением интенсивности потока импульсов АЭ. Напряжение увеличивается до тех пор, пока движущиеся с большой скоростью дислокации не обеспечат полностью такую скорость деформации структуры, которая сравняется с прилагаемой испытательной машиной скоростью деформирования. Вследствие дальнейшего продолжения деформирования (так как = const) продолжается пропорциональное размножение дислокаций, создающее на некоторое время количество дислокаций большее, чем необходимо для поддержания заданной деформации. Это вызывает появление площадки текучести и, иногда, некоторое падение напряжения (зуб текучести), пока скорость движения дислокаций не упадет до уровня, обеспечивающего скорость деформации образца, соответствующую скорости движения захвата нагружающего устройства.
Образование полос Людерса-Чернова приводит к значительной неоднородности процесса деформации, а следовательно, и размножения подвижных дислокаций на площадке текучести по причине ее сосредоточения в основном на фронте полосы Людерса-Чернова. Вследствие этого распространение полосы Людерса-Чернова через образец должно приводить к высокой интенсивности акустического излучения на всей площадке текучести. При этом интенсивность импульсов АЭ на площадке текучести должна быть пропорциональна скорости распространения фронта полосы Людерса-Чернова. Относительно постоянное значение Np- регистрируемой интенсивности импульсов АЭ на площадке текучести (рис.2.7) позволяет предположить приблизительно постоянную скорость движения фронта полосы Людерса-Чернова, что, действительно наблюдалось экспериментально при постоянной скорости движения захвата нагружающего устройства.
Средняя энергия акта акустического излучения установлена в разделе 2.3, где показано, что на площадке текучести она мало зависит от скорости деформации и имеет величину порядка (1,4 -- 1,7).Ю-15 Дк.
Учет перекрытия регистрируемых импульсов АЭ по методу, разработанному в главе 4, показывает (рис.4.9а), что - действительная интенсивность потока актов акустического излучения на площадке текучести, восстановленная по значениям регистрируемой интенсивности импульсов АЭ на рис.2.7,может быть оценена вели -чиной порядка 2-Ю с .
Восстановление интенсивности потока актов акустической эмиссии
Из анализа выражения (4.12) следует, что полностью исключить неоднозначность и повысить точность измерения интенсивности позволило бы приведение (например, путем соответствующего стробирования) мертвого времени длительности регистрируемых импульсов АЭ к непродлевающемуся типу (кривая 2 на рис.4.4а).Восстановление Net - интенсивности потока актов АЭ в этом случае графически показано на рис.4.4а (переход от rJfp к А/а ).
I. Амплитудно-временная селекция импульсов АЭ. Мертвое время, близкое к непродлевающемуся, дает предложенное нами се-лектирование 103 J принятых сигналов АЭ стробимпульсами, дли -тельность которых автоматически управляется амплитудой импульса АЭ и равна времени послезвучания исследуемого тела и приемного датчика на уровне дискриминации. Блок-схема устройства 1103J для реализации этого способа приведена на рис.4.5, а временные диаграммы - на рис.4.6. Селектирование осуществляется следующим образом. Сигналы АЭ, снимаемые с выхода приемного тракта, нормализуются амплитудным дискриминатором - формирова -телем I и, пройдя через ключ 2, запускают одновибратор 3. Одно-вибратор 4 блокирует запуск одновибратора 3 на его время вое -становления. При этом устройство работает таким образом, что длительность строб-импульса селекции, вырабатываемого одновиб -раторами 3 и 4, пропорциональна экспериментально определенной постоянной времени послезвучания Т исследуемого тела и приемного датчика, а также логарифлу отношения максимальной амплитуды регистрируемого импульса эмиссии U0 к LLn - напряжению уровня дискриминации. Нормализованные по амплитуде импульсы с выхода одновибратора 3 подаются на входы интенсиметра 7 и счетчика 8, где подсчитываются Np - интенсивность и общее количество селектированных импульсов. В этом случае, разрешив (4.12) относительно N x , получим: Na=Np/lf-Np?L) (4.13)
Необходимый для использования выражения (4.13) график значений интеграла L (К) приведен на рис.4.2.
2. Интенсивность осцилляции (регистрация N - скорости счета АЭ). Рассмотрим теперь метод подсчета осцилляции. В этом случае мы также имеем мертвое время, близкое к непродлеващемуся, так как вследствие колебательного характера сигнала АЭ происходит "селектирование" мертвого времени с частотой заполнения импульса АЭ и производится подсчет осцилляции. Вследствие этого метод измерения N - скорости счета при учете статистических характеристик АЭ тоже может быть сведен к кривой 2 на рис.4.4а. Учитывая, что N fxNp и /\/р описывается зависимостью (4.13), получим: Na=N/tL(f-fi) (4.15) где: V - интенсивность потока осцилляции (скорость счета АЭ); f - преобладающая частота заполнения импульсов АЭ.
Выражения (4.13)-(4.16) решают задачу количественного измерения интенсивности потока повреждений структуры твердого тела по сигналам АЭ, так как они учитывают потери счета вследствие наложения импульсов АЭ при распространении и регистрации и обеспечивают аналитическое восстановление интенсивности по -тока актов АЭ по сигналам АЭ на выходе регистрирующего тракта.
Для удобства практического использования полученных результатов на рис.4.7а и 4.76 приведены графики зависимостей (4.14) и (4.16) для ряда значений отношения порога дискриминации к среднему значению максимальных амплитуд АЭ.
Восстановление /Уд по формулам (4.13) и (4.14) дает наиболее точные результаты, хотя и требует применения достаточно сложного способа селектирования принимаемых сигналов АЭ.
Точность восстановления Na по формулам (4.15) и (4.16) хуже, так как при этом появляется дополнительная погрешность, связанная с определением / - преобладающей частоты заполнения сигналов АЭ (приблизительно равной собственной частоте радиальных или толщинных колебаний приемного пьезодатчика). Положительным качеством формул (4.15) и (4.16) следует считать воз -можность восстановления Na по скорости счета N , измерение которой осуществляется пока что в большинстве существующих приборов АЭ.
Разработка основ методики измерения интенсивности потока актов АЭ и аппаратурных средств для определения развивающихся дефектов по их акустическому излучению
В основе методики измерения интенсивности потока актов АЭ 104] лежат результаты, полученные в главе 4. При практическом использовании методики осуществляют селектирование принимаемых сигналов АЭ согласно требованиям раздела 4.4 и восстанавливают действительную интенсивность потока актов по формулам (4.14), (4.16) и по графикам на рис.4.7. Получающуюся погрешность вое - становления определяют с использованием выражений (4.17)-(4.21), (4.22)-(4.26), (4.9) и графиков на рис.4.2, 4.8.
Необходимые для восстановления по формулам (4.14) и (4.16) значения величин Т и / легко определяются по прохождению через образец или изделие достаточно короткого (порядка единиц микросекунд и менее) калибровочного импульса. В этом случае Т равняется длительности экспоненциально падающей огибающей принимаемого радиоимпульса по падению его амплитуды в 2,7 раза. Измерение частоты заполнения радиоимпульса на выходе приемного тракта позволяет определить. Во многих случаях у" приблизительно соответствует частоте радиальных или толщинных колебаний приемного пьезодатчика. При определении X и калибровочный излучатель желательно располагать в зоне вероятного образования дефектов.
Зависимости (4.14) и (4.16) наиболее точно решают задачу восстановления интенсивности актов АЭ. Однако для восстановле -ния Na по формулам (4.14) и (4.16) помимо измерения интенсивности необходимо еще знание параметра К равного отношению
- среднего значения максимальных амплитуд АЭ к Un - порогу дискриминации. Вследствие этого, кроме измерения интенсивности необходимо еще измерение среднего значения амплитуд АЭ
- среднеквадратичного, так как для амплитудного распределения, близкого к экспоненте, и знание установленного в приборе уровня дискриминации, что не всегда удобно. Кроме того, непосредственная аппаратурная реализация алгоритмов (4.14) и (4.16) сопровождается сложными схемными решениями. Поэтому вызывает интерес простая и кажущаяся очевидной оценка интенсивности элементарных актов АЭ Следовательно, оценка интенсивности АЭ в виде (5.2) выполняется для мертвого времени непродлевающегося типа и при условии селектирования сигналов АЭ согласно разделу 4.4 может использоваться вместо соотношения (4.13). Для продетектированных импульсов оценка (5.2) верна при выполнении (5.3) и удовлетворительно может использоваться при Aa /rLJ. Поэтому в практической схеме устройства, реализующего оценку (5.2), следует применять устройство, аналогичное приведенному на рис.4.5.
Экспериментальное сопоставление результатов использования оценки (5.2), аналитического восстановления интенсивности по -тока актов АЭ по формуле (4.14) и существующего метода измерения активности АЭ проводилось на площадке текучести и перед разрушением сплавов на основе железа. Результаты эксперимента представлены на рис.5.б и 5.7. Сравнение результатов показывает, что оценка А/а по (5.2) в пределах погрешности восстановления действительно совпадает с (4.14) и может быть рекомендована для практического использования. Видно также, что существующий метод измерения V - активности АЭ в данном случае малоэффективен и не может использоваться при высокой
Количественные характеристики акустического излучения сплавов на основе железа определены во второй главе. Причины появления "провалов" в регистрируемой активности АЭ по существующей методике установлены в главе 4 и графически показаны на рис.4.4.
Оценка полной интенсивности потока актов АЭ. Приведенная выше методика позволяет оценить А/а интенсивность потока актов АЭ, амплитуда которых превышает уровень дискриминации приемной аппаратуры и который не может быть установлен ниже уровня шумов.
Оценка (5.4) при слабой корреляционной связи амплитуд с временными интервалами в принципе позволяет учесть полную интенсивность актов АЭ (в том числе и имеющих амплитуду ниже уровня шумов).
Изложенная методика измерения интенсивности потока актов АЭ основана на обнаруженных наїли главных временных и амплитудных статистических особенностей явления АЭ и может рассматриваться как первое приближение решения задачи восстановления действительной интенсивности потока повреждений структуры твердых тел по сигналам АЭ. В дальнейшем эта методика может быть уточнена при учете более тонких статистических особенностей явления АЭ.
Аппаратурная реализация.
Обнаруженные особенности акустического излучения и его связи с кинетикой несовершенств структуры твердых тел позволили нам разработать и создать аппаратурные комплексы АП-34Э, АП-41Э, АП-51Э для оценки параметров растущих дефектов по сигналам акустического излучения этих дефектов.
Прибор АП-34Э [Ш,112] содержит 4 канала приема, усиления, фильтрации и предварительной обработки сигналов АЭ. Наличие 4-х независимых каналов позволяет проводить параллельное исследование сигналов АЭ в различных диапазонах с использованием различных датчиков, а также прием на разнесенные в пространстве датчики при исследовании образцов или изделий сложной формы. Выходы каналов подключены к цифровому блоку, осуществляющему дополнительную обработку сигналов по каждому, либо по всем четырем каналам одновременно. В тракте первичной обработки каждого канала использован предложенный в главе 4 принцип амплитудно-временной селекции, позволяющий восстановление интенсивности потока актов АЭ по соотношению (4.14) согласно разработанному в главе 4 методу (на устройство получено авт. свид. СССР № 785753 [ЮЗІ). Прибор работает в полосе частот до 3 МГц и обеспечивает исследование широкого набора параметров сигналов АЭ. Прибор имеет выходы для подключения самописцев, цифропечати, устройства вычисления координат источника эмиссии (УВД), ЭВМ, образуя при этом единый комплекс автоматизированного измерения параметров дефектов структуры материалов (рис.5.8).
Прибор АП-41Э одноканальний. От АП-34Э отличается большим динамическим диапазоном измерения амплитуд АЭ и малыми габаритами.
Базовый прибор АП-51ЭМ 114,115 одноканальний и также предназначен для приема, усиления и статистической обработки параметров акустического излучения, сопровождающего динамическую локальную перестройку структуры твердого тела.
Однако, в отличие от приборов АП-34Э и АП-41Э в него введена возможность автоматического количественного восстановления потока актов повреждения структуры по регистрируемым параметрам АЭ с использованием полученной выше оценки (5.2), а также запись на магнитную ленту преобразованных сигналов АЭ с сохранением их формы, амплитудных и временных характеристик и запись данных тензометрии. Фотография разработанного прибора представлена на рис.5.9, а результаты количественного восстановления потока повреждений структуры материалов в автоматическом режиме на рис.5.6 и 5.7.
В приборный комплекс АП-51ЭМ помимо самого базового прибора входят следующие устройства регистрации: цифропечать, быстродействующий самописец, электронный и шлейфовий осциллографы, устройство магнитной записи. Имеются также выходы для подключения амплитудного анализатора и ЭВМ.
Прибор АП-51ЭМ защищен авт.свид. GGCP № 785753 [юз] и авт. свид. СССР № 991290.
Разработанные приборы можно использовать в исследованиях по физике твердого тела, механике деформированного твердого тела, а также в промышленности для целей автоматизированного не -разрушающего контроля объектов ответственного назначения (например, сосудов давления в атомном энергетическом, нефтяном машиностроении, авиационной промышленности, судостроении и т.д. с целью прогнозирования их надежности.
Разработанные основы методики [l04,II0] и аппаратурные средства позволили количественно исследовать кинетику повреждения структуры материалов, в том числе сталей, используемых в изделиях ответственного назначения и повысить достоверность прогнозирования состояния реальных объектов с использованием явления АЭ по результатам, полученным на образцах в лабораторных условиях. Частично эти результаты уже внедрены в практику, что подтверждается соответствующими документами, частично находятся в стадии внедрения.
В этой главе мы затронули лишь некоторые возможности практического применения явления АЭ для определения развивающихся дефектов. Его использование в научных и технических целях началось сравнительно недавно, однако перспективность его применений уже не вызывает сомнений.
