Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Стресс-коррозионное повреждение трубопроводов и методы его контроля (обзор литературы)
1.1. Особенности контроля стресс-коррозионных повреждений трубопроводов 9
1.2 Применение метода акустической эмиссии для контроля трубопроводов 24
1.2.1 Современные возможности метода акустической эмиссии при контроле развивающихся дефектов в трубопроводах 24
1.2.2 Моделирование процессов излучения волн акустической эмиссии при развитии трещин 29
1.2.3 Использование волн Рэлея для контроля приповерхностных трещин 37
Выводы к 1 главе 42
ГЛАВА 2 Моделирование процессов излучения волн рэлея трещинами при развитии стресс-коррозии
2.1 Постановка задачи 44
2.2 Расчет гармонических составляющих амплитуд смещений в волнах Рэлея при развитии трещин 55
2.2.1 Трещина, растущая к поверхности материала 55
2.2.2 Трещина, растущая с поверхности вглубь материала 57
2.2.3 Расслоение 59
2.2.4 Поверхностное растрескивание 60
2.3 Получение импульса рэлеевской волны 62
2.4 Программное обеспечение для расчета акустических полей волн Рэлея, излучаемых при развитии трещин 66
Выводы к 2 главе 68
ГЛАВА 3 Исследование процессов излучения волн рэлея при развитии стресс коррозионных трещин
3.1 Зависимость частотных спектров импульсов рэлеевской волны от параметров трещин 77
3.2 Диаграммы направленности волн Рэлея, излучаемые различными типами трещин 87
3.3 Зависимость амплитуд смещений в волнах Рэлея от параметров трещин 92
3.4 Особенности излучения акустических полей волн Рэлея при развитии трещины, растущей вглубь материала 101
3.5 Определение стадий развития стресс-коррозионных повреждений трубопроводов... 105
Выводы к 3 главе 115
Заключение 117
Список использованных источников 119
Приложение 134
- Применение метода акустической эмиссии для контроля трубопроводов
- Расчет гармонических составляющих амплитуд смещений в волнах Рэлея при развитии трещин
- Программное обеспечение для расчета акустических полей волн Рэлея, излучаемых при развитии трещин
- Особенности излучения акустических полей волн Рэлея при развитии трещины, растущей вглубь материала
Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Необходимость контроля стресс-коррозионных повреждений трубопроводов связано с тем, что данные виды дефектов характерны, прежде всего, для магистральных газопроводов (МГ) [10, 42, 61, 96, 113, 116] и трубопроводов систем охлаждения атомных реакторов [12, 14], то есть объектов, аварии на которых могут привести к техногенным катастрофам. В настоящее время на магистральных газопроводах контроль стресс-коррозионных дефектов проводится с помощью средств внутритрубной диагностики [60]. Это связано, прежде всего, с большой протяженностью трубопроводов. Однако получаемая информация при таком контроле позволяет только локализовать участки стресс-коррозионного повреждения трубопровода и не может достаточно точно определить размер и степень опасности таких дефектов. Поэтому необходимо сочетать как применение внутритрубной диагностики для обнаружения и локализации участков стресс-коррозионных повреждений трубопровода, так и регулярный мониторинг этих участков с целью предупреждения закритического развития трещин. Наиболее оптимальным для осуществления такого мониторинга трубопровода является применение метода акустической эмиссии (АЭ), основанного на регистрации упругих волн напряжения, возникающих в результате трещинообразования [1, 8, 12, 13, 15, 16, 32, 54, 124, 141]. Это особенно важно на участках, где стресс-коррозионные повреждения локализованы с помощью внутритрубной диагностики в местах, наиболее подверженных влиянию внешних факторов (переходах через реки, пересечениях с автомобильными и железными дорогами и другими путепроводами). Применение АЭ диагностики в случае контроля стресс-коррозионных повреждений магистральных газопроводов объясняется большой протяженностью участка стресс-коррозии, которая обычно определяется размером одной трубы, а образование магистральной трещины равновероятно для всего дефектного участка. В то же время, разработанные на основе АЭ методы и приборы, недостаточно эффективны, так как вопросы непосредственной связи таких характеристик им-
пульсов АЭ, как амплитуда, форма, вид спектра с параметрами источника АЭ, ещё мало-изучены. Поэтому для определения характеристик наблюдаемых трещин необходимо исследовать закономерности связывающие параметры растущих трещин с характеристиками импульсов волн АЭ, возникающих при их развитии. Существует несколько сценариев зарождения и развития трещин при стресс-коррозии, однако все они связаны с развитием следующих типов трещин: трещина, растущая к поверхности материала; трещина, растущая с поверхности вглубь материала; расслоение; поверхностное растрескивание [61, 113]. В диапазоне рабочих частот, применяемых в АЭ контроле, при диаметрах и толщине стенок труб, используемых в магистральных трубопроводах, наряду с объемными и волнами Лэмба излучаются волны Рэлея. Последние хорошо возбуждаются поверхностными и подповерхностными трещинами, имеют единственный путь к приемнику, затухают медленнее объемных и поэтому несут наименее искаженную информацию о процессе развития трещины. Поэтому для определения стадии стресс-коррозионного разрушения и степени его опасности с помощью АЭ необходима методика и аппаратура, позволяющая различать акустические поля рэлеевских волн, излучаемые перечисленными видами трещин.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка методологических основ акустико-эмиссионного контроля, устанавливающих взаимосвязи характеристик акустических полей рэлеевских волн с параметрами различных типов трещин, и их использование для разработки методик контроля стресс-коррозионных повреждений магистральных трубопроводов.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
Обоснование целесообразности использования метода АЭ для контроля стресс-коррозионных повреждений магистральных трубопроводов;
Обоснование выбора рэлеевской волны для регистрации в процессе контроля с целью получения наиболее достоверной информации о процессах разрушения;
Разработка физико-математических моделей процессов излучения рэлеевских волн трещинами нормального отрыва различной ориентации относительно поверхности, соответствующих различным этапам развития стресс-коррозионных повреждений трубопроводов;
Исследование акустических полей рэлеевских волн, излучаемых в процессе роста трещин и разработка методик оценки параметров стресс-коррозионных повреждений.
На защиту выносятся:
Физико-математические модели процессов излучения волн Рэлея при развитии приповерхностных трещин нормального отрыва;
Результаты исследований акустических полей рэлеевских волн, излучаемых различными типами развивающихся трещин (зависимость амплитуд смещений, спектральных характеристик, диаграмм направленности от размеров, скорости развития и глубины залегания устья трещины) в различных материалах;
Применение полученных результатов для определения различных параметров развивающихся трещин (типа трещин, глубины залегания устья трещины, скорости развития, ориентации и направления движения устья трещины, площади прироста берегов трещины);
Обоснование возможности применения полученных результатов при контроле стресс-коррозионных повреждений магистральных газопроводов методом акустической эмиссии для определения:
различных стадий и интенсивности развития стресс-коррозионного повреждения трубопроводов,
момента образования магистральной трещины критических размеров,
скорости развития трещины как характеристики изменения размера зоны пластической деформации перед вершиной трещины (охрупчивание материала).
7 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения,
списка цитируемой литературы из 149 наименований и 4 приложений. Диссертация изложена на 133 листах, содержит 4 таблицы, 46 иллюстраций.
Краткое содержание работы. Поставленные цели и задачи определили логику и структуру диссертационного исследования.
В первой главе - «Стресс-коррозионное повреждение трубопроводов и методы его контроля» - рассмотрены различные этапы и возможные сценарии развития стресс-коррозионных повреждений в трубопроводах, а также особенности их контроля неразру-шающими методами. Показаны современные возможности применения метода АЭ для контроля трубопроводов. Дан подробный литературный обзор состояния вопроса моделирования процесса образования и роста трещин, сопровождающегося АЭ. Сделано обоснование использования волн Рэлея для регистрации импульсов АЭ в процессе контроля с целью получения наиболее достоверной информации о процессах растрескивания. Во второй главе - «Моделирование процессов излучения волн Рэлея трещинами при развитии стресс-коррозии» - разработаны четыре физико-математические модели процессов излучения волн Рэлея, возбуждаемых при развитии приповерхностных трещин нормального отрыва как на поверхности объекта контроля, так и вдоль берегов трещины. Получены выражения, связывающие параметры импульсов АЭ (амплитуда, форма, спектральные характеристики) с параметрами растущих трещин и упругими свойствами материалов, подвергающихся растрескиванию. Представлено программное обеспечение, разработанное для расчетов акустических полей волн Рэлея при развитии трещин в различных материалах.
В третьей главе - «Исследование процессов излучения волн Рэлея при развитии стресс-коррозионных трещин» - исследованы формы и частотные спектры импульсов, диаграммы направленности и зависимости амплитуд смещений в волнах Рэлея от различных параметров трещин. С помощью двух моделей рассмотрены особенности излучения рэлеев-
ских волн при развитии трещины, растущей вглубь материала. Проведено обоснование возможности применения полученных результатов при контроле трубопроводов методом АЭ для определения различных стадий развития стресс-коррозионных повреждений, а также момента образования магистральной трещины критических размеров.
Применение метода акустической эмиссии для контроля трубопроводов
В соответствии с ГОСТ 27655-88 методом акустической эмиссии называется метод контроля, основанный на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии, а под акустической эмиссией понимают испускание объектом контроля акустических волн. Физическая природа процесса излучения волн АЭ непосредственно связана с развитием источников АЭ. Согласно [36, 69], источники АЭ следует рассматривать на двух масштабных уровнях - микроскопическом и макроскопическом. В первом случае анализируют так называемые первичные источники АЭ - точечные и линейные дефекты кристаллической решетки. Основными источниками считают процессы скольжения и разрушения в кристаллах (и их скоплениях), трения поверхностей разрыва друг о друга, движение дислокаций и изломов, релаксации упругой матрицы при движений дислокаций. На макроскопическом уровне изучают источники АЭ при пластической деформации и разрушении реальных объектов, в том числе в случае неразрушающего контроля материалов, когда источниками излучения являются крупные неоднородности, например, включения или тре щины. Моменты излучения волн эмиссии распределены статистически во времени, возникающие при этом дискретные импульсы - вспышки имеют широкий частотный диапазон (до сотен мегагерц) в зависимости от материала [13, 106, 130].
В качестве основных параметров, характеризующих процесс излучения упругих волн, в практике АЭ контроля при механических испытаниях в соответствии с [111] принято использовать: число импульсов N% - число зарегистрированных импульсов дискретной АЭ за интервал наблюдения; суммарный счет N - число зарегистрированных превышении импульсами АЭ установленного уровня дискриминации аппаратуры; активность Nz - число зарегистрированных импульсов АЭ за единицу времени; скорость счета N - отношение суммарного счета АЭ к интервалу времени наблюдения; энергию акустической эмиссии Еэ - энергия, выделяемая источником АЭ и переносимая волнами, возникающими в материале; энергию источника акустической эмиссии Ее - энергия механических колебаний, выделяемая в месте локальной перестройки структуры; образ источника - группа параметров сигналов АЭ, полученная в результате определенного вида испытаний материала с помощью конкретной аппаратуры АЭ и при заданных условиях испытаний. Кроме того, в научно-технической литературе по АЭ широко применяются понятия: амплитуда сигнала - максимальное значение огибающей принятого сигнала; пиковая амплитуда - максимальное значение амплитуды за определенный интервал времени. При контроле трубопроводов методом АЭ выделяют импульсы АЭ, вызванные развитием трещин и коррозионных процессов, то есть тех дефектов, развитие которых непосредственно может повлиять на целостность и безопасную эксплуатацию объекта контроля. Типовая схема современной мобильной АЭ системы диагностики показана на рис.1.9[16]. Пьезоэлектрические датчики АЭ ставятся на контактной смазке и крепятся к объекту контроля чаще всего с помощью специальных магнитных прижимов.
Предусилители предназначены для усиления (обычно на 40дБ) слабых сигналов с датчиков, а также для передачи сигналов через длинный (до 300м) кабель от объекта к прибору. На плате обработки сигналов размещены основные усилители (линейные, либо логарифмические, характерное усиление 60 дБ, у линейных регулируемое через 1 дБ). Далее полосовые фильтры, ограничивающие полосу пропускания прибора для снижения шумов, затем схемы амплитудного дискриминатора, оцифровки сигналов и вычисления параметров каждого импульса. Специфическими для программного обеспечения АЭ аппаратуры являются функции локации обнаруженных дефектов в реальном времени и их отображение на схеме объекта контроля в реальных координатах. Поскольку в режиме сбора данных АЭ система работает в режиме реального времени и должна быстро обрабатывать и отображать полученные сигналы, то наилучшим вариантом была бы операционная система реального времени, например, QNX. Однако все подобные системы крайне дорогостоящие, поэтому в настоящее время на практике используются различные версии WINDOWS. В режиме дальнейшей обработки программное обеспечение АЭ аппаратуры должно позволять распечатывать достаточное количество вариантов графиков и таблиц для составления отчета о результатах диагностики. АЭ можно исследовать следующими способами [2]: образец нагружают постепенно до полного разрушения;
Расчет гармонических составляющих амплитуд смещений в волнах Рэлея при развитии трещин
При развитии трещины, растущей к поверхности материала, волны Рэлея возбуждаются и распространяются на поверхности полупространства, поэтому распределение механических напряжении в окрестности устья трещины в данном случае аналогичны представленному на рис. 1.14. При этом направление движения устья трещины совпадает с осью Z (рис.2.3). Акустическое поле такой трещины определяются как результат действия совокупности точечных источников типа горизонтальных (по отношению к поверхности полупространства) сосредоточенных сил, действующих в направлениях ±Х(рис.2.36) [25]. При этом рассчитывается акустическое поле линейного участка устья трещины шириной 2Ъ и величиной скачка 2а. Смещения в упругих волнах, излучаемых совокупностью точечных источников, находятся согласно принципу суперпозиции посредством интегрирования выражения для горизонтальной сосредоточенной силы (2.4) по координатам ZH7B пределах ±а и ±Ъ соответственно. Необходимо учитывать временные (фазовые - для отдельных гармонических составляющих) задержки, определяемые координатами приложения сил и скоростью их перемещения V. Так как выражение (2.4) получено для силы, приложенной в начале координат, а интегрирование нужно вести по всей площади раскрытия трещины dS, необходимо в фазовый множитель формулы (2.4) вместо р в старой системе координат подставить Раскрытие трещины происходит не одновременно, а со скоростью V, поэтому излучение фронта волны происходит за время раскрытия трещины. Учесть эту временную задержку можно введением во временной множитель формулы (2.4) вместо t С учетом сказанного для системы сил, приложенных в направлении оси X, смещения в волнах
Рэлея определяется как: І Акустическое поле с учетом системы сил, направленных в противоположенном направлении (-Х) и отстоящих от первой на величину x=2rp , находится посредством алгебраического суммирования полей от каждой из систем с учетом знака смещений и координаты приложения сил X. Получено следующее выражение для амплитуды смещений гармонических составляющих Z-компоненты в волнах Рэлея: При развитии такой трещины волны Рэлея возбуждаются на поверхности берега трещины и распространяются, преодолевая прямой угол между плоскостью берега трещины и плоскостью поверхности объекта контроля по поверхности полупространства. Распределение механических напряжений на берегах трещины в окрестности устья представлены на рис.2.6. При этом движение устья трещины направлено вдоль оси X (рис.2.7а). Акустическое поле такой трещины определяется как результат действия сово купности точечных источников типа вертикальных (по отношению к поверхности берега трещины) сосредоточенных сил, действующих в направлении +Z (рис.2.76) [25]. Учитывая, что волна Рэлея переходит через один двугранный угол 90 между плоскостью берега трещины и поверхностью материала, частично отражаясь от него, в формулу (2.5) добавляем коэффициент прозрачности, равный 1/2 [2]. Для точечного источника типа вертикальной гармонической сосредоточенной силы при z = 0; h = О, Z-компонента смещений в волне Рэлея dUzRf из формулы (2.5) [20, 21, 25]: Рассчитывается акустическое поле линейного участка устья трещины шириной 2Ъ и величиной скачка 2а.
Смещения в упругих волнах, излучаемых совокупностью точечных источников, находятся согласно принципу суперпозиции посредством интегрирования выражения для вертикальной сосредоточенной силы (2.12) по координатам 1и Гв пределах ±а и ±Ъ соответственно. При этом необходимо учитывать временные (фазовые - для отдельных гармонических составляющих) задержки, определяемые координатами приложения сил и скоростью их перемещения V. Так как выражение (2.12) получено для силы, приложенной в начале координат, а интегрирование нужно вести по всей площади раскрытия трещины dS, необходимо в фазовый множитель формулы (2.12) вместо р в старой системе координат поставить выражение (2.6). Раскрытие трещины происходит не одновременно, а со скоростью V, поэтому излучение фронта волны происходит за время раскрытия трещины. Учесть эту временную задержку можно введением во временной множитель формулы (2.12) вместо t:
Для системы сил, приложенных в направлении оси Z, смещения в волнах Рэлея определяется следующим интегралом При развитии расслоения в стенке трубопровода волны Рэлея возбуждаются и распространяются на поверхности полупространства, поэтому распределение механических напряжений в окрестности устья трещины в данном случае аналогичны представленному на рис.2.2. При этом направление движения устья трещины совпадает с осью X (рис.2.5) [29]. Акустическое поле такой трещины определяются как результат действия совокупности точечных источников типа вертикальных (по отношению к поверхности полупространства) сосредоточенных сил, действующих в направлениях ±Z (рис.2.5). При этом рассчитывается акустическое поле линейного участка устья трещины шириной 2Ъ и величиной скачка 2а. Смещения в упругих волнах, излучаемых совокупностью точечных источников, находятся согласно принципу суперпозиции посредством интегрирования выражения для горизонтальной сосредоточенной силы (2.5) по координатам Хи Y в пределах ±а и ±Ъ соответственно. При этом необходимо учитывать временные (фазовые - для отдельных гармонических составляющих) задержки, определяемые координатами приложения сил и скоростью их перемещения V. В данном случае аналогично 2.2.2 в выражение (2.5) вместо р подставляем (2.6), соответственно вместо t подставляем (2.13).
Программное обеспечение для расчета акустических полей волн Рэлея, излучаемых при развитии трещин
Типичные формы и спектры импульсов волн Рэлея, излучаемых различными типами трещин при дозвуковых скоростях роста, представлены на рис.3.1 [25]. На рис.3.1 а представлены форма и спектр импульса рэлеевской волны, излучаемой непосредственно на берегах развивающейся трещины. На рисунке 3.16 спектр импульса волн Рэлея, возбуждаемых на поверхности объекта контроля. Отличительной особенностью спектра импульса рэлеевской волны, возбуждаемой такими трещинами, как трещина, растущая к поверхности материала, расслоение и поверхностное растрескивание рис.3.1,б, является, наличие в нем гармоники с частотой f0; соответствующей нулевой амплитуде смещений. а - трещина, растущая с поверхности вглубь материала; б - трещина, растущая к поверхности материала; расслоение; поверхностное растрескивание Рис.3.2. Зависимость функции/ {h) от глубины залегания устья трещины: 1 - трещина, растущая к поверхности материала; 2 - расслоение; 3 - поверхностное рас трескивание На рис.3.2 зависимость/ (h) получена для различных типов трещин из формул 2.26, 2.29, 2.31 соответственно. Из рисунка 3.2 видно, что при гармоническом режиме источник АЭ, находясь на определенной глубине, перестает излучать рэлеевские волны, причем эта глубина находится в пределах одной длины волны XR . Частота /0 однозначно связана с глубиной залегания устья трещины h зависимостью вида: h- f0 = Q (Q - величина постоянная для данного материала, определяемая только типом трещины, рис.3.3) табл.3.1 [25, 28-33]. Считается, что значение глубины залегания дефекта имеет неопределенность равную половине толщины стенки объекта контроля. Это связано с тем, что положение проекции источника сигнала АЭ на поверхность, где установлены датчики АЭ, не зависит от глубины залегания источника.
Использование формул 2.26, 2.29, 2.31 в данном случае позволяет по частоте спектра, соответствующей нулевой амплитуде смещений, определить глубину залегания устья трещин, то есть получить важную информацию о координатах источника АЭ. По параметру fo легко выделять сигналы от трещины, растущей к поверхности материала, так как в процессе её развития уменьшается глубина залегания устья трещины, что соответствует росту параметра fo. При развитии расслоения и поверхностного Рис.3.3. Зависимость частоты, соответствующей нулевой амплитуде смещений в спектре импульса волн Рэлея, от глубины залегания устья трещины: 1 - трещина, растущая к поверхности материала; 2 - расслоение; 3 - поверхностное растрескивание растрескивания параметр fo остается стабильным и соответствует глубине h, примерно равной половине толщины стенки трубы, что связано с особенностью развития таких трещин в трубе при стресс коррозии. Однако при прочих равных условиях в стальном трубопроводе параметр f для поверхностного растрескивания будет в 6,2 раза выше, чем fo для расслоения (рис.3.3), что является их отличительной особенностью [33]. Описанные особенности излучения волн Рэлея разными типами трещин сведены в табл.3.2. На рис.3.4 представлены зависимости основной частоты спектра сигнала /осн и ширины спектра сигнала А/от скорости распространения усталостной трещины V. Из полученных данных видно, что основная частота импульсов АЭ, излучаемых трещиной, растущей вглубь материала, выше, чем основная частота сигнала, излучаемого другими трещинами. Кроме того, для этого типа трещин отношение ширины спектра к основной частоте является наибольшим среди рассматриваемых типов трещин при любых скоростях развития.
Так, из рис.3.4 видно, что для трещины, растущей вглубь материала, А/и /ос„ отличаются почти на порядок, тогда как для остальных типов трещин почти в два раза [33]. Это объясняется формой и временной характеристикой напряжений в области устья трещины (рис.2.2, рис.2.6), которые и обуславливают особенность импульсов волн АЭ. С увеличением скорости основная частота и спектр смещается в область более высоких частот. Частотные зависимости сохраняются для трещин любого размера при любых уровнях нагружения. Это дает возможность определить скорость усталостной трещины по основной частоте или ширине спектра принимаемого сигнала [25, 27, 31].
Особенности излучения акустических полей волн Рэлея при развитии трещины, растущей вглубь материала
В реальных объектах контроля наиболее распространенным видом дефекта при трещинообразовании является трещина, растущая с поверхности вглубь материала. При развитии такой трещины в общем случае излучение волн Рэлея может происходить одновременно по двум различным моделям. Во-первых, как рассмотрено выше, рэлеевская волна может излучаться вдоль поверхности образующихся берегов трещины вследствие релаксации напряжении в области устья трещины (модель 1). Во-вторых, непосредственно на поверхности объекта контроля вследствие движения области напряжений перед устьем трещины. Вторая модель излучения акустических полей рэлеевских волн аналогична рассмотренной ранее модели излучения АЭ при развитии трещины, растущей к поверхности материала (модель 2). Единственным отличием от этой модели является изменение направления движения устья трещины вдоль оси Z на противоположное. Однако в этом случае изменение знака в выражении (2.18) не меняет амплитудные и спектральные характеристики акустических полей рэлеевских волн вследствие их симметрии относительно оси Y. Таким образом, развитие одной трещины как источника АЭ в данном случае приводит к излучению акустических полей с различными амплитудными (в т.ч. диаграммы направленности) и спектральными характеристиками.
В этом случае, с точки зрения АЭ диагностики, наиболее интересным вопросом является выбор модели и соответственно контролируемых параметров излучения волн Рэлея, при использовании которых проведе ниє АЭ мониторинга будет наиболее эффективным и достоверным. То есть необходимо исследовать соотношение амплитудных и спектральных характеристик, диаграмм направленности излучения акустических полей при использовании этих двух моделей для различных условий контроля с учетом того, что при развитии такой трещины глубина положения устья постоянно увеличивается. Последнее может оказывать существенное влияние на эффективность излучения волн Рэлея, особенно для механизма, при котором рэле-евские волны излучаются непосредственно на поверхности объекта контроля. При развитии стресс-коррозии в трубопроводах большого диаметра ориентация таких трещин относительно оси трубы в зависимости от условия нагружения трубы может быть следующей: для прямошовных труб вдоль оси трубы при высоких радиальных нагрузках (наиболее распространенный вид дефекта, см. приложение 2); - для спирально-шовных труб, как правило, вдоль линии заводского шва {45 к продольной оси трубы) или под углом 90 к заводскому шву; в поперечном направлении к оси трубы в случае аномальных продольных нагрузок, возникающих, как правило, в результате оползней, карстов или грубых нарушений при монтаже участков на сильно пересеченной местности (см. приложение 3). Трещина, растущая с поверхности вглубь материала, является наиболее опасной, её развитие сопровождает любой из видов стресс коррозионного повреждения трубопровода. Поэтому исследование двух моделей излучения рэлеевских волн при различных условиях развития такого типа трещин в трубопроводах позволит выявить наиболее информативные параметры для конкретных условий АЭ контроля.
Рассмотрим для обеих моделей излучение акустических полей волн Рэлея (рис.3.16) при развитии трещины, растущей вглубь и имеющей наиболее типичные размеры для газопроводов большого диаметра. Так, при ширине устья трещины 2в=10мм, глубине к=5мм, скорости развития V=300M/C, величине скачка 2а=10мкм и удалении до точки наблюдения р=1м отношение амплитуд смещений в направлении максимального излучения (при а=0 ) импульсов АЭ, излучаемых по этим двум моделям, использовать узкополосные преобразователи с разными резонансными частотами. С увеличением расстояния до точки наблюдения разница в амплитудах будет уменьшаться, так как высокочастотная составляющая в спектре импульса быстрее затухает с увеличением расстояния, кроме того, она лучше демпфируется, например, полимерной изоляцией. Так как в реальных объектах контроля размер устья трещины является ограниченным, (максимум может достигать десятков миллиметров), в данном случае излучение волн Рэлея по первой модели, как и по второй, может происходить только вдоль одной оси (для модели 1 это связано с особенностями возбуждения рэлеевских волн на берегах трещины и последующим их выходом на поверхность объекта контроля через прямой угол между плоскостью берега трещины и поверхностью объекта контроля), при этом направление максимумов по обеим моделям совпадает. Все эти особенности диаграмм направленности излучения (табл.3.3) дают возможность выделять импульсы АЭ, сопровождающие развитие трещины, растущей вглубь, от «ложных» сигналов, возникающих при развитии расслоения, так как наличие такого рода дефектов считается неопасным в большинстве применений АЭ контроля. Кроме того, ширина направленности излучения от этих моделей может различаться при различных волновых размерах и глубинах трещины (рис.3.9, рис.3.10), так при увеличении глубины трещины расширяется диаграмма направленности по модели 2, при этом сужается направленность по модели 1. Если в АЭ контроле используется несколько преобразователей, например, с целью локации, то необходимо
