СПОСОБ ЛОКАЦИИ ДЕФЕКТОВ ПРИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОМ КОНТРОЛЕ
METHOD OF LOCATING DEFECTS DURING ACOUSTIC-EMISSION CONTROL

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий методом акустической эмиссии и может быть использовано для определения координат дефектов в объектах железнодорожного и авиационного транспорта, химической, нефтехимической, энергетической и металлургической отраслях промышленности.
Известен способ локация дефектов, заключающийся в том, что измеряют разность времен прихода сигналов к двум датчикам и определяют закон затухания звука в объекте, при этом в принимаемых датчиками сигналах акустической эмиссии, генерируемых дефектами изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние от источника эмиссии до каждого из преобразователей, а затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия (см. патент РФ №2523077 C1, МПК G01N 29/14).
Недостатком данного способа являются ограничения, связанные с невозможностью достоверного определения координат дефектов в объектах, в которых имеются сварные соединения, технологические отверстия, элементы переменной толщины и иные структурные и конструкционные неоднородности, т.к. антисимметричные и симметричные моды трансформируются, преобразуются из одного вида в другой и, следовательно, энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод смещаются и искажаются.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения расстояния между источником и приемником сигналов акустической эмиссии (см. патент РФ №2397490, МПК G01N 29/14), заключающийся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователь акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, и регистрируют моды волн Лэмба, причем моды регистрируют в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, а расстояние между преобразователем и источником акустической эмиссии рассчитывают по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах.
Недостатком данного способа является высокая погрешность в определении координат дефектов, связанная с неопределенностью скорости распространения двух выделенных мод Лэмба сигналов акустической эмиссии в объектах со структурными и конструкционными неоднородностями и, соответственно, с анизотропией акустических свойств и сильной дисперсией (зависимостью скорости от частоты акустической волны).
Основной задачей изобретения является повышение точности локации дефектов в объектах сложной конструкции с переменной толщиной, значительным количеством сварных швов и технологических отверстий, в которых скорость акустического сигнала является непостоянной величиной, зависящей от частоты волны и толщины изделия, а сигналы могут трансформироваться из одного вида в другой.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле, состоящем в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, определяемой по верхней границе полосы пропускания аппаратуры и скорости асимметричной волны Лэмба на этой частоте, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по формулам
где L - расстояние между группами преобразователей,
I
tan(α) - тангенс угла направления распространения волны в группе I;
II
tan(α) - тангенс угла направления распространения волны в группе II;
при этом:
21
где φ - разность фаз сигналов на преобразователях 2 и 1;
31
φ - разность фаз сигналов на преобразователях 3 и 1;
54
φ - разность фаз сигналов на преобразователях 5 и 4;
64
φ - разность фаз сигналов на преобразователях 6 и 4.
,
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности локации дефектов за счет отсутствия влияния эффектов трансформации волны на структурных неоднородностях исследуемого объекта (сварные швы) непостоянства скорости распространения акустической волны, возникающей из-за дисперсии волн при вариации толщины объекта контроля, амплитудно-частотной характеристики сигнала, соответственно, погрешность уменьшается и достоверность определения координат дефектов увеличивается.
На Фиг. 1 представлена схема размещения двух групп преобразователей акустической эмиссии. На Фиг. 2 представлена схема размещения преобразователей в группе. На Фиг. 3 представлен график зависимости электрического напряжения на преобразователях от времени для группы преобразователей I с номерами 1, 2, 3. На Фиг. 4 показана зависимость корреляционной функции от сдвига фаз сигналов с преобразователей в I группе.
max
3
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Контролируемое изделие: сосуд давления тормозной системы локомотива с размерами: длина 1200 мм, внутренний диаметр 450 мм, толщина стенки 12 мм. На исследуемом объекте была проведена серия экспериментов, имитирующих рост трещины. В качестве имитатора АЭ использован слом грифеля Су-Нильсена по ГОСТ Р 52727-2007. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования. На изделии устанавливали две группы преобразователей акустической эмиссии 1, 2, 3 и 4, 5, 6 типа ППАЭ 0,05-0,20 на расстоянии 750 мм относительно друг друга. Скорость ассиметричной волны Лэмба в объекте составляет C=3300 м/с, верхняя граница полосы пропускания преобразователя - f=200·10 Гц. Для выбранного объекта контроля и типа преобразователя длина волны составила
21
31
54
64
Расстояние между центрами преобразователей в группе установили равным 14 мм (менее длины волны λ). Затем сосуд нагружали компрессором до максимального давления 20 МПа со скоростью не более 0,25 МПа/с и регистрировали сигналы акустико-эмиссионной системой СЦАД 16.03 (номер в Государственном реестре средств измерений №18892-10). Сигналы, зарегистрированные преобразователями 1, 2, 3 (см. Фиг. 3), передаются в компьютер, который вычисляет по каждому дефекту разности фаз φ и φ между сигналами, зарегистрированными преобразователями 2 и 1, 3 и 1 в группе I, а также φ и φ, зарегистрированными преобразователями 5 и 4, 6 и 4 в группе II в соответствии с выражениями
1
2
3
4
5
6
где Δ, Δ, Δ, Δ, Δ, Δ - разности хода сигнала акустической эмиссии на преобразователи.
21
31
I
II
В компьютере реализован алгоритм определения разности фаз в группе преобразователей с помощью корреляционной функции по положению максимума корреляционной функции сигналов. С преобразователей I группы (см. фиг. 4) определяли разность фаз между преобразователями 2 и 1, 3 и 1, которые составили: φ=0 рад, φ=1,4·π рад. Аналогично определяли разность фаз во II группе преобразователей. Экспериментально определенные разности фаз приведены в табл. 1. Далее компьютер в каждой группе преобразователей вычисляет значение углов распространения волны α и α в соответствии с выражениями
Д
Д
После чего вычисляются координаты дефектов x и y, в соответствии с выражениями
где L - расстояние между группами преобразователей.
Результаты этих вычислений сведены в таблицу 1.
Была проведена обработка полученных данных с использованием ГОСТ Р 8.736-2011. Измерения прямые многократные. Методы обработки результатов измерений. Основные положения. Данные сведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, суммарная относительная погрешность координат относительно расстояния между группами преобразователей акустической эмиссии не превышала 3%.
Преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в том, что влияние акустических характеристик (скорости и затухания) и их вариаций в объекте контроля на погрешность измерения координат дефектов является минимальным. При этом координаты дефекта определяются с учетом разности фаз двух сигналов на близко (менее минимальной длины волны) расположенных преобразователях акустической эмиссии, что позволило получить погрешность локализации дефектов не более 3%. Вторым преимуществом является расширение технологических возможностей метода акустической эмиссии с использованием предлагаемого способа за счет расширения номенклатуры объектов контроля.