СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
METHOD OF CONTROLLING QUALITY OF MATERIALS BY ACOUSTIC EMISSION

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах.
Известен способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии, заключающийся в том, что принимают акустическим преобразователем деформационные шумы, сопровождающие трещинообразование в материале, регистрируют импульсные электрические сигналы на выходе преобразователя путем их разделения на группы с близкими по величине амплитудами и производят считывание количества импульсов в каждой из групп [1].
Недостатком данного способа являются низкая достоверность выявления с его помощью дефектов, связанная с тем, что сигналы АЭ, приходящие из точек объекта контроля, расположенных на различных расстояниях от приемного преобразователя, испытывают разные затухания, из-за чего искажается картина распределения амплитуд принятых сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является акустико-эмиссионный способ контроля материалов, заключающийся в их нагружении и регистрации сигналов возникающей при этом акустической эмиссии, по которым определяют наличие трещиновидных дефектов [2].
В указанном способе-прототипе нагружение осуществляют циклически посредством механического воздействия.
Недостатком известного способа является низкая достоверность и высокая трудоемкость выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах. Это обусловлено сложностью изготовления из указанных материалов образцов правильной формы для проведения акустико-эмиссионных испытаний. Даже незначительная непараллельность поверхностей образца, на которые осуществляется механическое воздействие при нагружении, приводит к возникновению микроразрушений в приповерхностной области и, как следствие, значительной помеховой составляющей акустической эмиссии. Это ведет к значительному искажению характера акустограммы, что и снижает достоверность контроля.
В данной заявке решается задача разработки способа контроля, обеспечивающего повышение достоверности и снижение трудоемкости выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах.
Для решения поставленной задачи в способе контроля материалов, заключающемся в их нагружении и регистрации сигналов возникающей при этом акустической эмиссии, по которым определяют наличие трещиновидных дефектов, нагружение материала осуществляют путем его нагревания в диапазоне температур от 30°C до 200°C, выделяют огибающую активности возникающих при нагревании сигналов акустической эмиссии, а о наличии трещиновидных дефектов судят по наличию экстремального значения этой огибающей, не менее чем в полтора раза превышающего ее значения на границах указанного температурного диапазона.
Предлагаемый способ базируется на следующих физических предпосылках и установленных авторами экспериментально закономерностях акустической эмиссии в скальных геоматериалах при их нагревании.
Известно, что причиной возникновения акустической эмиссии в скальных геоматериалах при их нагревании является возникновение новых и рост уже имеющихся дефектов структуры в результате термонапряжений, возникающих из-за различия тепловых свойств отдельных структурных элементов геоматериала и их анизотропии; фазовых переходов, а также возможных химических преобразований в определенных температурных диапазонах и некоторых других факторов.
С ростом температуры в диапазоне до 200°C нарастание термонапряжений приводит к монотонному увеличению дефектности и, следовательно, монотонному увеличению активности акустической эмиссии. Причем монотонность сохраняется при условии, что скорость нарастания температуры постоянна и не превышает 2,5 град./мин. Нарушение указанной монотонности возможно только при наличии трещиновидных дефектов, интенсивный рост которых имеет место при температурах ниже 200°C. Экстремальные значения огибающей активности акустической эмиссии, не связанные с наличием трещиновидных дефектов, имеют место при значительно более высоких температурах. Например, экстремальные значения огибающей активности акустической эмиссии, связанные с фазовыми переходами в кварце (который является составляющим многих скальных геоматериалов), наблюдается при температуре порядка 573°C.
Отмеченные закономерности были подтверждены при проведении авторами экспериментальных исследований на образцах таких геоматериалов, как мрамор, гранит, диабаз, и других, содержащих и не содержащих трещиновидные дефекты.
Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии иллюстрируется фиг.1, где в качестве примера приведены зависимости огибающих активности акустической эмиссии, возникающей при нагревании мрамора, содержащего и не содержащего трещиновидные дефекты. Кривая 1 на фиг.1 отражает зависимость огибающей активности акустической эмиссии для мрамора, не содержащего трещиновидные дефекты, а кривая 2 на фиг.1 отражает зависимость огибающей активности акустической эмиссии для мрамора, содержащего трещиновидные дефекты.
Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии реализуют следующим образом.
На образце геоматериала подготавливают плоскую поверхность для контакта с кварцевым волноводом диаметром 10 мм, через который осуществляют прием сигналов акустической эмиссии, возникающих при нагревании образца геоматериала. Этот образец помещают в трубчатую печь, например Nabertherm RT 50/250/11 с контроллером типа Р 320, и проводят его нагрев от 30°C до 200°C со скоростью примерно 2,5 град./мин. Регистрацию сигналов акустической эмиссии осуществляют с помощью акустико-эмиссионной измерительной системы, например, A-Line 32D. Затем выделяют огибающую полученной активности акустической эмиссии.
На фиг.1 приведены в качестве примера экспериментально полученные огибающая 1 активности акустической эмиссии для Коелгинского мрамора, не содержащего трещиновидные дефекты, и огибающая 2 активности акустической эмиссии того же типа мрамора, содержащего трещиновидные дефекты. По наличию на каждой из указанных зависимостей экстремального значения, не менее чем в полтора раза превышающего ее значения при температурах 30°C и 200°C, было дано заключение о наличии в испытуемом образце геоматериала трещиновидных дефектов. Огибающая 2 содержит экстремальное значение, зарегистрированное при температуре около 110°C, равное 8 имп./с, что превосходит значение при температуре 30°C в 5,3 раза и в области 200°C в 1,6 раза. Это позволяет говорить о наличии в рассматриваемом образце трещиновидных дефектов, что подтверждается данными проведенной микроскопии. В свою очередь огибающая 1 характеризуется монотонным ростом во всем рабочем интервале температур. Это свидетельствует об отсутствии в исследуемом геоматериале трещиновидных дефектов, что соответствует данными проведенной микроскопии.
Таким образом, предложенный способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии в отличие от способа-прототипа за счет использования термического способа нагружения не вызывает помех, искажающих характер акустограммы, что повышает достоверность выявления трещиновидных дефектов, помимо этого не требуется изготовления образцов правильной формы, что снижает трудоемкость контроля.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №464813, кл. G01N 29/14, 1975.
2. Авторское свидетельство СССР №968742, кл. G01N 29/14, 1982.