Акустоэмиссионный способ определения границ стадий усталостного разрушения изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 01 й 29/14 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЙМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВУ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(71) Запорожский машиностроительный институт им. В.Я, Чубаря(56) Авторское свидетельство СССРМ 1472818, кл, 6 01 К 29/14, 1988,Авторское свидетельство СССРЬ 1472817, кл, 6 01 й 29/14, 1988.Баранов В.М, и Добровольский И,О,Прогнозирование усталостного разрушенияхрупких материалов по сигналам акустиче. ской эмиссии. Дефектоскопия. 1987, М 4,с, 91-93.(54) АКУСТОЭМИССИОН НЫЙ СП.ОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ СТАДИЙ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использованодля оценки стадий усталостного разрушения вобъектах различного технического назначения в процессе их циклического Изобретение относится к неразрушаю. щему контролю и может быть использовано для оценки стадий усталостного разруше ния в объектах различного технического назначения в процессе их циклического нагружения по сигналам акустической эмиссии (АЭ).Известен сйособ контроля стадий разрушения конструкций с использованием регистрации параметров АЭ, заключающийся в том, что для равных интервалов времени: определяют мощность и количество сигнаО, 1747942 нагружения по сйгналам акустической эмиссии (АЭ), Целью изобретения является повышение точности контроля границ стадий усталостного разрушения изделия за счет установления связи стадий усталостного разрушения со скачками йнтенсивности эмиссии в разли 4 ных частотных диапазонах, Определяют скачки интенсивности АЭ в процессе циклического нагружения в трех диапазонах частот: до 500 кГц, 500- 1000 кГц, свыше 1 МГц. Периоды между зафиксированными пиками интенсивно- сти АЭ в каждом частотном диапазоне.соответствуют различным стадиям . усталостного разрушения, От начала нагружения до появления первого пика ин-:Я тенсивности АЭ в диапазоне до 500 кГц - инкубационный йерйод, от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГц допика в диапазоне 500-1000 кГц - стадия разрыхления материала; от пика интенсивности АЭ в диапазоне частот 500-1000 кГц до пика в диапазоне свыше 1 МГц - стадия образования макротрещин критического размера. 2 ил. лов АЭ, определяют плотность распределения сигналов по уровням мощности и по изменению закона распределения судят о стадиях разрушения конструкции,Известен также Способ контроля стадий разрушенйя йэделия и границмежду ними, заключающийся в том, что в течение нескольких последовательных интервалЬв времени измеряют энергию и среднюю спектральную плотйость сигналов АЭ, определяют функцию когерентности между сигналами, зарегистрированными в течениедвух соседних временных интервалов, а микроскопических трещин, Вторая стадия -границы между стадиями разрушения апре- заключается между первым пиком интенделяют по зависимости энергии от частот сивности АЭ в диапазоне частот до 500 кГцмаксимумов функции когерентности. и первым пиком интенсивности АЭ в диапаНедостатком известных способов явля зоне частот 500 - 1000 кГц - соответствуетется невозможность выявления стадий уста- . периоду развития субмикроскопическихлостного разрушения, обусловленных йной трещин до микроскопических размеров,природой процессов, протекающих в мате- Окончание этого периода усталости связанориале, , с накоплением в материале необратимойНаиболее близким но технической сущ повреждаемости, Третья стадия заключаетности к изобретению является способ опре- ся между первым пиком интенсивности АЭделения границ стадий усталостного в диапазоне частот 500-1000 кГц и первымразрушения по сигналам АЭ, заключающий- пиком интенсивности АЭ в диапазоне часся в том, что регистрируют сигйалы АЭ в тот свыше 1 МГц - соответствует периодупроцессе циклического нагружения изде развития микротрещин до макротрещинлия, получают -завйсимость интенсивности критического размера.АЭ от числа циклов, по которой судят о гра- Способ определения границ стадий усницахстадий разрушения. талостного разрушения изделий реализуютНедостатком известного способа явля- следующим образом,ется невысокая точность и достоверность 20 На поверхность контролируемого издеконтрбля стадий усталостного разрушения, лия устанавливаются пьезоэлектрическиеобусловленные отсутствием частотного ана- широкополосные преобразователи, соединенлиза сигналов АЭ, в то время как деформа- ные с акустико-эмиссионной аппаратурой,ции разных объемов иструктур йзделия в Регистрируетсяинтенсивность сигналовАЭпроцессе усталости вызывают активность 25 в процессе циклического нагружения исспараметров АЭ в различных диапазонах ча- ледуемого объекта в трех диапазонах часстот". "; :. тот; до 500 кГц, 500 - 1000 кГц, свыше 1Целью изобретейия является повыше- МГц. Сначала регистрируются сигналы АЭнйе точности определения границ стадийв первом диапазоне частот до 500 кГц доусталостногоразрушенияизделий; 30 появления первого пика интенсивностиПоставленнаяцельдостигаетСя тем,что АЭ; Затем регистрируются сигналы АЭ восогласно способу определейия"границста- втором диапазоне частот 500 - 1000 кГцдйй усталастйого разрушения по сигналам также до появления пика параметров, поАЭ, заключающемуся втом, что принимают . сле чего прием сигналов АЭ производится всигналы АЭ в процессе циклического нагру третьем высокочастотном диапазоне свышежения изделия, регистрируют зависимость 1 МГц, где также регистрируется моментйнтенсианости АЭ от чйсла цйклов."регист- появленияпика интенсивности АЭ. Перио, рируют указанную зависймость в трех раз- ды между зафиксированными моментамиличййх-диапазонах частот до 500 кГц; 500 - появления пиков интенсивности АЭ соот-1000 кГц, свйше 1 МГц и по периодам между 40 ветствуют различным .стадиям разрушенияпиками ее определяют стадии усталостного материала. Перйод между началом цикличеразрушенйя йзделий ского нагружейия изделия и первым пикомНа фиг,1 представлена зависимость ин- интенсивности АЭ в диапазоне частот до. тенсивности АЭ от числа циклов нагруже кГц соответствует стадии накопленияния при испытании изделий на 45 искажений кристаллической решетки, Измногоцикловую усталость с регистрацией менения дислокационной структуры месигналов АЭ в трех диапазонах частот тзлла и его физико-механических свойствсплошная линия соответствует частотйому втечение инкубационного периода усталодиапазону 200-500 кГц,штриховая-диа- стного процесса сьпровождаются нестапаэону 500 - 1000 кГц, штрихпунктирная - 50 бильной активностью АЭ с низкимидиапазону 1. - 2 МГц; на фиг,2 - , схемаопре-значенйями интенсивности АЭ в диапазоделения стадий разРушения в процессе не частот до 500 кГц, В более высокочациклического нагружения деталей, на кото- стотных диапазонах АЭ отсутствует,рой показаны пики интенсивности АЭ в рээ- Значительное увеличение интенсивностиных диапазонах частот. Первая стадия 55 АЭ кконцупервойстадиисвйдетельствуетразрушенйя заключается между началом о зарождении первых поверхностных субциклического нагружения и пеовымпиком микроскопическйх трещин и начале второйинтенсивности АЭ в диапазоне частот до стадии разрушения - периоде зарождения500 кГц - соответствует йнкубационному и развития субмикроскопических трещин допериоду и заканчивается зарождением суб-. микроскопических размеров. В этом перио1747942 ЮО де усталости происходит слияние отдельных субмикротрещин в микротрещины, не превышающие размеры зерна; что сопровождается незначительным изменейием физико-механических интегральных свойств материала, Последующее циклирование на этой стадии практически не сказывается на развитии зарождающихся микротрещин, что обуславливает уменьшение интенсивности АЭ в диапазоне:частот до 500 кГц. В болеевысокочастотных диапазонах счет АЭ по-прежнему отсутствует. К концу второй стадии усталостного разрушения материал подготовлен к началу распространения магистральной усталостной трещины. Появление сигналов.с частотой 500-1000 кГц и рост интенсивности АЭ в этом частотном диапазоне соответствует началу третьей стадии разрушения, связанной с переходом микротрещины через границу зерна и ее распространением в плоскости, перпендикулярной направлению приложенной нагрузки в условиях реа-. лизации плоскодеформированного напряженного состояния у вершины трещиНы.На этой стадии происходит прогрессивное снижение прочйости и пластичности материала. Некоторое снижение интенсивности АЭ связано со сменой напряженного состояния и изменением характера пласти.чески деформированной эоны впереди трещины. Третья стадия разрушения заканчивается с появлением высокочастотных сигналов АЭ свыше 1 МГц. что свидетельствует о наличии в материале макротрещины критического размера, Резкое увеличение 5 интенсивности АЭ в диапазоне частот свыше 1 МГц связано с нестабильным ростом усталостйой трещины,Таким образом, данный способ позво. ляет с высокой степенью точности фиксиро вать моменты смены механизмовразрушения при циклическом нагружении материала и отграничивать соответствующие стадииусталостного разрушения изделий за счет регистрации интенсивности АЭ 15 в различных частотных диапазонах. Формула изобретения Акустоэмиссионный способ определения границ стадий усталостного разруше ния изделий, заключающийся в том, чтоциклически нагружают изделие, принимают сигналы акустической эмиссйи и регистрируют зависимость ийтенсивности акустической эмиссии от числа циклов нагружения, 25 по которой определяют границы стадий усталостного разрушения, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения точности, регистрацию зависимости интенсивности акустической эмиссии от числа циклов на гружения осуществляют раздельно в диапазонах частот не менее 500 кГц, 500-1000 кГц и свыше 1000 кГц, а за границы стадий разрушения принимают числа циклов йагружения, соответствующие первым пиковым 35 значениям полученных зависимостей.жгород, ул.Гагарина, 101 льокий комбинат "Патент Прбиэво нноаказ 2495 Тираж:,. Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5