Локальный метод свободных колебаний.

Согласно этому методу в части контролируемого изделия возбуждают колебания с помощью ударов молоточка вибратора и анализируют спектр возбуждаемых частот (рис. 9). В дефектных изделиях, как правило, спектр смещается в высокочастотную сторону.

Рис. 9

К этой же группе относится способ, получивший сокращенное название «Предеф». Сущность его состоит в возбуждении через слой жидкости вынужденных колебаний в стенке изделия с частотой, близкой к резонансной. После окончания возбуждения стенка продолжает колебаться в свободном режиме. По частоте этих свободных колебаний с очень высокой точностью измеряют толщину стенки.

Интегральный метод свободных колебаний.

Здесь ударом возбуждаются во всем изделии или значительной ею части. Этот метод используется например при проверке бандажей железнодорожных колес или стеклянной посуды по частоте звона. Применяется он также в медицине для определения состояния внутренних органов (простукивание).

Локальный резонансный метод.

В стенке изделия с помощью преобразователя возбуждают ультразвуковые волны (рис. 10).

Рис. 10

Частоту колебаний модулируют и фиксируют частоты, на которых возникают резонансы, соответствующие целому числу полуволн в стенке изделия. По резонансным частотам измеряют толщину стенки. Дефекты фиксируют по резкому изменению толщины или пропаданию резонансов. Метод чаще всего применяется в толщиномерах при одностороннем доступе (обшивка кораблей, котлов, труб и т.д.). Сравнительно недавно резонансный метод стал применяться для проверки качества строительных материалов (кирпича, бетона, леса и т.д.).

Интегральный резонансный метод.

Применяют для определения модулей упругости материала по резонансным частотам продольных, изгибных или крутильных колебаний образцов простой геометрической формы. Метод применяют для контроля небольших изделий: абразивных кругов, турбинных лопаток и т.д. Появление дефектов или изменение свойств материалов определяют по отклонениям резонансных частот.

К методам вынужденных колебаний относится также

Акустико-топографический метод.

В этом методе распределение амплитуд упругих колебаний на поверхности контролируемого объекта регистрируют с помощью наносимого на поверхность порошка. Дефективный участок отличают увеличением амплитуды колебаний в результате резонансных явлений, вследствие чего оседание порошка на нем меньше.

ПАССИВНЫЕ МЕТОДЫ

Наиболее распространенными пассивными методами являются: метод акустической эмиссии, вибрационно-диагностический, шумо-диагностический.

Вибрационно-диагностический метод

В этом методе анализируются параметры вибрации какой-либо детали или узла, находящейся в рабочем режиме с помощью приемников контактного типа.

Шумо-диагностический метод.

В этом методе изучают спектр шумов работающего изделия с помощью микрофонных приемников. И по изменениям в спектре шумов целого изделия судят о качестве составляющих его элементов.

По частотному признаку все рассмотренные методы можно разделить на низкочастотные (до 20 Кгц) и высокочастотные или ультразвуковые (свыше 20 Кгц).

Метод акустической эмиссии.

Метод основан на регистрации упругих волн, возникающих в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел. Акустическая эмиссия появляется при пластической деформации, при возникновении и развитии дефектов, например при образовании трещин, при фазовых превращениях, связанных с изменением кристаллической решетки, при резании металлов.

Рис. 11

Физическим механизмом акустической эмиссии является движение в веществе дислокаций и их скоплений. Неравномерность, прерывистость дислокационных процессов, связанных с отрывом дислокаций от точек закрепления, торможением их у препятствий, возникновением и уничтожением отдельных дислокаций, является причиной, обуславливающей изучение волн напряжения. Поэтому акустическая эмиссия имеет взрывной характер, представляет собой поток импульсов; длительность импульса может составлять 10-8¸10-4с, энергия отдельного импульса от 10-9 до 10-5 Дж. Это соответствует колебаниям поверхности образца в пределах 10-11-10-4мм. Иногда эти сигналы достаточно сильны и могут восприниматься на слух (например –2 – «крик олова» при его деформации).

Сигналы акустической эмиссии, распространяясь к поверхности образца, претерпевают существенные изменения вследствие дисперсии скорости звука, трансформации типов волн при отражении, преломлении, затухании и т.д. (рис. 12)

Рис. 12

Если интервал между отдельными актами излучения меньше времени затухания АЭ имеет характер непрерывного излучения, как правило нестационарного. Такая АЭ называется непрерывной или сплошной.

Если время затухания сигнала и время переходных процессов в образце меньше промежутка времени между излучаемыми импульсами, АЭ воспринимается в виде последовательности импульсов и называется дискретной или импульсной.

Дискретная АЭ имеет место при образовании трещин. Непрерывная – процессе резания металла.

Частотный спектр сигналов АЭ широк от слышимых частот до десятков и сотен Мгц.

Сигналы АЭ принимают на поверхности образца посредством контактных датчиков или бесконтактными оптическими виброметрами.

В большинстве методов к образцу прикладывают механическое напряжение. Сигналы АЭ регистрируются в процессе возрастания или убывания приложенного к образцу внешнего механического напряжения. При этом концентрации напряжений вблизи дефектов вызывают локальное пластическое деформирование и появление симптомов АЭ.

Объем области пластической деформации зависит от размеров дефекта и величины приложенного напряжения.

Основными параметрами сигналов АЭ являются:

- Общее число импульсов дискретной АЭ за исследуемый промежуток времени т.е. суммарная или интегральная Э.

- Число превышений сигналом АЭ установленного уровня за исключением промежутка времени (рис. 3.13).

- Интенсивность АЭ или число превышений сигналом АЭ установленного уровня за единицу времени.

- Амплитуда АЭ или максимальное значение сигнала АЭ в течении заданного промежутка времени.

- Уровень сигналов АЭ или среднее квадратичное сигнала за рассматриваемый промежуток времени.

Методы акустической эмиссии используются для раннего распознавания трещин при испытаниях материалов на прочность, для выявления дефектов в стадии их зарождения, для локации дефектов и изучения кинетики развития трещин в сварных швах и др.

 

Рис. 13

При повторном напряжении эмиссия не возникает вплоть до достижения максимального напряжения предыдущего цикла (эффект Кайзера).

Электрическая связь между энергией АЭ и параметрами трещины имеет вид:

åV2 = K2(å2∆L)/E;

где: K – коэффициент концентрации напряжений на вершине трещины

E – модуль упругости (модуль Юнга)

∆L – приращение длины трещины

Число используемых импульсов пропорционально K4.