ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ДЕФЕКТОСКОПИИ на основе эффекта акустической эмиссии

Это краткая справка для тех, кто мало знаком с физикой или с основными принципами известных методов дефектоскопии.
     Тем, кто желает больше узнать о разработчике кликните ЗДЕСЬ.

    Итак, об очень эффектной дефектоскопии средствами на основе
эффекта акустической эмиссии.
   Суть физики процесса в следующем.
   Все материалы находятся в состоянии "твердое тело" благодаря межатомным и межмолекулярным силам. Эти силы весьма велики, пока расстояние между атомами не превышает некоторого критического размера. Если участок металла растягивать (деформировать), то, естественно, межатомные расстояния изменяются, увеличиваются. Наконец, наступает момент, когда межатомные силы оказываются не в состоянии удерживать атомы, а, наоборот, стремятся оттолкнуть эти атомы друг от друга. Происходит разрыв связи. Аналогичные связи и силы имеются и у групп атомов. Прочности связей внутри тела очень сильно различаются. Прочность тела, по-сути, определяется некоей средне-статистической величиной связей. При разрыве связи атомы не могут свободно разлететься в разные стороны - мешают соседи, которые будут пытаться вернуть "беглецов" на исходное место. В результате атомы в месте разрыва связи начинают колебаться относительно своего исходного положения. Эти колебания передаются соседним атомам... Рождается упругое колебание, в теле распространяется упругая волна. Процесс разрыва быстро затухает. Поэтому упругое колебание имеет форму короткого импульса. Вот эти-то импульсы упругих колебаний и называют "акустической эмиссией" (АЭ). Импульсы АЭ можно зарегистрировать такими же преобразователями, которые применяются в ультразвуковой дефектоскопии. Это - первое достинство метода - простота процесса для понимания.

      Чтобы родился импульс акустической эмиссии, нужна некая внешняя сила, деформирующая твердое тело. Эту силу можно привнести механическим способом - нагружая материал. Каждому уровню деформирования твердого тела соответствует определенное число связей, которые способны выдержать такую степень "растаскивания" атомов. Если деформировать материал ступенями нагрузки и регистрировать импульсы акустической эмиссии, то можно обнаружить закономерность, по которой изменяется число импульсов АЭ при деформировании тела.

     В зоне дефекта среда уже нагружена из-за концентрации механических напряжений. Поэтому импульсы АЭ появляются в зоне дефекта почти сразу после начала нагружения. Это - второе достинство метода.

     Импульс АЭ распространяется в виде сферической волны, как волна от камня, упавшего в воду. Если в разных местах изделия поставить по преобразователю - приемнику импульсов АЭ, то используя известные из радиопеленгации приемы, можно установить координаты точки, из которой вышел импульс АЭ. Тем самым, можно установить положение дефекта. Это - третье достоинство метода.

    При наступлении критического напряженно-деформированного состояния контролируемого объекта интенсивность шума АЭ лавинообразно нарастает, что очень наглядно сообщает оператору о грядущей гибели конструкции. Это - тоже достоинство.

Однако, этот прекрасный метод обладает не только достоинствами, но и недостатками.
   

Один из зарубежных комплектов дискриминаторов сигналов АЭ (к нему еще требуются РС, кабели, комплекты преобразователей и предусилителей, специальное ПО.

Преобразователь импульса АЭ со специальным предусилителем.

При работе с прибором "КОМПЛЕКС-2.05"
не требуется никакой дополнительной
обработки результата измерения.
Результат автоматически отображается на диплее.

Для обработки данных, получаемых приборами, использующими эффект АЭ, надо уметь понимать такие картинки. Очевидно, их анализ доступен только высококвалифицированным специалиствам. Нужна Вам эта "головная боль"?

И где здесь показан коэффициент концентрации механических напряжений в интересующей Вас точке конструкции?

Ну, а теперь сравните с прибором "Комплекс-2.05"! Вам не потребуется приобретать громоздкое, сложное и дорогое оборудование для обработки данных, содержать дорогих, высококлассных специалистов для работы на нем, переживать за его техническое состояние..... Каким средством удобнее и проще работать?

            Достоверность засечки цели - дефекта - заметно зависит от конструктивных особенностей объекта. Ведь упругая волна не просто распространяется от дефекта к приемнику - по пути она претерпевает множество искажений (отражения от неоднородностей, от стенок конструкции, трансформации волн ...).

         Методы обнаружения акустической эмиссии эффективны тогда, когда в объекте контроля отсутствует высокочастотная вибрация, возбуждаемая другими источниками, например, потоками газа или жидкости, как это имеет место в трубопроводах под давлением (цитата: http://www.vibrotek.com/russian/articles/metal/index.htm)

          Если конструкция находится в постоянном напряженно-деформированном состоянии, то и щелчков никаких аппаратура не зарегистрирует - физика. Значит, объект надо нагружать в процессе контроля. Это не всегда удобно или даже возможно. В некоторых методиках требуют такого уровня нагружения, что после испытания АЭ вообще не нужна - ведь испытание "опрессовкой" уже дало прямой ответ на поставленный вопрос: либо объект выдержал и будет далее под рабочим давлением работать, либо разрушился...

         Сторонники метода АЭ считают, что (цитируем) "основное преимущество метода акустической эмиссии в том, что этот метод обеспечивает обнаружение и регистрацию только РАЗВИВАЮЩИХСЯ , наиболее опасных дефектов. Таким образом, метод позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ."  Если Вы читали текст и других страниц этого сайта, то Вам сразу становится ясно - здесь желаемое выдается за действительное. Например, стресс-коррозионная трещина в процессе нагружения трубы может так активно "бежать" - развиваться, что на отдельных кадрах видеозаписи размазываются ее границы! Но сосуд рвется совсем в другом месте (такое зафиксировано, например, при стендовых испытаниях на промбазе ООО "ЛЕНТРАНСГАЗ"). То есть интенсивность АЭ - это еще не критерий опасности. Это всего лишь один из признаков ВЕРОЯТНОЙ опасности. А вот концентрация механических напряжений - это и признак, и критерий!

          Акустической эмиссии присущ эффект, известный как эффект Кайзера: если металл ранее был нагружен до некоторого напряженно-деформированного состояния, то при повторном нагружении до того же уровня щелчки не будут зарегистрированы, пока это механическое напряжение не будет превзойдено (ASTM E610 as "the absence of detectable acoustic emission until previously applied stress levels are exceeded."). Поэтому, если трубопровод или сосуд прошел стадию "опрессовки" давлением, более высоким, чем рабочее давление, например, при сдаче объекта в эксплуатацию, то зарегистрированный шум не будет отражать характеристику фактического напряженного состояния.

        На показания приборов, основанных на эффекте АЭ, влияет упругий гистерезис (это не магнитоупругий гистерезис!), то есть предыстория напряженно-деформированного состояния конструкции и многие другие факторы.

        .На показания приборов АЭ влияет состояние поверхностного слоя металла ("зоны наклепа"), где напряжения превышают напряжения основного металла в тысячи раз. Эта зона порождает шум, который надо уметь фильтровать, что делают не все типы приборов АЭ.

      Карты концентраторов напряжений, а тем более, консультаций,  эти приборы не дают - приборы АЭ фактически не измеряют механических напряжений! Надо подождать, пока дополнительно поработает персонал вычислителей, да металловедов-прочнистов, да расчетчиков...., тогда карта будет, но без комментариев, подобных тем, что приходят с картами на дисплей при работе с прибором "Комплекс-2.05", к тому же будет   "расчетная" карта, а не "фактическая".  Но обычно требования построения карт КМН в методиках не упоминается.

Эти и другие недостатки существенно ограничивают область применения метода АЭ (на что не все потребители обращают внимание). Однако, еще раз отметим - АЭ очень хороший для своей области применения метод индикации имеющихся дефектов.

К сожалению, этот, в принципе не плохой (еще раз подчеркнем - для конкретных условий) метод, насильно навязывается в различных отраслях, что дискредитирует его более эффектно, чем принципиальные физические недостатки. 

У Вас возникли вопросы или есть, что обсудить?
Тогда на ФОРУМ: здесь обсуждаем насущные вопросы