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.