Методы колебаний (свободные, вынужденные)

Метод основан на анализе спектра сигнала или частотного спектра сигнала, возбуждаемого импульсом (свободные колебания); или гармонической силой, меняющихся частот (вынужденное колебание).

Пример: Вынужденные (резонансный метод) – измерение толщины (Рис.10.13)

Рис.10.13 Схема контроля резонансным методом

d = (2h+1) (в ок)

(10.3)

Метод свободных колебаний

Основан на частотном анализе спектра изделия, возбуждаемого коротким акустическим сигналом (удар)

Пример: (Рис.10.14) Структурная схема прибора для контроля абразивного инструмента.

Ко­лебания ОК 2 возбуждают уда­ром молотка 1, регистрируют микрофоном 3, усиливают бло­ком 4 и подают на систему обра­ботки информации 5, задача ко­торой — измерение основной час­тоты f свободных колебаний.

Рис.10.14 Структурная схема для контроля абразивного инструмента

Пассивные методы

Анализ и приём упругих колебаний, возникающих в ок.

1. Шумодиагностика

2. Вибродиагностика

3. Акустико–эмиссионный метод.

Вибродиагностика

Основан на анализе спектра вибраций при работе объекта (Рис.10.15)

F_{рабочая} = (50 Гц ÷ 18 кГц) – звук

Рис.10.15 Принципиальная схема метода вибродиагностики

Шумодиагностика

Метод основан на анализе спектра акустических шумов при работе объекта.

Пример: вращение подшипников.

f = (50 Гц ÷ 100 кГц)

Акселерометры помещают на ок, а шумы анализируются из воздуха (условие для вибро- и шумо- диагностики).

Акустико – эмиссионный метод (АЭ)

Метод основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих вследствие локально-динамической перестройки структуры материала.

Требования:

1)Процесс должен быть локальный

2) Процесс динамический – развитие с большой скоростью.

Источники АЭ:

а) АЭ материала

б) АЭ трения – возникает в процессе движения трущихся частей.

Пример: смазочные материалы.

в) АЭ утечки – это излучение акустических волн, вызванное гидродинамическими или аэродинамическими явлениями при протекании жидкости или газа через сквозную несплошность.

Пример: Амплитудный метод течеискания. Звук от течи исходит по двум причинам:

1) Трение

2) Кавитация – схлопывание пузырьков.

Причины перестройки в твёрдом теле:

1. Процесс роста или развитие трещин, коррозии, слияние пор.

2. Дислакации, их движение.

3. Магнитная – акустическая эмиссия (движение доменов – изменение направления при перемагничивании).

4) Фазовые переходы:

- изменение решётки

- затвердевание (олово даёт щелчки при затвердевании)

Схема применения метода

Рис.11.1 Схема контроля акустико – эмиссионным методом

Преобразователь АЭ – ПАЭ

Предусилитель – ПУ

АЭ система – АЭС. Сигнал усиливается, идёт на ПК, многоканальные платы АЦП. Сигнал регистрируется, определяются основные параметры сигналов, оценивается класс или степень опасности дефектов.

N -приёмников для локализации - определения местоположения.

Напряжения, возникающие от дефекта:

- Механические нагружения

- Гидравлические нагружения

- Пневмонагружения (воздух под давлением)

- изменение температуры.

Волна АЭ излучается в широких диапазонах от (звук ÷ гиперзвук).

Звук не определяется акустической эмиссией, так как мешают механические шумы. Гиперзвук неопределим, так как он быстро затухает. Остаётся от 100 кГц ÷ 1 МГц.

Основные особенности метода АЭ.

«+»

1. Возможность выявления только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, как у основных методов, а по степени опасности, тем самым они могут использоваться для прогноза ресурсов.

2. Метод АЭ имеет большую чувствительность к дефектам (min размер выявляемого дефекта). Минимальный размер дефекта 1мкм.

Чем больше площадь дефекта S, тем больше амплитуда сигнала.

3. Свойство дистанционности – возможность контроля на больших расстояниях между приёмниками и аппаратурой и возможность контроля в недоступных областях.

4. Интегральность – контроль всего изделия в целом без сканирования.

5. Возможность выявления дефектов любой ориентации и расположения относительно поверхности в любом месте (поверхностные и подповерхностные).

6. Меньшее количество играничений по структуре материала и по шероховатости поверхности.

R_z – шероховатость. Шероховатость не мешает, так как место для приёмника (датчика) зачищают.

Пример: литьё (крупное зерно). Используются низкие частоты => зёрна не мешают.

7. Возможность проведения НК в реальном масштабе времени слежения.

8. Комплексный характер метода. Контроль невозможен без знания металловедения, механики разрушения, УЗ основы, обработки сигналов.

« - »

1. Обязательным условием является нагружение

2. Нельзя повторить результаты контроля

3. Нельзя проверить правильность контроля

4. Влияние шумов и помех: электромагнитные шумы, сварка, удары, помехи.

5. Невозможность выявления дефектов в областях с недостаточным уровнем нагружения. Если нагружения не хватает, то АЭ волн не будет. Нужно выбрать такой режим нагружения, который совпадает с нагружением в процессе эксплуатации.