77940

АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

Лекция

Производство и промышленные технологии

9 АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ Кроме активных методов акустической дефектоскопии находит применение пассивное фиксирование возникающих в материале звуков акустической эмиссии. Образ источника акустической эмиссии как совокупность параметров сигналов датчиков при определенных механических воздействиях на изделие. Характеристики акустической эмиссии получают из сигналов датчиков подобных датчикам УЗК. Однако если для УЗК требуется уская полоса чтобы обеспечить требуемую чувствительность и помехоустойчивость то для...

Русский

2015-02-05

16.5 KB

2 чел.

Л.9 АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ

Кроме активных методов акустической дефектоскопии, находит применение пассивное фиксирование возникающих в материале звуков (акустической эмиссии). Источником этих звуков при механических нагрузках, связанных с напряжениями при сварке являются:

Скольжение и разрушение кристаллов и их скоплений.

Трение поверхностей разрыва друг о друга.

Движение дислокаций и изломов.

Релаксации упругих матриц при движении дислокаций.

Звуки имеют характер щелчков - коротких импульсов,случайно распределенных во времени со спектром от десятков килогерц до сотен мегагерц. Поэтому информационно выгоднее описывать эти сигналы статистическими характеристиками импульсных последовательностей при их превышении уровня чувствительности:

Число импульсов за интервал анализа.

Суммарный счет импульсов с энергией не ниже заданой.

Активность - отношение числа импульсов к интервалу времени.

Скорость счета - отношение суммарного счета к интервалу времени.

Энергия, выделяемая дефектом.

Энергия, фиксируемая датчиком.

Образ источника акустической эмиссии как совокупность параметров сигналов датчиков при определенных механических воздействиях на изделие.

Первые шесть пунктов характеризуют интегральную оценку состояния процесса, что достаточно только для хорошо изученых и стационарных процессов. Последний пункт позволяет получить гораздо больше информации, однако для этого требуется гораздо более точная фиксация сигнала.

Характеристики акустической эмиссии получают из сигналов датчиков, подобных датчикам УЗК. Однако, если для УЗК требуется уская полоса, чтобы обеспечить требуемую чувствительность и помехоустойчивость, то для акустической эмиссии нужна широкая полоса, так как короткие сигналы имеют широкий спектр и узкая полоса искажает сигнал, увеличивая его длительность,но уменьшая амплитуду. В случае узкой полосы один сигнал преобразуется в серию затухающих колебаний. Естественно, вся энергия сигнала будет "размазана" по этим колебаниям, амплитуда которых мала, а момент во времени не определен.

Узкополосность датчика обуславливается резонансными его свойствами, как за счет механического резонанса, так и за счет электрической настройки емкости датчика и индуктивности трансформатора связи на ту же частоту. Кроме того волновые эффекты в датчике (интерференция прямой и отраженной волны) также имеют частотную зависимость.

Интерференционные эффекты устраняют путем полного поглощения излучения с нерабочей стороны датчика, что вдвое уменьшает его чувствительность.

Резонансные эффекты устраняют демфированием - большим рассеянием энергии в колебательной системе. Рассеивать энергию можно как в электрической, так и в механической форме. В последнем случае применяются вязкие обмазки, масса которых соизмерима с массой датчика. Широко распространено электрическое демфирование датчика, обеспечиваемое низким входным сопротивлением нагрузки. Энергетически выгоднее использовать токовый вход усилителя.

Типичной задачей акустической эмиссии является разделение сигналов от дефектов, расположеных в разных местах изделия. По времени задержки распространения до датчика можно разделить импульсы от каждого из дефектов в отдельности.Для этого следует признать, что дефект излучает импульс эмиссии, который распространяется во всех направлениях с постоянной скоростью и в свое время достигает датчика. Если датчика два, то импульс на них придет в разные моменты времени, сдвиг между которыми содержит информацию о положении дефекта.

При определении координат приходится исходить из того, что истинное время появления импульса неизвестно, и приходится довольствоваться только соотношением моментов фиксации импульсов датчиками. Геометрическое место точек, разность расстояний до которых задана, это либо эллипс либо гипербола на плоскости (эллипсоид или гиперболоид в трехмерном пространстве).

Добавление еще одного датчик образует для анализа две пары которые по разности времени прихода сигналов на них формируют геометрические места расположения дефекта. Их пересечение дает более строгое ограничение на расположение дефекта. Легко понять, что сигналы двух датчиков однозначно определяют положение источника эмиссии на линии, три датчика - на плоскости, четыре - в трехмерном пространстве. Обычно задействуют датчиков больше чем необходимо для того, чтобы скомпенсировать помехи, пропадание сигнала, а также повысить точность определения координат.

Подобная пространственная селекция источников акустической эмиссии связана с существенными аппаратными и интелектуальными затратами, оправдаными тем, что позволяют определить место возникновения каждого из импульсов, и оперативно решать следующие вопросы:

по месту источника относительно точки сварки оценить природу дефекта, а следовательно допустимый его уровень и требуемое изменение режима

по локализации отдельных импульсов определить, исходят ли они из одного крупного дефекта или из нескольких мелких

Очевидно, решение этих вопросов оправдывает затраты во многих случаях.

Кроме контроля акустической эмиссии в толще металла, связанного с трудностями обеспечения акустисеского контакта с движущимся металлом, для лазерной сварки существенно также эмиссия акустических колебаний из газовой среды. Их природа состоит в резком скачке давления в момент оптического пробоя в парогазовом канале.

Поскольку оптический пробой возникает при экстремальных плотностях мощности, то и связанный с ней звук рождается только тогда, когда канал фокусирует луч. Очевидно, что влияние канала гарантирует влияние его состояния, как параметра колебаний звука

Колебания воздуха почти не переходит в колебания металла и наоборот, так как их плотности сильно различаются, поэтому для контроля применяются разные датчики. К счастью, для контроля звука в воздухе применяются хорошо отработанные микрофоны, техника которых близка к теоретическому совершенству. Поэтому сам процесс контроля не представляет труда как с технической, так и с методологической точек зрения.

Звуковые колебания имеют нескольно параметров, которые должны быть связаны с параметрами процесса либо функционально, либо статистически.

С математической точки зрения данная задача представляет классическую задачу распознавания образов, как классификация сигнала по соотношению мер его параметров.

Поскольку параметры сигнала, используемые для этого не должны зависеть от времени, тоесть быть типа " амплитуда ", "соотношение частотных компанент", "частота основной гармоники" и т.д.

При исследовании процессов с технологической и аппаратной точки зрения процесс обработки сигнала состоит в переводе отсчетов сигнала в числовой эквивалент (с помощью АЦП), вводе их в ЭВМ, обработке сигнала в числовом виде путем вычисления преобразования Фурье или функции автокорреляции, поиск среди их параметров связи с параметрами процесса.

При использовании акустической в производственных целях сигнал пропускают через настроенные частотные фильтры и по амплитуде сигналов на их выходах идентифицируют состояние процесса.

Аппаратура и методы акустической эмиссии сейчас стремительно развиваются.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

Перечислите, какие причины ограничивают полосу пропускания пьезоэлектрического датчика, и как их можно преодолеть.

Перечислите, какие дефекты лазерных технологий могут быть зафиксированы при анализе акустической эмиссии зоны обработки?

Выведите формулы для расчета на плоскости координат источника акустической эмиссии по задержке сигналов для случая, когда момент эмиссии неизвестен. Каково может быть минимальное число датчиков? Какие ограничения формула накладывает на расположение датчиков?

Опишите механизм возникновения акустической волны при оптическом пробое в парогазовом канале лазерной сварки.

От чего зависит частота и интенсивность акустической волны при оптическом пробое в парогазовом канале лазерной сварки?

ЛИТЕРАТУРА:

1. Волченко В. Н. Контроль качества сварных конструкций. -М.: Машиностроение, 1986. с. 62...99.

2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. В 2-х книгах. Кн. 2 / Под ред. В. В. Клюева.-2-е изд., -М.: Машиностроение, 1986. с. 189...322.

3. Справочник по технической акустике: Пер. с нем/ Под ред М. Хекла и Х.А. Мюллера.- Л.: Судостроение, 1980.- 440 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10221. Реформы в области образования и просвещения 28.66 KB
  Реформы в области образования и просвещения В истории народного образования России петровская эпоха занимает особое место уже потому что в это время впервые были созданы светские учебные заведения. Однако потребность в светском образовании определилась ещё в семнадц
10222. Конструктор и деструктор 113 KB
  Конструктор и деструктор. При создании объектов одной из наиболее широко используемых операций которую выполняется в программах является инициализация элементов данных объекта. Единственным способом с помощью которого можно обратиться к частным элементам данн...
10223. Введение в Delphi 43.5 KB
  Введение в Delphi Delphi – это мощная среда для скоростной разработки приложений – RAD Rapid Application Development. В ее основу легли концепции объектно-ориентированного программирования на базе языка Object Pascal и визуального подхода к построению приложений. Первой средой разработки с...
10224. Среда программирования Delphi 97.5 KB
  Лабораторная работа № 1 Среда программирования Delphi Цель работы: изучить главные части рабочей среды программирования и основные части программы созданной в Delphi, научиться использовать компоненты библиотеки VCL в windowsприложении; познакомиться с компонентами классов...
10225. Стандартные компоненты Delphi 83.5 KB
  Лабораторная работа № 2 Стандартные компоненты Цель работы: изучить стандартные компоненты Delphi научиться использовать компоненты библиотеки VCL в windowsприложениях. В данной работе рассматриваются компоненты страницы Standard Палитры Компонент Delphi. В предыдущей работе...
10226. Работа с формами. Свойства TForm 166.5 KB
  Лабораторная работа № 3 Работа с формами. Свойства TForm Цель работы: изучить основные свойства класса TForm познакомится с некоторыми событиями форм; научиться использовать формы разных стилей в windowsприложениях. Форма представляет собой фундамент программы на котор
10227. Работа с формами. События TForm 58.5 KB
  Лабораторная работа № 4 Работа с формами. События TForm. Цель работы: изучить события класса TForm, научиться обрабатывать события формы в windowsприложениях. Класс ТForm добавляет несколько событий к родительскому классу TWinControl. Эти события позволяют изменять поведение фор
10228. Стиль приложений SDI 94 KB
  Лабораторная работа № 5 Стиль приложений SDI Цель работы: закрепить навыки создания приложений в стиле SDI познакомится с компонентами классаTImage и TSpeedButton научиться использовать инструментальные панели в приложении, освоить работу с буфером обмена. Термин SDI Single Document ...