книги / Физические основы торможения разрушения

энергии вблизи устья трещины. Для поддержания постоянной скорости роста

вскрытие полостей трещины и на сообщение ей кинетической энергии. Поскольку первая компонента постоянна и от скорости в упругой задаче не зависит, рост потока энергии в районе вершины трещины связан в первую очередь с ее кине­ тической энергией. При разрыве эта энергия релаксирует, переходя частично в звуковое излучение. Поэтому в чисто упругой задаче можно ожидать возра­ стания плотности излученной звуковой энергии с увеличением скорости трещины. То обстоятельство, что разрушение не является чисто упругим и неизменно сопровождается пластическими явлениями в вершине и предполье трещины, лишь подтверждает эту закономерность. Действительно, с увеличением скорости распространения трещины пластическая деформация ее полостей затухает. Поэтому следовало бы ожидать возрастания звуковой энергии по мере перехода от вязкого к квазихрупкому разрушению, реализующемуся при росте темпа движения трещины.

Вместе с тем эксперимент приводит к обратной зависимости: с увеличением скорости роста трещины излучаемая звуковая энергия уменьшается. По-види- мому, происходит другое явление, имеющее отношение к излучению звуковых волн в окружающее пространство. По нашему мнению, это в основном скачко­ образное изменение скорости трещины по величине.

Хорошо известно, что трещина практически никогда не распространяется равномерно, она пульсирует, причем скорость ее меняется по величине и по направлению. Скачкообразность в распространении трещины весьма существенна даже в обычных условиях и возрастает до удивительных масштабов (ускорение достигает 1010 см/с2) при ветвлении.

Траектория перемещения трещины далека от прямой даже при разрушении монокристаллов по плоскости спайности, когда неизбежно возникает сложный рельеф. Поверхность же разрыва поликристалла или аморфного тела содержит неровности, нередко соизмеримые с разрушаемым сечением. В связи с этим при­ ведем некоторые результаты опытов. По мере понижения температуры отпуска и приближения к закаленному состоянию поверхность разрушения образцов становится все более гладкой. Уменьшается величина «пиков» на поверхности и в области высоких температур отпуска. Во всех случаях упрощение морфоло­ гии поверхности и ее выравнивание приводят к понижению излученной звуко­ вой энергии. Вместе с тем резкому росту энергии излучения при отпуске в интср-

310

вале 350—450° С отвечают значительные неровности рельефа поверхности раз* рушения.

Естественно сделать вывод о существенном влиянии скачкообразности в распространении трещины на величину излучаемой энергии. Механизм излу­ чения представляется следующим. При пересечении упруго-напряженного обОазца трещиной от ее поверхности и вершины идут волны, в результате чего фоисходит релаксация упругих напряжений и в образце, и в нагружающем устройстве. Этот процесс, как известно, протекает при любом режиме роста тре­ щины. Особо интересны случаи неравномерного разрушения. При этом трещина способна на несколько микросекунд застопориться у какого-либо барьера. Напря­ жения в ее вершине возрастают и после прорыва импульсивно излучаются в ма­ трицу материала. Очевидно импульсивное преобразование упругого поля и при крутом изменении траектории трещины. Подобный процесс является естествен­ ным и в поли кристаллическом материале (взаимодействие с границами), и в моно­ кристалле (пересечение трещины с субграницами, винтовыми дислокациями, перемещение одновременно по нескольким плоскостям спайности и пр.). Им­ пульсы разгрузки, возникающие при скачкообразном перемещении трещины, возбуждают поверхность разрываемого образца и, вибрируя, она передает энер­ гию в окружающую среду. Отметим, что поверхностные волны, возникающие на «берегах» трещины, не дают вклада в излучение, во всяком случае в момент ее вскрытия, так как в области между полостями создается «вакуум», лишь посте­ пенно заполняемый воздухом.

И. С. Гузь и В. М. Финкель [384] исследовали зависимость спектра волн, излучаемых растущей трещиной, от запаса упругой энергии в ее вершине. Были рассмотрены изменения параметров поверхностных и объемных волн, генери­ руемых движущейся трещиной, в зависимости от запаса упругой энергии.

в сочетании со скоростной киносъемкой. Одновременно вели запись импульсов от релеевских и продольных волн в процессе разрушения. Поверхностные волны выявляли методом, предложенным в работе [365]. Возмущения, связанные с продольными волнами, с помощью дополнительного датчика записывались на втором осциллографе С1-24. Оба осциллографа запускались одним усилителемформирователем. Величину запасенной упругой энергии определяли по формуле

Анализ полученных результатов показал, что по мере увеличения упругой энергии, предшествующей разрушению, амплитуда релеевских волн вначале существенно возрастает, а затем монотонно стабилизируется, при этом умень­ шается длительность импульса. Тенденция к стабилизации амплитуды импуль­ сов, наблюдаемая в верхних двух рядах, по-видимому, объясняется нелинейной зависимостью амплитуды излучаемых волн от величины упругой энергии.

Приведенные данные свидетельствуют о связи между параметрами волн, излучаемых в процессе разрушения, и количеством упругой энергии, запасен­ ной к моменту разрушения. При разрушении эта энергия расходуется преиму­ щественно на образование новых полостей и разгон трещины. Поскольку поверх­ ностная энергия является константой материала (при постоянной температуре) и не зависит от величины упругой энергии в объеме, то можно полагать, что в ре­ зультате изменения скорости движения трещины в ее окрестности изменяется поток энергии. Это может быть основным источником возбуждения упругих волн.

311

Для проверки этого предположения проводили одновременную регистра­ цию упругих волн и скорости разрушения. С этой целью была применена скорост­ ная киносъемка камерой СКС-1. При регистрации упругих волн время раз­ вертки осциллографа ориентировочно выбирали равным времени разрушения образца. Для калибровки продолжительности развертки использовались метки времени.

Одновременная регистрация релеевских и продольных волн вблизи источ­ ника излучения показывает, что временные параметры их одинаковы, следова­ тельно, одинаковы и частотные спектры, поэтому в дальнейшем обсуждение ре­ зультатов будем связывать с релеевскими волнами как наиболее интересным типом волн.

Сопоставление фоторегистрограммы роста трещины с осциллограммами ре­ леевских волн дает основание утверждать, что упругие импульсы излучаются в момент изменения скорости движения трещины. В начальный момент разрыва сплошности образца скорость движения трещины скачкообразно меняется от О до 270—300 м/с и ему соответствуют импульсы в начале осциллограммы. Затем скорость движения трещины стабилизируется, на осциллограммах это прояв­ ляется в отсутствии возмущений. Они возникают в момент замедления движения трещины в конце разрушения.

Известно, что при ускорении роста трещины происходит релаксация напря­ жений, а при торможении — рост их в ее вершине. Поскольку упругие волны излучаются в моменты изменения скорости движения трещины, это подтверж­ дает высказанное ранее предположение, что флуктуация упругой энергии в вер­ шине трещины является источником возбуждения упругих волн.

Анализ осциллограмм позволяет установить существование интересных особенностей в движении трещины: вначале ускорение резко возрастает, затем темп нарастания уменьшается, а в момент выхода трещины на стабильный режим движения оно меняет знак. К сожалению, это не удается проследить на фоторегистрограмме в связи с недостаточно высокой скоростью съемки камерой СКС-1.

Осциллограммы продольных и релеевских волн подвергали спектральному анализу с помощью электронно-вычислительной машины М-20 по методике, изложенной в работе [367]. Метод не связан с частотным диапазоном исследова­ ний и допускает графическое построение спектров. Исследуемая кривая разби­ вается на п эквидистантных частей, число выборок определяется конфигурацией

решение обратной задачи (построение исходной кривой по полученному спектру) с погрешностью 2—3%.

спектр расширяется в высокочастотную область. Полоса занимаемых им частот от 0 до 1 МГц.

Наличие дополнительного максимума на кривой 4 связано скорее с фазо­ выми характеристиками регистрируемых возмущений, чем с резонансными явлениями в образце, поскольку этот пик имеется не на всех кривых.

Относительное распределение энергии между частотами (рис. 130) свиде­ тельствует о том, что по мере сокращения продолжительности регистрируемых импульсов максимально энергонесущие частоты смещаются.

Между максимально энергонесущими частотами и числом изохром с одной стороны и величиной упругой энергии с другой существует линейная зависимость.

Поскольку в практических случаях ускорение трещины может достигать Ю10 см/с2, измерение таких значений представляет значительные трудности. Зная форму и спектр излучаемых импульсов, можно судить об изменении ско­ рости движения трещины в любой момент разрушения.

Из других исследований укажем работы [385, 386], в которых зарегистри­ ровано возникновение звуковых импульсов перед разрушением. Известно по­ явление импульса при образовании микротрещин. Поскольку, однако, такого рода изменения, используя имеющиеся приборы, невозможно протарировать, во всяком случае на уровне трещин масштаба ангстремов, обратимся к исследо-

312

Упругая волна, образованная движением трещины, в известной степени аналогична волне, получаемой от ударной нагрузки [388]. Вместе с тем этот упругий импульс переменен по своей природе и содержит колебания с беспоря­ дочными частотами, т. е. осциллирование, в котором ускорение волны напря­ жения меняется со временем далеко не периодически. Поэтому представляет интерес [388] установить, существуют ли в разрушаемых материалах некоторые определенные, способные быть неоднократно воспроизведенными характеристики волны напряжения, по которым можно предсказать возникновение нестабиль­ ности трещины в условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния.

Исследование эмиссионных явлений при разрушении сталей и алюминия показало прежде всего, что в тех случаях, когда разрыв был вязким и трещина росла путем объединения микропор, излучение было крайне слабым и требовался очень высокий уровень чувствительности для его регистрации. Вместе с тем не­ устойчивый быстрый рост трещины сопровождался распространением мощных упругих импульсов в частотном диапазоне, не превышающем 6000 Гц, и поэтому была справедливой следующая полуэмпирическая зависимость между эмиссией и площадью, занятой продвигающейся трещиной:

где Да — увеличение длины трещины; £ g — сумма амплитуд всех волн напря­ жений, испущенных во время такого подрастания трещины; Е — модуль Юнга; К — гаэффициент интенсивности напряжений

313

Оказалось вместе с тем, что рост трещины в условиях плоского напря­ женного состояния сопровождался излучением волн напряжений большей интен­ сивности, чем при плоской деформации.

Распространение волн напряжений еще до наступления критического роста трещины в тонкой титановой стенке обнаружено в работе [389]. Акустическая эмиссия квалифицируется авторами работы как «предвестник» разрушения. Утверждается возможность обнаружения крайне малых растущих трещин с по­ мощью волн напряжений и в работе [390].

Возможность применения системы регистрации акустического сигнала для определения момента старта магистральной трещины исследована С. И. Лихацким х. Удалось выявить безусловную зависимость между появлением максимума интенсивности импульсов акустической эмиссии и началом движения трещины при температурах испытания + 2 0 и — 196° С. Наряду с этим отмечается влия­ ние развития зоны пластической деформации у вершины трещины.

Тетельман [391 ] считает, что акустические сигналы служат надежным инди­ катором характера разрушения. По его мнению, хрупкое разрушение сопро­ вождается мощной эмиссией, а вязкое — крайне слабой. В первом случае следует ожидать и существенно больших частот звуковых сигналов.

Исключительный интерес представляет уровень активности акустической эмиссии при постоянной нагрузке. Установлено [391], что с течением времени эмиссия нарастала вплоть до разрушения. Как показали эксперименты, выпол­ ненные на бериллии, при комнатной температуре скорость акустической эмиссии

При напряжениях, близких к сдвиговым, эмиссия временами продолжается часами. Эти результаты уместно сопоставить с материалами, полученными шко­ лой С. Н. Журкова [392]. Авторы [392] показали фундаментальное влияние продолжительности испытания на прочность. При этом в теле, находящемся под действием растягивающей нагрузки, протекают процессы, приводящие к его разрушению.

Подводя итоги, следует отметить [393], что акустическая эмиссия нагру­ жаемого образца вплоть до разрушения металла состоит из звуковой радиации двух видов: низкочастотной составляющей, обусловленной процессами пласти­ ческой деформации, и высокочастотного взрыва импульсов. Звуковая радиация второго вида имеет большие частоту и амплитуду и связана с зарождением микро­ трещины или системы микротрещин и с превращением одной из трещин в маги­ стральную.

7. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ И ВЕТВЛЕНИЕ ТРЕЩИН В СТАЛИ И СТЕКЛЕ12

Если излучение звуковых и ультразвуковых волн рассмат­ ривали ранее для быстрой и медленной трещин, то для случая ветвления этого явления не изучали. Ниже приводится исследо­ вание [394—397] акустической эмиссии, обусловленной процес­ сом бифуркации.

Акустическая эмиссия в стали. Хрупкому разрушению подвергали терми­ чески обработанный цилиндр (диаметром 86 мм) из стали ШХ15. Был исполь-

1 Лихацкий С. И. Исследование закономерностей деформирования и разру­ шения металлов акустическим способом при нормальных и низких температурах. Автореф. канд. дис. Киев, 1974.

314

зован гидростатический метод нагружения с применением гидравлического пресса усилием 63 тс.

Для регистрации акустических сигналов, испускаемых бегущей трещиной, сконструирован пьезоэлектрический датчик из титаната бария с собственной частотой колебаний 1500 кГц. Конструкция датчика гарантировала надежное восприятие звуковых колебаний. Контакт с поверхностью образца обеспечи­ вался слоем масла и упруго поддерживающими кольцами. Сигнал поступал на осциллограф С1-29 и фиксировался фотонасадкой. Задержка запуска не пре­ вышала 2 мкс с момента прихода волны к датчику.

Осциллограммы отражают процесс разрушения с момента возникновения первой трещины. Это предусмотрено самой схемой запуска регистрирующей аппаратуры (проволочки, закрепленные по диаметру на концах цилиндра и включенные в цепь; при разрыве любой из них вершиной трещины включались приборы регистрации).

Уже при первоначальном просмотре результатов осциллографирования были обнаружены сравнительно короткие импульсы на относительно пологом фоне. Для изучения частотных и энергетических параметров спектра волны, связанной с разрушением образца, записанный сигнал подвергали разложению

в районе раннего ультразвука. Гармоники высших порядков значительно менее интенсивны и простираются до частот 500—600 кГц. Дальнейшее разложение было нерационально в связи с быстрым ростом ошибки.

Как показывает опыт, зарождение и разгон трещины сопровождаются излу­ чением НЧ импульсов. Необычное поведение трещины начинается по достиже­ нии скорости 1900—2200 м/с. Фрактографическими исследованиями установлено, что разрушение проходило с образованием крупных ответвлений взаимодейству­ ющих трещин и с большим числом микровыбросов, создающих картину активной фрагментации всего района разрушения. В связи с этим следует ожидать наличия в спектре акустической эмиссии (АЭ) высокочастотных компонент (ВЧ). Однако амплитуда НЧ гармоник на порядок — два выше амплитуды ВЧ составляющих что существенно затрудняет наблюдение последних.

Для подавления НЧ компонент спектра АЭ был сконструирован фильтр, представляющий собой повторитель на половине лампы 6НЗП, на выходе кото­ рого включена LC цепочка, отсеивающая низкие гармоники сигнала АЭ. Катод­ ный повторитель необходим для согласования высокоомного датчика (внутрен­ нее сопротивление датчика составляет несколько мегаомов) с низким входным сопротивлением собственно фильтра.

Поскольку амплитуда ВЧ гармоник полученных ранее сигналов в 15—20 раз меньше амплитуды НЧ гармоник, фильтр должен подавлять частоты ниже 150—200 кГц не менее чем на 30 дБ по отношению к уровню мегагерцевых гармоник. Фильтр, отвечающий таким требованиям (частота среза, степень

подавления амплитуды), был изготовлен в виде однозвенного фильтра ВЧ ft-типа

(Ct—L—Cb).

При проведении ряда экспериментов устанавливали два датчика в непосред­ ственной близости один от другого. Один датчик принимал и выдавал полный сигнал на осциллограф, другой подключался на вход фильтра. Запуск первого совпадал с началом разрушения, второго — с появлением ВЧ гармоник в спектре акустической эмиссии. Таким образом, была возможность рассмотреть акусти­ ческую картину всего процесса разрушения и фрагментов, связанных с взаимо­ действием и ветвлением трещин.

Несмотря на высокие средние скорости, трещины распространяются скачко­ образно. Этому отвечает ВЧ компонента акустической эмиссии. Она в основном состоит из острых импульсов длительностью 0,5—2,07мкс, обусловленных эле­ ментарными актами ветвления. Это подтверждается удовлетворительным совпа­ дением ВЧ импульсов с повторяемостью ветвлений. ' 1

Представляется возможным использовать ВЧ гармоники спектра акусти­ ческой эмиссии для раннего обнаружения и регистрации разрушения. При таком способе гарантируется нечувствительность схемы к ударам и шумам, обычно

315

сопутствующим нагружению конструкций, так как частоты возникающих при этом упругих волн всегда ниже 100 кГц.

Акустическая эмиссия в триплексе. Процесс ветвления реализовался на стекле типа триплекс. Нагружение производили по схеме чистого изгиба, ста­ тически.

Для регистрации процесса использовали сверхскоростную камеру — лупу времени ЛВ-03. Запуск камеры от процесса, а не инициирование его, как в слу­ чае камеры СФР, дал возможность избежать ударного нагружения, практически исключавшего возможность акустических исследований. Лупа времени работала в ждущем режиме с межкадровым расстоянием, равным 1 и 3 мкс, и экспози­ цией 0,2 и 0,5 мкс соответственно.

Наряду с киносъемкой процесса разрушения проводили регистрацию сопут­ ствующих ему акустических сигналов. Импульсы, пройдя дискриминатор с регу­ лируемой амплитудно-частотной характеристикой, записывались запоминающим осциллографом 0 - 2 9 . Необходимость в фильтре высоких частот (ВЧ) обуслов­ лена наличием в спектре акустической эмиссии (АЭ) мощных низкочастотных (НЧ) составляющих, которые не позволяют регистрировать более слабые ВЧ импульсы, связанные с ветвлением. Вместе с усилителем собран формирователь импульсов для пуска регистрирующей аппаратуры (Л5—Лв). Запускающий сигнал (80 В) вырабатывает заторможенный мультивибратор (Л7) с регулируе­

при включенном фильтре ВЧ гармоник достаточно надежен, поскольку шумы, сопутствующие нагружению, имеют НЧ характер и подавляются. Это позволяет исключить преждевременные срабатывания при нагружении и запускать схему только в момент начала разрушения.

Анализ спектра показывает, что несущие НЧ составляющие лежат в области

Типичная осциллограмма акустического сигнала показывает, что периодич­ ность темпа движения трещины (а следовательно, и ветвления) близка к основ­ ной повторяемости акустических импульсов. Кроме того, на осциллограмме хорошо видны (рис. 131) более короткие пики (продолжительностью менее 1 мкс), вероятно, связанные с элементарными актами ветвления и с взаимо­ действием магистральной и ответвившейся трещин. Для уточнения природы таких импульсов потребуется, по-видимому, съемка со скоростью 3—6* 10е кадров в секунду.

316

8. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ

ПРИ РО СТЕ ТРЕЩИН

Б ПРОЦЕССЕ УСТАЛОСТИ

Сложность исследований акустической эмиссий при испытаний на усталость состоит в том, что необходимо отфильтровывать излучение, связанное с процес­ сами пластической деформации. Волны напряжения, испущенные усталостной трещиной, регистрировались в работе Гербериха и Гартбойера [399] в диапа­ зоне 2000—6000 Гц. Импульсы, связанные с продвижением трещины, были су­ щественно выше общего фона. Исследованию подвергали титан, алюминий и сталь. При большой толщине образцов продвижением трещины сопровождалось выделением настолько большого числа коротких акустических сигналов, что это часто нейтрализовало систему обнаружения. Создается впечатление, что энергия излученных воли пропорциональна полной упругой энергии образца. На этом основании авторы [399] приходят к соотношению

А (rg)2 Е/К2, (Х.17)

рассмотренному ранее для обыкновенного роста трещины и действующему теперь в условиях усталостного разрушения. Предполагается, что такого же рода за­ висимость характерна и для высокопрочных материалов.

Сигнал акустического излучения в стали весьма короток и составляет при­ мерно 0,03 мкс [400]. Излучается такой импульс в виде продольной, поперечной или релеевской волны. Для обнаружения воли каждого типа используются отдельные датчики, сенсибилизированные к определенному частотному диапазону.

Излучение, эмиттируемое в процессе усталостного нагружения нержаве­ ющей стали [400], позволяет обнаружить наличие трещины раньше, чем обра­ зуется визуально регистрируемая поверхностная трещина (за 10—20% коли­ чества циклов до этого). Поэтому не вызывает сомнения [400] возможность и желательность непрерывного усталостного контроля (монитора) при работе металлоконструкций.

В этом случае можно не только обнаружить образование трещины и зафик­ сировать ее рост, но и сделать это, используя дистанционное наблюдение. Более того, имеется возможность установить, где находится источник сигналов, путем сличения показаний трех или более датчиков (метод триангуляции). Такого рода исследование описано в работе [401]. В рассматриваемом эксперименте зафиксированный акустический сигнал, обнаруженный датчиком, идет вначале на низкочастотный предварительный усилитель, после чего дополнительно уси­ ливается вторым каскадом. Амплитуда импульса в общем возрастает в 104 раз. После этого сигнал разделяется. Часть его идет на временной анализатор и вы­ числительную машину, где методом сейсмической триангуляции вычисляется расположение источника эмиссии. Вторая часть импульса поступает на вход дискриминатора, где при заданном уровне напряжений производилось профили­ рование этого импульса. Далее импульс подается на общий механизм счета и записывающее устройство. Параллельно также можно использовать анализатор энергии. Этот прибор позволяет, кроме скорости и ее суммарного значения, которые обычно оцениваются, определять энергию и амплитуду импульса ха­ рактеристики, совершенно необходимые для идентификации физических процес­ сов, лежащих в основе акустической радиации.

Рассмотренное устройство использовали для анализа явлений, предше­ ствующих усталостному разрушению некоторых материалов [401]. При испы­ тании сплава с высоким содержанием никеля на растяжение—сжатие обна­ ружены три пика акустической эмиссии, предваряющих окончательное разру­ шение. Первый можно считать связанным с высокой плотностью и скоростью подвижных дислокаций, закрепляющихся на барьерах, или, наоборот, ускоря­ ющихся под действием напряжения; второй — с образованием микротрещин, третий — с возникновением макроскопической трещины. При этом область усталостного разрушения, фиксируемого по акустическим данным, лежит в интер­ вале от 3 до 30% от общего числа циклов, при которых это разрушение завер­ шается.

317

Образование микротрещии в процессе усталостного нагружения алюминия находится в пределах 4—6,5% от общего времени разрушения. Столь высокая чувствительность акустического метода позволила существенно снизить общую продолжительность испытания и дала возможность практически безошибочно предсказывать разрушение.

В надрезанных образцах резкий рост акустической эмиссии, который пред­ вещает разрушение, начинается за 11 000 циклов до разрушения, наступав­ шего после 716 000 циклов. При этом на образце не было никаких поверхностных трещин. Металлографическим исследованием, однако, обнаружено большое количество микротрещин в основании надреза. В дальнейшем наблюдалось лишь возникновение дополнительных микротрещин. В связи с этим было уста­

Зависимость между глубиной, раскрытием и схлопыванием трещины, с одной стороны, и акустической эмиссией — с другой, рассматривается в работе [402]. Описывается система, в которой для обнаружения трещины одновременно ис­

акустическая. Оба сигнала — ультразвуковой от дефектоскопа и акустический от датчика — могут быть совмещены в осциллографе и интерферировать. Этот процесс управляется импульсной нагрузкой на образец. Таким образом одно­ временно регистрируются нагрузка, размеры трещины и акустическая эмиссия образца. В течение одного цикла происходит следующее. В процессе нагружения образца с трещиной его эмиссия растет и при 25 000 кгс достигает условно 1000 импульсов. При переходе через максимальную нагрузку цикла излучение практически не изменяется. А затем при полном снятии нагрузки возрастает до 4000 импульсов.

9. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ СВАРНЫХ Ш ВОВ

Излучение звука и ультразвука можно использовать для выявления тре­ щин в сварных швах [401]. При этом трещины могут возникать и в про­ цессе сварки, при последующем остывании шва. Различная степень пораженности шва дефектами в работе [401 ] достигалась введением в него добавок тан­ тала и титана. Если исходный беспримесный шов относительно равновесен и его эмиссия ничтожна, то при легировании танталом участок сварки начинает активно излучать звуковые волны через 100 с по ее окончании. По истечении 300 с эмис­ сия достигает апогея и интенсивность ее сохраняется на таком уровне до 600 с. В «титановом» случае излучение еще интенсивнее. Нелегированный шов излу­ чает 77, легированный танталлом 487, а легированный титаном 18 000 импуль­ сов. Этим же методом обнаруживается также пористость швов, связанная с пре­ рыванием слоя флюса. Собственно растрескиванием сварного шва происходило при высокоамплитудном сигнале большой длительности. Для его фиксирования желательно отфильтровывать упомянутые выше «релаксационные» сигналы.

Трещины могут возникать в сварном шве также и в процессе последующей термической обработки. Разрушение высоколегированных сплавов в этих усло­ виях исследовали акустическим методом в работе [403]. Сложность состояла в регистрации излучения образцов во время их термической обработки в печи. Для этой цели использовали акустический волновод, выводящий импульсы наружу, во внепечное пространство. Акустический проводник представлял собой фигурно изогнутый пруток малого диаметра, приваренный к образцу. Акусти­ ческая измерительная система регистрировала энергию, излученную от образца,

в три стадии — зарождение трещины, докритический и закритический ее рост. Как следует из работы 1403], первые две стадии выявлялись по акустическому излучению низкой интенсивности. Нестабильный рост трещины связан со зву­ ковым скачком очень высокой мощности. Излучение зарегистрировано в широ-

318

ком интервале температур: от 1000 до 1300° F (538 до 704° С). Установлено, что на субкритическую звуковую активность большое влияние оказывает старение, а также микрорастрескивание и микропластическая деформация. Температура начала сильного растрескивания легко идентифицировалась мощными акусти­ ческими всплесками.

Акустическая эмиссия представляет исключительную ценность для кон­ троля закрытой сварки [404] деталей ядерного реактора, особенно если при этом используются логические элементы и простые компьютеры. В этом случае можно определять место источника эмиссии за практически приемлемое время. Осо­ бенно важно это в том случае, если управляемой и дистанционной сварке под­ вергаются большие детали. Тогда после обнаружения района, в котором нахо­ дится трещина, можно исправить дефект. Роммрелл [404] отмечает, что в боль­ шинстве процессов сварки некоторая звуковая эмиссия всегда имеется и свя­ зана с влиянием сварочной дуги или высвобождением внутренних напряжений или затвердевании. Однако если отфильтровать излучение этого рода, то можно будет лоцировать источник зарождения микроили роста макротрещины, что представляет заманчивую перспективу. Многочисленные опыты свидетельствуют о том, что существует относительно хорошая корреляция между эмиссионными данными и образованием микротрещин.

Роммрелл [404] уточняет приводимые им материалы об использованных приборах. Он пишет, что инструментальная система состоит из двухканальиого устройства, данные которого предназначаются для 13-числового компьютера, запрограммированного на создание видеоизображения спектра и определение места источника эмиссии. Дополнительные параметры вычислений контролиру­ ющей системы, скорость эмиссии и суммарная эмиссия регистрируются на ленте записывающего аппарата. Исходными рецепторами всей системы служат два или три датчика, работающих в диапазоне до 500 кГц и закрепленных на внешней части сварного шва. В последнем случае положение источника эмиссии опре­ деляется достаточно надежно. Отмечается, что в одном случае удалось по аку­ стическому сигналу, зафиксированному через 15 мин после завершения сварки, определить наличие трещины. Образцы без трещин в акустическом отношении малоактивны. Наоборот, высокая эмиссионная активность — признак того, что в сварном шве содержится большое число микротрещнн.

10. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА М ЕТАЛЛЫ ВО ДО РО ДА И КОРРОЗИОННЫХ СРЕД

Существование звукового излучения при коррозионном растрескивании стали в настоящее время не вызывает сомнения [400]. В качестве примера рас­ смотрим поведение холоднокатаных образцов из низкоуглероднстой стали, поме­ щенных в кипящий водный раствор азотнокислого аммония и азотнокислого кальция примерно на три дня [400]. Пьезоэлектрические датчики прикрепляли непосредственно к образцу и защищали от воздействия окружающей среды. Пер­ вое излучение было обнаружено через 45 ч. Трещин, однако, при этом еще не существовало. Они появились через 62,5 ч в условиях, нарастающей эмиссии. Это и другие исследования позволяют сделать вывод, что акустическая эмиссия служит достаточно надежным индикатором возникновения разрушения в усло­ виях коррозии под напряжением.

Весьма перспективен рассматриваемый метод исследования и при анализе водородного охрупчивания [405]. Как ’известно, водородное растрескивание в катодно заряженном материале 'контролируется'диффузией. Трещина растет слабо и прерывисто до тех 'пор, пока не достигается критический ее размер. Затем следует быстрое нестабилыюе’разрушение. Установлены и количественные зависимости между высокоамплнтудным акустическим излучением образца и параметрами роста водородной трещины, таким, например, как коэффициент интенсивности напряжений /С. Нетрудно понять, что, будучи установленной, зависимость такого рода позволила бы заранее предсказывать разрушение в реаль­ ных деталях и изделиях. По мнению [405], можно найти соотношение между размером пластической зоны около вершины трещины и числом излученных

319