Acoustic emission monitoring of steel and structures

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Extrait

Commission of the European Communities
technical steel research
Measurements and analysis
ACOUSTIC EMISSION MONITORING
OF STEELS AND STRUCTURES
Report
EUR 10599 EN
Blow-up from microfiche original Commission of the European Communities
technical steel research
Measurements and analysis
ACOUSTIC EMISSION MONITORING
OF STEELS AND STRUCTURES
A. NIELSEN, P. KRARUP
SVEJSECENTRALEN
Park Alle 345
DK-2605 BRØNDBY
Contract No 7210-GF/902
(1.7.1980-31.12.1984)
FINAL REPORT
I
1. PAr
Directorate-General
fJ.C · s Science. Research and Development
(
1986 3L EUFM0599 EN , Published by the
COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES
Directorate-General
Telecommunications, Information Industries and Innovation
L-2920 LUXEMBOURG
LEGAL NOTICE
Neither the Commission of the European Communities nor any person acting
on behalf of the n is responsible for the use which might be made of
the following information
ι ECSC-EEC-EAEC, Brussels · Luxembourg. 1986 Acoustic Emission Monitoring of Steel and Structures.
Summary
The objective of the research program described in the following report is
twofold:
- to investigate the ability for a selected group of steels to generate
Acoustic Emission and
- to monitor the generation of Acoustic Emission in steel structures in
which different artificial defects have been introduced in order to
create failure of the structure when loaded.
In the first part of the program test specimens of 13 steels and 3 weld me­
tals were prepared and notched. They were tested like COD-specimens in a
3 point bending rig, where a hydraulic piston was loading the specimen op­
posite the notch to failure or gross yield. When loaded, the acoustic emis­
sion from the specimens was measured and the crack growth followed by an
ultrasonic measurement in order to divide Acoustic Emission into two groups:
before and after initial crack propagation.
It is found that the majority of steels are weak emitters. Only an X70 steel
generated considerable AE from delamination. The AE-generation is depend­
ent on the deformation and fracture mode. When specimens from one steel
behaves similarly in mechanical respects, then then is simi­
lar.
However, there is no certain correlation between the amount of generated '
AE and the yield strength of the steels.
In the second part of the program pressure vessels were prepared and differ­
rent defects were introduced. The vessels were loaded hydraulically in a step­
wise monotonie program to failure or general yield. In order to locate the
different defects under loading an AE-location system is used in conjunc­
tion with an AE-analyeing system which records general AE-activity.
In spite of the fact that the generation of Acoustic Emission was low in most
cases the defects were normally located, especially those leading to failure.
A few defects which were determined by other NDT-measurements before loading
did not generate AE, but metallurgical examination after pressurization did
not reveal any growth of the defects. Schallemissionsüberwachung bei Stahl und Stahlkonstruktionen.
Zusammenfassung
Das Ziel des im folgenden Bericht beschriebenen Forschungsprogramms sind:
1) die Untersuchung der Fähigkeit einer ausgewählten Gruppe von Stählen,
Schallemission zu erzeugen und
2) die Überwachung der Erzeugung von Schallemission in Stahlkonstruktionen,
bei denen auf künstlichem Wege verschiedene Defekte eingerührt wurden, um
Brüche in der Konstruktion bei Belastung hervorzurufen.
Im ersten Teil des Programms wurden Prüfstücke aus 13 Stählen und 3 Scheiß­
werkstoffen hergestellt und gekerbt. Sie wurden im sog. COO-Verfahren in
einem 3-Punkt-Biegegerät getestet, wobei ein hydraulischer Kolben das Prüf­
stück gegenüber der Einkerbung bis zum Bruch oder Fließen belastete. Bei
der Belastung wurde die Schallemission der Prüfstücke gemessen und die Ver­
größerung der Rißbildung mit Hilfe eines Ultraschallmeßgeräts
verfolgt, um die Schallemission in zwei Gruppen einzuteilen: Vor und nach der
initialen Rißausbreitung.
Es wurde festgestellt, daß die Mehrheit der Stähle schwache Emitter sind.
Nur ein X70-Stahl erzeugte erhebliche Schallemission infolge von Delaminierung.
Die Schallemissionserzeugung hängt von der Art der Verformung und des Bruchs
ab. Wenn ein Prüfstück eines bestimmten Stahls in mechanischer Hinsicht auf eine
bestimmte Weise sich verhält, dann verhält sich die Schallemissionserzeugung
entsprechend.
Es besteht aber keine bestimmte Korrelation zwischen der Menge vom erzeugter
Schallemission und der Fließfestigkeit der Stähle.
Im zweiten Teil des Programms wurden Druckgefäße hergestellt und ver­
schiedene Defekte eingefürht. Die Gefäße wurden in einem schrittweisen'
gleichförmigen Verfahren bis zum Bruch oder Fließen hydraulisch belastet.
Zur Fehlerortbestimmung der verschiedenen Defekte während des Belastungsvor­
gangs wurde ein Schallemission-Ortungssystem in Verbindung mit einem Schalle-
missionsAnalyeensystem zur Aufzeichnung der allgemeinen Schallemissionsaktivi­
tät eingesetzt.
Trotz des Umstandes, daß die Erzeugung von Schallemission in den meisten
Fellen niedrig war, wurden die Defekte normalerweise geortet, besonders
solche, die zum Bruch rührten. Einige wenige Defekte, die durch andere zer­
störungsfreie Prüfmessungen vor dem belasten festgestellt worden waren, er­
zeugten keine Schallemission, aber metallurgische Untersuchungen nach dem
Druckversuch enthüllten keine Vergrößerung der Defekte. Résumé du rapport
Contrôle de l'Emission Acoustique des Aciers et des Structures
Le but du programme de recherches décrit dans le rapport
suivant, est double :
­ Examiner la capacité d'un groupe sélectionné d'aciers de
générer une Emission Acoustique et
­ Contrôler la génération de l'Emission Acoustique dans des
structures d'acier dans lesquelles ont été introduits dif­
férents défauts artificiels afin de créer une défaillance
de la structure, à l'état chargé.
Dans la première partie du programme, on a préparé et entail­
lé des éprouvettes de 13 aciers et de 3 aciers soudés. Elles
ont été essayées, comme des échantillons COD, dans un ap­
pareil d'essais à la flexion en 3 points où un piston hydrau­
lique a chargé l'éprouvette en face de l'entaille jusqu'à
la défaillance ou l'affaissement total. On a mesuré l'émis­
sion acoustique des éprouvettes en les chargeant ainsi que
la propagation de fissures, suivi d'un mesurage ultrasonique
en vue de diviser l'émission acoustique en deux groupes :
avant et après la propagation initiale de fissures.
On a trouvé que la majorité des aciers sont des émetteurs
faibles. Un acier X70 seulement a généré une EA considérable
du fait du délaminage. La génération de ΓΕΑ dépend du mode
de déformation et de fracturation. Quand les éprouvettes d'un
acier réagissent pareillement au point de vue mécanique, la
génération de ΓΕΑ sera semblable.
Il n'y a cependant aucune corrélation certaine entre la somme
de l'EA générée et la limite élastique des aciers.
Dans la seconde partie du programme, on a préparé des récipients
à pression en y introduisant des défauts. Les récipients ont
été chargés hydrauliquement suivant un programme monotone en
étages jusqu'à la défaillance ou l'affaissement général.
Afin de pouvoir localiser les différents défauts pendant la
charge, on a utilisé un système de localisation de ΓΕΑ
conjointement avec un e d'analyse de ΓΕΑ enregistrant
l'activité générale de ΓΕΑ.
Malgré le fait que la génération de ΓΕΑ a été basse dans la
plupart des cas, les défauts ont été localisés normalement,
surtout ceux menant â la défaillance. Quelques défauts ayant
été déterminés par d'autres mesurages NDT avant la charge,
n'ont pas généré l'EA mais un examen métallurgique fait après
la mise en pression n'a révélé aucune croissance des défauts.