Лекция. АЭ -1 окк. Акустико эмиссионный метод контроля 1 общие положения
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
1 АКУСТИКО - ЭМИССИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Акустическая эмиссия (АЭ) – эффективный метод неразрушающего контроля и оценки материалов, основанный на обнаружении упругих волн, которые генерируются при деформации напряженного материала. Волны распространяются от источника непосредственно к датчикам, где преобразуются в электрические сигналы. Приборы акустико-эмиссионного контроля измеряют эти сигналы, на основе которых происходит оценка состояния и поведения структуры исследуемого объекта. Традиционные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, радиационный, вихретоковый) позволяют обнаруживать геометрические неоднородности (дефекты) путем излучения в структуру объекта некоторой формы энергии. В отличие от этих методов, в акустико-эмиссионном контроле применяется другой подход: обнаруживаются не неоднородности, а их микроскопические движения. При таком подходе обнаруживается рост даже самых небольших трещин, разломов, включений, утечек газов или жидкостей — большого количества разнообразных процессов, производящих акустическую эмиссию. С точки зрения теории и практики метода акустической эмиссии, абсолютно любой дефект при приложении нагрузки может производить свой сигнал. При этом он может проходить довольно большие расстояния (до десятков метров), пока не достигнет датчиков. Более того, дефект может быть обнаружен не только дистанционно, но и путем вычисления разницы времен прихода волн к датчикам, расположенных в разных местах. Акустико-эмиссионный контроль необходим для выполнения контроля оборудования повышенной опасности, где традиционные методы обследования неэффективны из-за трудоемкости и локальности. Он применяется на объектах имеющих: длительный срок эксплуатации; высокую скорость появления эксплуатационных дефектов; повышенную интенсивность отказов в работе; значительные последствия от разрушения. Акустико-эмиссионный контроль предназначен для проверки технического состояния: трубопроводов; резервуаров для хранения аммиака и нефтепродуктов; железнодорожных цистерн; компрессорных станций; систем, агрегатов газо- и нефтеперерабатывающих предприятий; различных металлоконструкций. 2 Преимущества метода акустической эмиссии. Интегральность метода. Метод акустической эмиссии позволяет контролировать объект в полном объеме, включая труднодоступные и недоступные участки (подземные трубопроводы, объекты в изоляции, резервуары, колонное и емкостное оборудование), используя небольшое количество датчиков. Дистанционность метода. Возможность проведения контроля при значительном удалении оператора от исследуемого объекта. Данная особенность метода позволяет эффективно использовать его для контроля (мониторинга) ответственных крупногабаритных конструкций, протяженных или особо опасных объектов без вывода их из эксплуатации и вреда для персонала Непрерывность контроля. С помощью метода АЭ контроля возможен непрерывный мониторинг технического состояния объекта в процессе эксплуатации. Это позволяет перейти от периодических технических освидетельствований к эксплуатации объекта по фактическому техническому состоянию. Обнаружение и регистрация развивающихся дефектов. Метод АЭ контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающих дефектов и осуществляет их классификацию по степени опасности. Повреждения объекта выявляются задолго до наступления предельного состояния, что позволяет планировать ремонтные мероприятия и применять превентивные меры по недопущению аварийных ситуаций. Не требует тщательной подготовки всей контролируемой поверхности объекта контроля. В отличие от сканирующих методов неразрушающего контроля, метод АЭ не требует тщательной подготовки всей контролируемой поверхности объекта контроля. Следовательно, выполнение контроля и его результаты не зависят от состояния поверхности и качества ее обработки. Изоляционное покрытие (если оно имеется) снимается только в местах установки датчиков. Высокая чувствительность. Предельная чувствительность приборов по теоретическим оценкам может составлять до 1*10 -6 мм 2 . Высокая чувствительность метода позволяет эффективно применять для контроля изделий из различных материалов. 3 Ограничения метода акустической эмиссии Низкая чувствительность к геометрической форме дефекта. Метод АЭ определяет местоположение дефектных участков, после чего для более точного определения природы и размеров дефектов используются другие методы НК, чаще всего УЗК, что позволяет повысить степень объективности и достоверности проводимого контроля до максимально возможных 84 % Потребность в нагружении контролируемого объекта. При проведении акустико-эмиссионного контроля объект контроля должен подвергаться рабочим или испытательным нагрузкам Квалификация персонала. Необходимость высокой квалификации персонала, выполняющего акустико – эмиссионный контроль, что обусловлено сложностью в разграничении ложных и полезных акустических сигналов. Сравнение с другими методами МНК Акустическая эмиссия отличается от большинства методов неразрушающего контроля (МНК) в двух ключевых аспектах. Во-первых, источником сигнала служит сам материал, а не внешний источник, т.е. метод является пассивным (а не активным, как большинство других методов контроля). Во-вторых, в отличие от других методов АЭ обнаруживает движение дефекта, а не статические неоднородности, связанные с наличием дефектов, т.е. АЭ обнаруживает развивающиеся, а потому наиболее опасные дефекты. Перечень основных отличий приведен в таблице 1. Таблица 1. Сравнение характеристик АЭ метода контроля с другими НК Акустическая Эмиссия Другие МНК Обнаруживает движение дефектов Обнаруживают геометрическую форму дефектов Требует нагружения Не требуют нагружения Каждое нагружение уникально Контроль воспроизводим Чувствителен к структуре материала Менее чувствительны к материалу Менее чувствительны к геометрии Более чувствительны к геометрии Требует меньших усилий при проведении контроля продукции/процессов Требуют больших усилий при проведении контроля продукции/процессов Требует доступ только в местах установки датчиков Требуют доступ ко всей поверхности объекта Контролирует конструкцию за один цикл нагружения Постепенное сканирование участков конструкции Основные проблемы: влияние шума Основные проблемы влияние геометрии 4 Основное преимущество метода АЭ связано с возможностью проведения неразрушающего контроля всего объекта целиком за один цикл нагружения. Данный метод является дистанционным, он не требует сканирования поверхности объекта для поиска локальных дефектов. Необходимо просто правильным образом расположить нужное число датчиков и использовать их для осуществления локации источника волн напряжений. Возможности, связанные с дистанционным использованием метода, дают большие преимущества по сравнению с другими методами контроля, которые требуют, например, удаления изоляционных оболочек, освобождения контролируемых сосудов и трубопроводов от внутреннего содержания или сканирования больших поверхностей. При тестировании конструкций АЭ используется для контроля сосудов давления, хранилищ, труб и трубопроводов, авиационных и космических аппаратов, электрических заводов, мостов, железнодорожных цистерн и вагонов, грузовых транспортных средств, а также многих других типов объектов. АЭ контроль производится и на новом, и на бывшем в эксплуатации оборудовании. Он включает обнаружение трещин, сварочных дефектов и других. 2 ВОЛНЫ АЭ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ Акустическая эмиссияпредставляет собой явление генерации волн напряжений, вызванных внезапной перестройкой в структуре материала. Классическими источниками АЭ является процесс деформирования, связанный с ростом дефектов, например, трещины или зоны пластической деформации. Процесс генерации и обнаружения АЭ приведен на рисунках 1, 2. Внезапное движение источника эмиссии вызывает возникновение волн напряжений, которые распространяются в структуре материала и достигают пьезоэлектрический преобразователь. По мере роста напряжений, активизируются многие из имеющихся в материале объекта источников эмиссии. Электрические сигналы эмиссии, полученные в результате преобразования датчиком волн напряжений, усиливаются, регистрируются аппаратурой и подвергаются дальнейшей обработке и интерпретации. 5 Рисунок 1 – Схема проведения АЭ контроля Рисунок 2 – Схема локации источника АЭ на плоскости Сигналы от источника АЭ типа трещины характеризуются тем, что их испускает один источник, они кратковременны, а время их поступления на преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ) отражает расстояние до трещины. Положение источника АЭ на плоскости находят методами триангуляции. По скорости распространения волны в материале и разности времен прихода сигнала на разные ПАЭ рассчитывают местоположение множества точек для источника АЭ, которые будут находиться на окружностях радиусами R1, R2 и R3 от соответствующих ПАЭ (рисунок 2). 6 Итак, источником акустико-эмиссионной энергии служит поле упругих напряжений в материале. Без напряжений нет и эмиссии, поэтому АЭ контроль обычно проводится путем нагружения контролируемого объекта. Это может быть проверочный контроль перед запуском объекта, контроль изменений нагрузки во время работы объекта, испытания на усталость, ползучесть или комплексное нагружение. Очень часто конструкция нагружается произвольным способом. В этом случае использование АЭ контроля позволяет получать дополнительную ценную информацию о поведении конструкции под действием нагрузки. В других случаях эмиссия используется по причинам экономичности и безопасности; для таких задач разрабатываются специальные процедуры нагружения и тестирования. Простейший тип волны от АЭ источника представлен на рисунке 3а. Волновое смещение представляет собой функцию близкую к ступенчатой. Напряжение, соответствующее смещению, имеет форму импульса, ширина и высота которого зависят от динамики процесса излучения. Импульсы таких источников как проскок микротрещины или разрушение осажденных фракций имеют малую длительность (порядка микросекунд или долей микросекунд). Амплитуда и энергия первоначального импульса АЭ может меняться в широком диапазоне в зависимости от типа источника акустической эмиссии. Зародившаяся волна (импульс) распространяется от источника во всех направлениях, при этом распространение в соответствии с природой источника может носить ярко выраженный анизотропный характер, как показано на рисунке 3б (т.е. зависимость скорости распространения от направления). орма первоначальной волны претерпевает существенные изменения при распространении в среде материала и при преобразовании датчиком, поэтому сигнал, пришедший с датчика, весьма отдаленно напоминает исходный сигнал от источника. Технология АЭ позволяет регистрировать сигнал целиком. Часть сигнала, следующая за начальной, состоит из многих волновых компонент, которые распространялись до датчика по различным путям рисунок 4 иллюстрирует это утверждение, однако на рисунке 4 приведено только несколько возможных путей. Обычно максимум амплитуды сигнала формируется не первой дошедшей волновой компонентой, а в результате интерференции нескольких последующих компонент. Прежде, чем АЭ волна затухнет в среде, она много раз возбуждает датчик. Процесс затухания волны может длиться порядка 100 мкс в сильно демпфированных неметаллических материалах или десятки секунд в слабо демпфированных металлических материалах, т.е. намного дольше, чем время, в течение которого возбуждается источник (равное обычно нескольким микросекундам или меньше). 7 а) б) Рисунок 3 - Простейшая волна от АЭ источника (а) и угловая зависимость АЭ от растущей в источнике. Рисунок 4 - Три возможные пути прохождения волны от источника до датчика в трубе, наполненной водой. 1– прямой путь, –отраженный, 3– по жидкости. 8 Таким образом, необходимо понимать, что форма зарегистрированного сигнала является в значительной степени результатом волнового распространения. Другие важные аспекты распространения связаны с эффектом затухания, а также со скоростью распространения. Затухание определяется снижением амплитуды сигнала в результате геометрического расхождения волны и наличия диссипации энергии волны в материале. Затухание влияет на возможность регистрации и потому является важным фактором, который необходимо учитывать при выборе расстояний между приемными датчиками. Обычно, прежде чем проводить АЭ исследования, на контролируемом объекте измеряют функцию затухания, по которой определяют оптимальное расстояние между датчиками. Скорость распространения волны является еще одним фактором, который необходимо учитывать при локации источника методом АЭ. окация источника, являющаяся важной частью метода АЭ, широко используется как при лабораторных исследованиях, так и в промышленных испытаниях. Особую роль локация играет при контроле крупногабаритных объектов, в тех случаях, когда метод АЭ используется для обнаружения активных участков и их последующего исследования альтернативными МНК. При таком сочетании АЭ метода и других методов контроля экономятся значительные средства и ускоряется процесс контроля. Существует несколько основных принципов локации. Прежде всего – это зонная локация, при которой источники относят к сравнительно большим по площади зонам (окружающим определенные датчики). Второй способ – точечная локация, при которой координаты источника рассчитываются достаточно точно с помощью разностей времен прихода (РВП) сигналов на различные датчики, объединенные в антенну. При расчетах в формулу локации в качестве параметра вводится скорость распространения волны. Достигаемая в расчетах точность контролируется этим параметром, который в свою очередь зависит от геометрии и толщины объекта, а также свойств вещества, наполняющего объект контроля. Именно эти факторы способствуют неточности в оценке скорости распространения волн, что в свою очередь приводит к ошибкам определения координат источника. В благоприятных случаях погрешность локации может достигать 1% от расстояния между датчиками, в неблагоприятных – 10%. 9 3 АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЕ ДАТЧИКИ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Основным элементом АЭ резонансного датчика является пьезоэлектрический кристалл, преобразующий механическое движение в электрический сигнал. Кристалл помещается в специальный корпус с донышком в виде пластинки и разъемом (рисунок 5). Датчик возбуждается волнами напряжений, попадающими на его донышко, и преобразует их в электрические сигналы. Эти сигналы поступают на расположенный поблизости предусилитель, усиливаются и на конечном этапе регистрации поступают на основную измерительную и обрабатывающую аппаратуру. В последнее время с целью достижения больших удобств при установке и одновременно снижения чувствительности к электромагнитным наводкам, предусилители делают миниатюрными и размещают непосредственно в корпусе датчика, получая совмещенный датчик-предусилитель. Рисунок 5 - Типичная конструкция резонансного АЭ датчика Отклик датчика.Одним из основных требований к датчику является его чувствительность. И хотя в целом высококачественными датчиками считаются датчики, обладающие плоской частотной характеристикой, однако в большинстве практических случаев наиболее чувствительными, а потому предпочтительными, являются резонансные датчики, которые, к тому же, являются более дешевыми, чем широкополосные. Эти датчики имеют сравнительно узкую полосу частот, в которой происходит преимущественное колебание. Частотная полоса определяется в основном размером и формой кристалла. Частоты, характеризующие датчик, являются доминирующими при образовании формы и спектра АЭ сигнала. Изменение формы акустико-эмиссионного сигнала. В дополнении к уже перечисленным факторам существенное влияние на форму сигнала оказывает сам датчик. Когда широкополосный сигнал эмиссии воздействует на резонансный датчик, в результате получается эффект колокольчика, 10 звенящего на определенной частоте, независимо от способа своего возбуждения. Таким образом, на форму сигнала на выходе датчика одновременно влияют многие факторы: пути распространения волн, наличие различных мод, распространяющихся с разными скоростями и эффект преобразования входного сигнала датчиком. Типичные сигналы эмиссии на выходе резонансного датчика приведены на рисунках 6, ; нельзя не увидеть огромного различия между этим наблюдаемым сигналом и простейшим сигналом, сгенерированным источником АЭ (рисунок 3а). Рисунок 6 - Типичный импульсный сигнал АЭ Рисунок 7 – Общая схема регистрируемого сигнала АЭ на фоне шумов: 1 – осцилляции; – плавающий порог; 3 – осцилляции без учета плавающего порога; 4 – шум 11 астотный Отклик. Путем выбора резонансного датчика, обладающего заданными частотными свойствами, можно контролировать рабочую полосу частот. Регулирование полосы частот является полезным инструментом, с помощью которого можно с одной стороны настраивать прибор на полезную частоту, а с другой – увеличивать отношение сигнал/шум. На практике большинство измерений проводится с помощью датчиков, имеющих резонанс на 150 кГц. Отклик предусилителя.Сигнал с датчика поступает на предусилитель, предназначенный для усиления сигнала. Предусилитель расположен вблизи или даже внутри датчика с целью минимизации электромагнитных наводок. Предусилитель обладает широким динамическим диапазоном и, усиливая сигнал, создает возможность передачи его по длинным кабелям таким образом, что приемная аппаратура может располагаться на расстоянии в сотни метров от места проведения контроля. Обычно предусилитель имеет усиление 100 раз (40 дБ) и включает НЧ или полосовой фильтр для снижения механический и акустических фоновых шумов, преобладающих на низких частотах. Наиболее часто используются полосовые фильтры от 100 до 300 кГц, пропускающие частоту самых распространенных резонансных датчиков, равную 150 кГц. Могут использоваться и другие частотные диапазоны, однако существуют определенные ограничения. На низких частотах появляются проблемы, связанные с ростом механических шумов, а высокие частоты сильнее затухают, что приводит к уменьшению расстояния между датчиками. Таким образом, выбор рабочей частоты ограничен сверху и снизу. Обычно низкие частоты используются при контроле трубопроводов, где критичным является выбор больших расстояний, а также при проведении геологических работ в связи с сильным затуханием волн в горных породах. Более высокие частоты используются в проводах электропередачи, где уровень фонового шума чрезвычайно высок. Достижимая чувствительность.Предусилители, как известно, сами являются источниками электронного шума, и именно этот шум определяет нижнюю границу применимости метода АЭ. Минимальный сигнал, который можно зарегистрировать аппаратурой, имеет порядок 10 мкВ на выходе датчика, что соответствует смещению поверхности в 10 -6 микродюймов (при использовании типичного высокочувствительного датчика). Такая чувствительность является достаточной для большинства приложений области НК. Установка Датчика. Обычно датчик устанавливается на объект контроля с помощью специальных бандажей, магнитных или других креплений, при этом поверхность соприкосновения с донышком смазывается жидкой смазкой. После установки датчика, прежде чем система будет 12 запущена, ее работоспособность проверяется путем слома специального грифеля-имитатора АЭ и анализа акустического отклика на датчике. При правильной установке сигнал от слома должен напоминать сигнал от импульсного точечного воздействия. Основные принципы работы оборудования Во время АЭ испытаний на выходе датчиков формируются переходные (импульсные) сигналы. Сигнал от единичного акта дискретной деформации известен как сигнал взрывного (импульсного) типа. Такой сигнал обладает резким передним фронтом и медленным затуханием, как это изображено на рисунке 6. Импульсные сигналы варьируются в широких пределах по форме, размеру и скорости генерации в зависимости от типа структуры и условий испытаний. При большой скорости генерации сигналов, индивидуальные импульсные сигналы могут перекрываться и формировать так называемую непрерывную эмиссию. В некоторых случаях метод АЭ основывается на регистрации такой непрерывной эмиссии. егистра ия сигналов акустической эмиссии.После того, как сигнал был принят датчиком и усилен предусилителем, он поступает в основную систему, где вновь усиливается и фильтруется. На следующем важном этапе происходит непосредственно выделение сигнала. Этап заканчивается тем, что когда сигнал превышает установленный порог, в компораторной цепи в цифровом виде генерируется выходной импульс. Связь между сигналом, порогом и импульсом с компаратора проиллюстрирована на рисунке . Уровень порога обычно регулируется оператором; этот параметр является ключевой переменной, которая определяет чувствительность АЭ метода при испытании. Кроме того, в зависимости от типа АЭ оборудования, чувствительность можно контролировать путем регулирования усиления основного усилителя. Наиболее простой и испытанный способ оценки активности эмиссии заключается в подсчете числа осцилляций – числа пересечений импульсом, выданным компаратором, установленного порога (рисунок ). Параметр осцилляций представляется в виде функции времени/нагрузки. Это представление может носить характер накопленного числа осцилляций от соответствующего аргумента, либо даваться в дифференциальном виде (гистограммы). 13 На рисунке проиллюстрирована зависимость такого типа, дающая функцию кумулятивного распределения числа осцилляций от нагрузки и полученная в результате нагружения образца из прочной стали с пророщенной трещиной. Максимальное значение по вертикальной оси составляет 10 000 осцилляций. Ступеньки функции на начальной стадии графика представляют собой индивидуальные события эмиссии. Ступеньки при дальнейшем нагружении включают сотни событий каждая. К моменту достижения нагрузки 35 кН, было зарегистрировано 10 000 осцилляций, после чего перо упало до нуля по вертикальной оси (произошел сброс) и продолжило рисование с нулевой отметки. Как следует из представленного графика, по мере роста нагрузки, растет и скорость эмиссии, в результате чего отдельные события становятся неразличимыми. К моменту окончательного разрушения, произошло несколько сбросов пера, каждый из которых соответствовал достижению 10000 осцилляций, начиная с момента нулевой отметки графика. Рисунок - АЭ, полученная при трехточечном изгибе сварного стального образца. 14 Измеряемые параметры сигналов. Существует пять наиболее широко используемых параметров. К ним относятся число осцилляций, амплитуда, длительность, время нарастания сигнала и площадь под огибающей сигнала ( ), представляющая собой аналог энергии (рисунок 9). При описании сигналов помимо параметров сигнала в память компьютера записывается также время регистрации импульса и информация о внешних параметрах процесса, например, текущее значение нагрузки (деформации), число циклов при усталостных испытаниях, текущий уровень фонового шума и другие. Рисунок 9 - Стандартный набор параметров, измеряемых системой Амплитуда (А) представляет собой максимальное значение напряжения сигнала измеряющееся в вольтах. Этот важнейший параметр определяет возможность регистрации АЭ события. Амплитуды сигналов прямо связаны с магнитудами событий в источнике и варьируются в широких пределах от микровольт до вольт. Среди других стандартных параметров, амплитуда является наиболее пригодной для проведения статистической обработки данных АЭ путем получения функций распределения процесса. Амплитуды АЭ принято выражать в децибельном (логарифмиче6ском) масштабе, при этом 1 мкВ на выходе датчика принимается за 0 дБ, 10мкВ – 0 дБ, 100мкВ – 40 дБ и т.д. исло ос илля ий представляет собой число превышений сигналом установленного порога. Измерение числа осцилляций представляет собой простейший способ количественной оценки сигнала. Этот параметр зависит от магнитуды источника сигналов, а также от акустических и резонансных свойств среды и датчика. 15 MARSE – параметр, известный также как число осцилляций энергии, вычисляется по площади под огибающей сигнала. Параметр MARSE является чувствительным и к амплитуде, и к длительности сигнала, поэтому в последнее время он стал очень распространенным. Кроме того, он менее зависим от установленного порога и рабочей частоты. Суммарная АЭ активность должна измеряться путем суммирования магнитуд всех зарегистрированных сигналов; среди всех измеряемых параметров наилучшим образом подходит для этих целей. Длительность (D) – это полное время, начиная от пересечения сигналом порога, заканчивая уходом его под порог. Измеряемый в микросекундах, этот параметр зависит от магнитуды источника, а также акустических и резонансных свойств среды и датчика (как и число осцилляций). Параметр используется при идентификации процессов, имеющих характерные большие длительности сигналов, например процессы расслаивания композитных материалов. Кроме того, данный параметр является полезным при отфильтровывании различных шумов (по длительности) или других типов источников. Время нарастания сигнала (R) – это время от первого пересечения сигналом порога до достижения максимальной амплитуды сигналом. Данный параметр в сильной степени зависит от функции распространения и передаточных свойств датчика. Он может использоваться для определения типа некоторых источников сигналов и при отфильтровывании шумов. Многоканальные системы.Измерение сигнала происходит одновременно на каждом канале, который его регистрирует. Акустико- эмиссионные системы могут включать в себя от 1 до более 100 каналов, в зависимости от потребностей проводимых испытаний. Обычно в лабораторных условиях используется – 6 каналов, в то время как при контролировании конструкции задействуются 1 – 3 каналов. В зависимости от мощности индивидуального сигнала, характеристик затухания волн и расстояния между датчиками, регистрация сигнала может привести к возникновению как одного сигнала (на одном канале), так и нескольких сигналов (на нескольких каналах). После выполнения задания определения события/ сигнала, система работает с событиями аналогичным образом, как и с сигналами. Описание события включает в себя информацию о каналах и времени прихода всех сигналов, входящих в состав данного события, а также о параметрах сигнала, пришедшего на датчик первым (иногда включаются и параметры остальных сигналов события). Последовательность таких описаний сигналов поступает на центральный процессор, координирующий выполнение задач хранения, отображения и обработки данных. В сложных системах эти задачи могут выполняться несколькими процессорами. В большинстве систем такая последовательность 16 описаний сигналов хранится на диске, что дает неограниченные возможности для проведения последующей обработки информации. ранение всех данных, зарегистрированных во время испытаний, является одним из важнейших достоинств метода АЭ. Эта возможность снижает зависимость окончательных результатов от действий оператора, позволяя последнему сосредоточиться непосредственно на корректном выполнении задания по сбору данных. Отображение данных.АЭ система контроля, основанная на использовании развитого программного обеспечения, позволяет получать большое число типов графиков. Оператор не ограничен в выборе способов графического отображения данных во время сбора, поскольку после проведения послетестовой обработки результаты экспрессной обработки могут быть пересмотрены, отфильтрованы и отображены в другом виде. Некоторые из этих наиболее распространенных типов графиков проиллюстрированы на рисунке 10. На рисунках 10 а и 10 b отображены соответственно кумулятивный и дифференциальный графики АЭ – графики зависимости АЭ от времени. Кумулятивный график более удобен для оценки общей эмиссии (в количественном виде), в то время как дифференциальный график подчеркивает те изменения в активности, которые происходили в течение теста. На рисунке 10с представлен график АЭ данных от нагрузки. Этот график считается наиболее фундаментальным, т.к. он непосредственно связывает причину со следствием при излучении эмиссии во время нагружения. Данный тип графиков является особенно полезным при отделении хорошей части графика от плохой . Обычно плохая часть характеризуется началом генерации АЭ сигналов уже на малых уровнях нагружения и наличием большого количества эмиссии, связанного, как правило, с помехами от нагружающего устройства. Часто невооруженным глазом можно обнаружить кластера событий, относящихся к наиболее активным источникам, обычно конструкционным дефектам. На рисунке 10 g представлен точечный график числа осцилляций (или длительности) от амплитуды. Каждый сигнал на этом графике представлен в виде отдельной точки, положение которой несет информацию о размере и форме сигнала. Этот тип графиков используется для качественной оценки источника, в том числе для идентификации некоторых наиболее часто встречающихся типов нежелательных шумов. Обычно сигналы эмиссии от “полезных” источников формируют на данном графике кластер, вытянутый в диагональном направлении. Сигналы помехи (например, от электромагнитных наводок) располагаются ниже этого кластера (на рисунке 10 g они представлены в виде круглого участка в нижней правой части графика), поскольку они имеют малую длительность, не увеличивающуюся за счет отражений. Шумовые сигналы от таких источников как трение или течи, располагаются выше диагонального кластера (на рисунке 10 g они представлены в виде круглого участка в верхней левой части графика), поскольку они имеют малые амплитуды и большие длительности. Это лишь один из многих 17 графиков, который демонстрирует широкие возможности АЭ метода диагностики. Рисунок 10 - Типичное представление АЭ данных: (а) - график кумулятивного счета или энергии; (b) - график скорости счета(энергии); (с) - график АЭ данных (от нагрузки); (d) - кумулятивное амплитудное распределение; (e) - дифференциальное амплитудное распределение (плотность распределения); (f) - локация источников на плоскости; ( ) - точечный график корреляции – зависимости осцилляций (длительности сигнала) от амплитуды. 18 Метод акустической эмиссии (АЭ) является чувствительным к любым видам структурных изменений в широком частотном диапазоне работы (обычно от 10 до 1000 кГц). Оборудование способно регистрировать не только хрупкий рост трещин, но также процессы развития локальной пластической деформации, затвердевания, кристаллизации, трения, ударов, течеобразований и фазовых переходов. На рисунке 11 представлена блок-схема типичной АЭ системы. В более крупных многоканальных системах (рисунки 12-15) происходит распределение задач обработки сигналов между несколькими микропроцессорами. Рисунок11Блок-схема четырехканальной АЭ системы 19 Рисунок12 -Типичная АЭ аппаратура общего назначения. 20 Рисунок13 - A-LINE 32D (PCI-8E) – это многофункциональная АЭ - система имеет акустико-эмиссионных каналов, параметрических канала, полноскоростной PCI интерфейс, программируемые цифровые фильтры, возможность анализа спектра сигналов и формы волны в реальном времени. Рисунок14 - Система «Малахит АС-1 А» для акустико-эмиссионного контроля имеет большой амплитудный динамический диапазон – до 90 дБ. Рисунок15 - Система Малахит АС-15А/ для акустико-эмиссионного контроля выпускается в прочном и компактном алюминиевом корпусе. 21 4 АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ОБОРУДОВАНИЯ Акустико-эмиссионный контроль резервуаров АЭК проводится для выявления развивающихся дефектов сварных соединений и основного металла стенки и днища резервуара (рисунки 16-19). Для проведения АЭ контроля резервуаров используется многоканальная АЭ система, обеспечивающая регистрацию сигналов акустической эмиссии от дефектов в сварных соединениях и основном металле трех нижних поясов стенки резервуара за один цикл проведения контроля. Перед проведением работ по АЭ контролю необходимо: - максимально устранить источники акустических помех; - откалибровать АЭ аппаратуру; - определить уровень шума и радиус зоны приема датчиков. При проведении АЭ контроля производится непрерывное наблюдение за поступающими данными. На основе полученных и обработанных данных источники АЭ в сварных соединениях и основном металле стенки резервуара оцениваются по степени опасности: I - пассивный; II - активный; III - критически активный; IV - катастрофически активный. Если в ходе нагружения будет отмечено аномальное увеличение активности АЭ – источники АЭ IV (Е) класса опасности, то для предупреждения возникновения аварии (аварийной утечки), испытания приостанавливаются до выяснения причин обнаруженного явления. На основе полученных и обработанных данных АЭ контроля днища источники сигнала оцениваются по степени опасности: А - очень слабая коррозия; B - ранняя стадия развития коррозии; С - локальная коррозия; D - сильная коррозия днища; - очень сильная коррозия днища, обнаружена утечка. В случае оценки состояния днища по категории Е необходимо немедленно вывести резервуар из эксплуатации и провести полную техническую диагностику. В случае обнаружения источников АЭ II, III или IV классов или в случае, когда интерпретация АЭ источников затруднена, производится УЗ контроль участков стенки резервуара в местах обнаружения источников АЭ. Окончательная оценка выявленных источников АЭ осуществляется по 22 результатам УЗК. Дефекты, являющиеся источниками АЭ III или IV классов недопустимы. Для обработки данных акустико-эмиссионного контроля применяются специальные программы. «Днище» – программа обработки данных акустико-эмиссионного контроля плоских днищ круглой формы, не имеющих возможности для установки на них датчиков акустической эмиссии (днища РВС). Особенностью программы является возможность использования дополнительных датчиков, которые расставляются на стенке резервуара, для фильтрации акустико-эмиссионных событий с днища от событий, произошедших в верхней части объема РВС. «Сфера» – программа обработки данных акустико-эмиссионного контроля сферических объектов (сферические хранилища и резервуары, сферические днища емкостей). Включает отдельную программу «Сфера-Д», необходимую для рисования карты объекта и создания файла координат расстановки датчиков на сферической поверхности с упорядоченной таблицей расстояний между приемниками. «Цилиндр» – программа обработки данных акустико-эмиссионного контроля цилиндрических объектов (цистерн, колонн, стенок РВС). Включает отдельную программу Цилиндр-Д, необходимую для рисования карты объекта и создания файла координат расстановки датчиков на цилиндрической поверхности с упорядоченной таблицей расстояний между приемниками. 23 Рисунок 16 – Резервуар с характерными дефектами Рисунок 17 – Программа «Днище» обработки данных АЭ. Особенностью программы является возможность использования дополнительных датчиков, которые расставляются на стенке резервуара, для фильтрации акустико-эмиссионных событий с днища от событий, произошедших в верхней части объема резервуара. 24 Рисунок 18 – Программа «Цилиндр» обработки данных АЭ цилиндрических резервуаров Рисунок 19 – Программа «Сфера» обработки данных АЭ сферического резервуара 25 На рисунке 20 представлена принципиальная схема АЭ контроля трубопровода. Рисунок 20 – Принципиальная схема АЭ контроля трубопровода: 1–преобразователь АЭ (приемник); –блок усиления; 3–блок фильтрации; 4– центральный блок сбора и обработки информации на базе индустриального компьютера; 5–объект контроля; 6– источник АЭ; t1 – время прихода сигнала на первый приемник; t – время прихода сигнала на второй приемник 26 На рисунке 21 представлен пример применения метода АЭ контроля сосуда высокого давления без вывода из эксплуатации. Рисунок 21- Применение метода акустической эмиссии для обследования сосуда В итоге следует отметить основные приложения, в которых используют АЭ метод контроля: - периодический контроль целостности конструкций; - контроль целостности конструкции в период опрессовки; - контроль работоспособности объекта при пневмоиспытании; - мониторинг (длительный контроль с одновременной обработкой результатов в режиме реального времени) целостности объекта; - контроль процесса сварки; - контроль износа и соприкосновения оборудования при автоматической механической обработке; - контроль износа и потерь смазки на объектах; - обнаружение потерянных частей и частиц оборудования; - обнаружение и контроль течей, кавитации и потоков жидкости в объектах; - контроль химических реакций, включающий контроль коррозионных процессов, а также процессов жидко-твердого перехода, фазовых превращений. |