рд. РД 03-131-97 (с изм. 1 - РДИ 03-515(131)-02). Правила организации и проведения акустикоэмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов рд 0313197 Дата введения 19970101
 Скачать 335.5 Kb.
|
|
3.1. Преобразователи АЭ Преобразователи АЭ (ПАЭ) определяют чувствительность контроля и рабочий частотный диапазон. Рабочую частоту следует выбирать исходя из условий шумов, акустического затухания в объекте. Для контроля сосудов, котлов и аппаратов рекомендуется использовать диапазон 100 кГц - 500 кГц. При контроле технологических трубопроводов следует использовать более низкий диапазон частот 20-60 кГц. Необходимо учитывать, что при контроле объектов на более низких частотах наблюдается высокий уровень посторонних механических шумов. В диапазоне свыше 500 кГц в большей мере сказывается затухание упругих волн в конструкции. Используемые ПАЭ должны быть температурно стабильными в диапазоне температур, в котором производится контроль объектов. Их коэффициент электроакустического преобразования не должен изменяться более, чем на 3 дБ в этом диапазоне температур. Разброс коэффициентов преобразования ПАЭ для партии преобразователей, используемых при контроле объекта, не должен превышать 3 дБ. Рекомендуется использовать преимущественно резонансные ПАЭ. ПАЭ должны быть помехозащищенными, что достигается использованием принятых методов помехозащиты, а также применением дифференциальных схем. ПАЭ следует крепить к объекту с использованием механических приспособлений, магнитных держателей, либо с помощью клея. Приспособления для установки преобразователей на объекте выбирают с учетом его конструктивных особенностей. Они могут быть съемными (магнитные держатели, струбцины, хомуты и т.п.) или в виде стационарно установленных кронштейнов. Предусилитель размещают вблизи ПАЭ или непосредственно в его корпусе. Длина сигнального кабеля, соединяющего ПАЭ с предусилителем, как правило, не должна превышать 2 м, кабель должен иметь экран для защиты от электромагнитных помех. Максимальная длина кабеля, соединяющего предусилитель с прибором, как правило, не должна превышать 150 м. Потери сигнала в данном кабеле не должны превышать 1 дБ на 30 м длины, электрическая емкость не должна превышать 30 пФ/м. Преобразователь АЭ устанавливают либо непосредственно на поверхность сосуда, либо с использованием волновода. Рекомендуется использовать ненаправленные преобразователи. Преобразователь АЭ устанавливают либо непосредственно на поверхность сосуда, либо с использованием волновода. Рекомендуется использовать ненаправленные преобразователи. При контроле линейных объектов (трубопроводов), либо при контроле определенных зон допускается использовать направленные ПАЭ. Для толстостенных объектов (при условии  , где t - толщина стенки,  - длина волны на рабочей частоте, L - расстояние между ПАЭ) рекомендуется применение пьезопреобразователей поверхностных волн.При установке ПАЭ на объект контроля акустическая контактная среда должна обеспечивать эффективную акустическую связь ПАЭ с объектом. Уменьшение амплитуды сигнала при его прохождении из объекта в ПАЭ не должно превышать 6-12 дБ, что достигается использованием контактной среды с минимальным затуханием и акустическим импедансом, способствующим акустическому согласованию ПАЭ и объекта. Контактная среда не должна оказывать нежелательное воздействие (например, вызывать коррозию) на контролируемый объект. Контактная среда должна обеспечивать надежный акустический контакт в течение всего времени испытаний при температуре контролируемого объекта. В качестве контактной среды можно использовать эпоксидную смолу без отвердителя, машинное масло, глицерин и другие жидкие среды. Поверхность объекта контроля в месте установки ПАЭ зачищают до чистоты не хуже R  40.После установки ПАЭ на объект контроля производят проверку их работоспособности с использованием имитаторов АЭ. В качестве имитатора сигналов АЭ следует использовать пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами от генератора. Частотный диапазон имитационного импульса должен соответствовать частотному диапазону системы контроля. Генератор, возбуждающий преобразователь-имитатор, должен отвечать следующим требованиям: - частота следования импульсов - 1-1000 Гц; - амплитуда генерируемых импульсов варьируется и должна обеспечивать изменение амплитуды на выходе преобразователей системы контроля (с учетом затухания) в диапазоне 10 мкВ - 30 мВ; - длительность возбуждающего электрического импульса не должна превышать 0,1-0,2 мкс. В качестве имитатора сигналов АЭ допускается также использовать источник Су-Нильсена [излом графитового стержня диаметром 0,3 - 0,5 мм, твердостью 2Т (2Н)]. При выполнении контроля используемые рабочие преобразователи АЭ должны быть откалиброваны с использованием эталонных преобразователей АЭ. При выполнении калибровки определение коэффициента электроакустического преобразования эталонного ПАЭ путем измерения амплитуды динамического смещения поверхности твердого тела и амплитуды импульсной характеристики производят с использованием образцовых средств измерений органами (лабораториями), аккредитованными Госстандартом РФ. Калибровку рабочих ПАЭ производят независимые, аккредитованные Госстандартом лаборатории с использованием эталонных ПАЭ. Определение основных параметров рабочих ПАЭ осуществляют владельцы ПАЭ с использованием эталонных ПАЭ. Калибровка эталонных ПАЭ должна проводиться один раз в год. Определение основных параметров рабочих ПАЭ должно проводиться перед каждым контролем, но не реже одного раза в год. Результаты заносят в паспорт преобразователя АЭ. 3.2. Акустико-эмиссионная аппаратура Для регистрации АЭ при испытаниях крупномасштабных объектов следует применять аппаратуру АЭ в виде многоканальных систем, позволяющих определять координаты источников сигналов и характеристики АЭ с одновременной регистрацией параметров нагружения (давления, температуры и т.д.). Многоканальная АЭ система должна включать: - комплект предварительных усилителей; - кабельные линии; - блоки предварительной обработки и преобразования сигналов акустической эмиссии; - ЭВМ с необходимым математическим обеспечением; - средства отображения информации; - блоки калибровки системы. АЭ система может быть как стационарной, так и передвижной. Для контроля объектов простой конфигурации или в случаях, когда не требуется определение местоположения дефектов, допускается применение менее сложной аппаратуры, т.е. одноканального прибора (приборов), либо многоканальной системы в режиме зонного контроля. АЭ система должна обеспечивать как оперативную обработку и отображение информации в режиме реального времени, так и обработку, отображение и вывод на периферийные устройства для документирования накопленных в течение испытания данных после окончания испытания. К такой информации относятся: - номера групп преобразователей АЭ, зарегистрировавших импульс АЭ, либо номер ПАЭ; - координаты каждого зарегистрированного импульса АЭ (в режиме зонного контроля это не требуется); - амплитуда импульса АЭ (амплитудное распределение АЭ процесса); - энергия импульсов акустической эмиссии, либо "MARSE" (Measured Area of the Rectified Signal Envelope - Измеренная Площадь под Огибающей Сигнала), либо другой энергетический параметр; - число выбросов (превышений сигналом уровня дискриминации); - временные характеристики сигнала; - параметры нагрузки, при которых зарегистрирован импульс АЭ (давление, деформация или температура); - время регистрации импульса; - значения разницы времен прихода (РВП) сигналов (в режиме зонного контроля это не требуется); К АЭ системам предъявляются следующие общие технические требования, подтвержденные калибровочным сертификатом на аппаратуру: - рабочий частотный диапазон от 10 кГц до 500 кГц; - неравномерность амплитудно-частотной характеристики в пределах частотного диапазона не более ±3 дБ; - коэффициент усиления предварительного усилителя 20-60 дБ; - коэффициент усиления основного усилителя 0-40 дБ со ступенчатой регулировкой через 1 дБ; - амплитудный динамический диапазон предварительного усилителя не менее 70 дБ; динамический диапазон измерения амплитуды сигналов АЭ не менее 60 дБ; - АЭ система должна обеспечивать возможность выравнивания чувствительности измерительных каналов так, чтобы отличия не превышали ±1 дБ. АЭ система должна обеспечивать отбраковку ложных событий, реализованную как на аппаратурном, так и на программном уровнях. Системная часть программы должна обеспечивать удобства общения оператора с ЭВМ, ввод приказов задания и изменения параметров в диалоговом режиме обработки. Основные параметры АЭ аппаратуры и режимы ее работы заносят в протокол (Приложение 4). При изменении их в ходе испытаний следует указать причину. 4. Проведение контроля Объекты должны контролироваться в их рабочем положении. После проведения подготовительных работ осуществляются непосредственные работы по контролю, которые начинаются с установки преобразователей АЭ на объект. 4.1. Установка преобразователей акустической эмиссии Каждый преобразователь АЭ должен быть установлен непосредственно на поверхность объекта, либо может быть использован соответствующий волновод. Следует учитывать, что при наличии окраски и защитных покрытий, а также кривизны поверхности объекта и неровностей поверхности в зоне контакта возможно уменьшение амплитуды сигнала АЭ и искажение его формы. Если уменьшение амплитуды сигнала АЭ превышает 6 дБ, поверхность объекта в месте установки ПАЭ должна быть очищена от краски или покрытия в обязательном порядке. Необходимо предусмотреть также крепление сигнального кабеля и предусилителя, чтобы исключить потерю акустического контакта и механическое нагружение ПАЭ. Размещение ПАЭ и количество антенных групп определяется конфигурацией объекта и максимальным разнесением ПАЭ, связанным с затуханием сигнала, точностью определения координат. Антенные группы и отдельные ПАЭ при зонной локации следует устанавливать так, чтобы критические места объекта, сварные швы, зоны высоких напряжений, патрубки, зоны подрубки, зоны, подвергнутые ремонту, и т.д. входили в зону контроля. Необходимо учитывать дополнительное затухание в сварных швах и на участках, где имеет место изменение толщины стенки объекта. Размещение ПАЭ приводят в "Технологии Контроля" (картах контроля). В зависимости от конфигурации объект следует разделять на отдельные элементарные участки: линейные, плоские, цилиндрические, сферические. Для каждого участка выбирают соответствующую схему расположения преобразователей. Кроме основных групп преобразователей, служащих для определения координат, на объекте могут размещаться вспомогательные (блокировочные) группы для пространственной селекции зоны выявленных источников шума. Размещение ПАЭ должно обеспечивать контроль всей поверхности контролируемого объекта. В ряде случаев по согласованию с Заказчиком допускается размещение ПАЭ только в тех областях объекта, которые считают важными. Если не обеспечивается стопроцентное перекрытие зонами контроля всего объекта, то это должно быть отмечено в отчете по контролю с обоснованием использования данной схемы. Координаты источников акустической эмиссии вычисляют по разнице времени прихода (РВП) сигналов на преобразователи, расположенные на поверхности контролируемого объекта. В случае многоканальной локации расстояние между ПАЭ выбирают таким образом, чтобы сигнал от имитатора АЭ (излома карандаша), расположенного в любом месте контролируемой зоны, обнаруживался тем минимальным количеством преобразователей, которое требуется для расчета координат. Для выбора расстояния между ПАЭ производят измерение затухания, при этом выбирают представительную часть объекта без патрубков, проходов и т.д., устанавливают ПАЭ и перемещают (через 0,5 м) имитатор АЭ по линии в направлении от ПАЭ на расстояние до 3 м. В качестве имитатора АЭ рекомендуется использовать пьезопреобразователь, либо излом стержня карандаша (имитатор Су-Нильсена) диаметром 0,3-0,5 мм твердостью 2Н (2Т), с углом наклона стержня приблизительно 30° к поверхности, стержень выдвигают на 2,5 мм. Расстояние между ПАЭ при использовании Зонной Локации задают таким образом, чтобы сигнал АЭ от излома карандаша (либо сигнал от другого имитатора АЭ) регистрировался в любом месте контролируемой зоны хотя бы одним ПАЭ и имел амплитуду не меньше заданной. Как правило, разница амплитуд имитатора АЭ при расположении его вблизи ПАЭ и на краю зоны не должна превышать 20 дБ. Максимальное расстояние между ПАЭ не должно превышать расстояния, которое в 1,5 раза больше порогового. Последнее определяют как расстояние, при котором амплитуда сигнала от имитатора АЭ (излома грифеля карандаша) равна пороговому напряжению. При контроле объектов с высоким затуханием упругих волн рекомендуется использовать две рабочих частоты - низкую - в диапазоне 20-60 кГц и более высокую - в диапазоне 100-500 кГц. В этом случае высокочастотные каналы используют для обнаружения и оценки АЭ источников. Низкочастотные каналы следует использовать для выявления тех источников АЭ, которые могут быть пропущены из-за большого затухания сигналов АЭ на высокой частоте. Если выявлена значительная активность на низкой частоте (соответствующая источнику II или III класса) и отсутствует регистрация по высокочастотным каналам, следует переустановить высокочастотные ПАЭ и повторить контроль. Измерение скорости звука, используемое для расчета координат источников АЭ, производят следующим образом. Имитатор АЭ располагают вне групп ПАЭ на линии, соединяющей ПАЭ, на расстоянии 10-20 см от одного из них. Проводя многократные измерения (не менее 5) для разных пар ПАЭ, определяют среднее время распространения. По нему и известному расстоянию между ПАЭ вычисляют скорость распространения сигналов АЭ. 4.2. Проверка работоспособности акустико-эмиссионной аппаратуры и калибровка каналов Проверку работоспособности АЭ системы выполняют тотчас после установки ПАЭ на контролируемый объект, а также после проведения испытаний, путем возбуждения акустического сигнала имитатором АЭ, расположенным на определенном расстоянии от каждого ПАЭ. Отклонение зарегистрированной амплитуды сигнала АЭ не должно превышать 3 дБ от средней величины для всех каналов. В случае превышения указанного значения необходимо устранить причину, в противном случае следует провести повторный контроль. Уровень чувствительности различных групп ПАЭ может различаться. В этом случае должна быть отметка в протоколе контроля и обоснование в отчете. При оценке результатов контроля необходимо учитывать разброс чувствительности каналов. Коэффициент усиления каналов и порог амплитудной дискриминации выбирают с учетом ожидаемого диапазона амплитуд сигналов АЭ. При этом следят, чтобы обеспечивалась неискаженная передача сигналов АЭ и частота выбросов помех в канале не превышала в среднем одного в сто секунд. Проверяется значение порога, число выбросов сигнала АЭ, энергия, MARSE, амплитуда и другие необходимые характеристики по технологии, записанной в "Технологии Контроля". В случае, если проводятся гидроиспытания объектов, все работы по настройке аппаратуры выполняются после полного заполнения объектов водой. 4.3. Нагружение объекта После выполнения подготовительных и настроечных работ производят нагружение объекта. АЭ контроль выполняют в процессе нагружения объекта до определенной заранее выбранной величины и в процессе выдержки нагрузки на заданных уровнях. При нагружении объекта контроля внутренним давлением, максимальное его значение - Р  (испытательное давление) должно превышать разрешенное рабочее давление Р (эксплуатационную нагрузку) не менее, чем на 5-10%, но не превышать пробного, определяемого по формуле: ,где Р - расчетное давление сосуда, МПа (кгс/см  );  - допускаемые напряжения для материала сосуда или его элементов соответственно при 20°С и расчетной температуре, МПа (кгс/см ); а = 1,25 - для всех сосудов, кроме литых; а = 1,5 - для литых сосудов (пункты 4.6.3. - 4.6.5 "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением").В случае, если максимальное давление испытания равно величине пробного давления, длительность выдержки для объектов, находящихся в эксплуатации, не должна превышать 5 мин (п. 6.3.20 "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением"), а при испытании вновь изготовленных объектов выбирается в соответствии с таблицей 4.3. (п. 4.6.12. "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением"). Таблица 4.3
Если максимальное давление испытания меньше величины пробного давления, длительность выдержки при испытании вновь изготовленных объектов должна быть не менее 10 мин. При АЭ контроле резервуаров для хранения нефти, нефтепродуктов и других жидких сред используют максимальную величину нагрузки равную Р = 1,05Р .При АЭ контроле объектов, испытуемых под налив, время выдержки их при максимальном допустимом уровне заполнения должно быть не менее двух часов. При назначении максимального давления испытаний должны учитываться характеристики материала, условия эксплуатации объекта контроля, температура, а также предыстория его нагружения. Нагружение осуществляется с использованием специального оборудования, обеспечивающего повышение нагрузки - внутреннего (внешнего) давления по заданному графику, который определяет скорость нагружения, время выдержек объекта под нагрузкой и значения нагрузок. Пример типового графика нагружения приведен в справочном Приложении 6. Допускается отклонение от типового графика нагружения с приведением в отчете необходимого обоснования. Испытания объекта подразделяют на предварительные и рабочие. Предварительные испытания имеют целью: - проверку работоспособности всей аппаратуры; - уточнение уровня шумов и корректировку порога дискриминации; - опрессовку заглушек и сальниковых уплотнений; - выявление источников акустического излучения, связанных с трением в точках подвески (крепления) объектов, опор, конструкционных элементов жесткости и пр. Предварительные испытания проводят при циклическом нагружении в диапазоне 0-0,25 Р . Для объектов без плакирующих покрытий и ребер жесткости число циклов нагружения составляет не менее 2, для прочих - не менее 5.Рекомендуется нагружение при рабочем испытании проводить ступенями, с выдержками давления на уровне 0,58  Р 0,75 Р 1,0 Р и Р . Время выдержки на промежуточных ступенях должно, как правило, составлять 10 мин.Нагружение объектов должно проводиться плавно со скоростью, при которой не возникают помехи, превышающие допустимый уровень (см. п. 4.4). Рекомендуемые скорости повышения давления составляют:  [МПа/мин].Допускается проведение испытаний со скоростью нагружения меньшей минимальной указанной. В этих случаях промежуточные выдержки можно не проводить. АЭ контроль резервуаров большого объема и хранилищ проводят в режиме мониторинга (непрерывного контроля), либо по специальной программе. Программа нагружения для каждого такого объекта составляется индивидуально и согласовывается со специализированной экспертной организацией из числа аккредитованных Госгортехнадзором России. В качестве нагружающей среды могут быть использованы вода, рабочее тело объекта в виде жидких сред (гидроиспытание), а также газообразные среды (пневмоиспытание). В случае проведения гидроиспытаний подача нагружающей жидкости должна производиться через патрубок, расположенный в нижней части сосуда, ниже уровня жидкости, заполняющей сосуд. Для уменьшения уровня шумов и помех во время проведения контроля должны быть приостановлены все посторонние работы на самом объекте контроля и вблизи его. Должно быть исключено хождение по площадкам обслуживания, передвижение автотранспорта, проведение сварочных и монтажных работ, работа подъемно-транспортных механизмов, расположенных рядом. При выполнении контроля объектов большой протяженности или крупногабаритных объектов допускается проводить контроль по этапам. Интервал между отдельными этапами должен быть не менее 24 часов. Допускается проведение контроля только части объекта по согласованию с Заказчиком. При испытании вновь изготовленных сосудов, которые не проходили послесварочной термообработки, возможна регистрация АЭ, вызванная выравниванием напряжений и не связанная с развитием дефектов. Поэтому при первом нагружении, как правило, принимают во внимание только сигналы, амплитуда которых превышает уровень порога более чем на 20 дБ и сигналы, регистрируемые в течение выдержки. Если при первом нагружении выявятся источники АЭ II или III класса или получены неопределенные результаты, сосуд должен быть нагружен вторым рабочим циклом нагружения в обязательном порядке с изменением нагрузки от 50% до 100% испытательного давления. Система классификации источников АЭ дана в разделе 6. В процессе нагружения допускается изменение чувствительности усилительных трактов с обязательной регистрацией момента и значения внесенных изменений и обоснованием, приведенным в протоколе АЭ контроля. В процессе нагружения рекомендуется непрерывно наблюдать на экране монитора обзорную картину АЭ излучения испытуемого объекта. Испытания прекращаются досрочно в случаях, когда регистрируемый источник АЭ достигает класса IV. Быстрое (экспоненциальное) нарастание суммарного счета, амплитуды импульсов, энергии или MARSE может служить показателем ускоренного роста трещины, приводящего к разрушению. Объект должен быть разгружен, испытание либо прекращено, либо выяснен источник АЭ и оценена безопасность продолжения испытаний. Регистрация давления и температуры (при ее изменении) ведется в течение всего цикла подъема и сброса нагрузки. Давление должно контролироваться непрерывно с погрешностью ±2% максимального испытательного давления. Шкала аналогового манометра должна иметь максимальное значение не меньше, чем 1,5 и не больше 5-кратного значения испытательного давления, погрешность цифрового прибора не должна превышать 1% испытательного давления. |