Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Стюхин Н.Ф.

//Журнал "В мире НК" №1(43) март 2009г.

На сегодняшний день повышение качества технической диагностики трубопроводов, выработавших свой нормативный срок, на предприятиях различного назначения является актуальной задачей. В частности, при расчете остаточного ресурса действующих трубопроводов экспертные организации используют усредненный статистический подход . При проведении подобных расчетов не принимается во внимание действительное техническое состояние отдельных локальных участков трубопровода, что в конечном итоге не обеспечивает достоверной оценки его работоспособности в течение разрешенного срока . Анализ причин отказов с течением времени магистральных трубопроводных систем показал, что в процессе эксплуатации более вероятны местные или локализованные повреждения, а не повальное ухудшение свойств материала по всей длине трубопровода. Причинами таких повреждений являются интенсивные пластические деформации, развивающиеся в зонах перенапряжений из-за технологических дефектов, дефектов монтажа (сварка под напряжением), интенсивных очагов коррозионных повреждений, подвижек грунта, температурных и других воздействий, приводящих к неоднородным статическим и динамическим нагрузкам.

Совокупность эксплуатационных нагрузок вызывает локальное образование двух основных типов повреждений, приводящих в конечном итоге к разрушению трубопровода - это трещиноподобные дефекты и дефекты коррозионной природы. При этом важное значение имеет скорость накопления повреждений в области дефекта, которая характеризует степень его опасности и определяет срок остаточной эксплуатации объекта. В этой связи необходима оценка технического состояния трубы в потенциально опасных областях. При этом немаловажно отметить тот факт, что проектная документация на строительство трубопроводов разрабатывалась, прежде всего, с точки зрения обеспечения надежности и безопасности протекания технологических процессов, а не удобства их диагностирования. Таким образом, при проведении технической диагностики и экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) трубопроводных систем необходимо применение комплексного подхода с использованием интегральных методов НК, позволяющих осуществлять диагностирование опасных дефектов, возникающих в процессе эксплуатации по всей длине диагностируемого участка.

Среди интегральных способов диагностики трубопроводов метод акустической эмиссии (АЭ) практически не имеет альтернативы. Принцип метода АЭ заключается в регистрации волн упругих напряжений, возникающих в материале конструкции в результате зарождения и развития различного рода дефектов (рисунок 1). Отметим, что на основе комплексного диагностического подхода АЭ диагностика трубопроводов позволяет делать обоснованные выводы о процессах зарождения и развития опасных повреждений и, в конечном итоге, о техническом состоянии объекта . Рассмотрим некоторые особенности практического применения метода АЭ для диагностики трубопроводных систем.

Примеры практического использования метода АЭ

Подтверждением высокой эффективности применения метода АЭ в комплексе с другими методами НК являются итоги проведенных специалистами нашей фирмы работ по контролю сварных соединений трубопроводов природного газа. В ходе обследования методом внутритрубной дефектоскопии одного из участков газопровода было выявлено 20 аномальных сварных соединений, которые дополнительно были обследованы с применением радиографического и акустико-эмиссионного методов контроля . На рисунке 2 представлены сравнительные результаты: если радиографический контроль показал дефекты в 18 из 20 стыков, то по данным АЭ наибольшую опасность для текущей эксплуатации газопровода представляют всего 6 из 20 сварных соединений. Принципиальное значение имеет тот факт, что наиболее опасный источник по АЭ зарегистрирован в сварном шве, годном по радиографии (рисунок 2).

Последующий после вырезки данного стыка металлографический анализ с послойной вышлифовкой показал наличие развитой трещины c зоной раскрытия 0,2 мм (рисунок 3), образовавшейся на вытянутой цепочке пор, и неметаллических включений в центральных слоях сварного шва. Предельная чувствительность использованного радиографического контроля не позволяет распознавать на снимке дефекты такого размера.

Статистика проведенных в течение нескольких лет аналогичных АЭ обследований газопроводов после результатов РК (рисунок 4), что 35% недопустимых по радиографии дефектов не являются развивающимися и не представляют реальной опасности для эксплуатации объекта. Кроме того, выявлено дополнительно 25% развивающихся источников АЭ, соответствующих опасным производственным дефектам в местах, не обнаруженных по РК. Этот факт свидетельствует о необходимости применения метода АЭ для выявления повреждений технологических трубопроводов, наиболее опасных для эксплуатации объекта, еще на стадии зарождения дефектов, а также определения очередности и сроков ремонта выявленных дефектов.

Выявление опасных дефектов другого типа, а именно коррозионных повреждений, с использованием АЭ-контроля было проведено при техническом диагностировании подземных участков технологических нефтепроводов на нефтеперекачивающих станциях. Работы проводились по действующему внутреннему регламенту в рабочем режиме без вывода объекта из эксплуатации с использованием АЭ-системы A-Line фирмы «ИНТЕРЮНИС» (рисунок 5).
Длина диагностируемого участка за один цикл измерения 24-х канальной системой, составила 2 км. Важно отметить, что предельно допустимое расстояние между датчиками АЭ при диагностике КД трубопроводов составило не более 60 м. Это подтверждается теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями для магистральных трубопроводов. В ходе АЭ-контроля на основном металле трубной секций была выявлена течь (рисунок 6), и локализованы интенсивные очаги коррозионного поражения, где присутствовали дефекты язвенного и питтингового типа. Результаты применения локальных методов НК по определению параметров выявленных дефектов (величина раскрытия питтингов менее 2 мм, глубина проникновения - порядка 80-90% толщины стенки трубы - рисунок 7) позволили сделать вывод о том, что течь образовалась именно на коррозионном питтинге.

Таким образом, дополнительное применение метода АЭ позволило без 100%-ного доступа к поверхности трубы локализовать опасные для эксплуатации дефекты по всей протяженности диагностируемого технологического трубопровода и значительно снизить вероятность пропуска дефектов. Применение данной методики в рабочих условиях обеспечивает оперативное выделение участков трубопровода, подлежащих незамедлительному ремонту и сведение к минимуму объема подготовительных работ и работ по техническому диагностированию.

Выводы и заключения

Комплексный подход к диагностированию трубопроводов с применением метода АЭ позволяет:

‑ производить обнаружение опасных производственных и эксплуатационных дефектов на ранней стадии их зарождения и предупреждать их развитие до критической величины;

‑ определять степень опасности выявленных дефектов;

‑ проводить 100% контроль диагностируемого участка, включая недоступные, скрытые области контроля;

‑ проводить оценку остаточного ресурса трубопровода на основе информации о существующих эксплуатационных дефектах и повреждениях.

Совокупность указанных факторов обеспечивает полную и достоверную оценку технического состояния трубопроводов с последующим принятием решения о возможности дальнейшей эксплуатации объекта.

Список литературы

1. Б.Е. Патон, С.Е. Семенов, А.А. Рыбаков. О старении и оценке состояния металла эксплуатируемых магистральных газопроводов. // Автоматическая сварка. - 2000. - № 7. . Практическая оценка метода акустической эмиссии на технологических газопроводах. // В Мире НК. - 2008. - №3(41).

АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

Цель работы. Изучение основных физических принципов акустико-эмиссионного контроля. Применение метода акустической эмиссии для обследования резервуаров без вывода из эксплуатации. Ознакомление со средствами сбора и обработки информации при диагностике объектов.

Общие положения

Под акустической эмиссией (АЭ) понимается возникновение в среде упругих волн, вызванных изменением ее состояния под действием внешних или внутренних факторов. Акустико-эмиссионный метод основан на анализе этих волн. Целью АЭ контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками акустической эмиссии.

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.

Принципиальная схема АЭ контроля приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема АЭ контроля на трубопроводе:

1–преобразователь АЭ (приемник); 2–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; t2 – время прихода сигнала на второй приемник

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.

Большинство конструкционных материалов начинают при нагружении испускать акустические колебания в ультразвуковой части спектра еще задолго до разрушения.

Изучение и регистрация этих волн стала возможной с созданием специальной аппаратуры.

Регистрация сигнала от источника АЭ осуществляется одновременно с шумом постоянного и переменного уровня (рисунок 2). Шумы являются одним из основных факторов, снижающих эффективность АЭ контроля.

Для подавления шумов и выделения полезного сигнала обычно применяют два метода: амплитудный и частотный.

Рисунок 2 – Общая схема регистрируемого сигнала АЭ на фоне шумов:

1 – осцилляции; 2 – плавающий порог;

3 – осцилляции без учета плавающего порога; 4 – шум

Амплитудный заключается в установлении фиксированного и плавающего уровня дискриминационного порога UП, ниже которого сигналы АЭ аппаратура не регистрирует. Фиксированный порог устанавливается при наличии шумов постоянного уровня, плавающий – переменного.

Частотный метод подавления шумов заключается в фильтрации сигнала, принимаемого приемниками АЭ, с помощью низко- и высокочастотного фильтров (ФНЧ/ФВЧ). В этом случае для настройки фильтров перед проведением контроля предварительно оценивают частоту и уровень соответствующих шумов.

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 3).

Рисунок 3 – Схема локации источника АЭ на плоскости

Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие:

Метод АЭ контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;

Чувствительность метода АЭ контроля весьма высока. Он позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей миллиметра, что значительно превышает чувствительность других методов;

Свойство интегральности метода АЭ контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ контроля, неподвижно установленных на поверхности объекта;

Метод АЭ контроля обеспечивает возможность проведения контроля объектов без удаления их гидро- или теплоизоляции. Для проведения контроля достаточно вскрыть изоляцию только в местах установки преобразователей, что многократно снижает объем восстановительных работ;

Метод обеспечивает возможность проведения дистанционного контроля недоступных объектов, таких, как подземные и подводные трубопроводы, аппараты закрытых конструкций и т.п.;

Метод позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов и имеет меньше ограничений, связанных с их свойствами и структурой;

АЭ метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта и, соответственно, оценки остаточного ресурса контролируемого объекта. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях.

Существенным недостатком метода является сложность выделения полезного сигнала из помех, когда дефект мал. Вероятность выявления сигнала АЭ высока только при резком развитии дефекта, поэтому метод АЭ контроля рекомендуется применять в сочетании с другими методами неразрушающего контроля.

Акустико-эмиссионный контроль резервуаров

АЭК проводится для выявления развивающихся дефектов сварных соединений и основного металла стенки и днища резервуара.

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 следует:

- 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. 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 источники АЭ в сварных соединениях и основном металле стенки резервуара оцениваются по степени опасности:

I - пассивный;

II - активный;

III - критически активный;

IV - катастрофически активный.

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;

E - 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 результатам УЗК. Дефекты, являющиеся источниками АЭ III или IV классов недопустимы.

Аппаратура АЭ контроля

Выпускаемые акустико-эмиссионные приборы и системы используются для контроля и диагностики различных промышленных объектов: магистральных и технологических трубопроводов, баллонов, сосудов давления, резервуаров нефтепродуктов, грузоподъемного оборудования и т.д.

Рисунок 4 – Преобразователи акустической эмиссии

Преобразователи акустической эмиссии, кроме моделей во взрывозащищенном исполнении, имеют режим автоматического тестирования самого датчика, который благодаря излучению волн позволяет также производить проверку работоспособности соседних датчиков и акустико-эмиссионной системы в целом.

Чувствительная пьезоэлектрическая система герметизирована специальным эластичным герметиком. Весь объем корпуса, включая электронную схему, залит эпоксидным компаундом с повышенной адгезией к нержавеющей стали. Преобразователи имеют износостойкий керамический протектор или протектор из нержавеющей стали.

Модели преобразователей различаются по рабочей полосе частот, напряжению питания, коэффициенту усиления предварительного усилителя, исполнению (обычное герметичное или взрывозащищенное герметичное), материалу протектора.

Преобразователи акустической эмиссии крепятся на контролируемый объект с помощью магнитных прижимов.

Рисунок 5 – Магнитные прижимы

Управление системой, сбор и анализ данных обеспечивается специальными программами. Например, в программный пакет AE Studio, поставляемый вместе с акустико-эмиссионной системой входят:

· «Корал» – программа и технология обработки данных акустико-эмиссионного контроля линейных объектов (линейные участки технологических и магистральных нефте-, газо-, продуктопроводов и т.д.);

· «Буря» – пакет независимых одна от другой программ и технология обработки данных акустико-эмиссионного контроля объемных объектов (резервуаров, нефтяных танков, сферических оболочек и т.д.).

Пакет программ «Буря» предназначен для комплексной, детальной обработки акустико-эмиссионной информации, полученной в результате контроля промышленных объектов и включает в себя следующие программы обработки данных:

· «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.

Рисунок 6 – Программа обработки данных «Днище»

· «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.

Рисунок 7 – Программа обработки данных «Сфера»

Рисунок 8 – Программа обработки данных «Цилиндр»

Рисунок 9 – Резервуар с характерными дефектами

Похожая информация.

Акустическая эмиссия трубопроводов представляет собой возникновение и распространение упругих колебаний в процессе деформации исследуемой конструкции. Количественно она выступает как показатель целостности материала под различной нагрузкой. Контроль методом акустической эмиссии может применяться для установления дефектов на начальном этапе разрушения конструкции. Основным способом диагностики является пассивный сбор сведений и их последующая обработка.

Общая характеристика

Акустическая эмиссия используется для обнаружения и установления координат, мониторинга источников деформации на поверхностях либо в объеме стенок, сварных соединений и элементов конструкций. Диагностика выполняется только при создании напряженного состояния. Оно инициирует в объекте работу источников колебаний. Акустическая эмиссия возникает при воздействии давлением, силой, температурным полем и так далее. Выбор конкретной нагрузки определяется особенностями конструкции, условиями, в которых она используется, спецификой испытаний.

Метод акустической эмиссии

Для определения показателя надежности конструкции выполняется проверка ее параметров и свойств, при которой не должна нарушаться ее целостность и пригодность к использованию и эксплуатации. Традиционные способы (ультразвуковой, токовихревой, радиационный и прочие, популярные на практике) позволяют выявить геометрические неоднородности посредством излучения определенной энергии в структуру объекта. Акустическая эмиссия предполагает иной подход. В первую очередь в качестве источника сигнала выступает сам материал, а не внешний объект, поскольку это пассивный способ проверки, а не активный, как указанные выше. Кроме этого позволяет обнаружить не статические неоднородности, а перемещение дефекта. Соответственно, с его помощью можно выявить развивающиеся и, следовательно, самые опасные разрушения. Этот способ позволяет оперативно обнаружить рос небольших трещин, утечек жидкости или газа, разломов и прочих процессов, обусловливающих возникновение и распространение колебаний.

Нюансы

В теоретическом и практическом плане любой дефект способен производить собственный сигнал. Он может преодолевать довольно большие расстояния (в несколько десятков метров), пока его не обнаружит датчик акустической эмиссии . Более того, разрушение можно выявить не только дистанционно. Дефекты устанавливаются и путем расчета разницы времени прихода волн к улавливающим датчикам, находящимся на различных участках. Рост трещин, расслоения, разлом включения, трение, коррозия, утечка жидкости/газа - примеры процессов, производящих колебания, которые можно обнаружить и эффективно исследовать.

Особенности

В качестве основных преимуществ метода перед традиционными способами неразрушающего контроля выступают:

Еще одно достоинство заключается в возможности мониторинга разных технических процессов и оценки состояния конструкции в режиме текущего времени. Это позволяет предупредить аварийное разрушение объекта. Следует также отметить, что в методе акустической эмиссии оптимально сочетаются параметры качества и стоимости.

Дополнительно

Контроль с использованием акустической эмиссии обеспечивает получение огромных массивов информации, позволяет с минимальными расходами, оперативно регулировать и продлевать цикл эксплуатации ответственных промышленных установок. Результаты выполненных проверок используются при прогнозировании аварийных разрушений. Этот метод контроля может использоваться при исследовании разнообразных свойств материалов, конструкций, веществ. Сегодня без его использования невозможно создание, а также надежная эксплуатация множества ответственных объектов в промышленности.

Минусы

Сферы применения

Как выше было сказано, в настоящее время методом акустической эмиссии пользуются различные предприятия, занятые в самых разных экономических сферах. К основным из них можно отнести:

1. Химическую и нефтегазовую промышленность.
2. Металлургию и трубопрокатное производство.
3. Тепловую и атомную энергетику.
4. Железнодорожный транспорт.
5. Авиационно-космический комплекс.

Метод широко используется предприятиями, работающими с подъемными, мостовыми конструкциями, бетонными и железобетонными сооружениями.

Заключение

Акустико-эмиссионный метод считается сегодня одним из самых эффективных способов выполнения неразрушающего контроля и оценки состояния, свойств материалов. Он основывается на выявлении упругих волн, генерируемых при возникновении внезапной деформации конструкции, находящейся под нагрузкой. Возникающие колебания отходят от своего источника и направляются непосредственно к датчику, где они трансформируются в электрические сигналы. Специальными приборами осуществляется их замер. После этого происходит отображение обработанной информации. На ее основании выполняется последующая оценка состояния и поведения структуры исследуемых объектов.

ГОСТ Р ИСО 22096-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Контроль состояния и диагностика машин

МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Condition monitoring and diagnostics of machines. Acoustic emission method

ОКС 17.140.20
17.160

Дата введения 2016-12-01

Предисловие

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2015 г. N 1583-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 22096:2007* "Контроль состояния и диагностика машин. Акустическая эмиссия" (ISO 22096:2007 "Condition monitoring and diagnostics of machines - Acoustic emission", IDT).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей . - Примечание изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации" . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Метод акустической эмиссии может быть использован в целях контроля состояния машин и диагностирования как самостоятельно, так и в сочетаниях с другими методами, например, основанными на анализе сигналов вибрации или теплового излучения машин. Метод может быть реализован с использованием стационарных, полустационарных и переносных измерительных систем в зависимости от степени критичности обследуемых объектов. Обычно в состав измерительной системы входят преобразователи, усилители сигналов, фильтры и устройства сбора данных. В зависимости от целей применения метода могут быть использованы разные характеристики сигнала акустической эмиссии.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие принципы применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния и диагностирования машин, работающих в разных режимах и в разных условиях применения. Метод распространяется на все виды машин и основан на измерениях только тех сигналов, что распространяются по конструкции машины.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

ISO 12716, Non-destructive testing - Acoustic emission inspection - Vocabulary (Контроль неразрушающий. Метод акустической эмиссии. Словарь)

ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines - Vocabulary (Контроль состояния и диагностика машин. Словарь)

ISO 18436-6, Condition monitoring and diagnostics of machines - Requirements for qualification and assessment of personnel - Part 6: Acoustic emission (Контроль состояния и диагностика машин. Требования к квалификации и оценке персонала. Часть 6. Метод акустической эмиссии)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, ИСО 12716, ИСО 13372, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 акустическая эмиссия (контроль состояния машин) (acoustic emission): Класс явлений, приводящих к появлению распространяющихся по конструкции или в среде (жидкостях, газах) волн вследствие быстропротекающих процессов высвобождения энергии из локализованных источников внутри или на поверхности материала.

Примечание 1 - Высвобождение энергии может быть следствием таких процессов, как распространение трещины в материале, трение соприкасающихся частей машины, удары между частями машины или утечки материала.

Примечание 2 - Данное определение сформулировано в максимально общей форме с целью отразить различные возможности применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин разных видов.

3.2 акустико-эмиссионный контроль (контроль состояния машин) (acoustic emission monitoring): Обнаружение и сбор данных акустической эмиссии, позволяющих судить о состоянии машины.

Примечание - Данное определение применимо только в области контроля состояния машин.

3.3 акустико-эмиссионный преобразователь (acoustic emission sensor/receiver): Устройство, позволяющее преобразовать движение упругой волны в электрический сигнал.

3.4 сигнал акустической эмиссии (acoustic emission signal): Электрический сигнал на выходе акустико-эмиссионного преобразователя, связанный с акустической волной от источника акустической эмиссии.

3.5 акустико-эмиссионные характеристики (acoustic emission characteristics): Набор характеристик, описывающих акустическую эмиссию данной машины или источник акустической эмиссии.

Примечание - Описываемый волновой процесс, обусловленный акустической эмиссией, может быть импульсного или непрерывного типа.

3.6 акустико-эмиссионный волновод (acoustic emission waveguide): Устройство, по которому акустическая волна распространяется от источника к акустико-эмиссионному преобразователю.

3.7 фоновый шум (background noise): Ложная составляющая сигнала акустической эмиссии, не связанная с процессами акустической эмиссии в контролируемых узлах машины.

Примечание - Фоновый шум может представлять собой сигнал, обусловленный электрическими, температурными или механическими процессами.

3.8 контактная среда (couplant): Среда между объектом акустико-эмиссионного контроля и акустико-эмиссионным преобразователем, используемая для улучшения передачи акустической волны.

Примеры - Масло, смазка, клеевое соединение, водно-эмульсионная смазочно-охлаждающая паста, воск.

3.9 имитатор Су-Нильсена (Hsu-Nielsen source): Устройство для установки и излома графитового стержня карандаша с целью искусственного моделирования процесса акустической эмиссии и возбуждения акустической волны.

Примечание - Акустическая волна зависит от применяемого стержня. Обычно применяют стержень твердостью 2Н диаметром 0,5 мм (допускается 0,3 мм) и длиной (3,0±0,5) мм.

3.10 машина (machine): Механическая система, предназначенная для выполнения определенных задач (формирования материала, передачи и преобразования движения, силы или энергии).

3.11 машинный агрегат (machine system): Механическая система, основным элементом которой является отдельная машина (см. 3.10) и которая включает в себя также вспомогательные элементы, предназначенные для поддержания функционирования этой машины.

4 Принципы метода акустической эмиссии

4.1 Явление акустической эмиссии

Акустическая эмиссия может иметь место внутри или на поверхности материалов. Данное явление заключается в спонтанном высвобождении энергии, выражаемом в форме распространения упругих волн. Акустическая эмиссия внутри материала проявляет себя через упругие волны на поверхности материала в широком диапазоне частот (обычно от 20 кГц до 1 МГц).

Упругие волны, связанные с процессами акустической эмиссии, обнаруживают с помощью специальных преобразователей движения точек на поверхности материала в электрические сигналы. Эти сигналы затем подлежат соответствующему преобразованию и обработке для получения информации о состоянии контролируемого объекта и раннего обнаружения процессов потери механической и структурной целости объекта. Форма электрического сигнала зависит от путей распространения и форм акустических волн, генерируемых внутри и/или на поверхности материала. Поэтому сигналы акустической эмиссии от одних и тех же источников могут быть разными в зависимости от путей прохождения акустических волн.

4.2 Преимущества и ограничения метода

Преимуществами метода являются:

a) получение данных без вмешательства в конструкцию контролируемого объекта;

b) получение данных в реальном масштабе времени;

c) высокая чувствительность, позволяющая осуществлять более раннее (например, по сравнению с вибрационным методом) обнаружение;

d) возможность контроля динамического поведения объекта;

e) применимость в широком диапазоне скоростей вращения, позволяющая осуществлять контроль, в том числе, низкоскоростных машин (со скоростью вращения ротора менее 60 мин);

f) возможность обнаружения процессов износа и трения, например при ослаблении соединений соседних элементов машины или вследствие ухудшения состояния смазки.

Ограничения метода связаны с:

- быстрым ослаблением акустических волн при прохождении по конструкции машины;

- высокой зависимостью от фонового шума;

- невозможностью точного сопоставления акустико-эмиссионных характеристик с механизмом неисправности в машине.

5 Применение метода акустической эмиссии

5.1 Контроль состояния машин

Метод акустической эмиссии может быть применен к широкому классу машин при условии наличия пути передачи через элементы конструкции машины акустической волны от интересующего объекта контроля к акустико-эмиссионному преобразователю. В таблице 1 показаны некоторые примеры неисправностей для машин разных видов, которые могут быть выявлены с использованием данного метода. Оценка состояния осуществляется не по абсолютным значениям параметров сигнала акустической эмиссии, а по их изменениям в заданном режиме работы машины.

Таблица 1 - Примеры применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин

Например, повышение общего уровня сигнала в установившемся режиме работы машины свидетельствует об ухудшении ее технического состояния. Модуляция сигнала одной из основных подшипниковых частот является признаком ранней стадии повреждения подшипника, которое может еще не быть обнаружено по наблюдениям вибрации и ударных импульсов. Следует отметить, что проявление акустико-эмиссионной активности может быть разным для разных машин, разных условий работы и разных нагрузок.

5.2 Влияющие факторы

Прежде чем проводить измерения акустической эмиссии важно убедиться в том, что на их результаты не повлияют сторонние шумы, такие как шум электронных устройств (электромагнитные поля радиочастотного диапазона), воздушный шум (от струй газа или ударов о машину мелких частиц, поднимаемых ветром), шум от рабочих процессов в машине (потоков жидкостей в трубах) и механический фоновый шум.

6 Сбор данных

6.1 Установка системы

Типичная схема системы сбора данных акустической эмиссии показана на рисунке 1. Обычно преобразователь устанавливают на обследуемой машине и соединяют с предусилителем, выход которого соединен с входом устройства сбора данных. Некоторые акустико-эмиссионные преобразователи имеют встроенные предусилители. Данные собирают во время работы машины. Их объем и глубина последующего анализа зависят от конкретного применения. Система может быть выполнена в стационарном, полустационарном или переносном вариантах.

Рисунок 1 - Схематичное изображение системы сбора данных

6.2 Средства измерений

Детектирование волны, порожденной акустической эмиссией, является наиболее критичной частью измерения, поэтому необходимо принять все меры для обеспечения хорошего пути ее прохождения, включая согласование импедансов на границах сред. Необходимо рассмотреть также последствия неправильного выбора частотных фильтров, преобразователей, частоты дискретизации и т.п. Требования к средствам измерений и их калибровке могут быть взяты из , , , . При выборе преобразователя следует учитывать его размеры, коэффициент преобразования, частотную характеристику и условия применения. В ряде случаев, например при обследовании крупных подшипников, для обнаружения источников акустической эмиссии может потребоваться использование нескольких преобразователей. Локализация источника акустической эмиссии может быть выполнена несколькими способами, в том числе на основе расчета времен прихода акустической волны к преобразователям.

6.3 Установка преобразователей и применение контактных сред

При использовании метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин важно убедиться, что преобразователь надежно установлен в месте крепления с использованием соответствующей контактной среды. Крепление может быть осуществлено с применением механических устройств (с созданием прижимной силы посредством магнита, механического зажима и т.д.) или клеящих материалов. В последнем случае клеящий материал является контактной средой.

Положение акустико-эмиссионного преобразователя должно обеспечить наличие пути прохождения к нему акустической волны по элементам конструкции машины. Этот путь может включать в себя разрывы (эти разрывы рассматриваются как границы между двумя элементами, например между головкой болта и зажимаемой деталью), однако между граничащими элементами должен быть обеспечен контакт - либо механический, либо через контактную среду (примером может быть путь распространения через подшипник скольжения, где смазка и охлаждающее масло в подшипнике выступают в качестве контактной среды). Место установки преобразователя должно быть чистым. Для улучшения прохождения акустической волны можно удалить в месте установки преобразователя все слои краски вплоть до поверхности металла, однако при этом следует убедиться, что данная операция не ухудшит техническое состояние машины. Следует принять все возможные меры к тому, чтобы контактная поверхность преобразователя плотно прилегала к поверхности установки, т.е. последняя должна быть ровной, чистой и не иметь трещин. Улучшение качества пути прохождения акустической волны улучшает повторяемость результатов измерений.

В определенных обстоятельствах преобразователь может быть установлен в акустико-эмиссионном волноводе. Обычно волновод применяют для обеспечения более прямого пути прохождения волны от источника акустической эмиссии в наблюдаемом объекте к преобразователю, а также с целью уменьшить температурное влияние на преобразователь. Волновод может изменять характеристики акустической волны (амплитуду, форму и т.п.).

При использовании контактной среды небольшое ее количество наносят в центр той области, где должен быть установлен преобразователь. Затем преобразователь плотно прижимают к поверхности, равномерно распределяют контактную среду по всей области контакта. От толщины контактной среды может зависеть коэффициент преобразования преобразователя.

Если использование контактной среды нецелесообразно по практическим соображениям, то применяют сухой контакт. Необходимую прижимную силу определяют экспериментально, например, с использованием имитатора Су-Нильсена. Следует убедиться, что между контактной поверхностью преобразователя и поверхностью установки отсутствуют пустоты.

При использовании клеящей контактной среды следует убедиться, что создаваемая связь между преобразователем и поверхностью установки не разрушится вследствие возможной деформации поверхности, температурных расширений или механических нагрузок. Должны быть известны свойства клеящей среды в конкретных условиях применения.

Примечание - Растрескивание клеящего слоя само приводит к появлению сигналов акустической эмиссии.


Для предотвращения фонового шума электрической природы преобразователь должен быть электрически изолирован.

7 Предварительные сведения

Приготовление к измерениям и их проведение требует знания:

- идентификационных данных машины (ее название и номер);

- режима работы (нагрузка, скорость, температура и т.д.);

- истории эксплуатации и технического обслуживания;

- конструкции машины;

- истории ее неисправностей или отказов;

- предыдущих данных измерений акустической эмиссии.

Для правильной интерпретации результатов измерений необходимо наличие соответствующей экспериментальной базы данных или знания базового уровня, соответствующего нормальным условиям применения машины. Базовый уровень представляет собой значения совокупности контролируемых параметров, получаемых, когда известно, что машина находится в хорошем техническом состоянии и работает в стабильном режиме. Результаты последующих измерений сравнивают с базовым уровнем для выявления возможных отклонений.

Для машин, работающих в нескольких режимах, может быть установлено несколько базовых уровней - по одному для каждого контролируемого режима. Для машин, вводимых в эксплуатацию после покупки или ремонта, может быть установлен период прирабатывания. В течение этого периода (нескольких дней или недель) могут наблюдаться изменения контролируемых параметров. Результаты измерений, проведенных в период прирабатывания, не следует использовать для формирования базового уровня. Базовый уровень может быть определен также для оборудования, уже длительное время находившегося в эксплуатации, но для которого только сейчас начинают применять метод акустико-эмиссионного контроля.

8 Анализ данных и представление результатов

Основная цель анализа состоит в установлении связи между акустико-эмиссионными характеристиками и условиями работы машины, измерении отклонений от базовой линии для идентификации состояния машины.

Критериями, применяемыми при контроле состояния машин методом акустической эмиссии, могут быть следующие:

a) повышение со временем активности источников акустической эмиссии;

b) значения акустико-эмиссионных характеристик в установившемся режиме работы машины;

c) появление в сигнале акустической эмиссии характерных особенностей, отсутствующих в случае хорошего технического состояния машины;

d) специальные инструментальные критерии, определяемые изготовителем средств измерений;

e) наличие амплитудной модуляции сигнала акустической эмиссии с частотой, характерной для данного дефекта.

9 Процедуры

Успешное применение метода акустической эмиссии невозможно без регулярных точных измерений контролируемых параметров. Это требует от персонала разработки, оценки качества и применения документированных процедур испытаний, а также понимания возможных ограничений этих процедур. Требования к компетентности персонала, использующего метод акустической эмиссии, установлены в ИСО 18436-6.

Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам

Приложение ДА
(справочное)

Таблица ДА.1

Библиография

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019

Лекция 17 АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ Физические основы акустико-эмиссионного контроля Явление акустической эмиссии (АЭ) известно с начала прошлого столетия как «крик олова» треск, возникающий при деформировании оловянных стерженьков и слышимый ухом. Долгое время это явление не находило практического применения. И только с середины прошлого столетия, когда выяснилось, что разрушению нагруженных конструкций предшествует излучение упругих волн широкого частотного диапазона, по регистрации которых можно предсказать и, главное, предотвратить катастрофические последствия разрушения нагруженных конструкций, начались систематические исследования АЭ. Явление АЭ и причины, его порождающие, оказались значительно более сложными, чем предполагали на начальном этапе изучения. Лишь к середине 70-х годов была разработана высокочувствительная аппаратура и собран экспериментальный материал, достаточный для решения практических задач. Нормативные документы ГОСТ 27655–88, определяет акустическую эмиссию АЭ как излучение материалом механических упругих волн, вызванное динамической локальной перестройкой его внутренней структуры. Со временем к АЭ стали относить высокочастотное акустическое излучение, источником которого является истечение жидкостей и газов через сквозные дефекты в сосудах и трубопроводах, а также акустические сигналы, сопровождающие трение твердых тел. В настоящее время полагают, что АЭ явление, сопровождающее едва ли не все физические процессы в твердых телах и на их поверхности, а возможность ее регистрации определяется лишь порогом чувствительности используемой аппаратуры.

АЭ возникает как при протекании процессов на микроуровне в твердых телах, так и при макроявлениях, связанных, например, с деформированием материалов и разрушением конструкций. Поэтому регистрация АЭ и анализ ее параметров предоставляют широкие возможности для исследования свойств материалов, их взаимодействия с жидкими и газообразными средами, а также диагностики состояния энергонапряженных конструкций. По сравнению с другими методами НК, например, методом ультразвуковой дефектоскопии, рентгеновским контролем и др., метод АЭ обладает рядом преимуществ. К ним в первую очередь относятся: обнаружение развивающихся в ходе эксплуатации и, следовательно, наиболее опасных дефектов в нагруженных компонентах реакторной установки; контроль в реальном масштабе времени возрастания поврежденности материала при испытаниях трубопроводов и сосудов давления, входящих в состав ЯЭУ; возможность проведения эксплуатационного контроля энергетической установки; возможность определения месторасположения дефектов трещин, зон пластической деформации, утечек и др., находящихся достаточно далеко от приемных преобразователей; возможность для отдельных сценариев развития аварий ЯЭУ предсказывать и заблаговременно предупреждать разрушение металлоконструкций и оборудования; быстрое обнаружение разрыва или течи в труднодоступных сосудах давления и трубопроводах при развитии аварийной ситуации; совместимость АЭ-метода с другими методами НК, что позволяет за счет использования нескольких независимых методов повысить надежность результатов контроля; возможность проведения дистанционного автоматизированного контроля в радиационно опасных помещениях атомной станции.

Практика показывает, что применение метода АЭ на объектах атомной энергетики позволяет: повысить безопасность эксплуатации энергетической установки, выявив потенциальные очаги разрушения конструкций; сократить время на проведение инспекционных и диагностических обследований конструкций и оборудования; обосновать увеличение коэффициента использование установленной мощности (КИУМ) энергоблоков за счет контроля и диагностики энергонапряженного оборудования; повысить безопасность и улучшить условия труда оперативного и ремонтного персонала АЭС. Разумеется, как и всякий метод неразрушающего контроля, АЭ-метод не лишен недостатков - это, прежде всего: необходимость создавать дополнительные нагрузки на диагностируемый объект, кроме случаев, когда эти нагрузки предусмотрены регламентами эксплуатации или обслуживания; отсутствие общепринятых соотношений, связывающих параметры АЭ-сигналов с поврежденность материала контролируемого объекта; трудности выделения АЭ-сигналов на фоне сильных шумовых помех, сопровождающих работу диагностируемого объекта.

Благодаря выше указанным достоинствам, возможности испытания больших и малых объектов при различных режимах нагружения, в том числе и термонагружении конструкций, метод АЭ нашел применение для контроля материалов и диагностики оборудования АЭС. Достаточно отметить следующий факт. Сварные соединения ответственных трубопроводов АЭС подвергаются сплошному рентгеновскому контролю. Однако, если достоверность выявления плоскостных дефектов этим методом составляет около 45 %, то при акустико-эмиссионном диагностировании достоверность существенно выше и достигает 85 %. Когда применение рентгеновского метода затруднено, акустико-эмиссионный контроль становится единственным для оценки трещинообразования в сварных соединениях элементов конструкций ЯЭУ.

Виды акустической эмиссии При акустико-эмиссионном контроле регистрируют колебания контролируемого объекта, источником которых являются разнообразные физические процессы в материале объекта. С помощью электромеханических преобразователей упругие колебания преобразуют в электрические сигналы и анализируют их параметры. АЭ является случайным процессом, то есть процессом, параметры которого случайным образом изменяются во времени. Методы обработки сигналов и их информативные параметры зависят от типа регистрируемой АЭ. Разделение акустической эмиссии на два типа связано со следующими обстоятельствами. В силу дискретной природы строения вещества дискретны и происходящие в них процессы. Непрерывность наблюдаемых процессов является следствие усреднения большого числа отдельных элементарных событий. Эти события приводят к микродеформированию твердого тела, как правило, столь незначительному, что оно не может быть зарегистрировано обычными измерительными средствами. Однако большое количество элементарных событий поток событий может привести к макроскопическим явлениям, заметно изменяющим энергетическое состояние тела. Например, пластическая деформация металлов в нормальных условиях в основном является результатом перемещения дислокаций линейных дефектов кристаллической решетки. Признаки движения отдельной дислокации зарегистрировать непросто. Однако перемещение под действием напряжений большого числа дислокаций на макроуровне проявляется как остаточная или пластическая деформация металла.

При изменении энергетического состояния тела часть энергии высвобождается в виде излучения упругих волн. Эти волны и есть акустическая эмиссия. Если количество элементарных событий, приводящих к излучению упругих волн, велико, а энергия, высвобождаемая при каждом событии, мала, то отдельные АЭ-сигналы, накладываясь друг на друга, воспринимаются как слабый непрерывный шум, называемый непрерывной АЭ. В этом случае из-за малости энергии, высвобождаемой при единичном событии, энергетическое состояние тела меняется незначительно. Поэтому вероятность осуществления следующего такого события практически не зависит от предыдущего. Вследствие этого характеристики непрерывной АЭ меняются во времени сравнительно медленно, рис. 1 а. Если в результате отдельных событий энергетическое состояние твердого тела меняется существенным образом, то за малый промежуток времени излучаются упругие волны, энергия которых может на много порядков превосходить энергию волн при непрерывной эмиссии. Излучение упругих волн при этом носит взрывной или импульсный характер. Число отдельных энергетических скачков существенно меньше, чем в случае излучения непрерывной эмиссии. Влияние каждого предыдущего события на последующее становится существенным, и процесс возникновения упругих волн уже нельзя рассматривать как стационарный. Общее количество импульсов АЭ сравнительно невелико, но они имеют большую амплитуду. Такая эмиссия получила название дискретной, рис. 1 б. Подобная эмиссия наблюдается, например, при докритическом подрастании трещин в металлах, обладающих малой пластичностью. Рис.1. Типы акустической эмиссии: а непрерывная; б дискретная. аб

Разделение АЭ на непрерывную и дискретную достаточно условно, поскольку возможность раздельной регистрации АЭ-импульсов зависит лишь от характеристик используемой аппаратуры ее разрешающей способности. Кроме того, увеличивая уровень дискриминации сигналов непрерывной акустической эмиссии, рис. 1 а, можно регистрировать только высокоамплитудные выбросы акустического сигнала, то есть формально перейти от регистрации непрерывной к регистрации дискретной АЭ, хотя очевидно, что сущность явления АЭ при этом не изменится. На практике, как правило, приходится иметь дело с эмиссией обоих типов. Например, докритическое подрастание трещин в металлах под действием внешних и внутренних факторов происходит скачкообразно. Продолжительные периоды стабильного состояния трещины, при некотором возможном возрастании пластической деформации в ее вершине, чередуются с моментами времени, когда трещина меняет свою длину с околозвуковой скоростью, переходя в новое равновесное состояние. Такой переход связан с изменением напряженного состояния разгрузкой материала в окрестности трещины и сопровождается излучением упругих волн, регистрируемых преобразователем как сигнал дискретной АЭ. В промежутках между скачками, при протекании пластической деформации в вершине трещины, наблюдается характерная для пластического деформирования непрерывная АЭ. Кроме того, в течение этого времени в зоне пластической деформации происходит образование и развитие микротрещин. Этим процессам также сопутствует излучение импульсов дискретной АЭ. На докритической стадии развития трещины ее средняя скорость продвижения мала, и она еще не представляет серьезной опасности для конструкции. Возникающая акустическая эмиссия служит предвестником разрушения задолго до его опасной стадии катастрофического роста трещины. Для прогнозирования разрушения используют дискретную составляющую эмиссии из-за простоты регистрации сигналов большой амплитуды. Заметим, что сходная картина имеет место и в процессе развития усталостных трещин.

Основные источники акустической эмиссии в металлах Согласно существующим на настоящий момент представлениям можно выделить следующие основные источники АЭ, действующие на разных структурных уровнях в металлах: 1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование: процессы, связанные с движением дислокаций консервативное скольжение и аннигиляция дислокаций, размножение дислокаций по механизму Франка-Рида; отрыв дислокационных петель от точек закрепления и др.; взаимодействие дислокаций с препятствиями примесными атомами, другими дислокациями, границами зерен; зернограничное скольжение; двойникование. 2. Механизмы, связанные с фазовыми превращениями и фазовыми переходами первого и второго рода: превращения полиморфного типа, в том числе мартенситные; образование частиц второй фазы при распаде пересыщенных твердых растворов; фазовые переходы в магнетиках и сверхпроводниках; магнитомеханические эффекты из-за смещения границ и переориентации магнитных доменов при изменении внешнего намагничивающего поля. Излучение непрерывной АЭ связывают с процессами пластического деформирования металлов и другими физическими процессами в твердых телах. Так ползучесть материала на первой (нестационарной) и второй (стационарной) стадиях сопровождается непрерывной АЭ. На третьей стадии, помимо непрерывной наблюдается также и дискретная эмиссия, обусловленная образованием и развитием микротрещин. Аналогичная ситуация имеет место при коррозии под напряжением, конечная стадия которой коррозионное растрескивание сопровождается акустическими вспышками дискретной АЭ.

Эффект Кайзера Для непрерывной акустической эмиссии характерно проявление эффекта Кайзера. Он заключается в отсутствии или существенном уменьшении эмиссии при повторном нагружении объекта вплоть до того момента времени, когда нагрузка при повторном нагружении не достигнет максимального значения, достигнутого в предыдущем цикле. Суть эффекта Кайзера поясняется на рис. 2, на котором сплошной линией показано изменение нагрузки в двух циклах нагружения материала; штриховой горизонтальной линией максимальное значение нагрузки в первом цикле нагружения. Вертикальные линии записанные с помощью самописца выбросы АЭ-сигнала. Видно, что при повторном нагружении эмиссия практически отсутствует вплоть до момента времени t 0, когда нагрузка при повторном нагружении достигнет максимального значения нагрузки первого цикла. При дальнейшем увеличении нагрузки эмиссия восстанавливается. Рис. 2. Пояснение эффекта Кайзера: изменение нагрузки во времени; максимальное значение нагрузки в первом цикле нагружения; момент времени достижения во втором цикле нагружения максимального значения нагрузки первого цикла

В поликристаллических металлических материалах появление непрерывной АЭ обычно связывают с пластической деформацией отдельных зерен поликристалла. Практически акустическая эмиссия при повторном нагружении начинает проявляться несколько раньше, чем достигается первоначальный максимальный уровень напряжений, а полностью восстанавливается несколько позже достижения этого уровня. Отжиг материала после первичного деформирования приводит к нарушению эффекта Кайзера, причем с возрастанием степени отжига увеличивается степень восстановления характеристик АЭ-сигналов. При полном отжиге материала акустическая эмиссия восстанавливается до первоначального уровня. Эффект Кайзера не наблюдается при появлении трещин. Это обусловлено тем, что средняя по объему материала деформация не характеризует деформацию отдельных его областей из-за наличия концентраторов напряжений в вершине трещин. При повторном нагружении деформация вблизи вершин трещин может превысить ранее достигнутую, что приводит к появлению акустической эмиссии.

Информативные параметры акустической эмиссии Следует различать параметры отдельных импульсов дискретной АЭ, потоков импульсов и параметры непрерывной АЭ. 1. Импульсы или сигналы АЭ в общем случае представляют собой суперпозицию всех типов упругих волн, способных распространяться в контролируемом объекте. Импульсы АЭ характеризуются 2.амплитудой; 3.длительностью; 4.формой; 5. частотным спектром; 6. временем появления. Форма импульса связана с его частотным спектром и зависит от ряда факторов. Она определяется физическим процессом, в результате которого появилось акустическое излучение, передаточными функциями элементов акустического тракта, по которому распространяется импульс от места возникновения до приемного преобразователя, частотной полосой приемного преобразователя. Форма импульса также зависит от затухания и дисперсии упругих волн. Поскольку затухание волн увеличивается с пройденным расстоянием и сильно возрастает с увеличением частоты, то в импульсе, прошедшим большое расстояние от источника к приемнику, будут преобладать низкочастотные составляющие спектра. Так как произведение ширины спектра импульса на его длительностью по порядку величины равно единице, то затухание высокочастотных составляющих спектра, и, следовательно, уменьшение его ширины приводят к увеличению длительности регистрируемого импульса. Импульс АЭ обладает широким частотным спектром, то есть представляет собой суперпозицию множества упругих гармонических волн разной частоты. Из-за дисперсии различные составляющие распространяются с разной скоростью. Это приводит к фазовому сдвигу между частотными составляющими импульса. Он возрастает с увеличением пройденного расстояния. В результате форма регистрируемого импульса искажается, причем искажение тем существенней, чем больше расстояние между источником и приемником упругих волн.

При небольших расстояниях между источником АЭ и приемником влияние дисперсии и затухания волн на форму импульса невелико. Если регистрация АЭ проводится преобразователем с узкой полосой пропускания, который, как правило, обладает более высокой чувствительностью по сравнению с широкополосным, то частота АЭ-сигнала определяется, главным образом, основной частотой преобразователя, рис. 3. После усиления и детектирования импульса определяется его огибающая, максимальное значение которой принимается за амплитуду АЭ-сигнала. t, с Рис. 3. Форма импульса АЭ, поступающего с первичного преобразователя, имеющего узкую полосу пропускания t, с Рис. 3. Форма импульса АЭ, поступающего с первичного преобразователя, имеющего узкую полосу пропускания Поскольку частотный спектр АЭ-импульсов зависит от трудно измеряемых в реальных ситуациях передаточных функций акустического тракта и приемного преобразователя, он практически не используется в качестве информативного параметра.

Потоком АЭ-сигналов называется последовательность импульсов, у которых случайными величинами является амплитуда и время появления. Поток сигналов можно характеризовать: 1. амплитудным распределением; 2.амплитудно-временным распределением; 3. средним значением амплитуды импульсов; 4. дисперсией амплитуды; 5. распределением временных интервалов между импульсами; 6. средней частотой их появления; 7. спектральной плотностью; 8. корреляционной функцией. Каждая из характеристик связана с порождающим АЭ физическим процессом и содержит информацию о его развитии. Для потока импульсов дискретной АЭ вводят следующие информативные параметры. Общее число импульсов число зарегистрированных импульсов дискретной АЭ за время наблюдения. Этот параметр используется для описания потоков неперекрывающихся импульсов, то есть импульсов, длительность которых меньше промежутков времени между ними. Общее число импульсов характеризует процессы, связанные с разрушением материалов, и указывает на число отдельных актов зарождения и распространения дефектов в конструкциях.

Активность АЭ общее число импульсов, отнесенное к единице времени. Информативность этого параметра такая же, как и предыдущего, но с большей детализацией во времени, что позволяет проследить динамику процесса разрушения. Суммарная АЭ число зарегистрированных превышений (выбросов) АЭ-сигналов установленного уровня в течение заданного интервала времени. Скорость счета число зарегистрированных превышений АЭ-сигналов установленного уровня в единицу времени. Эта характеристика является производной суммарной АЭ по времени. Иногда ее называют интенсивностью АЭ. Амплитудное распределение импульсов АЭ функция, указывающая количество импульсов АЭ, амплитуда которых заключена в малом интервале от A до, A+dA отнесенное к этому интервалу dA. Если за время наблюдения зарегистрировано N Σ импульсов, то

Анализ амплитудного распределения и изменение его во времени позволяет проследить развитие физических процессов, являющихся источником АЭ-сигналов, в частности, проследить рост поврежденности материала в будущем очаге разрушения. В качестве примера на рис. 4 показано изменение текущего амплитудного распределения АЭ-сигналов, регистрируемых при нагружении сварного стального образца с увеличением времени действия нагрузки Из рис. 4 видно, что по мере увеличения времени в амплитудном распределении возрастает доля импульсов АЭ с высокой амплитудой, что свидетельствует о формировании и развитии очага разрушения в сварном соединении. В дальнейшем в сварном шве появилась макротрещина, рост которой завершил разрушение образца. Рис. 4. Изменение амплитудного распределения АЭ-сигналов со временем при нагружении стальной образца со сварным соединением под действием постоянной растягивающей нагрузки

Из рис. 4 видно, что по мере увеличения времени в амплитудном распределении возрастает доля импульсов АЭ с высокой амплитудой, что свидетельствует о формировании и развитии очага разрушения в сварном соединении. В дальнейшем в сварном шве появилась макротрещина, рост которой завершил разрушение образца. Амплитуда, амплитудное и амплитудно-временное распределения являются важнейшими характеристиками акустического излучения. Амплитуда импульсов АЭ и, следовательно, параметры соответствующих амплитудных распределений зависят от многих факторов. Эти факторы можно разделить на две группы по характеру влияния на амплитуду импульсов АЭ, табл. 2. Эти сведения оказываются полезными при анализе и интерпретации данных контроля и позволяют предсказать, каким образом изменится амплитуда излучения при смене режимов или условий АЭ-диагностики. Спектральная плотность дискретной АЭ характеризует мощность процесса в единичной полосе частот. Спектральная плотность характеризует скорость протекания процесса, инициирующего сигналы АЭ.

Таблица 2. Факторы, оказывающие влияние на амплитуду импульсов АЭ Факторы, повышающие амплитуду АЭФакторы, понижающие амплитуду АЭ Высокая прочность материала и низкая пластичность Высокая скорость нагружения и деформирования Анизотропия свойств Неоднородность материала Большая толщина конструкции Низкая температура материала Повышенная дефектность структуры материала Крупнозернистая структура материала Высвобождение упругой энергии за счет трещинообразования Отсутствие текстуры материала Низкая прочность материала и высокая пластичность Низкая скорость нагружения и деформирования Изотропность структуры материала Однородность материала Малая толщина конструкции Высокая температура материала Бездефектность структуры материала Малый размер зерна Высвобождение упругой энергии за счет пластического деформирования Наличие текстуры материала