КОНТРОЛ НА АКУСТИЧНИТЕ ЕМИСИИ
Обективен.Изучаването на основните физически принципи на контрола на акустичните емисии. Приложение на метода акустична емисияза проверка на резервоари без извеждане от експлоатация. Запознаване със средствата за събиране и обработка на информация при диагностика на обекти.
Под акустична емисия (AE) се разбира появата на еластични вълни в среда, причинени от промяна в нейното състояние под въздействието на външни или вътрешни фактори. Методът на акустичната емисия се основава на анализа на тези вълни. Целта на контрола на АЕ е откриване, определяне на координати и проследяване (мониторинг) на източниците на акустична емисия.
Методът на акустичната емисия (AE) е чувствителен към всякакъв вид структурни промени в широк честотен диапазон на работа (обикновено от 10 до 1000 kHz). Оборудването е в състояние да записва не само растежа на крехки пукнатини, но и развитието на локална пластична деформация, втвърдяване, кристализация, триене, удари, течове и фазови преходи.
Схематична диаграма на AE контрол е показана на фигура 1.
Фигура 1 - Схема на управление на AE на тръбопровода:
1 – AE преобразувател (приемник); 2-блоково усилване; 3 – филтриращ блок; 4 - централен блок за събиране и обработка на информация на базата на индустриален компютър; 5 - обект на контрол; 6 – AE източник; t1 е времето на пристигане на сигнала в първия приемник; t2 е времето на пристигане на сигнала във втория приемник
Основните приложения, в които се използва AE методът на управление са:
Периодичен контрол на целостта на конструкциите;
Следене на целостта на конструкцията по време на периода на изпитване под налягане;
Мониторинг на работата на обекта по време на пневматично изпитване;
Мониторинг (дългосрочен контрол с едновременна обработка на резултатите в реално време) на целостта на обекта;
Контрол на заваръчния процес;
Контрол на износването и контакта на оборудването по време на автоматична обработка;
Контрол на износването и загубите на смазочни материали в съоръженията;
Откриване на загубени части и части от оборудване;
Откриване и контрол на течове, кавитация и флуидни потоци в обекти;
контрол химична реакция, включително контрол на корозионни процеси, както и процеси на преход течност-твърдо, фазови трансформации.
Повечето структурни материали започват да излъчват акустични вибрации в ултразвуковата част на спектъра при натоварване много преди разрушаването.
Изследването и регистрирането на тези вълни стана възможно със създаването на специално оборудване.
Регистрацията на сигнала от източника на АЕ се извършва едновременно с шума на постоянни и променливи нива (Фигура 2). Шумът е един от основните фактори, които намаляват ефективността на контрола на AE.
За потискане на шума и извличане на полезен сигнал обикновено се използват два метода: амплитуда и честота.
Фигура 2 - Обща схемана регистрирания AE сигнал на фона на шума:
1 - трептения; 2 - плаващ праг;
3 - колебания без отчитане на плаващия праг; 4 - шум
Амплитудасе състои в установяване на фиксирано и плаващо ниво на прага на дискриминация UP, под което AE сигналите не се записват от оборудването. Фиксиран праг се задава при наличие на шум на постоянно ниво, плаващ праг - променлив.
ЧестотаМетодът за потискане на шума се състои във филтриране на сигнала, получен от AE приемниците, като се използват ниско- и високочестотни филтри (LPF/HPF). В този случай, за да се настроят филтрите, честотата и нивото на съответните шумове се оценяват предварително преди тестването.
Сигналите от AE източник тип пукнатина се характеризират с това, че се излъчват от един източник, те са краткотрайни и времето на пристигането им до преобразувателите на акустични емисии (AET) отразява разстоянието до пукнатината. Позицията на източника на AE върху равнината се намира чрез триангулационни методи. Въз основа на скоростта на разпространение на вълната в материала и разликата във времената на пристигане на сигнала в различни AET се изчислява местоположението на набора от точки за източника на AE, който ще бъде разположен върху кръгове с радиуси R1, R2и R3от съответния AES (Фигура 3).
Фигура 3 - Схема на местоположението на източника на AE в равнината
Характерните особености на метода за изпитване на АЕ, които определят неговите възможности и обхват, са следните:
Методът за контрол на AE осигурява откриване и регистриране само на развиващи се дефекти, което дава възможност да се класифицират дефектите не по размер, а по степен на опасност;
Чувствителността на метода за контрол на AE е много висока. Той дава възможност да се открият нараствания на пукнатини от порядъка на фракции от милиметър при работни условия, което значително надвишава чувствителността на други методи;
Свойството на целостта на метода за управление на AE осигурява управление на целия обект с помощта на един или повече контролни преобразуватели на AE, неподвижно монтирани на повърхността на обекта;
Методът за контрол на АЕ дава възможност за изпитване на обекти без премахване на тяхната хидро- или топлоизолация. За извършване на контрола е достатъчно да се отвори изолацията само на местата, където са монтирани преобразувателите, което значително намалява количеството на възстановителните работи;
Методът осигурява възможност за дистанционно наблюдение на недостъпни обекти, като подземни и подводни тръбопроводи, апарати на затворени конструкции и др.;
Методът позволява да се контролират различни технологични процеси и процеси на промяна на свойствата и състоянието на материалите и има по-малко ограничения, свързани с техните свойства и структура;
Методът на АЕ може да се използва и за оценка на скоростта на развитие на дефекта и съответно за оценка на остатъчния ресурс на контролирания обект. Регистрацията на AE позволява да се определи образуването на фистули, чрез пукнатини, течове в уплътнения, тапи и фланцови връзки.
Съществен недостатък на метода е трудността при отделяне на полезния сигнал от шума, когато дефектът е малък. Вероятността за откриване на AE сигнал е висока само при рязко развитие на дефект; следователно, методът за AE тестване се препоръчва да се използва в комбинация с други методи за безразрушителен тест.
Контрол на акустичните емисии на резервоари
AEC се извършва за откриване на развиващи се дефекти в заварени съединения и основния метал на стената и дъното на резервоара.
За извършване на AE изпитване на резервоари се използва многоканална AE система, която осигурява регистрация на сигнали за акустична емисия от дефекти в заварени съединения и основния метал на трите долни пояса на стената на резервоара в един цикъл на проверка.
Преди да започнете работа по контрола на AE, трябва:
- максимално елиминиране на източниците на акустични смущения;
- калибриране на AE оборудването;
- определя нивото на шума и радиуса на зоната на приемане на сензора.
При провеждане на АЕ контрол се извършва непрекъснат мониторинг на постъпващите данни. Ако по време на натоварването се забележи аномално повишаване на активността на АЕ - източници на АЕ от IV (E) клас на опасност, тогава за да се предотврати възникването на авария (случайно изтичане), изпитванията се прекратяват до изясняване на причините за откритото явление .
Въз основа на получените и обработени данни източниците на АЕ в заварени съединения и основния метал на стената на резервоара се оценяват според степента на опасност:
I - пасивен;
II - активен;
III - критично активен;
IV - катастрофално активен.
На базата на получените и обработени данни от АЕ от дънен мониторинг се извършва оценка на източниците на сигнали по степен на опасност:
А - много слаба корозия;
B - ранен стадий на развитие на корозия;
C - локална корозия;
D - силна корозия на дъното;
E - много силна корозия на дъното, открит е теч.
В случай на оценка на състоянието на дъното в категория Е, е необходимо незабавно да се изведе резервоарът от експлоатация и да се извърши пълна техническа диагностика.
В случай на откриване на източници на АЕ от II, III или IV клас или в случай, че интерпретацията на източници на АЕ е затруднена, се извършва ултразвуков контрол на участъци от стената на резервоара в местата на откриване на източници на АЕ. Окончателната оценка на идентифицираните източници на АЕ се извършва въз основа на резултатите от ултразвуково изследване. Недопустими са дефекти, които са източници на AE III или IV клас.
Оборудване за контрол на AE
Произведените акустични емисионни устройства и системи се използват за контрол и диагностика на различни промишлени съоръжения: магистрални и технологични тръбопроводи, цилиндри, съдове под налягане, резервоари за нефтопродукти, подемни съоръжения и др.
Фигура 4 - Преобразуватели на акустични емисии
Преобразувателите на акустични емисии, в допълнение към взривозащитените модели, имат автоматичен режим на тестване на самия сензор, който благодарение на вълновото излъчване също позволява проверка на работата на съседните сензори и системата за акустични емисии като цяло.
Чувствителната пиезоелектрическа система е запечатана със специален еластичен уплътнител. Целият обем на корпуса, включително електронната схема, е запълнен с епоксидна смес с повишена адхезия към неръждаема стомана. Трансдюсерите имат устойчив на износване протектор от керамика или неръждаема стомана.
Моделите на преобразувателите се различават по работна честотна лента, захранващо напрежение, усилване на предусилвателя, дизайн (обикновен херметичен или взривозащитен херметичен), материал на протектора.
Преобразувателите на акустични емисии се закрепват към контролирания обект с помощта на магнитни скоби.
Снимка 5 - Магнитни скоби
Осигурено е управление на системата, събиране и анализ на данни специални програми. Например софтуерният пакет AE Studio, който идва със системата за акустично излъчване, включва:
· "Корал" - програма и технология за обработка на данни за контрол на акустичните емисии на линейни обекти (линейни участъци от технологични и магистрални нефто-, газо-, продуктопроводи и др.);
· "Storm" - пакет от независими една от друга програми и технология за обработка на данни за контрол на акустичните емисии на обемни обекти (резервоари, нефтени резервоари, сферични черупки и др.).
Софтуерният пакет Burya е предназначен за комплексна, детайлна обработка на информация за акустичните емисии, получена в резултат на мониторинг на промишлени съоръжения и включва следните програми за обработка на данни:
· "Дъно" - програма за обработка на данни за контрол на акустичните емисии на плоски кръгли дъна, които нямат възможност за инсталиране на сензори за акустични емисии върху тях (VST дъна). Характеристика на програмата е възможността да се използват допълнителни сензори, които се поставят на стената на резервоара, за да се филтрират събитията на акустичните емисии от дъното от събитията, настъпили в горната част на обема на VST.
Фигура 6 - Програма за обработка на данни "Дъно"
· "Сфера" - програма за обработка на данни за контрол на акустичните емисии на сферични обекти (сферични хранилища и резервоари, сферични дъна на резервоари). Включва отделна програма "Sphere-D", която е необходима за изчертаване на карта на обект и създаване на файл с координати за поставяне на сензори върху сферична повърхност с подредена таблица на разстоянията между приемниците.
· "Цилиндър" - програма за обработка на данни за контрол на акустичните емисии на цилиндрични обекти (резервоари, колони, стени на RVS). Включва отделна програма Cylinder-D, необходима за изчертаване на карта на обект и създаване на файл с координати за поставяне на сензори върху цилиндрична повърхност с подредена таблица на разстоянията между приемниците.
Фигура 7 - Програма за обработка на данни "Сфера"
Фигура 8 - Програма за обработка на данни "Цилиндър"
Фигура 9 - Резервоар с характерни дефекти
Подобна информация.
Източници на акустична емисия
Когато са унищожени, почти всички материали издават звук („викът на калая“, известен от средата на деветнадесетивекове, пукот от счупено дърво, лед и др.), т.е. излъчват акустични вълни, които се възприемат от слуха. Повечето структурни материали (например много метали и композитни материали) започват да излъчват акустични вибрации в ултразвуковата (нечуваема) част на спектъра при натоварване много преди повредата. Изследването и регистрирането на тези вълни стана възможно със създаването на специално оборудване. Особено интензивна работа в тази посока започва да се развива от средата на 60-те години на ХХ век. във връзка с необходимостта от контрол на особено критични технически обекти: ядрени реактори и тръбопроводи на атомни електроцентрали, корпуси на ракети и др.
Под акустична емисия (емисия - излъчване, генериране) се разбира възникването на еластични вълни в среда, причинени от промяна в нейното състояние под въздействието на външни или вътрешни фактори. Методът на акустичната емисия се основава на анализа на тези вълни и е един от пасивните методи за акустичен контрол. В съответствие с ГОСТ 27655-88 „Акустична емисия. Термини, определения и обозначения” механизмът на възбуждане на акустична емисия (AE) е набор от физически и (или) химически процесивъзникващи в обекта на управление. В зависимост от вида на процеса АЕ се разделя на следните видове:
· AE на материал, причинено от динамично локално пренареждане на неговата структура;
· AE на триене, причинено от триене на повърхности на твърди тела в местата на прилагане на натоварването и в ставите, където се осъществява съответствието на свързващите елементи;
· AE на теч, причинен от взаимодействието на течност или газ, протичащи през теча, със стените на теча и околния въздух;
· АЕ при химични или електрически реакции, произтичащи от протичането на подходящи реакции, включително съпътстващи корозионните процеси;
· магнитни и радиационни АЕ, възникващи съответно по време на повторното намагнитване на материалите (магнитен шум) или в резултат на взаимодействието на йонизиращо лъчение с него;
· AE, причинени от фазови трансформации на вещества и материали.
По този начин AE е явление, което придружава почти всички физически процеси, протичащи в твърди веществаи на тяхната повърхност. Възможността за регистриране на редица видове AE поради тяхната малка площ, особено AE, които се появяват на молекулярно ниво, по време на движение на дефекти (изкълчвания) кристална решетка, е ограничено от чувствителността на оборудването, следователно в практиката на управление на AE на повечето промишлени съоръжения, включително съоръжения за нефтена и газова промишленост, се използват първите три вида AE. Трябва да се има предвид, че АЕ триенето създава шум, води до образуване на фалшиви дефекти и е един от основните фактори, усложняващи приложението на метода АЕ. В допълнение, само най-силните сигнали от развиващи се дефекти се записват от AE от първи тип: по време на растеж на пукнатини и по време на пластична деформация на материала. Последното обстоятелство прави AE метода повече практическо значениеи обуславя широкото му приложение за целите на техническата диагностика.
Целта на AE изпитването е откриване, определяне на координати и проследяване (мониторинг) на източници на акустична емисия, свързани с прекъсвания на повърхността или в обема на стената на изпитвания обект, заварено съединение и произведени части и компоненти. Всички индикации, причинени от източници на AE, трябва, ако е технически възможно, да бъдат оценени с други методи за безразрушителен контрол.
Видове AE сигнали
AE, записани от промишлено серийно оборудване, се разделят на непрекъснати и дискретни. Непрекъснатият AE се записва като непрекъснато вълново поле с висока честота на повторение на сигнала, докато дискретният AE се състои от отделни различими импулси с амплитуда, надвишаваща нивото на шума. Непрекъснатата линия съответства на пластичната деформация (течение) на метала или изтичането на течност или газ през течове, дискретната линия съответства на скокообразното нарастване на пукнатините.
Размерът на източника на излъчване на дискретно АЕ е малък и сравним с дължината на излъчваните вълни. Може да се представи като квазиточков източник, разположен на повърхността или вътре в материала и излъчващ сферични вълни или други видове вълни. Когато вълните взаимодействат с повърхност (интерфейса между две среди), те се отразяват и трансформират. Вълните, разпространяващи се в обеми от материал, бързо отслабват поради затихване. Повърхностните вълни отслабват на разстояние, много по-малко от обемните вълни, и затова се записват предимно от AE приемници.
Регистрацията на сигнал от AE източник се извършва едновременно с шум с постоянно или променливо ниво (Фигура 10.1). Шумът е един от основните фактори, които намаляват ефективността на контрола на AE. Поради разнообразието от причини, които предизвикват появата им, шумовете се класифицират в зависимост от:
механизъм на генериране (източник на произход) - акустичен (механичен) и електромагнитен;
вид на шумовия сигнал - импулсен и непрекъснат;
местоположения на източници - външни и вътрешни. Основните източници на шум при АЕ управление на обекти са:
пръскане на течност в съд, съд или тръбопровод по време на пълненето му;
· хидродинамични турбулентни явления при висока скорост на натоварване;
триене в точките на контакт на обекта с опори или окачване, както и в ставите със съответствие;
работа на помпи, двигатели и други механични устройства;
Действието на електромагнитни пикапи;
въздействие околен свят(дъжд, вятър и др.);
· собствен топлинен шум на АЕ преобразувателя и шумът на входните стъпала на усилвателя (предусилвателя).
За потискане на шума и извличане на полезен сигнал обикновено се използват два метода: амплитуда и честота. Амплитудата се състои в задаване на фиксирано или плаващо ниво на прага на дискриминация, под който оборудването не регистрира AE сигнали. Фиксираният праг се задава при наличие на шум на постоянно ниво, плаващ - променлив. Плаващият праг, който се задава автоматично чрез проследяване на общото ниво на шума, позволява, за разлика от фиксирания, да се изключи регистрацията на част от шумовите сигнали като AE сигнал.
Фигура 1. Обща схема на записания AE сигнал на фона на шума:
1 - трептения; 2 - плаващ праг; 3 - колебания без отчитане на плаващия праг; 4 - шум
Фигура 10.2. Обща форма AE сигнал на изхода на усилващия път на оборудването:
1 - трептения; 2 - плик; - прагова стойност на амплитудата; - амплитуда на k-тия импулс
Честотният метод за потискане на шума се състои във филтриране на сигнала, получен от AE приемниците, с помощта на ниско- и високочестотни филтри (LPF/HPF). В този случай, за да се настроят филтрите, честотата и нивото на съответните шумове се оценяват предварително преди тестването.
След преминаване на сигнала през филтрите и усилващия път, заедно с трансформацията на вълните на повърхността на контролирания продукт, настъпва допълнително изкривяване на първоначалните импулси на източника на AE. Те придобиват биполярен осцилиращ характер, показан на фигура 10.2. По-нататъшната процедура за обработка на сигналите и използването им като информативен параметър се определя от компютърни програми за събиране и последваща обработка на данни, използвани в съответното оборудване на различни производители. Правилността на определяне на броя на събитията и тяхната амплитуда ще зависи не само от възможността за тяхната регистрация (разделителната способност на оборудването), но и от метода на регистрация.
Например, ако регистрирате импулси на сигналната обвивка над нивото , тогава ще бъдат записани четири импулса, а ако регистрирате броя на трептенията над същото ниво, тогава ще бъдат записани девет импулса. Под импулс се разбира поредица от вълни с честота в работния диапазон, чиято обвивка в началото на импулса преминава прага нагоре, а в края на импулса - надолу.
По този начин броят на регистрираните импулси ще зависи от хардуерната настройка: стойността на времето за изчакване в края на събитието. Ако времето за изчакване е достатъчно голямо, например, могат да бъдат регистрирани четири импулса, ако е малко, тогава всички трептения над нивото (осем на фигура 10.2) могат да бъдат регистрирани като импулси. Големи грешки могат да бъдат въведени и от използването на честотната лента на сигналите и нивото на дискриминация, особено когато AE сигналите са сравними по амплитуда с нивото на шума.
Оценка на резултатите от контрола на АЕ.
След обработка на получените сигнали резултатите от контрола се представят под формата на идентифицирани (с цел отстраняване на фалшиви дефекти) и класифицирани източници на АЕ. Класификацията се извършва, като се използват следните основни параметри на AE сигналите:
· общ брой на акустичните емисии - броят на регистрираните АЕ импулси над зададеното ниво на дискриминация (праг) за интервала от време на наблюдение;
· активност на акустичната емисия - броят на регистрираните АЕ импулси за единица време;
· скорост на преброяване на акустичните емисии - отношението на общия брой на акустичните емисии към интервала от време на наблюдение;
· енергия на акустичната емисия - енергията, освободена от източника на АЕ и пренесена от вълните, възникващи в материала;
· амплитуда на сигналите на акустичната емисия, продължителност на импулса, време на нарастване на събитието AE.
Общият брой и AE активността по време на пластична деформация са пропорционални на обема на деформирания материал. Амплитудата на АЕ сигналите и енергията по време на развитието на пукнатината е правопропорционална на скоростта на нейното нарастване и максималните напрежения в дадената зона.
При класифицирането на източниците на АЕ също се вземат предвид тяхната концентрация, параметрите на натоварване на контролирания обект и времето.
Откритите и идентифицирани източници на AE в съответствие с PB 03-593-03 "Правила за организация и провеждане на контрол на акустичните емисии на съдове, апарати, котли и технологични тръбопроводи" се препоръчва да се разделят на четири класа:
· първият е пасивен източник, регистриран за анализ на динамиката на неговото развитие;
вторият е активен източник, изискващ допълнителен контрол с други методи;
· третият е критично активен източник, изискващ контрол върху развитието на ситуацията и предприемане на мерки за подготовка за евентуално разтоварване;
· четвъртият е катастрофално активен източник, изискващ незабавно намаляване на натоварването до нула или до стойност, при която активността на източника спада до нивото на втори или трети клас.
Имайки в предвид голямо числопараметри, характеризиращи AE, присвояването на източниците на съответния клас се извършва с помощта на редица критерии, които отчитат набор от параметри. Изборът на критерии се извършва съгласно PB 03-593-03, в зависимост от механичните и акустичните емисионни свойства на материалите на контролираните обекти. Критериите включват следното:
· амплитуда, базирана на регистриране на амплитуди на импулси (поне три от един източник) и тяхното сравнение със стойността на превишаване на прага (), което съответства на нарастването на пукнатина в материала. Определяне , изисква изследване на материала върху проби в предварителни експерименти;
· интегрална, основана на сравнение на оценката на активността на източниците на АЕ с относителната сила на тези източници във всеки регистрационен интервал. В този случай за определянето е необходимо да се установи стойността на коефициента в предварителни изследвания;
· локално-динамично, използвайки промяната в броя на AE на събитията на местоположението на етапите на задържане на налягането и динамиката на промените в енергията или квадратната амплитуда на събитието на местоположението с увеличаване на натоварването на обекта. Този критерий се използва за оценка на състоянието на обекти, чиято структура и свойства на материала не са точно известни. Това обстоятелство прави този критерий практически значим, особено при диагностика на терен;
· интегрално-динамичен, който класифицира източника на АЕ в зависимост от вида и ранга му. Видът на източника се определя от динамиката на освобождаване на енергия въз основа на амплитудата на AE сигналите през интервала на наблюдение. Рангът на източника се определя чрез изчисляване на неговия коефициент на концентрация C и обща енергия. За изчисляване на коефициента на концентрация е необходимо да се определи - средният радиус на източника на АЕ. В същото време не се определя стойността на устройствата за акустична емисия, което възпрепятства прилагането на този критерий на практика;
· Критерии на кода на ASME, предназначени за местоположение на зоната и изискващи познаване на допустимите стойности на параметрите на AE, което предполага предварително проучване на свойствата на контролираните материали и разглеждане на изпитвания обект като акустичен канал.
Технологията MONPAC осигурява класификация на източниците на AE в съответствие със стойността на "Индекс на сила" и "Исторически индекс". Класът се определя от равнинна диаграма в зависимост от стойността на тези индекси. Тази класификация се използва в технологията MONPAC, използваща оборудване на PAC (Physical Acoustics Corporation).
Съгласно критериите за непрекъснато AE, обикновено контролирано по време на откриване на теч, ситуацията се класифицира, както следва:
Клас 1 - без непрекъснато АЕ;
· клас 4 - регистрация на непрекъснато АЕ.
За възникването на АЕ ефекта е необходимо освобождаване на енергия. Закономерностите на AE излъчване на материал, причинени от динамично локално пренареждане на неговата структура, включително както пластична деформация, така и образуване и нарастване на пукнатини, се изследват по време на механично напрежение на съответните проби.
Като правило, AE по време на пластична деформация е непрекъснато излъчване, което има формата на непрекъснат радиосигнал, подобен на шум. За характеризиране на процеса на АЕ често се използва стойността на акустичната емисия - параметър, който отчита както броя на импулсите, така и тяхната амплитуда, пропорционална на произведението на активността или скоростта на броене и средната стойност на амплитудата на сигнала за единица време. За повечето метали по време на тяхната пластична деформация максималната активност, скоростта на броене и ефективната стойност на AE съвпадат с границата на провлачване.
Фигура 10.3 показва зависимостта на ефективната стойност на AE () при опън на гладки проби, съчетана с диаграмата напрежение () - деформация () . Зависимост 1 съответства на желязо-Armco и нисковъглеродна стомана (със съдържание на въглерод до 0,015%) и е непрекъсната АЕ с максимум в зоната на зъба на провлачване (платформа). Зависимост 2 е типична за структурна въглеродна стомана, съдържаща карбиди, и в допълнение към непрекъснатите AE включва отделни импулси с висока амплитуда, свързани с разрушаването на цементитни плочи в стоманен перлит.
Фигура 10.3.Зависимостта на ефективната стойност на AE (U) при напрежение на гладки проби, комбинирана с диаграмата на напрежение () - деформация ()
Максималната активност на AE в зоната на зъба и границата на провлачване се обяснява с масовото образуване и изместване на дефекти (дислокации) на кристалната решетка по време на прехода към пластична деформация и натрупването на необратими промени в структурата. След това активността намалява поради факта, че движението на новообразуваните дислокации се ограничава от вече съществуващите. При презареждане се проявява ефектът на "необратимостта", наречен ефект на Кайзер. Състои се във факта, че при многократно натоварване след кратък период от време при фиксирано ниво на чувствителност на оборудването, AE не се записва, докато не бъде превишено предварително постигнатото ниво на натоварване. Всъщност AE сигналите се появяват от самото начало на натоварването, но тяхната величина е толкова малка, че е под нивото на чувствителност на оборудването. В същото време, при многократно натоварване след дълго време, AE се записва при ниво на натоварване, което е по-ниско от постигнатото преди това. Този ефект, наречен ефект на Felicita, се обяснява с обратното движение на дислокациите при премахване на товара.
Най-голяма опасност представляват подобни на пукнатини дефекти, чието развитие в повечето случаи води до аварии и структурни повреди. Образуването и нарастването на пукнатина става рязко и се придружава от различни отделни импулси със съответната амплитуда. При материали както с естествени пукнатини, така и с изкуствени вдлъбнатини, концентрацията на напрежението се появява на върха на дефекта, когато обектът е натоварен с работни или тестови натоварвания. Когато локалното напрежение достигне границата на провлачване на материала, се образува зона на пластична деформация. Обемът на тази зона е пропорционален на нивото на напреженията, които се характеризират с коефициента на интензивност на тези напрежения Да се. Когато локалните напрежения превишават якостта на опън, възниква микрофрактура - рязко увеличаване на дължината на дефекта, придружено от AE импулс. Брой импулси нрасте с нарастването Да се. Тотална AE зависимост нвърху коефициента на интензивност на стреса Да сеима формата
Амплитудата на AE сигналите по време на растежа на пукнатината може да достигне 85 dB или повече. За пластична деформация амплитудата на AE сигналите обикновено не надвишава 40...50 dB. По този начин разликата в амплитудите на AE е една от основните характеристики на разликата между пластична деформация и растеж на пукнатини.
Резултатите от контрола на AE се представят под формата на списък с регистрирани източници на AE, причислени към определен клас, използвайки приетия критерий. Местоположението на източника е посочено върху развитието на повърхността на контролирания обект (Фигура 10.4). Оценката на състоянието на контролирания обект от своя страна се извършва от наличието в него на източници на АЕ от един или друг клас.
Фигура 10.4.Разположението на източниците на AE върху сканирането на съда и местоположението на регистрираните дефекти:
1 - черупка 1; 2 - черупка 2; 3 - вход за въздух; 4 - черупка 3; 5 - долно дъно; 6 - фитинг за източване на кондензатора; 7 - шахта; 8 - фитинг за манометър; 9 - монтаж на предпазен клапан; 10 - горно дъно; I‑VIII - номера на AE приемници
При положителна оценка на техническото състояние на обекта въз основа на резултатите от контрола на AE или липсата на регистрирани източници на AE, не се изисква използването на допълнителни видове контрол. При откриване на източници на AE от втори и трети клас се използват допълнителни видове безразрушителен контрол за оценка на допустимостта на идентифицираните източници на AE.
Оборудване за контрол на AE
Структурата на оборудването за контрол на AE се определя от следните основни задачи: приемане и идентифициране на AE сигнали, тяхното усилване и обработка, определяне на стойностите на параметрите на сигнала, фиксиране на резултатите и издаване на информация. Оборудването се различава по степен на сложност, предназначение, транспортируемост, както и клас, в зависимост от количеството получена информация. Най-разпространеното е многоканалното оборудване, което заедно с AE параметрите позволява определяне на координатите на източниците на сигнал с едновременно записване на тестови параметри (натоварване, налягане, температура и др.). Функционалната схема на такова оборудване е показана на фигура 10.5.
Фигура 10.5.Функционална схема на оборудването за управление на AE
Оборудването включва следните основни елементи, свързани с кабелни линии: 1 - преобразуватели на акустични емисии (AEC); 2 - предварителни усилватели; 3 - честотни филтри; 4 - главни усилватели; 5 - блокове за обработка на сигнали; 6 - главният процесор за обработка, съхраняване и представяне на резултатите от контрола; 7 - контролен панел (клавиатура); 8 - видео монитор; 9 - сензори и кабелни линии на параметрични канали.
Елементите на оборудването 3 - 8, като правило, са структурно изпълнени под формата на единичен блок (показан на фигура 10.5 с пунктирана линия) на базата на преносим компютър.
Преобразувателят на акустични емисии служи за преобразуване на еластични акустични вибрации в електрически сигнали и е най-важният елемент от апаратния комплекс за управление на AE. Най-разпространени са пиезоелектричните AETs, чиято схема се различава малко от пиезоелектричните преобразуватели (PTs), използвани при ултразвуково изследване.
По дизайн се разграничават следните видове PAE:
еднополюсни и диференциални;
резонансни, широколентови или лентови;
Комбиниран с предусилвател или некомбиниран.
Според нивото на чувствителност AET се разделят на четири класа (1-4-ти), според честотните диапазони - на нискочестотни (до 50 kHz), стандартни индустриални (50 ... 200 kHz), специални индустриални (200 ... 500 kHz) и високочестотни (повече от 500 kHz). Затихването на еластичните вибрации намалява с намаляване на честотата; следователно, нискочестотните AET се използват предимно при наблюдение на разширени обекти, като тръбопроводи и обекти с високо затихване на вибрации.
Специални AES се използват за контрол на малки обекти с дължина до 1 m, високочестотни - при лабораторни изследвания.
В зависимост от амплитудно-честотната характеристика AET са резонансни (широчина на честотната лента 0,2, където е работната честота на AET), лентови (широчина на честотната лента 0,2 ... 0,8) и широколентови (широчина на честотната лента над 0,8).
Основната разлика между AET и директните PET се крие в характеристиките на затихването, необходимо за потискане на свободните естествени вибрации на пиезоелектричната плоча, както и в дебелината на самата пиезоелектрична плоча. Задната страна на пиезоелектрическата плоча PAE може да остане свободна или частично или напълно амортизирана.
Една от основните характеристики на AET е коефициентът на преобразуване k, определен от израза
къде е максимумът електрическо напрежениевърху пиезоелектрична плоча, V; - максимално еластично изместване на частици от контролирания обект директно под AET, m.
Коефициентът на преобразуване има размерността V/m и определя чувствителността на AET. Максималната стойност на k се осъществява в теснолентови резонансни AETs, чиято задна страна не е демпфирана. Механичното затихване води до изравняване на чувствителността на AET в по-широк диапазон, но абсолютната чувствителност (коефициент на преобразуване k) в този случай е значително намалена.
AET се фиксира върху повърхността на изпитвания обект по различни начини: с помощта на лепило, скоби, скоби, магнитни държачи, с помощта на постоянно монтирани скоби и др. В практиката на промишленото тестване на AE се използват главно резонансни AET използвани, тъй като тяхната чувствителност е много по-висока. Дизайнът на един от тези преобразуватели е показан на фигура 10.6.
Фигура 10.6.Диаграма на резонансен AET, проектиран от CJSC Eltest:
1 - листова пружина;
2 - постоянен магнит на магнитния държач;
3 - тяло; 4 - затягаща капачка;
5 - самонастройваща се сферична скоба;
6 - електрически съединител; 7 - пиезоелектричен елемент;
8 - керамичен протектор
Закрепването на PAE се извършва с помощта на магнитна скоба. За да се осигури максимална чувствителност, задната страна на плочата е свободна, а страничната повърхност е демпфирана само с 30% със смес.
Преобразувателят на акустичните емисии е свързан с къс кабел (не по-дълъг от 30 cm) към предусилвателя (виж Фигура 10.5). Заедно с усилването (обикновено до 40 dB), предусилвателят подобрява съотношението сигнал / шум при предаване на сигнал по кабелна линия към основното оборудване (3 - 8), отдалечено на разстояние до 150 .. 200 м.
Филтърът задава честотния спектър. Филтърът е настроен по такъв начин, че да отрязва шума от различни честоти, доколкото е възможно.
Основният усилвател е предназначен да усилва сигнала, отслабен след преминаване през кабелната линия. Има равномерна честотна характеристика с усилване от 60...80 dB.
За да се потиснат електромагнитните смущения, целият канал, включително PAE, предусилвателя, основното устройство и свързващите кабелни линии, е екраниран. Често се използва и диференциален метод за потискане на електромагнитни смущения, базиран на факта, че пиезоелектрическата пластина PAE се нарязва на две части и едната половина се обръща, като по този начин се променя нейната поляризация. Освен това сигналите от всяка половина се усилват отделно, фазата на сигналите на една от половините се променя с l и двата сигнала се добавят. В резултат на това електромагнитните смущения са извън фаза и са потиснати.
Блокът за обработка на сигнала фиксира времето на пристигането им, регистрира сигнали над зададеното ниво на дискриминация, преобразува сигналите в цифров вид и ги съхранява. Окончателната обработка на AE сигнали, записани през различни канали, се извършва с помощта на главния процесор, който също определя местоположението (местоположението) на източника на AE сигнал. При наблюдение на линеен обект (например тръбопровод) е достатъчно да имате два AET; за равнинни обекти със сравними общи размери и голяма повърхност, най-малко три AET около източника.
Сигналите от AE източник тип пукнатина се характеризират с това, че се излъчват от един източник, те са краткотрайни и времето на пристигането им в AET отразява разстоянието до пукнатината. Позицията на източника на AE върху равнината се намира чрез триангулационни методи. Въз основа на скоростта на разпространение на вълната в материала и разликата във времената на пристигане на сигнала в различни AETs се изчислява местоположението на набора от точки за източника на AE, който ще бъде разположен върху кръгове с радиуси и от съответните AETs (Фигура 10.7, а). Единствената истинска позиция на източника на AE се определя чрез решаване на триъгълници, за които са известни и трите страни. За да направите това, AET координатите на продукта се фиксират с възможно най-висока точност и се въвеждат в блок 6 на повърхностното сканиране преди тестването (вижте Фигура 10.5).
Фигура 10.7.Схеми за местоположение на източници на AE:
а - равнинен (на равнина); b - линеен
Схемата за линейно местоположение е показана на фигура 10.7, b. Ако източникът на AE не е разположен в средата между AET, тогава сигналът в далечния AET ще пристигне по-късно, отколкото в близкия. След като се фиксира разстоянието между AET и времевата разлика на времето за пристигане на сигнала, координатите на местоположението на дефекта се изчисляват по формулите
Методът AE ви позволява да контролирате цялата повърхност на тестовия обект. За осъществяване на контрола трябва да се осигури директен достъп до площите на контролния обект за инсталиране на АЕТ. Ако това не е възможно, например при извършване на периодичен или непрекъснат мониторинг на подземни магистрални тръбопроводи без освобождаването им от почвата и изолацията, могат да се използват вълноводи, постоянно фиксирани върху контролирания обект.
Точността на местоположението трябва да бъде най-малко равна на две дебелини на стените или 5% от разстоянието между AET, което от двете е по-голямо. Грешките в изчисляването на координатите се определят от грешките в измерването на времето, когато сигналът пристига в преобразувателите. Източници на грешки са:
· грешка при измерване на времеви интервали;
разлика между реалните начини на размножаване и теоретично приетите;
наличието на анизотропия в скоростта на разпространение на сигнала;
промяна във формата на сигнала в резултат на разпространение през структурата;
Наслагване на сигналите във времето, както и действието на няколко източника;
регистрация чрез вълнови преобразуватели различни видове;
· грешка при измерване (задаване) на скоростта на звука;
· грешката при задаване на AET координатите и използването на вълноводи.
Преди зареждане на обекта се проверява работоспособността на оборудването и се оценява грешката при определяне на координатите с помощта на симулатор. Инсталира се в избраната точка на обекта и показанията на координатната система се сравняват с реалните координати на симулатора. Като симулатор се използва пиезоелектричен преобразувател, възбуден от електрически импулси от генератор. За същата цел може да се използва така нареченият източник на Su-Nielsen (счупване на графитена пръчка с диаметър 0,3 ... 0,5 mm, твърдост 2T (2H)).
Визуализацията на местоположението на източниците на AE се извършва с помощта на видеомонитор, на който източниците се показват на подходящо място на сканирането на контролирания обект (виж Фигура 10.4) под формата на светещи точки с различна яркост, цвят или форма (в зависимост от използвания софтуер). Документирането на резултатите от контрола се извършва с помощта на подходящи периферни устройства, свързани към основния процесор.
Горният метод за определяне на местоположението на източници на AE, базиран на измерване на разликата във времената на пристигане на сигнала, може да се използва само за дискретни AE. В случай на непрекъснато AE става невъзможно да се определи времето за забавяне на сигнала. В този случай координатите на източника на AE могат да бъдат определени с помощта на така наречения амплитуден метод, базиран на измерване на амплитудата на сигнала от различни AET. В практиката на диагностиката този метод се използва за откриване на течове през проходни отвори на контролирания продукт. Състои се в конструиране на лентова графика на амплитудата на сигнала на източника, получен от различни AET (Фигура 10.8). Анализът на такава хистограма позволява да се идентифицира зоната на местоположението на теча. Удобен за диагностика на такива линейни обекти като нефтопроводи и газопроводи.
Системите за диагностично наблюдение, базирани на метода AE, са най-универсални. Хардуерното решение на такава система обикновено включва:
Фигура 10.8. Илюстрация на амплитудния метод за определяне на AE източници: 1-7 - номера на AE приемници
· типови блокове на акустично емисионно оборудване;
· Блокове за координация и комутация на всички видове първични преобразуватели на допълнителни видове безразрушителен контрол, чийто състав се определя от вида на контролирания обект;
блокове за контрол и вземане на решения въз основа на резултатите от диагностичната информация за сегашно състояниеконтролиран обект.
Фигура 10.8.Илюстрация на амплитудния метод за определяне на AE източници: 1-7 - номера на AE приемници
Ред и обхват на контрола на АЕ
За всеки обект се разработва подходяща технология за управление. Работата по контрола на AE започва с инсталирането на AET на обекта. Монтажът се извършва директно върху почистената повърхност на обекта или трябва да се използва подходящ вълновод. За локализиране на източници на AE върху обемен обект с голяма повърхност, AETs се поставят под формата на групи (антени), всяка от които използва най-малко три преобразувателя. На линеен обект се използват две AES във всяка група. Разположението на AET и броят на антенните групи се определя от конфигурацията на обекта и оптималното разположение на AET, свързано със затихването на сигнала и точността на определяне на координатите на източника на AE.
В зависимост от конфигурацията обектът се разделя на отделни елементарни участъци: линейни, плоски, цилиндрични, сферични. За всяка секция изберете подходящото оформление на преобразувателите. Разстоянието между AETs е избрано по такъв начин, че сигналът на AE симулатора (счупване на графичния прът), разположен навсякъде в контролираната зона, се открива от минималния брой преобразуватели, необходими за изчисляване на координатите.
Местоположението на AET по правило трябва да осигурява контрол върху цялата повърхност на обекта. Въпреки това, в някои случаи, особено при наблюдение на обекти с големи размери, е позволено да се постави AES само в тези области на обекта, които се считат за най-важни.
След инсталиране на AET на контролиран обект, работата на AE системата се проверява с помощта на AE симулатор, разположен на определено разстояние от всеки AET. Отклонението на регистрираната амплитуда на AE сигнала не трябва да надвишава ±3dBсредна стойност за всички канали. Коефициентът на усилване на канала и прагът на амплитудната дискриминация се избират, като се вземе предвид очакваният диапазон на амплитудите на AE сигнала. Извършете други проверки, предвидени от технологията за управление на този обект.
АЕ контролът на техническото състояние на изследваните обекти се извършва само когато в конструкцията се създаде състояние на напрежение, което инициира работата на източниците на АЕ в материала на обекта. За да направите това, след приключване на подготвителната и настройката, обектът се подлага на натоварване от сила, налягане, температурно поле и др. Изборът на вида натоварване се определя от конструкцията на обекта и условията на неговата експлоатация, естеството на изпитванията и се дава в технологията за контрол на АЕ на конкретен обект.
Методът на акустичната емисия се отнася до диагностиката и е насочен към идентифициране на състоянието на предварително счупване на тръбопровода чрез определяне и анализ на шума, съпътстващ процеса на образуване и нарастване на пукнатини.
За регистриране на вълни от акустична емисия се използва апаратура, която работи в широк честотен диапазон - от kHz до MHz.
По време на изпитването прилагането на натоварване води до появата на звуков сигнал в зоната преди счупване. Информация за времето на разпространение на сигнала, неговата амплитуда, честотен спектъри т.н. възприемани от пиезоелектрични акустични сензори. Обработката на получената информация служи като основа за заключение за естеството, местоположението и растежа на дефекта.
Източници на акустична емисия. AE управление на сигнала
Когато се разрушат, почти всички материали излъчват звук, тоест излъчват акустични вълни, които се възприемат от ухото. Повечето структурни материали (например много метали и композитни материали) започват да излъчват акустични вибрации в ултразвуковата (нечуваема) част на спектъра при натоварване много преди повредата. Изследването и регистрирането на тези вълни стана възможно със създаването на специално оборудване.
Под акустична емисия (емисия - излъчване, генериране) се разбира появата в среда на еластични вълни, причинени от промяна в нейното състояние под въздействието на външни или вътрешни фактори. Методът на акустичната емисия се основава на анализа на тези вълни и е един от пасивните методи за акустичен контрол. В съответствие с ГОСТ 27655--88 „Акустична емисия. Термини, определения и обозначения” Механизмът на възбуждане на акустична емисия (AE) е набор от физически и (или) химични процеси, протичащи в обекта на управление. В зависимост от вида на процеса АЕ се разделя на следните видове:
* AE материал, причинен от динамично локално пренареждане на неговата структура;
*AE на триене, причинено от триенето на повърхностите на твърдите тела в местата, където се прилага натоварването и в ставите, където се осъществява съответствието на свързващите елементи;
* AE на теч, причинен от взаимодействието на течност или газ, протичащи през теча, със стените на теча и околния въздух;
* АЕ при химични или електрически реакции, произтичащи от протичането на подходящи реакции, включително съпътстващи корозионните процеси;
* магнитни и радиационни AE, възникващи съответно по време на повторното намагнитване на материалите (магнитен шум) или в резултат на взаимодействието на йонизиращо лъчение с него;
* AE, причинени от фазови трансформации на вещества и материали.
По този начин AE е явление, което придружава почти всички физически процеси, протичащи в твърди тела и на техните повърхности. Способността за откриване на редица видове AE поради тяхната малка площ, особено AE, които се появяват на молекулярно ниво, по време на движението на дефекти (дислокации) на кристалната решетка, е ограничена от чувствителността на оборудването, следователно, в в практиката на контрол на AE на повечето промишлени съоръжения, включително съоръжения на нефтената и газовата промишленост, се използват първите три типа. Трябва да се има предвид, че АЕ триенето създава шум, води до образуване на фалшиви дефекти и е един от основните фактори, усложняващи приложението на метода АЕ. В допълнение, само най-силните сигнали от развиващи се дефекти се записват от AE от първи тип: по време на растеж на пукнатини и по време на пластична деформация на материала. Последното обстоятелство придава голямо практическо значение на метода АЕ и определя широкото му приложение за целите на техническата диагностика. Целта на AE изпитването е откриване, определяне на координати и проследяване (мониторинг) на източници на акустична емисия, свързани с прекъсвания на повърхността или в обема на стената на изпитвания обект, заварено съединение и произведени части и компоненти. Всички индикации, причинени от източници на AE, трябва, ако е технически възможно, да бъдат оценени с други методи за безразрушителен контрол.
Регистрацията на сигнала от източника на AE се извършва едновременно с шума на постоянно или променливо ниво. Шумът е един от основните фактори, които намаляват ефективността на контрола на AE. Поради разнообразието от причини, които предизвикват появата им, шумовете се класифицират в зависимост от:
* механизъм на генериране (източник на произход) - акустичен (механичен) и електромагнитен;
* вид на шумовия сигнал -- импулсен и непрекъснат;
* местоположения на източници - външни и вътрешни.
Основните източници на шум при АЕ управление на обекти са:
* пръскане на течност в съд, съд или тръбопровод при пълненето му;
* хидродинамични турбулентни явления при висока скорост на натоварване;
* триене в точките на контакт на обекта с опори или окачване, както и във връзки, които имат съответствие;
* работа на помпи, двигатели и други механични съоръжения;
* действието на електромагнитните пикапи;
* въздействие върху околната среда (дъжд, вятър и др.);
* собствен топлинен шум на АЕ преобразувателя и шума на входните стъпала на усилвателя (предусилвателя).
За потискане на шума и извличане на полезен сигнал обикновено се използват два метода: амплитуда и честота. Амплитудата се състои в задаване на фиксирано или плаващо ниво на прага на дискриминация U n , под което оборудването не регистрира AE сигнали. Фиксиран праг се задава при наличие на шум на постоянно ниво, плаващ праг - променлив. Плаващият праг U n , който се задава автоматично чрез проследяване на общото ниво на шума, позволява, за разлика от фиксирания, да се изключи регистрацията на част от шумовите сигнали като AE сигнал.
Честотният метод за потискане на шума се състои във филтриране на сигнала, получен от AE приемниците, с помощта на ниско- и високочестотни филтри (LPF/HPF). В този случай, за да се настроят филтрите, честотата и нивото на съответните шумове се оценяват предварително преди тестването.
След преминаване на сигнала през филтрите и усилващия път, заедно с трансформацията на вълните на повърхността на контролирания продукт, настъпва допълнително изкривяване на първоначалните импулси на източника на AE. Те придобиват биполярен осцилиращ характер. По-нататъшната процедура за обработка на сигналите и използването им като информативен параметър се определя от компютърни програми за събиране и последваща обработка на данни, използвани в съответното оборудване на различни производители. Правилността на определяне на броя на събитията и тяхната амплитуда ще зависи не само от възможността за тяхната регистрация (разделителната способност на оборудването), но и от метода на регистрация.
След обработка на получените сигнали резултатите от контрола се представят под формата на идентифицирани (с цел отстраняване на фалшиви дефекти) и класифицирани източници на АЕ.
Разкритите и идентифицирани източници на АЕ се препоръчва да се разделят на четири класа:
* първият е пасивен източник, регистриран за анализ на динамиката на неговото развитие;
* вторият е активен източник, изискващ допълнителен контрол с други методи;
* третият е критично активен източник, който изисква наблюдение на развитието на ситуацията и предприемане на мерки за подготовка за евентуално разтоварване;
* четвъртият е катастрофално активен източник, изискващ незабавно намаляване на натоварването до нула или до стойност, при която активността на източника спада до нивото на втори или трети клас.
Като се има предвид големият брой параметри, характеризиращи AE, присвояването на източниците към съответния клас се извършва с помощта на редица критерии, които отчитат набор от параметри. Изборът на критерии се извършва съгласно PB 03-593-03, в зависимост от механичните и акустичните емисионни свойства на материалите на контролираните обекти. Критериите включват следното:
* амплитуда, базирана на регистриране на амплитуди на импулси (поне три от един източник) и тяхното сравнение със стойността на превишаване на прага (A,), което съответства на нарастването на пукнатина в материала.
* интеграл, базиран на сравнение на оценката на активността на източниците на AE F с относителната сила на тези източници J k във всеки регистрационен интервал.
* локално динамично, като се използва промяната в броя на AE на събитията за местоположение на етапите на задържане на налягането и динамиката на промените в енергията или квадратната амплитуда на събитието за местоположение с увеличаване на натоварването на обекта. Този критерий се използва за оценка на състоянието на обекти, чиято структура и свойства на материала не са точно известни.
* интегрално-динамичен, който класифицира източника на АЕ в зависимост от неговия тип и ранг. Видът на източника се определя от динамиката на освобождаване на енергия въз основа на амплитудата на AE сигналите през интервала на наблюдение. Рангът на източника се определя чрез изчисляване на неговия коефициент на концентрация C и обща енергия E.
* Критерии на кода на ASME, предназначени за местоположение на зоната и изискващи познаване на допустимите стойности на параметрите на AE, което включва предварително проучване на свойствата на контролираните материали и като се вземе предвид тестовият обект като акустичен канал.
Методът AE ви позволява да контролирате цялата повърхност на тестовия обект. За осъществяване на контрола трябва да се осигури директен достъп до площите на контролния обект за инсталиране на АЕТ. Ако това не е възможно, например при извършване на периодичен или непрекъснат мониторинг на подземни магистрални тръбопроводи без освобождаването им от почвата и изолацията, могат да се използват вълноводи, постоянно фиксирани върху контролирания обект.
Преди зареждане на обекта се проверява работоспособността на оборудването и се оценява грешката при определяне на координатите с помощта на симулатор. Инсталира се в избраната точка на обекта и показанията на координатната система се сравняват с реалните координати на симулатора. Като симулатор се използва пиезоелектричен преобразувател, възбуден от електрически импулси от генератор.
Визуализацията на местоположението на източниците на AE се извършва с помощта на видеомонитор, на който източниците се показват на подходящо място на сканирането на контролирания обект (виж фиг. 1) под формата на светещи точки с различна яркост, цвят или форма (в зависимост от използвания софтуер). Документирането на резултатите от контрола се извършва с помощта на подходящи периферни устройства, свързани към основния процесор.
В случай на непрекъснато AE става невъзможно да се определи времето за забавяне на сигнала. В този случай координатите на източника на AE могат да бъдат определени с помощта на така наречения амплитуден метод, базиран на измерване на амплитудата на сигнала от различни AET. В практиката на диагностиката този метод се използва за откриване на течове през проходни отвори на контролирания продукт. Състои се в конструиране на лентова графика на амплитудата на сигнала на източника, получен от различни AET. Анализът на такава хистограма позволява да се идентифицира зоната на местоположението на теча. Удобен за диагностика на такива линейни обекти като нефтопроводи и газопроводи.
Системите за диагностично наблюдение, базирани на метода AE, са най-универсални. Хардуерното решение на такава система обикновено включва:
* типови блокове на акустично емисионно оборудване;
* Блокове за координация и комутация на всички видове първични преобразуватели на допълнителни видове безразрушителен контрол, чийто състав се определя от вида на контролирания обект;
* блокове за управление и вземане на решения въз основа на резултатите от диагностична информация за текущото състояние на контролирания обект.
За всеки обект се разработва подходяща технология за управление. Работата по контрола на AE започва с инсталирането на AET на обекта. Монтажът се извършва директно върху почистената повърхност на обекта или трябва да се използва подходящ вълновод. За локализиране на източници на AE върху обемен обект с голяма повърхност, AETs се поставят под формата на групи (антени), всяка от които използва най-малко три преобразувателя. На линеен обект се използват две AES във всяка група.
Контролът се осъществява само когато в конструкцията се създаде напрегнато състояние, което инициира работата на източници на АЕ в материала на обекта. За да направите това, обектът се подлага на натоварване от сила, налягане, температурно поле и др.
Надзорът и контролът трябва да се извършват на всички етапи от изпитването. Някои видове дефекти се проявяват по време на освобождаване на налягането. По този начин, когато налягането намалява, възникват сигнали от триенето на ръбовете на пукнатините, когато те се затварят. Дефекти като издутини, които най-често възникват при хидрогениране на метала и се проявяват в разслояване на метала по дебелина, също се откриват на етапа на освобождаване на налягането (издутини се откриват добре визуално при косо осветление, понякога се усещат при натискане от ръка). За да се потвърди тяхното присъствие, обикновено се използват ултразвукови методи.
По време на процеса на зареждане се препоръчва непрекъснато да се наблюдава общата картина на AE излъчването на тестовия обект на екрана на монитора. Тестовете се прекратяват предсрочно в случаите, когато регистрираният източник на АЕ е от четвърти клас. Обектът трябва да се разтовари, тестът или да се прекрати, или да се изясни източникът на АЕ и да се оцени безопасността на продължаване на тестовете. Бързото (експоненциално) увеличение на общия брой, амплитудата на импулса, енергията или MARSE може да служи като индикатор за ускорен растеж на пукнатини, водещ до повреда.
Характерните особености на метода за изпитване на АЕ, които определят неговите възможности и обхват, са следните:
* Методът за контрол на AE осигурява откриване и регистриране само на развиващи се дефекти, което дава възможност да се класифицират дефектите не по размер, а по степен на опасност. В същото време големите дефекти могат да попаднат в класа на неопасните, което значително намалява загубите поради отхвърляне. В същото време, с развитието на опасен нарастващ дефект, когато размерите му се доближат до критична стойност, амплитудата на AE сигналите и скоростта на тяхното генериране рязко се увеличават, което води до значително увеличаване на вероятността за откриване на такъв AE източник и повишава надеждността на оборудването в експлоатация;
* Чувствителността на метода за контрол на AE е много висока. Той дава възможност за откриване на нарастване на пукнатини от порядъка на фракции от милиметър при работни условия, което значително надвишава чувствителността на други методи. Позицията и ориентацията на обекта не влияят на откриваемостта на дефектите;
* свойството на целостта на метода за контрол на AE осигурява управление на целия обект с помощта на един или повече контролни преобразуватели на AE, неподвижно монтирани на повърхността на обекта;
* Методът за контрол на АЕ дава възможност за изпитване на обекти без премахване на тяхната хидро- или топлоизолация. За извършване на контрола е достатъчно да се отвори изолацията само на местата, където са монтирани преобразувателите, което значително намалява количеството на възстановителните работи;
* методът осигурява възможност за извършване на дистанционен мониторинг на недостъпни обекти, като подземни и подводни тръбопроводи, устройства на затворени конструкции и др.;
* методът позволява да се контролират различни технологични процеси и процеси на промяна на свойствата и състоянието на материалите и има по-малко ограничения, свързани с техните свойства и структура;
* при управление на промишлени съоръжения методът в много случаи има максимална стойност на съотношението ефективност/разходи.
Съществен недостатък на метода е трудността при отделяне на полезния сигнал от шума, когато дефектът е малък. Друг съществен недостатък на метода, наред с високата цена на оборудването, е необходимостта високо квалифициранОператор за управление на AE.
Структурата на оборудването за контрол на AE се определя от следните основни задачи: приемане и идентифициране на AE сигнали, тяхното усилване и обработка, определяне на стойностите на параметрите на сигнала, фиксиране на резултатите и извеждане на информация. Оборудването се различава по степен на сложност, предназначение, транспортируемост, както и клас, в зависимост от количеството получена информация.
Най-разпространеното е многоканалното оборудване, което заедно с AE параметрите позволява определяне на координатите на източниците на сигнал с едновременно записване на тестови параметри (натоварване, налягане, температура и др.).
AET се фиксира върху повърхността на изпитвания обект по различни начини: с помощта на лепило, скоби, скоби, магнитни държачи, с помощта на постоянно монтирани скоби и др. В практиката на промишленото тестване на AE се използват главно резонансни AET използвани, тъй като тяхната чувствителност е много по-висока.
Закрепването на PAE се извършва с помощта на магнитна скоба. За да се осигури максимална чувствителност, задната страна на плочата е свободна, а страничната повърхност е демпфирана само с 30% със смес.
Фигура 2 - Схема на местоположението на източниците на АЕ върху развитието на съда и местоположението на регистрираните дефекти: 1 - корпус 1; 2 -- черупка 2; 3 - вход за въздух; 4 -- черупка 3; 5 -- долно дъно; 6 - фитинг за източване на кондензатора; 7 -- шахта; 8 - фитинг за манометър; 9 - монтаж на предпазен клапан; 10 -- отгоре отдолу; I--VIII -- номера на AE приемници
В момента редица системи работят върху тръбопроводи, чиято работа се основава на различни физически принципи.
Акустичните системи регистрират в акустичния честотен диапазон вълните, генерирани от течове. Тези системи включват: SNKGN-1, SNKGN-2 (Изследователски институт по интроскопия към Томския политехнически университет); "LeakWave" (фирма "Енергоавтоматика", Москва); "Капкан" (ООД "Проект-ресурс", Нижни Новгород); „Акустична система за откриване на течове WaveAlert“ (Acoustic Systems Incorporated, САЩ); „Система за откриване на теч и удар / удар L.D.S.“ (Франция).
Параметричните системи се основават на измерване на налягането и дебита на изпомпвания продукт. Предлагат се и системи, които работят на други физически принципи, сред които по-специално трябва да се отбележи система за виброакустичен мониторинг, базирана на оптичен кабел; оптичен сензор (кабел) за откриване на течове на нефт и нефтопродукти; оперативен дистанционен контрол на течове, базиран на измерване на проводимостта на изолационното покритие на тръбопровода.
Акустичните и параметричните системи имат предимства пред останалите поради по-високи технически характеристики и икономически показатели. При сравняване на системи важен показател е цената на оборудването, неговото инсталиране и текуща поддръжка на 1 км дължина на тръбопровода. И ако характеристиките на двете системи са сравними, тогава предпочитание се дава, разбира се, на икономически по-привлекателно развитие.
Анализът на икономическите показатели ни позволява условно да разделим изброените системи на две групи разходи (разпределени и разширени системи), които се различават по начина, по който оборудването е инсталирано на тръбопровода:
в разпределените системи модулите за запис се инсталират на тръбопровода, като правило, на значително разстояние един от друг и използват налични комуникационни канали - радиоканал, сателит, телемеханични, оптични влакна. Тази група включва акустични и параметрични системи;
в разширените системи инсталираното оборудване изисква полагане на допълнителен комуникационен канал по тръбопровода.
При разпределените системи разходите за оборудване, монтаж и текуща поддръжка на 1 км са около 10 пъти по-ниски в сравнение с разширените системи.
В същото време анализ спецификациина тези системи показва, че те осигуряват регистриране на големи течове, придружени от спад на налягането, и имат граница на чувствителност, която е около 1% от капацитета на тръбопровода. В същото време течове с нисък интензитет (под 1%) не се регистрират от такива системи. Така, например, при капацитет от 2000 m 3 / h, система с чувствителност от 1% е в състояние да открие само теч с интензитет от 333,3 l / min или повече.
Чувствителността на разглежданите системи е ограничена от "шума" на измерваните параметри. AT последно времепроизводителността на главните тръбопроводи нараства, което води до увеличаване на "шума" и намаляване на чувствителността на системите. Реализирането само на една функция за наблюдение на техническото състояние в акустичните системи е техният съществен недостатък.
За да осигурите няколко функции, като откриване на течове, защита на тръбопроводи, проследяване (контрол на местоположението) на вградени устройства, е необходимо да инсталирате 3 различни системи, което води до намаляване и надеждност при изпълнението на отделните функции и увеличаване на общите разходи.
