KONTROLA AKUSTIČNE EMISIJE
Cilj. Proučavanje osnovnih fizikalnih principa kontrole akustične emisije. Primjena metode akustična emisija za pregled spremnika bez razgradnje. Upoznavanje sa sredstvima prikupljanja i obrade informacija u dijagnostici objekata.
Pod akustičnom emisijom (AE) podrazumijeva se pojava elastičnih valova u mediju uzrokovana promjenom njegovog stanja pod utjecajem vanjskih ili unutarnjih čimbenika. Metoda akustične emisije temelji se na analizi tih valova. Svrha AE kontrole je detekcija, određivanje koordinata i praćenje (monitoring) izvora akustične emisije.
Metoda akustične emisije (AE) osjetljiva je na bilo koju vrstu strukturnih promjena u širokom frekvencijskom rasponu rada (obično 10 do 1000 kHz). Oprema je sposobna zabilježiti ne samo rast krhke pukotine, već i razvoj lokalne plastične deformacije, otvrdnjavanje, kristalizaciju, trenje, udarce, curenje i fazne prijelaze.
Shematski dijagram kontrole AE prikazan je na slici 1.
Slika 1 - Shema AE kontrole na cjevovodu:
1 – AE pretvarač (prijemnik); 2-blok pojačanje; 3 – jedinica za filtriranje; 4 - središnji blok za prikupljanje i obradu informacija na temelju industrijskog računala; 5 - predmet kontrole; 6 – AE izvor; t1 je vrijeme dolaska signala na prvi prijemnik; t2 je vrijeme dolaska signala na drugi prijemnik
Glavne primjene u kojima se koristi AE metoda upravljanja su:
Periodična kontrola integriteta konstrukcija;
Praćenje cjelovitosti konstrukcije tijekom razdoblja ispitivanja tlakom;
Praćenje performansi objekta tijekom pneumatskog ispitivanja;
Praćenje (dugotrajna kontrola uz istovremenu obradu rezultata u realnom vremenu) integriteta objekta;
Kontrola procesa zavarivanja;
Kontrola trošenja i kontakta opreme tijekom automatske obrade;
Kontrola trošenja i gubitaka maziva na objektima;
Detekcija izgubljenih dijelova i dijelova opreme;
Detekcija i kontrola curenja, kavitacije i protoka fluida u objektima;
Kontrolirati kemijske reakcije, uključujući kontrolu korozijskih procesa, kao i procesa prijelaza tekuće-kruto, faznih transformacija.
Većina konstrukcijskih materijala počinje emitirati akustične vibracije u ultrazvučnom dijelu spektra pod opterećenjem mnogo prije kvara.
Proučavanje i registracija ovih valova postalo je moguće stvaranjem posebne opreme.
Registracija signala iz izvora AE provodi se istovremeno s šumom konstantne i promjenjive razine (slika 2). Buka je jedan od glavnih čimbenika koji smanjuju učinkovitost AE kontrole.
Za suzbijanje šuma i izdvajanje korisnog signala obično se koriste dvije metode: amplituda i frekvencija.
Slika 2 - Opća shema registriranog AE signala u odnosu na pozadinu šuma:
1 - oscilacije; 2 - plutajući prag;
3 - oscilacije bez uzimanja u obzir plutajućeg praga; 4 - buka
Amplituda sastoji se u uspostavljanju fiksne i promjenjive razine praga diskriminacije UP, ispod koje oprema ne bilježi AE signale. Fiksni prag je postavljen u prisutnosti buke na konstantnoj razini, plutajući prag - promjenjiv.
Frekvencija Metoda potiskivanja šuma sastoji se od filtriranja signala koji primaju AE prijemnici pomoću niskopropusnih i visokopropusnih filtara (LPF/HPF). U tom slučaju, radi podešavanja filtara, frekvencija i razina odgovarajućih zvukova prethodno se procjenjuju prije testiranja.
Signale iz izvora AE tipa pukotine karakterizira činjenica da ih emitira jedan izvor, kratkotrajni su, a vrijeme njihova dolaska do pretvarača akustične emisije (AET) odražava udaljenost do pukotine. Položaj AE izvora na ravnini nalazi se metodama triangulacije. Na temelju brzine širenja valova u materijalu i razlike u vremenima dolaska signala na različite AET-e, izračunava se lokacija skupa točaka za AE izvor koji će se nalaziti na kružnicama s polumjerima R1, R2 i R3 iz odgovarajućeg AES-a (slika 3).
Slika 3 - Shema položaja izvora AE u ravnini
Karakteristične značajke AE metode ispitivanja koje određuju njezine mogućnosti i opseg su sljedeće:
Metoda kontrole AE osigurava otkrivanje i registraciju samo nedostataka u razvoju, što omogućuje klasificiranje nedostataka ne prema veličini, već prema stupnju opasnosti;
Osjetljivost metode kontrole AE je vrlo visoka. Omogućuje otkrivanje povećanja pukotina reda frakcija milimetra u radnim uvjetima, što značajno premašuje osjetljivost drugih metoda;
Svojstvo cjelovitosti AE metode kontrole osigurava kontrolu cijelog objekta pomoću jednog ili više AE kontrolnih pretvarača, fiksno ugrađenih na površinu objekta;
Metoda AE kontrole daje mogućnost ispitivanja objekata bez skidanja njihove hidro- ili toplinske izolacije. Za provođenje kontrole dovoljno je otvoriti izolaciju samo na mjestima gdje su ugrađeni pretvarači, što uvelike smanjuje količinu restauratorskih radova;
Metoda pruža mogućnost daljinskog nadzora nedostupnih objekata, kao što su podzemni i podvodni cjevovodi, uređaji zatvorenih objekata i sl.;
Metoda omogućuje kontrolu različitih tehnoloških procesa i procesa promjene svojstava i stanja materijala te ima manje ograničenja vezanih uz njihova svojstva i strukturu;
Metoda AE također se može koristiti za procjenu brzine razvoja kvara i, sukladno tome, za procjenu zaostalog resursa kontroliranog objekta. Registracija AE omogućuje određivanje formiranja fistula, kroz pukotine, curenja u brtvama, čepovima i prirubničkim spojevima.
Značajan nedostatak metode je teškoća u odvajanju korisnog signala od šuma kada je kvar mali. Vjerojatnost otkrivanja AE signala visoka je samo s oštrim razvojem defekta, stoga se metoda AE ispitivanja preporučuje koristiti u kombinaciji s drugim nedestruktivnim metodama ispitivanja.
Kontrola akustične emisije spremnika
AEC se provodi kako bi se otkrili razvojni nedostaci u zavarenim spojevima i osnovnom metalu stijenke i dna spremnika.
Za provođenje AE ispitivanja spremnika koristi se višekanalni AE sustav koji omogućuje registraciju signala akustične emisije od grešaka u zavarenim spojevima i osnovnom metalu tri donja pojasa stijenke spremnika u jednom ciklusu pregleda.
Prije izvođenja radova na kontroli AE, trebali biste:
- maksimalno eliminirati izvore akustičnih smetnji;
- kalibrirati AE opremu;
- odrediti razinu buke i radijus područja prijema senzora.
Prilikom provođenja AE kontrole provodi se kontinuirano praćenje pristiglih podataka. Ako se tijekom opterećenja primijeti nenormalan porast AE aktivnosti - AE izvori IV (E) klase opasnosti, tada se radi sprječavanja nastanka nesreće (slučajnog istjecanja) ispitivanja obustavljaju dok se ne razjasne uzroci otkrivene pojave. .
Na temelju dobivenih i obrađenih podataka, izvori AE u zavarenim spojevima i osnovnom metalu stijenke spremnika ocjenjuju se prema stupnju opasnosti:
I - pasivno;
II - aktivan;
III - kritično aktivan;
IV - katastrofalno aktivan.
Na temelju dobivenih i obrađenih AE podataka motrenja dna vrši se procjena izvora signala prema stupnju opasnosti:
A - vrlo slaba korozija;
B - rani stadij razvoja korozije;
C - lokalna korozija;
D - jaka korozija dna;
E - vrlo jaka korozija dna, otkriveno je curenje.
U slučaju ocjene stanja dna u kategoriji E, potrebno je hitno isključiti spremnik iz pogona i provesti punu tehničku dijagnostiku.
U slučaju detekcije AE izvora II, III ili IV klase ili u slučaju kada je interpretacija AE izvora otežana, ultrazvučna kontrola dijelova stijenke spremnika provodi se na mjestima detekcije AE izvora. Konačna procjena identificiranih izvora AE provodi se na temelju rezultata ultrazvučnog ispitivanja. Nedostaci koji su izvori AE III ili IV klase su neprihvatljivi.
AE kontrolna oprema
Proizvedeni uređaji i sustavi za akustičnu emisiju koriste se za kontrolu i dijagnostiku raznih industrijskih objekata: magistralnih i procesnih cjevovoda, cilindara, tlačnih posuda, spremnika naftnih derivata, opreme za dizanje itd.
Slika 4 - Pretvarači akustične emisije
Pretvarači akustične emisije, uz modele otporne na eksploziju, imaju automatski način testiranja samog senzora, koji zahvaljujući zračenju valova omogućuje i provjeru rada susjednih senzora i sustava akustične emisije u cjelini.
Osjetljivi piezoelektrični sustav zabrtvljen je posebnim elastičnim brtvilom. Cjelokupni volumen kućišta, uključujući elektronički sklop, ispunjen je epoksidnom smjesom s povećanim prianjanjem na nehrđajući čelik. Pretvornici imaju zaštitnik od keramike ili nehrđajućeg čelika otporan na habanje.
Modeli pretvarača razlikuju se po radnom frekvencijskom pojasu, naponu napajanja, pojačanju pretpojačala, dizajnu (uobičajeni hermetički ili protueksplozijski hermetički), materijalu zaštite.
Pretvornici akustične emisije pričvršćuju se na kontrolirani objekt pomoću magnetskih stezaljki.
Slika 5 - Magnetske stezaljke
Osigurano je upravljanje sustavom, prikupljanje i analiza podataka posebni programi. Na primjer, softverski paket AE Studio koji dolazi sa sustavom akustične emisije uključuje:
· "Koral" - program i tehnologija za obradu podataka kontrole akustične emisije linearnih objekata (linearne dionice tehnoloških i magistralnih naftovoda, plinovoda, produktovoda itd.);
· "Storm" - paket programa neovisnih jedan o drugom i tehnologija za obradu podataka kontrole akustične emisije volumetrijskih objekata (rezervoara, spremnika nafte, sfernih školjki itd.).
Programski paket Burya dizajniran je za složenu, detaljnu obradu podataka o akustičkoj emisiji dobivenih kao rezultat praćenja industrijskih objekata i uključuje sljedeće programe za obradu podataka:
· "Dno" - program za obradu podataka kontrole akustične emisije ravnih okruglih dna koja nemaju mogućnost ugradnje senzora akustične emisije (VST dna). Značajka programa je mogućnost korištenja dodatnih senzora koji se postavljaju na stijenku spremnika za filtriranje događaja akustične emisije s dna od događaja koji su se dogodili u gornjem dijelu VST volumena.
Slika 6 - Program za obradu podataka "Dno"
· "Sphere" - program za obradu podataka kontrole akustične emisije sfernih objekata (sferna skladišta i spremnici, sferna dna spremnika). Sadrži zaseban program "Sphere-D", koji je neophodan za crtanje karte objekta i stvaranje datoteke koordinata za postavljanje senzora na sfernu površinu s uređenom tablicom udaljenosti između prijemnika.
· "Cilindar" - program za obradu podataka kontrole akustične emisije cilindričnih objekata (spremnici, stupovi, stijenke RVS). Uključuje zaseban program Cylinder-D, neophodan za crtanje karte objekta i kreiranje datoteke koordinata za postavljanje senzora na cilindričnu površinu s uređenom tablicom udaljenosti između prijemnika.
Slika 7 - Program za obradu podataka "Sphere"
Slika 8 - Program za obradu podataka "Cilindar"
Slika 9 - Spremnik s karakterističnim nedostacima
Slične informacije.
Izvori akustične emisije
Kada su uništeni, gotovo svi materijali emitiraju zvuk ("krik kositra", poznat iz sredinom devetnaestog stoljeća, prasak lomljenja drva, leda itd.), tj. emitiraju akustične valove koji se percipiraju uhom. Većina konstrukcijskih materijala (na primjer, mnogi metali i kompozitni materijali) počinju emitirati akustične vibracije u ultrazvučnom (nečujnom) dijelu spektra pod opterećenjem puno prije kvara. Proučavanje i registracija ovih valova postalo je moguće stvaranjem posebne opreme. Posebno intenzivan rad u tom smjeru počeo se razvijati od sredine 60-ih godina XX. stoljeća. u vezi s potrebom kontrole posebno kritičnih tehničkih objekata: nuklearnih reaktora i cjevovoda nuklearnih elektrana, tijela projektila itd.
Pod akustičnom emisijom (emisija - emisija, generiranje) podrazumijeva se pojava elastičnih valova u nekom mediju uzrokovana promjenom njegovog stanja pod utjecajem vanjskih ili unutarnjih čimbenika. Metoda akustične emisije temelji se na analizi ovih valova i jedna je od pasivnih metoda akustičke kontrole. U skladu s GOST 27655-88 „Akustična emisija. Termini, definicije i oznake” mehanizam pobuđivanja akustične emisije (AE) je skup fizičkih i (ili) kemijski procesi koji se javljaju u objektu kontrole. Ovisno o vrsti procesa, AE se dijeli na sljedeće vrste:
· AE materijala uzrokovan dinamičkim lokalnim preustrojem njegove strukture;
· AE trenja uzrokovanog trenjem površina čvrstih tijela na mjestima primjene opterećenja i u spojevima gdje se odvija usklađenost spojnih elemenata;
· AE curenja uzrokovanog interakcijom tekućine ili plina koji teče kroz curenje sa stijenkama curenja i okolnim zrakom;
· AE u kemijskim ili električnim reakcijama koje proizlaze iz pojave odgovarajućih reakcija, uključujući one koje prate procese korozije;
· magnetski i radijacijski AE koji nastaju, odnosno, tijekom remagnetizacije materijala (magnetski šum) ili kao rezultat interakcije ionizirajućeg zračenja s njim;
· AE uzrokovan faznim transformacijama u tvarima i materijalima.
Dakle, AE je fenomen koji prati gotovo sve fizičke procese koji se odvijaju u čvrste tvari a na njihovoj površini. Mogućnost registracije niza vrsta AE zbog njihove malenkosti, posebice AE koje se javljaju na molekularna razina, tijekom kretanja defekata (dislokacija) kristalna rešetka, ograničena je osjetljivošću opreme, stoga se u praksi kontrole AE većine industrijskih objekata, uključujući objekte industrije nafte i plina, koriste prve tri vrste AE. Treba imati na umu da AE trenje stvara šum, dovodi do stvaranja lažnih defekata i jedan je od glavnih čimbenika koji kompliciraju primjenu AE metode. Osim toga, samo najjači signali iz razvoja defekata bilježe se iz AE prvog tipa: tijekom rasta pukotine i tijekom plastične deformacije materijala. Posljednja okolnost čini AE metodu više praktični značaj te određuje njegovu široku primjenu u svrhu tehničke dijagnostike.
Svrha AE ispitivanja je otkrivanje, određivanje koordinata i praćenje (monitoring) izvora akustične emisije povezane s diskontinuitetima na površini ili u volumenu stijenke ispitnog objekta, zavarenog spoja i izrađenih dijelova i komponenti. Sve indikacije uzrokovane izvorima AE treba, ako je tehnički moguće, ocijeniti drugim metodama ispitivanja bez razaranja.
Vrste AE signala
AE snimljen industrijskom serijskom opremom dijeli se na kontinuirani i diskretni. Kontinuirani AE se bilježi kao kontinuirano valovito polje s velikom stopom ponavljanja signala, dok se diskretni AE sastoji od zasebnih razlučivih impulsa čija amplituda prelazi razinu šuma. Kontinuirana linija odgovara plastičnoj deformaciji (teku) metala ili istjecanju tekućine ili plina kroz propuštanja, diskretna linija odgovara skokovitom rastu pukotina.
Veličina izvora zračenja diskretnog AE je mala i usporediva s duljinom emitiranih valova. Može se prikazati kao kvazi-točkasti izvor koji se nalazi na površini ili unutar materijala i emitira sferne valove ili druge vrste valova. Kada valovi stupaju u interakciju s površinom (sučeljem između dva medija), oni se reflektiraju i transformiraju. Valovi koji se šire unutar volumena materijala brzo slabe zbog slabljenja. Površinski valovi slabe s udaljenosti puno manjom od volumnih valova, pa ih uglavnom bilježe AE prijamnici.
Registracija signala iz izvora AE provodi se istovremeno s šumom konstantne ili promjenjive razine (slika 10.1). Buka je jedan od glavnih čimbenika koji smanjuju učinkovitost AE kontrole. Zbog niza uzroka koji uzrokuju njihovu pojavu, buke se klasificiraju ovisno o:
mehanizam nastanka (izvor nastanka) - akustični (mehanički) i elektromagnetski;
vrsta signala šuma - pulsni i kontinuirani;
lokacije izvora - vanjske i unutarnje. Glavni izvori buke tijekom AE kontrole objekata su:
prskanje tekućine u posudi, posudi ili cjevovodu tijekom njegovog punjenja;
· hidrodinamičke turbulentne pojave pri velikim brzinama opterećenja;
trenje na mjestima kontakta predmeta s nosačima ili ovjesom, kao iu spojevima s usklađenošću;
rad pumpi, motora i drugih mehaničkih uređaja;
Djelovanje elektromagnetskih hvatača;
udarac okoliš(kiša, vjetar itd.);
· intrinzični toplinski šum AE pretvarača i šum ulaznih stupnjeva pojačala (pretpojačala).
Za suzbijanje šuma i izdvajanje korisnog signala obično se koriste dvije metode: amplituda i frekvencija. Amplituda se sastoji u postavljanju fiksne ili pomične razine praga diskriminacije ispod kojeg oprema ne registrira AE signale. Fiksni prag postavljen je u prisutnosti buke na konstantnoj razini, plutajući - promjenjiv. Plutajući prag, koji se postavlja automatski praćenjem ukupne razine šuma, omogućuje, za razliku od fiksnog, isključivanje registracije dijela signala šuma kao AE signala.
Slika 1. Opća shema snimljenog AE signala na pozadini šuma:
1 - oscilacije; 2 - plutajući prag; 3 - oscilacije bez uzimanja u obzir plutajućeg praga; 4 - buka
Slika 10.2. Opći obrazac AE signal na izlazu putanje pojačala opreme:
1 - oscilacije; 2 - omotnica; - vrijednost praga amplitude; - amplituda k-tog impulsa
Frekvencijska metoda potiskivanja šuma sastoji se od filtriranja signala koji primaju AE prijemnici pomoću nisko- i visokofrekventnih filtara (LPF/HPF). U tom slučaju, radi podešavanja filtara, frekvencija i razina odgovarajućih zvukova prethodno se procjenjuju prije testiranja.
Nakon što signal prođe kroz filtre i pojačivački put, uz transformaciju valova na površini kontroliranog proizvoda, dolazi do daljnjeg izobličenja početnih impulsa AE izvora. Dobivaju bipolarni oscilirajući karakter, prikazan na slici 10.2. Daljnji postupak obrade signala i njihova korištenja kao informativnog parametra određuju računalni programi za prikupljanje i naknadnu obradu podataka koji se koriste u odgovarajućoj opremi različitih proizvođača. Ispravnost određivanja broja događaja i njihove amplitude ovisit će ne samo o mogućnosti njihove registracije (rezolucija opreme), već io načinu registracije.
Na primjer, ako registrirate impulse ovojnice signala iznad razine , tada će biti zabilježena četiri impulsa, a ako registrirate broj oscilacija iznad iste razine, tada će biti zabilježeno devet impulsa. Pod impulsom se podrazumijeva niz valova s frekvencijom u radnom području, čija ovojnica na početku impulsa prelazi prag prema gore, a na kraju impulsa - prema dolje.
Stoga će broj registriranih impulsa ovisiti o postavkama hardvera: vrijednosti vremenskog ograničenja na kraju događaja. Ako je timeout dovoljno velik, mogu se registrirati npr. četiri impulsa, ako je mali, tada se sve oscilacije iznad razine (osam na slici 10.2) mogu registrirati kao impulsi. Velike pogreške također se mogu unijeti korištenjem frekvencijskog pojasa signala i razine diskriminacije, posebno kada su AE signali usporedivi po amplitudi s razinom šuma.
Evaluacija rezultata kontrole AE.
Nakon obrade primljenih signala, rezultati kontrole se prikazuju u obliku identificiranih (kako bi se isključili lažni nedostaci) i klasificiranih AE izvora. Klasifikacija se provodi pomoću sljedećih glavnih parametara AE signala:
· ukupni broj akustičnih emisija - broj registriranih AE impulsa iznad zadane diskriminacijske razine (praga) za vremenski interval promatranja;
· aktivnost akustične emisije - broj registriranih AE impulsa u jedinici vremena;
· brzina brojanja akustične emisije - omjer ukupnog brojanja akustične emisije i vremenskog intervala promatranja;
· energija akustične emisije - energija koju oslobađa izvor AE i koju nose valovi koji nastaju u materijalu;
· amplituda signala akustične emisije, trajanje impulsa, vrijeme porasta AE događaja.
Ukupni broj i AE aktivnost tijekom plastične deformacije proporcionalni su volumenu deformiranog materijala. Amplituda AE signala i energija tijekom razvoja pukotine izravno je proporcionalna brzini njezina rasta i maksimalnim naprezanjima u datoj zoni.
Pri klasifikaciji AE izvora također se uzimaju u obzir njihova koncentracija, parametri opterećenja nadziranog objekta i vrijeme.
Otkrivene i identificirane izvore AE u skladu s PB 03-593-03 "Pravila za organizaciju i provođenje kontrole akustične emisije posuda, uređaja, kotlova i tehnoloških cjevovoda" preporučuje se podijeliti u četiri klase:
· prvi je pasivni izvor registriran za analizu dinamike njegova razvoja;
drugi je aktivni izvor koji zahtijeva dodatnu kontrolu drugim metodama;
· treći je kritično aktivan izvor koji zahtijeva nadzor nad razvojem situacije i poduzimanje mjera za pripremu mogućeg smanjenja opterećenja;
· četvrti je katastrofalno aktivan izvor koji zahtjeva trenutačno smanjenje opterećenja na nulu ili na vrijednost pri kojoj aktivnost izvora pada na razinu drugog ili trećeg razreda.
S obzirom veliki broj parametara koji karakteriziraju AE, dodjela izvora odgovarajućoj klasi provodi se pomoću niza kriterija koji uzimaju u obzir skup parametara. Izbor kriterija provodi se prema PB 03-593-03, ovisno o mehaničkim i akustičko-emisionim svojstvima materijala kontroliranih objekata. Kriteriji uključuju sljedeće:
· amplituda, na temelju registracije amplituda impulsa (najmanje tri iz jednog izvora) i njihove usporedbe s vrijednošću prekoračenja praga (), što odgovara rastu pukotine u materijalu. Određivanje , zahtijeva proučavanje materijala na uzorcima u preliminarnim pokusima;
· integralni, temeljen na usporedbi procjene aktivnosti AE izvora s relativnom snagom tih izvora u svakom intervalu registracije. U ovom slučaju, za određivanje je potrebno utvrditi vrijednost koeficijenta u preliminarnim studijama;
· lokalno dinamički, koristeći promjenu broja AE lokacijskih događaja na stupnjevima održavanja tlaka i dinamiku promjena energije ili kvadrata amplitude lokacijskog događaja s povećanjem opterećenja objekta. Ovim kriterijem se ocjenjuje stanje objekata čija struktura i svojstva materijala nisu točno poznati. Ova okolnost čini ovaj kriterij praktično značajnim, posebno kada se postavlja dijagnoza na terenu;
· integralno-dinamički, koji klasificira AE izvor ovisno o vrsti i rangu. Vrsta izvora određena je dinamikom oslobađanja energije, na temelju amplitude AE signala u intervalu promatranja. Rang izvora određuje se izračunavanjem njegovog koncentracijskog koeficijenta C i ukupne energije. Za izračun koeficijenta koncentracije potrebno je odrediti - prosječni radijus izvora AE. Istodobno, vrijednost uređaja za akustičnu emisiju nije određena, što onemogućuje primjenu ovog kriterija u praksi;
· Kriteriji ASME koda namijenjeni za zonsko postavljanje i zahtijevaju poznavanje dopuštenih vrijednosti AE parametara, što pretpostavlja prethodno proučavanje svojstava kontroliranih materijala i razmatranje objekta ispitivanja kao akustičnog kanala.
MONPAC tehnologija omogućuje klasifikaciju AE izvora u skladu s vrijednostima "Indeksa sile" i "Povijesnog indeksa". Klasa se određuje planarnim dijagramom ovisno o vrijednosti ovih indeksa. Ova se klasifikacija koristi u MONPAC tehnologiji koja koristi PAC (Physical Acoustics Corporation) opremu.
Prema kriterijima kontinuiranog AE, koji se obično kontrolira tijekom otkrivanja curenja, situacija se klasificira kako slijedi:
Klasa 1 - nema kontinuiranog AE;
· klasa 4 - registracija kontinuiranog AE.
Za nastanak AE efekta potrebno je oslobađanje energije. Proučavaju se zakonitosti AE zračenja materijala uzrokovane dinamičkom lokalnom pregradnjom njegove strukture, uključujući i plastičnu deformaciju te stvaranje i rast pukotina, tijekom mehaničkog naprezanja odgovarajućih uzoraka.
U pravilu, AE tijekom plastične deformacije je emisija kontinuiranog tipa, koja ima oblik kontinuiranog radio signala sličnog šumu. Za karakterizaciju AE procesa često se koristi vrijednost akustične emisije - parametar koji uzima u obzir i broj impulsa i njihovu amplitudu, proporcionalnu umnošku aktivnosti ili brzine brojanja i prosječne vrijednosti amplitude signala po jedinici vrijeme. Za većinu metala tijekom njihove plastične deformacije maksimalna aktivnost, brzina brojanja i efektivna AE vrijednost podudaraju se s granicom tečenja.
Slika 10.3 prikazuje ovisnost efektivne vrijednosti AE () u napetosti glatkih uzoraka, u kombinaciji s dijagramom naprezanje ()-deformacija () . Ovisnost 1 odgovara željezo-Armco i niskougljičnom čeliku (s udjelom ugljika do 0,015%) i kontinuirana je AE s maksimumom u zoni zuba tečenja (platforme). Ovisnost 2 tipična je za konstrukcijski ugljični čelik koji sadrži karbide, a uz kontinuirani AE uključuje zasebne impulse visoke amplitude povezane s razaranjem cementitnih ploča u čeličnom perlitu.
Slika 10.3.Ovisnost efektivne vrijednosti AE (U) u napetosti glatkih uzoraka, u kombinaciji s dijagramom naprezanje () - deformacija ()
Maksimalna AE aktivnost u zoni zuba i granice tečenja objašnjava se stvaranjem mase i pomicanjem defekata (dislokacija) kristalne rešetke tijekom prijelaza na plastičnu deformaciju i nakupljanjem ireverzibilnih promjena u strukturi. Tada se aktivnost smanjuje zbog činjenice da je kretanje novonastalih dislokacija ograničeno već postojećima. Kod ponovnog punjenja očituje se učinak "nepovratnosti", nazvan Kaiserov efekt. Sastoji se u činjenici da se tijekom ponovljenog opterećenja nakon kratkog vremenskog razdoblja pri fiksnoj razini osjetljivosti opreme, AE ne bilježi sve dok se prethodno postignuta razina opterećenja ne prekorači. Zapravo, AE signali se pojavljuju od samog početka učitavanja, ali njihova veličina je toliko mala da je ispod razine osjetljivosti opreme. Istodobno, pri ponovljenom opterećenju nakon dužeg vremena, AE se bilježi pri razini opterećenja koja je niža od prethodno postignute. Ovaj efekt, nazvan Felicita efekt, objašnjava se obrnutim kretanjem dislokacija kada se teret ukloni.
Najveću opasnost predstavljaju defekti nalik na pukotine, čiji razvoj u većini slučajeva dovodi do nesreća i strukturalnih kvarova. Formiranje i rast pukotine događa se naglo i praćeno je različitim zasebnim impulsima odgovarajuće amplitude. U materijalima s prirodnim pukotinama i umjetnim zarezima, koncentracija naprezanja javlja se na vrhu defekta kada je objekt opterećen radnim ili ispitnim opterećenjem. Kada lokalno naprezanje dosegne granicu tečenja materijala, nastaje zona plastične deformacije. Volumen ove zone proporcionalan je razini naprezanja, koja se karakteriziraju faktorom intenziteta tih naprezanja. Do. Kada lokalna naprezanja premaše vlačnu čvrstoću, dolazi do mikrofrakture - naglog povećanja duljine defekta, praćenog AE pulsom. Broj impulsa N raste s povećanjem Do. Totalna AE ovisnost N na faktor intenziteta naprezanja Do ima oblik
Amplituda AE signala tijekom rasta pukotine može doseći 85 dB ili više. Za plastičnu deformaciju, amplituda AE signala obično ne prelazi 40 ... 50 dB. Stoga je razlika u amplitudama AE jedno od glavnih obilježja razlike između plastične deformacije i rasta pukotine.
Rezultati kontrole AE prikazani su u obliku popisa registriranih AE izvora koji su svrstani u pojedinu klasu prema prihvaćenom kriteriju. Mjesto izvora naznačeno je na razvitku površine kontroliranog objekta (slika 10.4). Procjena stanja kontroliranog objekta, zauzvrat, provodi se prisutnošću AE izvora jedne ili druge klase u njemu.
Slika 10.4.Raspored AE izvora na snimci žile i mjesto registriranih defekata:
1 - školjka 1; 2 - školjka 2; 3 - ulaz zraka; 4 - školjka 3; 5 - donje dno; 6 - priključak za odvod kondenzatora; 7 - šaht; 8 - armatura manometra; 9 - priključak sigurnosnog ventila; 10 - gornji donji dio; I‑VIII - brojevi AE prijamnika
Uz pozitivnu ocjenu tehničkog stanja objekta na temelju rezultata AE kontrole ili nepostojanja registriranih izvora AE, nije potrebna uporaba dodatnih vrsta kontrole. Kada se otkriju izvori AE druge i treće klase, koriste se dodatne vrste ispitivanja bez razaranja za procjenu prihvatljivosti identificiranih izvora AE.
AE kontrolna oprema
Struktura opreme za kontrolu AE određena je sljedećim glavnim zadacima: primanje i identificiranje AE signala, njihovo pojačanje i obrada, određivanje vrijednosti parametara signala, fiksiranje rezultata i izdavanje informacija. Oprema se razlikuje po stupnju složenosti, namjeni, prenosivosti, kao i klasi, ovisno o količini primljenih informacija. Najraširenija je višekanalna oprema, koja uz AE parametre omogućuje određivanje koordinata izvora signala uz istovremeno snimanje ispitnih parametara (opterećenje, tlak, temperatura itd.). Funkcionalni dijagram takve opreme prikazan je na slici 10.5.
Slika 10.5.Funkcionalni dijagram opreme za upravljanje AE
Oprema uključuje sljedeće glavne elemente povezane kabelskim vodovima: 1 - pretvarači akustične emisije (AEC); 2 - preliminarna pojačala; 3 - frekvencijski filtri; 4 - glavna pojačala; 5 - jedinice za obradu signala; 6 - glavni procesor za obradu, pohranu i prezentaciju rezultata kontrole; 7 - upravljačka ploča (tipkovnica); 8 - video monitor; 9 - senzori i kabelske linije parametarskih kanala.
Elementi opreme 3 - 8, u pravilu, strukturno se izvode u obliku jednog bloka (prikazano na slici 10.5 točkastom linijom) na temelju prijenosnog računala.
Pretvornik akustične emisije služi za pretvaranje elastičnih akustičnih vibracija u električne signale i najvažniji je element hardverskog kompleksa upravljanja AE. Najrasprostranjeniji su piezoelektrični AET, čija se shema malo razlikuje od piezoelektričnih pretvarača (PT) koji se koriste u ultrazvučnom ispitivanju.
Po dizajnu razlikuju se sljedeće vrste PAE:
jednopolni i diferencijalni;
rezonantni, širokopojasni ili pojasni;
Kombinirano s pretpojačalom ili nekombinirano.
Prema razini osjetljivosti, AET se dijele u četiri klase (1-4.), prema frekvencijskim rasponima - na niske frekvencije (do 50 kHz), standardne industrijske (50 ... 200 kHz), posebne industrijske (200 ... 500 kHz) i visoke frekvencije (više od 500 kHz). Prigušenje elastičnih vibracija opada sa smanjenjem frekvencije, stoga se niskofrekventni AET prvenstveno koriste u nadzoru proširenih objekata, kao što su cjevovodi i objekti s visokim prigušenjem vibracija.
Posebni AES koriste se za kontrolu malih objekata duljine do 1 m, visoke frekvencije - u laboratorijskim studijama.
Ovisno o amplitudno-frekvencijskoj karakteristici, razlikuju se rezonantni AET (propusnost je 0,2, gdje je radna frekvencija AET), pojasni (propusni opseg je 0,2 ... 0,8) i širokopojasni (propusni opseg je veći od 0,8).
Glavna razlika između AET-a i izravnih PET-a leži u značajkama prigušivanja potrebnog za prigušivanje slobodnih prirodnih vibracija piezoelektrične ploče, kao iu debljini same piezoelektrične ploče. Stražnja strana PAE piezoelektrične ploče može ostati slobodna ili djelomično ili potpuno prigušena.
Jedna od glavnih karakteristika AET je koeficijent pretvorbe k, određen iz izraza
gdje je maksimum električni napon na piezoelektričnoj ploči, V; - maksimalni elastični pomak čestica kontroliranog objekta neposredno ispod AET-a, m.
Koeficijent pretvorbe ima dimenziju V/m i određuje osjetljivost AET-a. Maksimalna vrijednost k javlja se u uskopojasnim rezonantnim AET-ima, čija stražnja strana nije prigušena. Mehaničko prigušenje dovodi do izjednačavanja osjetljivosti AET-a u širem rasponu, međutim, apsolutna osjetljivost (koeficijent pretvorbe k) je u ovom slučaju značajno smanjena.
AET je fiksiran na površinu ispitnog objekta na različite načine: uz pomoć ljepila, stezaljki, stezaljki, magnetskih držača, uz pomoć trajno ugrađenih nosača itd. U praksi industrijskog AE ispitivanja uglavnom su rezonantni AET. koriste, jer je njihova osjetljivost mnogo veća. Dizajn jednog od ovih pretvarača prikazan je na slici 10.6.
Slika 10.6.Dijagram rezonantnog AET-a koji je dizajnirao CJSC Eltest:
1 - lisnata opruga;
2 - trajni magnet magnetskog držača;
3 - tijelo; 4 - stezna kapa;
5 - samoporavnavajući sferični nosač;
6 - električni priključak; 7 - piezoelektrični element;
8 - keramički zaštitnik
Pričvršćivanje PAE vrši se pomoću magnetske stezaljke. Kako bi se osigurala maksimalna osjetljivost, stražnja strana ploče je slobodna, a bočna površina prigušena je samo 30% spojem.
Pretvornik akustične emisije spojen je kratkim kabelom (ne dužim od 30 cm) na pretpojačalo (vidi sliku 10.5). Zajedno s pojačanjem (obično do 40 dB), pretpojačalo poboljšava omjer signala i šuma pri prijenosu signala preko kabelske linije do glavne jedinice opreme (3 - 8), udaljene na udaljenosti do 150 .. 200 m.
Filter postavlja frekvencijski propusni spektar. Filtar je podešen tako da što više odsiječe šum različitih frekvencija.
Glavno pojačalo dizajnirano je za pojačavanje signala oslabljenog nakon prolaska kroz kabelsku liniju. Ima ujednačeni frekvencijski odziv s pojačanjem od 60...80 dB.
Za suzbijanje elektromagnetskih smetnji, cijeli kanal, uključujući PAE, pretpojačalo, glavnu jedinicu i spojne kabelske linije, je oklopljen. Često se koristi i diferencijalna metoda suzbijanja elektromagnetskih smetnji koja se temelji na tome da se PAE piezoelektrična ploča prereže na dva dijela, a jedna polovica se preokrene, mijenjajući joj polarizaciju. Nadalje, signali iz svake polovice se posebno pojačavaju, faza signala na jednoj od polovica se mijenja za l i oba signala se zbrajaju. Kao rezultat toga, elektromagnetske smetnje su izvan faze i potisnute.
Jedinica za obradu signala fiksira vrijeme njihovog dolaska, registrira signale iznad zadane razine diskriminacije, pretvara signale u digitalni oblik i pohranjuje ih. Konačna obrada AE signala snimljenih kroz različite kanale provodi se pomoću glavnog procesora, koji također određuje lokaciju (lokaciju) izvora AE signala. Kod nadzora linearnog objekta (na primjer, cjevovoda) dovoljno je imati dva AET-a; za ravne objekte s usporedivim ukupnim dimenzijama i velikom površinom, najmanje tri AET-a koja okružuju izvor.
Signale iz AE izvora tipa pukotine karakterizira činjenica da ih emitira jedan izvor, kratkotrajni su, a vrijeme njihovog dolaska do AET-a odražava udaljenost do pukotine. Položaj AE izvora na ravnini nalazi se metodama triangulacije. Na temelju brzine širenja valova u materijalu i razlike u vremenima dolaska signala na različite AET-e, izračunava se lokacija skupa točaka za AE izvor koji će se nalaziti na kružnicama polumjera , a iz odgovarajućih AETs (Slika 10.7, a). Jedini pravi položaj AE izvora određuje se rješavanjem trokuta kojima su poznate sve tri stranice. Da bi se to postiglo, AET koordinate na proizvodu fiksiraju se s najvećom mogućom točnošću i unose se u blok 6 na površinskom skeniranju prije testiranja (vidi sliku 10.5).
Slika 10.7.Sheme lokacije izvora AE:
a - ravninski (na ravnini); b - linearni
Shema linearne lokacije prikazana je na slici 10.7, b. Ako se AE izvor ne nalazi u sredini između AET-a, tada će signal na udaljeni AET stići kasnije nego na bliži. Nakon fiksiranja udaljenosti između AET-a i vremenske razlike vremena dolaska signala, koordinate mjesta kvara izračunavaju se pomoću formula
AE metoda omogućuje kontrolu cijele površine ispitnog objekta. Za provođenje kontrole treba osigurati izravan pristup površinama objekta upravljanja za postavljanje AET-a. Ako to nije moguće, na primjer, pri provođenju periodičnog ili kontinuiranog nadzora podzemnih magistralnih cjevovoda bez njihovog oslobađanja od tla i izolacije, mogu se koristiti valovodi trajno pričvršćeni na kontrolirani objekt.
Točnost lokacije mora biti najmanje jednaka dvjema debljinama stijenki ili 5% udaljenosti između AET-ova, što god je veće. Pogreške u izračunavanju koordinata određene su pogreškama u mjerenju vremena dolaska signala na pretvarače. Izvori grešaka su:
· pogreška mjerenja vremenskih intervala;
razlika između stvarnih načina razmnožavanja i teoretski prihvaćenih;
prisutnost anizotropije u brzini širenja signala;
promjena oblika signala kao rezultat širenja kroz strukturu;
Preklapanje signala u vremenu, kao i djelovanje više izvora;
registracija valnim pretvaračima različite vrste;
· pogreška u mjerenju (podešavanju) brzine zvuka;
· pogreška u postavljanju AET koordinata i korištenje valovoda.
Prije utovara objekta provjerava se operativnost opreme i procjenjuje pogreška u određivanju koordinata pomoću simulatora. Instalira se na odabranoj točki objekta i očitanja koordinatnog sustava uspoređuju se sa stvarnim koordinatama simulatora. Kao simulator koristi se piezoelektrični pretvarač pobuđen električnim impulsima iz generatora. U istu svrhu može se koristiti tzv. Su-Nielsenov izvor (lom grafitne šipke promjera 0,3 ... 0,5 mm, tvrdoća 2T (2H)).
Vizualizacija lokacije izvora AE provodi se pomoću video monitora, na kojem se izvori prikazuju na odgovarajućem mjestu na snimci kontroliranog objekta (vidi sliku 10.4) u obliku svjetlećih točkica različite svjetline, boje ili oblika. (ovisno o korištenom softver). Dokumentiranje rezultata kontrole provodi se uz pomoć odgovarajućih perifernih uređaja spojenih na glavni procesor.
Gore navedena metoda za određivanje lokacije izvora AE, temeljena na mjerenju razlike u vremenu dolaska signala, može se koristiti samo za diskretne AE. U slučaju kontinuiranog AE postaje nemoguće odrediti vrijeme kašnjenja signala. U ovom slučaju, koordinate izvora AE mogu se odrediti tzv. amplitudnom metodom koja se temelji na mjerenju amplitude signala različitim AET-ima. U praksi dijagnostike ova metoda se koristi za otkrivanje curenja kroz rupe kontroliranog proizvoda. Sastoji se od konstruiranja stupčastog grafikona amplitude signala izvora kojeg primaju različiti AET-i (Slika 10.8). Analiza takvog histograma omogućuje prepoznavanje područja mjesta curenja. Pogodno za dijagnosticiranje takvih linearnih objekata kao što su naftovodi i plinovodi.
Dijagnostički nadzorni sustavi koji se temelje na AE metodi su najsvestraniji. Hardversko rješenje takvog sustava obično uključuje:
Slika 10.8. Ilustracija amplitudne metode za određivanje AE izvora: 1-7 - brojevi AE prijamnika
· tipični blokovi opreme za akustičnu emisiju;
· Blokovi za koordinaciju i prebacivanje svih vrsta primarnih pretvarača dodatnih vrsta ispitivanja bez razaranja, čiji je sastav određen vrstom kontroliranog objekta;
blokovi kontrole i odlučivanja na temelju rezultata dijagnostičkih informacija o Trenutna država kontrolirani objekt.
Slika 10.8.Ilustracija amplitudne metode za određivanje AE izvora: 1-7 - brojevi AE prijamnika
Postupak i opseg kontrole AE
Za svaki objekt razvija se odgovarajuća tehnologija upravljanja. AE kontrolni rad započinje ugradnjom AET na objekt. Montaža se izvodi direktno na očišćenu površinu predmeta ili se mora koristiti odgovarajući valovod. Za lociranje AE izvora na rasutom objektu velike površine, AES se postavljaju u obliku skupina (antena), od kojih svaka koristi najmanje tri pretvornika. Na linearnom objektu koriste se dva AES-a u svakoj grupi. Postavljanje AET-a i broj antenskih skupina određen je konfiguracijom objekta i optimalnim postavljanjem AET-a vezanim uz prigušenje signala i točnost određivanja koordinata AE izvora.
Ovisno o konfiguraciji, objekt je podijeljen na zasebne elementarne dijelove: linearne, ravne, cilindrične, sferne. Za svaki odjeljak odaberite odgovarajući raspored sondi. Udaljenost između AET-a odabrana je na takav način da signal AE simulatora (prekid grafičke šipke) koji se nalazi bilo gdje u kontroliranom području detektira minimalnim brojem pretvarača potrebnih za izračunavanje koordinata.
Položaj AET-a u pravilu treba osigurati kontrolu cijele površine objekta. Međutim, u nekim slučajevima, posebno kada se promatraju objekti velikih dimenzija, dopušteno je postaviti AET samo u ona područja objekta koja se smatraju najvažnijima.
Nakon postavljanja AET-a na kontrolirani objekt, AE sustav se provjerava na operativnost pomoću AE simulatora koji se nalazi na određenoj udaljenosti od svakog AET-a. Odstupanje registrirane amplitude AE signala ne smije prijeći ±3dB prosječna vrijednost za sve kanale. Pojačanje kanala i prag razlikovanja amplitude odabiru se uzimajući u obzir očekivani raspon amplituda AE signala. Izvršite ostale provjere predviđene tehnologijom upravljanja ovog objekta.
AE kontrola tehničkog stanja ispitivanih objekata provodi se tek kada se u konstrukciji stvori stanje naprezanja koje inicira rad AE izvora u materijalu objekta. Da biste to učinili, nakon završetka pripremnih i prilagodnih radova, objekt se podvrgava opterećenju silom, pritiskom, temperaturnim poljem itd. Izbor vrste opterećenja određen je projektom objekta i uvjetima njegova rada, prirodom ispitivanja i zadan je u tehnologiji AE kontrole pojedinog objekta.
Metoda akustične emisije odnosi se na dijagnostiku i usmjerena je na utvrđivanje stanja predloma cjevovoda određivanjem i analizom buke koja prati proces nastanka i rasta pukotina.
Za registraciju valova akustične emisije koristi se oprema koja radi u širokom frekvencijskom rasponu - od kHz do MHz.
Prilikom ispitivanja, primjena opterećenja dovodi do pojave akustičnog signala u zoni pred lomom. Informacije o vremenu propagacije signala, njegovoj amplitudi, frekvencijski spektar itd. percipiraju piezoelektrični akustični senzori. Obrada dobivenih informacija služi kao osnova za zaključak o prirodi, mjestu i rastu oštećenja.
Izvori akustične emisije. kontrola AE signala
Kada su uništeni, gotovo svi materijali emitiraju zvuk, odnosno emitiraju akustične valove koji se percipiraju uhom. Većina konstrukcijskih materijala (na primjer, mnogi metali i kompozitni materijali) počinju emitirati akustične vibracije u ultrazvučnom (nečujnom) dijelu spektra pod opterećenjem puno prije kvara. Proučavanje i registracija ovih valova postalo je moguće stvaranjem posebne opreme.
Pod akustičnom emisijom (emisija - emisija, generiranje) podrazumijeva se pojava u mediju elastičnih valova uzrokovana promjenom njegovog stanja pod utjecajem vanjskih ili unutarnjih čimbenika. Metoda akustične emisije temelji se na analizi ovih valova i jedna je od pasivnih metoda akustičke kontrole. U skladu s GOST 27655--88 „Akustična emisija. Pojmovi, definicije i oznake” mehanizam pobuđivanja akustične emisije (AE) je skup fizičkih i (ili) kemijskih procesa koji se odvijaju u objektu upravljanja. Ovisno o vrsti procesa, AE se dijeli na sljedeće vrste:
* AE materijal uzrokovan dinamičkim lokalnim preuređivanjem njegove strukture;
*AE trenja uzrokovanog trenjem površina čvrstih tijela na mjestima gdje se primjenjuje opterećenje i u spojevima gdje se odvija usklađenost spojnih elemenata;
* AE curenja uzrokovanog interakcijom tekućine ili plina koji teče kroz curenje sa stijenkama curenja i okolnim zrakom;
* AE u kemijskim ili električnim reakcijama koje proizlaze iz pojave odgovarajućih reakcija, uključujući one koje prate procese korozije;
* magnetski i radijacijski AE koji nastaje tijekom remagnetizacije materijala (magnetski šum) ili kao rezultat interakcije ionizirajućeg zračenja s njim;
* AE uzrokovan faznim transformacijama u tvarima i materijalima.
Dakle, AE je pojava koja prati gotovo sve fizikalne procese koji se odvijaju u čvrstim tijelima i na njihovim površinama. Sposobnost detekcije niza tipova AE zbog njihove malenkosti, posebice AE koji se javljaju na molekularnoj razini, tijekom kretanja defekata (dislokacija) kristalne rešetke, ograničena je osjetljivošću opreme, dakle, u U praksi kontrole AE većine industrijskih objekata, uključujući objekte industrije nafte i plina, koriste se prve tri vrste AE. Treba imati na umu da AE trenje stvara šum, dovodi do stvaranja lažnih defekata i jedan je od glavnih čimbenika koji kompliciraju primjenu AE metode. Osim toga, samo najjači signali iz razvoja defekata bilježe se iz AE prvog tipa: tijekom rasta pukotine i tijekom plastične deformacije materijala. Potonja okolnost čini metodu AE od velike praktične važnosti i određuje njenu široku primjenu u svrhu tehničke dijagnostike. Svrha AE ispitivanja je otkrivanje, određivanje koordinata i praćenje (monitoring) izvora akustične emisije povezane s diskontinuitetima na površini ili u volumenu stijenke ispitnog objekta, zavarenog spoja i izrađenih dijelova i komponenti. Sve indikacije uzrokovane izvorima AE treba, ako je tehnički moguće, ocijeniti drugim metodama ispitivanja bez razaranja.
Registracija signala iz izvora AE provodi se istovremeno s šumom konstantne ili promjenjive razine. Buka je jedan od glavnih čimbenika koji smanjuju učinkovitost AE kontrole. Zbog niza uzroka koji uzrokuju njihovu pojavu, buke se klasificiraju ovisno o:
* mehanizam nastanka (izvor nastanka) - akustični (mehanički) i elektromagnetski;
* vrsta signala šuma -- pulsni i kontinuirani;
* lokacije izvora -- vanjske i unutarnje.
Glavni izvori buke tijekom AE kontrole objekata su:
* prskanje tekućine u posudi, posudi ili cjevovodu kada se puni;
* hidrodinamičke turbulentne pojave pri velikim brzinama opterećenja;
* trenje na mjestima kontakta predmeta s nosačima ili ovjesom, kao iu spojevima koji imaju popustljivost;
* rad pumpi, motora i drugih mehaničkih uređaja;
* djelovanje elektromagnetskih hvatača;
* utjecaj na okoliš (kiša, vjetar, itd.);
* vlastiti toplinski šum AE pretvarača i šum ulaznih stupnjeva pojačala (pretpojačala).
Za suzbijanje šuma i izdvajanje korisnog signala obično se koriste dvije metode: amplituda i frekvencija. Amplituda se sastoji u postavljanju fiksne ili pomične razine praga diskriminacije U n , ispod kojeg oprema ne registrira AE signale. Fiksni prag je postavljen u prisutnosti buke na konstantnoj razini, plutajući prag - promjenjiv. Plutajući prag U n , koji se postavlja automatski praćenjem ukupne razine šuma, omogućuje, za razliku od fiksnog, isključivanje registracije dijela signala šuma kao AE signala.
Frekvencijska metoda potiskivanja šuma sastoji se od filtriranja signala koji primaju AE prijemnici pomoću nisko- i visokofrekventnih filtara (LPF/HPF). U tom slučaju, radi podešavanja filtara, frekvencija i razina odgovarajućih zvukova prethodno se procjenjuju prije testiranja.
Nakon što signal prođe kroz filtre i pojačivački put, uz transformaciju valova na površini kontroliranog proizvoda, dolazi do daljnjeg izobličenja početnih impulsa AE izvora. Dobivaju bipolarni oscilirajući karakter. Daljnji postupak obrade signala i njihova korištenja kao informativnog parametra određuju računalni programi za prikupljanje i naknadnu obradu podataka koji se koriste u odgovarajućoj opremi različitih proizvođača. Ispravnost određivanja broja događaja i njihove amplitude ovisit će ne samo o mogućnosti njihove registracije (rezolucija opreme), već io načinu registracije.
Nakon obrade primljenih signala, rezultati kontrole se prikazuju u obliku identificiranih (kako bi se isključili lažni nedostaci) i klasificiranih AE izvora.
Otkrivene i identificirane izvore AE preporučuje se podijeliti u četiri klase:
* prvi je pasivni izvor registriran za analizu dinamike njegovog razvoja;
* drugi je aktivni izvor koji zahtijeva dodatnu kontrolu drugim metodama;
* treći je kritično aktivan izvor koji zahtijeva kontrolu nad razvojem situacije i poduzimanje mjera za pripremu za moguće smanjenje opterećenja;
* četvrti je katastrofalno aktivan izvor, koji zahtijeva trenutačno smanjenje opterećenja na nulu ili na vrijednost pri kojoj aktivnost izvora pada na razinu drugog ili trećeg razreda.
S obzirom na veliki broj parametara koji karakteriziraju AE, dodjela izvora u odgovarajuću klasu provodi se pomoću niza kriterija koji uzimaju u obzir skup parametara. Izbor kriterija provodi se prema PB 03-593-03, ovisno o mehaničkim i akustičko-emisionim svojstvima materijala kontroliranih objekata. Kriteriji uključuju sljedeće:
* amplituda, na temelju registracije amplituda impulsa (najmanje tri iz jednog izvora) i njihove usporedbe s vrijednošću prekoračenja praga (A,), koji odgovara rastu pukotine u materijalu.
* integral, temeljen na usporedbi procjene aktivnosti AE izvora F s relativnom snagom tih izvora J k u svakom intervalu registracije.
* lokalno dinamički, koristeći promjenu broja AE lokacijskih događaja na stupnjevima održavanja tlaka i dinamiku promjena energije ili kvadrata amplitude lokacijskog događaja s povećanjem opterećenja objekta. Ovim kriterijem se ocjenjuje stanje objekata čija struktura i svojstva materijala nisu točno poznati.
* integralno-dinamički, koji klasificira AE izvor ovisno o vrsti i rangu. Vrsta izvora određena je dinamikom oslobađanja energije, na temelju amplitude AE signala u intervalu promatranja. Rang izvora određuje se izračunavanjem njegovog koeficijenta koncentracije C i ukupne energije E.
* Kriteriji koda ASME namijenjeni za lokaciju zone i zahtijevaju poznavanje dopuštenih vrijednosti parametara AE, što uključuje preliminarno proučavanje svojstava kontroliranih materijala i uzimanje u obzir ispitnog objekta kao akustičnog kanala.
AE metoda omogućuje kontrolu cijele površine ispitnog objekta. Za provođenje kontrole treba osigurati izravan pristup površinama objekta upravljanja za postavljanje AET-a. Ako to nije moguće, na primjer, pri provođenju periodičnog ili kontinuiranog nadzora podzemnih magistralnih cjevovoda bez njihovog oslobađanja od tla i izolacije, mogu se koristiti valovodi trajno pričvršćeni na kontrolirani objekt.
Prije utovara objekta provjerava se operativnost opreme i procjenjuje pogreška u određivanju koordinata pomoću simulatora. Instalira se na odabranoj točki objekta i očitanja koordinatnog sustava uspoređuju se sa stvarnim koordinatama simulatora. Kao simulator koristi se piezoelektrični pretvarač pobuđen električnim impulsima iz generatora.
Vizualizacija lokacije izvora AE provodi se pomoću video monitora, na kojem se izvori prikazuju na odgovarajućem mjestu na snimci kontroliranog objekta (vidi sl. 1) u obliku svjetlećih točaka različite svjetline, boje ili oblik (ovisno o korištenom softveru). Dokumentiranje rezultata kontrole provodi se uz pomoć odgovarajućih perifernih uređaja spojenih na glavni procesor.
U slučaju kontinuiranog AE postaje nemoguće odrediti vrijeme kašnjenja signala. U ovom slučaju, koordinate izvora AE mogu se odrediti tzv. amplitudnom metodom koja se temelji na mjerenju amplitude signala različitim AET-ima. U praksi dijagnostike ova metoda se koristi za otkrivanje curenja kroz rupe kontroliranog proizvoda. Sastoji se od konstruiranja stupčastog grafikona amplitude signala izvora kojeg primaju različiti AET-i. Analiza takvog histograma omogućuje prepoznavanje područja mjesta curenja. Pogodno za dijagnosticiranje takvih linearnih objekata kao što su naftovodi i plinovodi.
Dijagnostički nadzorni sustavi koji se temelje na AE metodi su najsvestraniji. Hardversko rješenje takvog sustava obično uključuje:
* tipični blokovi opreme za akustičnu emisiju;
* Jedinice za koordinaciju i preklapanje svih vrsta primarnih pretvarača dodatnih vrsta ispitivanja bez razaranja, čiji sastav je određen tipom kontroliranog objekta;
* blokovi kontrole i odlučivanja na temelju rezultata dijagnostičkih informacija o trenutnom stanju kontroliranog objekta.
Za svaki objekt razvija se odgovarajuća tehnologija upravljanja. AE kontrolni rad započinje ugradnjom AET na objekt. Montaža se izvodi direktno na očišćenu površinu predmeta ili se mora koristiti odgovarajući valovod. Za lociranje AE izvora na rasutom objektu velike površine, AES se postavljaju u obliku skupina (antena), od kojih svaka koristi najmanje tri pretvornika. Na linearnom objektu koriste se dva AES-a u svakoj grupi.
Kontrola se provodi tek kada se u konstrukciji stvori stanje naprezanja koje inicira rad AE izvora u materijalu objekta. Da bi se to postiglo, objekt se podvrgava opterećenju silom, pritiskom, temperaturnim poljem itd.
Nadzor i kontrolu treba provoditi u svim fazama ispitivanja. Neke vrste kvarova manifestiraju se tijekom otpuštanja pritiska. Dakle, kada se tlak smanjuje, signali proizlaze iz trenja rubova pukotina kada se zatvaraju. Defekti poput ispupčenja, koji se najčešće javljaju kod hidrogeniranja metala i očituju se u raslojavanju metala u debljini, također se detektiraju u fazi otpuštanja tlaka (izbočine se dobro uočavaju vizualno pod kosim osvjetljenjem, ponekad se osjećaju kada se pritisne ruka). Da bi se potvrdila njihova prisutnost, obično se koriste ultrazvučne metode.
Tijekom procesa punjenja preporuča se kontinuirano pratiti preglednu sliku AE zračenja ispitivanog objekta na ekranu monitora. Ispitivanja se prekidaju prije roka u slučajevima kada registrirani AE izvor pripada četvrtoj klasi. Objekt se mora istovariti, ispitivanje se ili prekida ili se razjašnjava izvor AE i procjenjuje se sigurnost nastavka ispitivanja. Brzo (eksponencijalno) povećanje ukupnog broja, amplitude impulsa, energije ili MARSE može poslužiti kao pokazatelj ubrzanog rasta pukotine koji dovodi do kvara.
Karakteristične značajke AE metode ispitivanja koje određuju njezine mogućnosti i opseg su sljedeće:
* Metoda kontrole AE omogućuje otkrivanje i registraciju samo nedostataka u razvoju, što omogućuje klasificiranje nedostataka ne prema veličini, već prema stupnju opasnosti. Istodobno, defekti velikih dimenzija mogu spadati u klasu neopasnih, što značajno smanjuje gubitke zbog odbacivanja. Istodobno, s razvojem opasnog rastućeg defekta, kada se njegove dimenzije približavaju kritičnoj vrijednosti, amplituda AE signala i brzina njihove generacije naglo se povećavaju, što dovodi do značajnog povećanja vjerojatnosti otkrivanja takvog AE. izvor i povećava pouzdanost opreme u radu;
* Osjetljivost metode kontrole AE je vrlo visoka. Omogućuje otkrivanje porasta pukotina reda frakcija milimetra u radnim uvjetima, što znatno premašuje osjetljivost drugih metoda. Položaj i orijentacija objekta ne utječu na detektabilnost nedostataka;
* integralno svojstvo AE metode upravljanja osigurava upravljanje cijelim objektom pomoću jednog ili više AE kontrolnih pretvarača fiksno ugrađenih na površinu objekta;
* Metoda AE kontrole pruža mogućnost ispitivanja objekata bez skidanja njihove hidro- ili toplinske izolacije. Za provođenje kontrole dovoljno je otvoriti izolaciju samo na mjestima gdje su ugrađeni pretvarači, što uvelike smanjuje količinu restauratorskih radova;
* metoda pruža mogućnost provođenja daljinskog nadzora nepristupačnih objekata, kao što su podzemni i podvodni cjevovodi, uređaji zatvorenih objekata i sl.;
* metoda omogućuje kontrolu različitih tehnoloških procesa i procesa promjene svojstava i stanja materijala te ima manje ograničenja vezanih uz njihova svojstva i strukturu;
* u kontroli industrijskih objekata metoda u mnogim slučajevima ima maksimalnu vrijednost omjera učinkovitosti i troškova.
Značajan nedostatak metode je teškoća u odvajanju korisnog signala od šuma kada je kvar mali. Drugi značajan nedostatak metode, uz visoku cijenu opreme, je potreba visoko kvalificiran AE upravljački operater.
Struktura opreme za kontrolu AE određena je sljedećim glavnim zadacima: prijem i identifikacija AE signala, njihovo pojačanje i obrada, određivanje vrijednosti parametara signala, fiksiranje rezultata i izlaz informacija. Oprema se razlikuje po stupnju složenosti, namjeni, prenosivosti, kao i klasi, ovisno o količini primljenih informacija.
Najraširenija je višekanalna oprema, koja uz AE parametre omogućuje određivanje koordinata izvora signala uz istovremeno snimanje ispitnih parametara (opterećenje, tlak, temperatura itd.).
AET je fiksiran na površinu ispitnog objekta na različite načine: uz pomoć ljepila, stezaljki, stezaljki, magnetskih držača, uz pomoć trajno ugrađenih nosača itd. U praksi industrijskog AE ispitivanja uglavnom su rezonantni AET. koriste, jer je njihova osjetljivost mnogo veća.
Pričvršćivanje PAE vrši se pomoću magnetske stezaljke. Kako bi se osigurala maksimalna osjetljivost, stražnja strana ploče je slobodna, a bočna površina prigušena je samo 30% spojem.
Slika 2 - Shema položaja izvora AE na razvoju posude i mjesta registriranih nedostataka: 1 - školjka 1; 2 -- školjka 2; 3 - ulaz zraka; 4 -- školjka 3; 5 -- dno dno; 6 - priključak za odvod kondenzatora; 7 -- šaht; 8 - armatura manometra; 9 - priključak sigurnosnog ventila; 10 -- gore dolje; I--VIII -- brojevi AE prijemnika
Trenutno postoji niz sustava koji rade na cjevovodima, čiji se rad temelji na različitim fizičkim principima.
Akustični sustavi registriraju u akustičkom frekvencijskom području valove nastale curenjem. Ovi sustavi uključuju: SNKGN-1, SNKGN-2 (Introscopy Research Institute na Tomskom politehničkom sveučilištu); "LeakWave" (firma "Energoavtomatika", Moskva); "Kapkan" (LLC "Projekt-resurs", Nižnji Novgorod); "WaveAlert Acoustic Leak Detection System" (Acoustic Systems Incorporated, SAD); "Sustav za otkrivanje curenja i udara / udara L.D.S." (Francuska).
Parametarski sustavi temelje se na mjerenju tlaka i protoka pumpanog proizvoda. Predlažu se i sustavi koji rade na drugim fizikalnim principima, među kojima posebno treba istaknuti vibroakustički nadzorni sustav temeljen na optičkom kabelu; optički senzor (kabel) za otkrivanje curenja nafte i naftnih proizvoda; operativni daljinski nadzor nepropusnosti, na temelju mjerenja vodljivosti izolacijske prevlake cjevovoda.
Akustički i parametarski sustavi imaju prednosti u odnosu na ostale zbog viših tehničkih karakteristika i ekonomskih pokazatelja. U usporedbi sustava, značajan pokazatelj je trošak opreme, njene instalacije i tekućeg održavanja po 1 km duljine cjevovoda. A ako su karakteristike dvaju sustava usporedive, prednost se daje, naravno, ekonomski atraktivnijem razvoju.
Analiza ekonomskih pokazatelja omogućuje uvjetnu podjelu navedenih sustava u dvije skupine troškova (distribuirani i prošireni sustavi), koji se razlikuju po načinu postavljanja opreme na cjevovod:
u distribuiranim sustavima, moduli za snimanje instalirani su na cjevovodu, u pravilu, na znatnoj udaljenosti jedan od drugog i koriste dostupne komunikacijske kanale - radio kanal, satelit, telemehaniku, optička vlakna. Ova skupina uključuje akustičke i parametarske sustave;
u proširenim sustavima, instalirana oprema zahtijeva polaganje dodatnog komunikacijskog kanala duž cjevovoda.
Za distribuirane sustave, troškovi opreme, instalacije i tekućeg održavanja po 1 km su oko 10 puta niži u usporedbi s proširenim sustavima.
U isto vrijeme analiza tehnički podaci ovih sustava pokazuje da omogućuju registraciju velikih curenja, praćenih padom tlaka, te imaju granicu osjetljivosti, koja je oko 1% kapaciteta cjevovoda. Istodobno, curenja s niskim intenzitetom (manje od 1%) takvi sustavi ne bilježe. Tako, na primjer, pri kapacitetu od 2000 m 3 /h, sustav s osjetljivošću od 1% može detektirati samo istjecanje intenziteta od 333,3 l/min ili više.
Osjetljivost razmatranih sustava ograničena je "šumom" mjerenih parametara. NA novije vrijeme produktivnost glavnih cjevovoda raste, što dovodi do povećanja "buke" i smanjenja osjetljivosti sustava. Implementacija samo jedne funkcije nadzora tehničkog stanja u akustičnim sustavima njihov je značajan nedostatak.
Za pružanje nekoliko funkcija, kao što su otkrivanje curenja, zaštita cjevovoda, praćenje (kontrola lokacije) inline uređaja, potrebno je instalirati 3 različitim sustavima, što dovodi do smanjenja i pouzdanosti u provedbi pojedinih funkcija i povećanja ukupnih troškova.
