Nedeštruktívne testovanie (ND)- technologická kontrola spoľahlivosti parametrov objektu alebo jeho prvkov. Pri realizácii nie je skúmaný objekt vyradený z prevádzky, nerozoberaný.

Nedeštruktívne skúšanie sa používa na diagnostiku budov a konštrukcií, ako aj na zložité technologické zariadenia. Technológia nedeštruktívneho testovania je bezpečná a podstatný prvok odbornosť v oblasti priemyselnej bezpečnosti. Vďaka nedeštruktívnemu testovaniu je zabezpečená technická bezpečnosť na všetkých zariadeniach.

Metóda kontroly akustických emisií

Metóda akustickej emisie (AE)- na základe javu nazývaného akustická emisia. Pri vzniku a šírení akustických vĺn pri deformácii namáhaného materiálu alebo výrone plynov a iných procesoch vznikajú elastické kmity akustických vĺn, z ktorých údajov sa zisťuje vznik defektov v počiatočnom štádiu porušenia konštrukcie. Vďaka pohybu média je možné použiť AE na diagnostiku procesov a materiálov, ako je napríklad kritérium integrity materiálu.
Metóda nedeštruktívneho skúšania akustických emisií- Ide o kontrolu technického stavu objektov prieskumu. Je založená na princípoch vyžarovania a registrácie napäťových vĺn v materiáli, ktorý je zaťažený silou, tlakom, teplotou atď. Voľba druhu záťaže je daná prevádzkovými podmienkami kontrolovaného objektu, jeho prevedením a charakterom skúšok.

Aplikácia
Táto metóda je použiteľná pri výrobe kontrolných predmetov, pri ich výrobných skúškach, pri technickom skúšaní a tiež priamo pri prevádzke.

Prečo potrebujeme metódu kontroly AE?

Účelom akustickej emisie NDT je ​​zisťovať, určovať súradnice a sledovať zdroje akustickej emisie, ktoré sú spojené s diskontinuitami na povrchu alebo v objeme steny nádoby, zvarového spoja a vyrábaných dielov a komponentov.
Ak sú technické možnosti, je potrebné vyhodnotiť zdroje AE inými metódami NDT.
Metóda akustickej emisie NDT sa môže použiť na odhad rýchlosti rozvoja defektu. Zároveň je možné testovanie vopred zastaviť a zabrániť zničeniu predmetu (produktu). Táto metóda vám umožňuje určiť tvorbu rôznych trhlín, netesností a iných porúch v tesneniach, zátkách, armatúrach.

Kto je detektor chýb?

Defektoskopista je špecialista na nedeštruktívne testovanie. K povinnostiam defektológa patrí diagnostika predmetov, ako aj ich častí (zostáv) za účelom identifikácie rôznych defektov. Už len názov profesie napovedá, že povolanie defektológa je veľmi zodpovedné, multidisciplinárne a nie jednoduché. Špecialista na nedeštruktívne testovanie musí s istotou pracovať s drahým a zložitým zariadením, mať rozsiahle technické znalosti, poznať normy, normy detektoristov, predpisy a rôzne druhy dokumentácie.

Certifikácia detektora chýb

Certifikácia (certifikácia) personálu pre nedeštruktívne skúšobné metódy na I., II. a III. stupni kvalifikácie spĺňa v súlade s požiadavkami.

Ak chcete presne vypočítať náklady na atestáciu, musíte vybrať metódy a predmety, ktoré potrebujete študovať.

Základné metódy a objekty nedeštruktívneho skúšania (NDT)

Metódy defektoskopie:

• - na základe javu nazývaného akustická emisia. Pri vzniku a šírení akustických vĺn pri deformácii namáhaného materiálu alebo výrone plynov a iných procesoch vznikajú elastické kmity akustických vĺn, z ktorých údajov sa zisťuje vznik defektov v počiatočnom štádiu porušenia konštrukcie. Vďaka pohybu média je možné použiť AE na diagnostiku procesov a materiálov, ako je kritérium integrity materiálu;
• - na základe štúdia procesu šírenia ultrazvukových vibrácií s frekvenciou 0,5 - 25 MHz v kontrolovaných výrobkoch pomocou špeciálneho zariadenia - ultrazvukového defektoskopu;
• Magnetické (MK)- založené na interakčnej analýze magnetické pole s ovládaným objektom;
• Elektrické (EC)- založené na protokolovaní parametrov elektrické pole interakcia s ovládaným objektom alebo vznikajúca v ovládanom objekte v dôsledku vonkajšieho vplyvu;
• Vírivý prúd (VC)- na základe analýzy interakcie vonkajšieho elektromagnetického poľa prevodníka vírivých prúdov s elektromagnetického poľa vírivé prúdy indukované v ovládanom objekte;
• Rádiové vlny (RVK)- na základe registrácie zmien parametrov elektromagnetické vlny rádiový dosah interagujúci s ovládaným objektom;
• Tepelné (TC)- na základe registrácie zmien tepelných alebo teplotných polí riadených objektov spôsobených poruchami;
• Optické (OK)- na základe registrácie parametrov optického žiarenia interagujúceho s kontrolovaným objektom;
• - na základe registrácie a analýzy prenikajúceho ionizujúceho žiarenia po interakcii s kontrolovaným objektom. Slovo "žiarenie" možno nahradiť slovom označujúcim určitý druh ionizujúceho žiarenia, ako je röntgenové žiarenie, neutróny atď.;
• penetračné látky- na základe prieniku látok do defektových dutín kontrolovaného objektu. Existuje niekoľko typov tejto metódy, napríklad „kapilárna (PVC)“ alebo „detekcia netesností (PVT)“, ktorá sa používa na detekciu defektov;
• - na základe vizuálnej kontroly a kontroly kvality zvarov, príprava a montáž obrobkov na zváranie. Účelom tejto kontroly je identifikovať preliačiny, otrepy, hrdzu, popáleniny, ochabnutie a iné viditeľné chyby. Táto metóda predchádza ostatným metódam zisťovania chýb a je základná;
• Vibordiagnostika (VD) - na základe analýzy parametrov vibrácií, ktoré sa vyskytujú počas prevádzky riadeného objektu. Vibračná diagnostika je zameraná na vyhľadávanie porúch a posúdenie technického stavu objektu vibračnej diagnostiky.

Predmety defektoskopie:

1. Objekty dozoru nad kotlom

• 1.1. Parné a teplovodné kotly
• 1.2. Elektrické kotly
• 1.3. Nádoby pracujúce pod tlakom nad 0,07 MPa
• 1.4. Parovody a horúca voda s pracovným tlakom pary nad 0,07 MPa a teplotou vody nad 115°С
• 1.5. Tlakové komory

2. Systémy zásobovania plynom (distribúcia plynu)

• 2.1. Vonkajšie plynovody
• 2.1.1. Vonkajšie plynovody oceľové
• 2.1.2. Vonkajšie polyetylénové plynovody
• 2.2. Vnútorné plynové potrubia oceľové
• 2.3. Diely a zostavy, plynové zariadenia

3. Zdvíhacie zariadenia

• 3.1. Žeriavy
• 3.2. Výťahy (veže)
• 3.3. Lanovky
• 3.4. Lanovky
• 3.5. Eskalátory
• 3.6. výťahy
• 3.7. Pipelay žeriavy
• 3.8. Nakladacie žeriavy
• 3.9. Zdvíhacie plošiny pre telesne postihnutých
• 3.10. Žeriavové dráhy

4. Ťažobné zariadenia

• 4.1. Budovy a stavby povrchových komplexov baní, úpravní, peletární a aglomerácií
• 4.2. Banské výťahy
• 4.3. Banská doprava a banské zariadenia

5. Zariadenia uhoľného priemyslu

• 5.1. Banské výťahy
• 5.2. Hlavné ventilačné ventilátory
• 5.3. Zariadenia na banskú dopravu a úpravu uhlia

6. Zariadenia pre ropný a plynárenský priemysel

• 6.1. Zariadenie na vŕtanie studní
• 6.2. Zariadenie na prevádzku studne
• 6.3. Vybavenie na dokončenie a prepracovanie studní
• 6.4. Zariadenia pre čerpacie stanice ropy a plynu
• 6.5. Ropovody a plynovody
• 6.6. Nádrže na ropu a ropné produkty

7. Zariadenie hutníckeho priemyslu

• 7.1. Kovové konštrukcie technických zariadení, budov a konštrukcií
• 7.2. Spracovanie plynovodov
• 7.3. Čapy železných unášačov, oceľové naberačky, kovové nalievacie naberačky

8. Zariadenia pre výbušný a chemicky nebezpečný priemysel

• 8.1. Zariadenia pre chemický, petrochemický a ropný priemysel pracujúce pod tlakom do 16 MPa
• 8.2. Zariadenia pre chemický, petrochemický a ropný priemysel pracujúce pod tlakom nad 16 MPa
• 8.3. Zariadenia pre chemický, petrochemický a ropný priemysel pracujúce vo vákuu
• 8.4. Skladovacie nádrže na výbušné a toxické látky
• 8.5. Izotermické skladovanie
• 8.6. Kryogénne vybavenie
• 8.7. Chladiace zariadenia na amoniak
• 8.8. Pece
• 8.9. Kompresorové a čerpacie zariadenia
• 8.10. Centrifúgy, separátory
• 8.11. Nádrže, kontajnery (sudy), fľaše na výbušné toxické látky
• 8.12. Procesné potrubia, potrubia pary a horúcej vody

9. Predmety železničnej dopravy:

• 9.1. Koľajové vozidlá a kontajnery určené na prepravu nebezpečných látok
  látok.
• 9.2. Železničné vlečky.

10. Predmety skladovania a spracovania obilia:

• 10.1. Dúchadlá (vzduchové turbokompresory, turbodúchadlá).
• 10.2. Ventilátory (odstredivé, radiálne, VVD).
• 10.3. Kladivové drviče, valcové mlyny, entoleitory.

11. Budovy a stavby (stavebné objekty)

• 11.1. Kovové konštrukcie
• 11.2. Betónové a železobetónové konštrukcie
• 11.3. Kamenné a železobetónové murované konštrukcie

Naučte sa byť detektorom chýb

Samozrejme, práca defektológa by mala vychádzať z rozsiahlych vedomostí, ktoré je možné získať absolvovaním kurzov defektoskopie. Odborné školenie ako akustický emisný NDT defektoskop v Moskve vykonávajú špeciálne nezávislé orgány na atestáciu personálu nedeštruktívneho testovacieho systému. Po jej absolvovaní sa vykonáva certifikácia defektológa, podľa výsledkov ktorej sa vydáva certifikát defektológa. Naša spoločnosť pomôže vám a vašim zamestnancom naučiť sa byť detektorom chýb rôzne druhy, v tento prípad, defektoskopista metódy akustickej emisie NDT, bez prerušenia výroby.

Prečo je potrebná certifikácia detektora chýb?

Podľa toho musia všetci špecialisti na nedeštruktívne testovanie (defektoskopisti) prejsť certifikáciou pri vykonávaní kontroly pomocou metód ustanovených v článku 17 v zariadeniach ustanovených v dodatku 1.

Certifikáciu svojich špecialistov by mali vykonávať podniky a organizácie zaoberajúce sa nedeštruktívnym testovaním pri technickej diagnostike, opravách, rekonštrukciách budov a stavieb, ako aj ich častí a technických zariadení vo výrobných zariadeniach spojených so zvýšeným nebezpečenstvom. Taktiež organizácie zapojené do certifikácie, pokročilého školenia personálu musia prejsť certifikáciou v špeciálnych nezávislých orgánoch pre certifikáciu personálu systému nedeštruktívneho testovania.

3 úrovne kvalifikácie detektora chýb:

I kvalifikačný stupeň— špecialista na NDT so zručnosťami, znalosťami a zručnosťami v súlade s odsekom 1.2 dodatku 4.

Špecialista NDT kvalifikačného stupňa I môže vykonávať prácu na nedeštruktívnom skúšaní určitou metódou NDT, určitých predmetov, v súlade s pokynmi, pri dôslednom dodržaní technológie a metodiky NDT a pod dohľadom personálu s kvalifikačnou úrovňou vyššou ako jeho.

Medzi povinnosti detektora chýb úrovne I patrí:

• nastavenie zariadenia, ktoré sa používa na vykonávanie NDT vhodnou metódou;
• vykonávanie NDT metódou, na ktorú je certifikovaný;
• opis výsledkov pozorovania a kontroly.

Špecialista kvalifikačného stupňa I nemôže vykonať nezávislý výber metódy NDT, zariadenia, technológie a režimu riadenia, vyhodnotiť výsledky kontroly.

II stupeň kvalifikácie— špecialista na NDT so znalosťami, zručnosťami a schopnosťami v súlade s odsekmi 2.2 a 2.3 dodatku 4.

Špecialista NDT kvalifikačného stupňa II môže vykonávať práce na nedeštruktívnom skúšaní, má dostatočnú kvalifikáciu na riadenie NDT v súlade s regulačnou a technickou dokumentáciou, na výber spôsobu kontroly, obmedzenie rozsahu metódy. Nastavuje zariadenie, posudzuje kvalitu predmetu alebo prvku v súlade s dokumentmi, dokumentuje získané výsledky, vypracúva pokyny a rôzne dokumenty pre konkrétne produkty v oblasti jeho certifikácie, pripravuje a dohliada na špecialistov I. úrovne. Špecialista II. stupňa kvalifikácie NDT si vyberá technológiu a prostriedky kontroly, vyvodzuje záver o výsledkoch kontroly, ktorú vykonáva on alebo špecialista NDT I. stupňa.

III stupeň kvalifikácie— špecialista na NDT so znalosťami, zručnosťami a schopnosťami v súlade s odsekom 3 dodatku 4.

NDT špecialista III. stupňa kvalifikácie má kvalifikáciu potrebnú na riadenie akýchkoľvek operácií podľa metódy NDT, na ktorú je certifikovaný, samostatne si vyberá metódy a metódy NDT, personál a vybavenie. Dohliada na prácu personálu I. a II. stupňa a vykonáva prácu, za ktorú zodpovedajú tieto stupne. Kontroluje a schvaľuje technologickú dokumentáciu vypracovanú odborníkmi úrovne II. Zaoberá sa tvorbou metodických dokumentov a technických predpisov pre NDT, ako aj hodnotením a interpretáciou výsledkov kontroly. Zúčastňuje sa školení, certifikácie personálu na úrovni I, II, III, ak je oprávnený nezávislým orgánom. Kontroluje prácu vykonávanú personálom I. a stupňa, vyberá technológiu a kontrolné nástroje, vyvodzuje závery o jej výsledkoch, ktoré sám vykonal, prípadne odborník I. stupňa pod jeho dohľadom.

Existujú aj rôzne radov detektoristov, ktoré dostávajú priamo od podnikov, v ktorých pracujú.

Môžete byť vyškolení bez ohľadu na to, akú kvalifikáciu už máte. Ak už máte pracovné skúsenosti v tejto profesii a chcete si povýšiť svoj status na detektora chýb 6. stupňa, musíte absolvovať pokročilé školenie pre detektory chýb. Pre špecialistov s nedostatočnými skúsenosťami a znalosťami existujú kurzy, kde profesionálny tréning defektoskopy, kde sa môžete naučiť stať sa defektológom od nuly.

DÔLEŽITÉ

Za účelom zapojenia sa do činností na nedeštruktívne skúšanie metódy akustickej emisie NDT, zamestnanec musíte dostať potvrdenie od lekára terapeuta a očného lekára, o zdravotnom stave.

Platnosť atestácia operátora defektoskopu úrovne I, II - 3 roky, úroveň III - 5 rokov od dátumu certifikácie.

cenacertifikáty detektora chýb vypočítané len na základe žiadosti, na základe akých prác a činností sa bude osvedčovať!

Prednáška 17 METÓDA KONTROLY AKUSTICKÝCH EMISIÍ Fyzické základy Kontrola akustickej emisie Fenomén akustickej emisie (AE) je známy už od začiatku minulého storočia ako „plechový výkrik“, ktorý vzniká pri deformácii cínových tyčiniek a je počuteľný uchom. Po dlhú dobu sa tento jav nenašiel praktické uplatnenie. A to až od polovice minulého storočia, keď sa ukázalo, že deštrukcii zaťažených konštrukcií predchádza vyžarovanie elastických vĺn širokého frekvenčného rozsahu, registráciou ktorých je možné predvídať a hlavne predchádzať katastrofickým následky deštrukcie zaťažených štruktúr sa začali systematické štúdie AE. Fenomén AE a príčiny, ktoré ho spôsobujú, sa ukázali byť oveľa zložitejšie, ako sa očakávalo počiatočná fázaštúdium. Až v polovici 70. rokov 20. storočia bolo vyvinuté vysoko citlivé zariadenie a zozbieraný experimentálny materiál dostatočný na riešenie praktických problémov. nariadenia GOST 27655–88 definuje AE akustickú emisiu ako vyžarovanie mechanických elastických vĺn materiálom spôsobené dynamickým lokálnym preskupením jeho vnútornej štruktúry. Postupom času začalo AE zahŕňať vysokofrekvenčné akustické žiarenie, ktorého zdrojom je únik kvapalín a plynov cez defekty v nádobách a potrubiach, ako aj akustické signály sprevádzajúce trenie pevných látok. V súčasnosti sa predpokladá, že AE je jav, ktorý sprevádza takmer všetky fyzikálne procesy v pevných látkach a na ich povrchu a možnosť jeho detekcie je určená len prahom citlivosti použitého zariadenia.

AE sa vyskytuje tak v priebehu procesov na mikroúrovni v pevných látkach, ako aj v makrojavoch spojených napríklad s deformáciou materiálov a deštrukciou štruktúr. Preto registrácia AE a analýza jeho parametrov poskytuje dostatok príležitostí na štúdium vlastností materiálov, ich interakcie s kvapalnými a plynnými médiami, ako aj na diagnostiku stavu energeticky namáhaných štruktúr. V porovnaní s inými metódami NDT, ako je ultrazvuková detekcia defektov, röntgenová kontrola atď., má metóda AE množstvo výhod. Ide predovšetkým o: detekciu vývinu počas prevádzky, a teda najnebezpečnejších porúch zaťažených komponentov reaktorového zariadenia; monitorovanie nárastu materiálnych škôd v reálnom čase pri testovaní potrubí a tlakových nádob, ktoré sú súčasťou jadrovej elektrárne; možnosť vykonávania prevádzkovej kontroly elektráreň; schopnosť určiť miesto defektov trhlín, zón plastickej deformácie, netesností atď., ktoré sa nachádzajú dostatočne ďaleko od prijímacích snímačov; možnosť pre určité scenáre vývoja havárií jadrových elektrární predvídať a vopred zabrániť zničeniu kovových konštrukcií a zariadení; rýchle zistenie prasknutia alebo netesnosti v ťažko dostupných tlakových nádobách a potrubiach v prípade núdze; kompatibilita metódy AE s inými metódami NDT, čo umožňuje zvýšiť spoľahlivosť výsledkov kontroly použitím niekoľkých nezávislých metód; možnosť vykonávania diaľkového automatizovaného riadenia v radiačne nebezpečných priestoroch jadrovej elektrárne.

Prax ukazuje, že aplikácia metódy AE na jadrových energetických zariadeniach umožňuje: zlepšiť bezpečnosť prevádzky elektrárne identifikáciou potenciálnych zdrojov porúch konštrukcie; skrátiť čas na inšpekcie a diagnostické vyšetrenia konštrukcií a zariadení; zdôvodniť zvýšenie koeficientu využitia inštalovaného výkonu (ICUF) energetických blokov z dôvodu kontroly a diagnostiky energeticky náročných zariadení; zvýšiť bezpečnosť a zlepšiť pracovné podmienky personálu prevádzky a údržby JE. Samozrejme, ako každá iná metóda nedeštruktívneho testovania, metóda AE nie je bez nedostatkov - to je predovšetkým: potreba vytvárať dodatočné zaťaženia na diagnostikovanom objekte, s výnimkou prípadov, keď sú tieto zaťaženia zabezpečené prevádzkou alebo predpisy o údržbe; absencia všeobecne akceptovaných vzťahov spájajúcich parametre AE signálov s poškodením materiálu riadeného objektu; ťažkosti pri izolácii signálov AE na pozadí silného rušenia šumom sprevádzajúceho prevádzku diagnostikovaného objektu.

Vzhľadom na uvedené výhody, možnosť testovania veľkých a malých objektov pri rôznych podmienkach zaťaženia vrátane tepelného zaťaženia konštrukcií, našla metóda AE uplatnenie pri monitorovaní materiálov a diagnostike zariadení JE. Stačí poznamenať nasledujúcu skutočnosť. Zvarové spoje kritických potrubí JE sú podrobované nepretržitej röntgenovej kontrole. Ak je však spoľahlivosť detekcie plošných defektov touto metódou asi 45 %, tak pri diagnostike akustickej emisie je spoľahlivosť oveľa vyššia a dosahuje 85 %. Keď je použitie röntgenovej metódy náročné, kontrola akustickej emisie sa stáva jedinou na hodnotenie tvorby trhlín vo zvarových spojoch konštrukčných prvkov jadrových elektrární.

Druhy akustickej emisie Regulácia akustickej emisie registruje vibrácie riadeného objektu, ktorých zdrojom sú rôzne fyzikálne procesy v materiáli objektu. Pomocou elektromechanických meničov sa elastické vibrácie premieňajú na elektrické signály a analyzujú sa ich parametre. AE je náhodný proces, teda proces, ktorého parametre sa v priebehu času náhodne menia. Metódy spracovania signálu a ich informatívne parametre závisia od typu zaznamenanej AE. Rozdelenie akustickej emisie na dva typy je spojené s nasledujúcimi okolnosťami. Vzhľadom na diskrétnu povahu štruktúry hmoty sú procesy, ktoré sa v nich vyskytujú, tiež diskrétne. Kontinuita sledovaných procesov je dôsledkom spriemerovania Vysoké číslo jednotlivé elementárne udalosti. Tieto deje vedú k mikrodeformácii pevného telesa, zvyčajne tak nepatrnej, že ju konvenčné meracie prístroje nezaznamenajú. Veľké množstvo elementárnych dejov však môže viesť k makroskopickým javom, ktoré výrazne menia energetický stav tela. Napríklad plastická deformácia kovov za normálnych podmienok je hlavne výsledkom premiestnenia dislokácií lineárnych defektov kryštálová mriežka. Známky pohybu samostatnej dislokácie nie je ľahké zaregistrovať. Pohyb pod napätím veľkého počtu dislokácií na makroúrovni sa však prejavuje ako zvyšková alebo plastická deformácia kovu.

Pri zmene energetického stavu tela sa časť energie uvoľňuje vo forme žiarenia elastických vĺn. Tieto vlny sú akustické emisie. Ak je počet elementárnych udalostí vedúcich k emisii elastických vĺn veľký a energia uvoľnená počas každej udalosti je malá, potom sa jednotlivé signály AE, ktoré sa navzájom prekrývajú, vnímajú ako slabý súvislý šum, nazývaný spojitý AE. V tomto prípade sa v dôsledku malosti energie uvoľnenej počas jedinej udalosti mierne zmení energetický stav tela. Pravdepodobnosť ďalšej takejto udalosti je teda prakticky nezávislá od predchádzajúcej. V dôsledku toho sa charakteristiky kontinuálnej AE v priebehu času menia pomerne pomaly, obr. 1a. Ak sa v dôsledku jednotlivých dejov výrazne zmení energetický stav tuhého telesa, potom sa počas krátkej doby vyžarujú elastické vlny, ktorých energia môže o mnoho rádov prevýšiť energiu vĺn pri kontinuálnej emisii. Emisia elastických vĺn má v tomto prípade výbušný alebo impulzívny charakter. Počet jednotlivých energetických skokov je podstatne menší ako v prípade kontinuálneho emisného žiarenia. Vplyv každej predchádzajúcej udalosti na nasledujúcu sa stáva významným a proces vytvárania elastických vĺn už nemožno považovať za stacionárny. Celkom Pulzy AE sú relatívne malé, ale majú veľkú amplitúdu. Táto emisia sa nazýva diskrétna, obr. 1b. Takáto emisia sa pozoruje napríklad pri podkritickom raste trhlín v kovoch s nízkou plasticitou. Obr.1. Typy akustickej emisie: kontinuálna; b diskrétne. ab

Rozdelenie AE na spojité a diskrétne je skôr ľubovoľné, keďže možnosť samostatného záznamu impulzov AE závisí len od vlastností použitého zariadenia a jeho rozlíšenia. Okrem toho zvýšením úrovne diskriminácie signálov kontinuálnej akustickej emisie, Obr. 1a je možné registrovať len vysokoamplitúdové emisie akustického signálu, to znamená formálne prepnúť zo záznamu kontinuálneho na záznam diskrétneho AE, aj keď je zrejmé, že podstata javu AE sa v tomto prípade nezmení. V praxi sa spravidla treba vysporiadať s oboma typmi emisií. Napríklad k podkritickému rastu trhlín v kovoch pod vplyvom vonkajších a vnútorných faktorov dochádza náhle. Dlhé obdobia stabilného stavu trhliny s určitým možným zvýšením plastickej deformácie na jej vrchole sa striedajú s časovými bodmi, kedy trhlina mení svoju dĺžku transsonickou rýchlosťou a prechádza do nového rovnovážneho stavu. Takýto prechod je spojený so zmenou napäťového stavu odľahčením materiálu v blízkosti trhliny a je sprevádzaný emisiou elastických vĺn zaznamenaných prevodníkom ako diskrétny AE signál. V intervaloch medzi skokmi, keď dochádza k plastickej deformácii na vrchole trhliny, je pozorovaná súvislá AE charakteristika plastickej deformácie. Okrem toho sa počas tejto doby vytvárajú a vyvíjajú mikrotrhliny v zóne plastickej deformácie. Tieto procesy sú tiež sprevádzané emisiou diskrétnych AE impulzov. V subkritickom štádiu vývoja trhliny, jeho priemerná rýchlosť pokrok je malý a ešte nepredstavuje vážne nebezpečenstvo pre štruktúru. Vznikajúca akustická emisia slúži ako predzvesť zlyhania dlho pred nebezpečným štádiom katastrofického rastu trhlín. Na predpovedanie deštrukcie sa používa diskrétna zložka emisie kvôli jednoduchosti registrácie signálov s veľkou amplitúdou. Všimnite si, že podobný obraz sa odohráva aj pri vývoji únavových trhlín.

Hlavné zdroje akustickej emisie v kovoch Podľa súčasných predstáv možno identifikovať tieto hlavné zdroje AE, ktoré pôsobia na rôznych štrukturálnych úrovniach v kovoch: 1. Mechanizmy zodpovedné za plastickú deformáciu: procesy spojené s pohybom dislokácií konzervatívny skĺznutie a anihilácia dislokácií, násobenie dislokácií podľa mechanizmu Frank-Read; oddelenie dislokačných slučiek od prichytávacích bodov atď.; interakcia dislokácií s prekážkami atómy nečistôt, iné dislokácie, hranice zŕn; kĺzanie hraníc zŕn; twinning. 2. Mechanizmy spojené s fázovými transformáciami a fázovými prechodmi prvého a druhého druhu: transformácie polymorfného typu, vrátane martenzitických; tvorba častíc druhej fázy počas rozkladu presýtených tuhých roztokov; fázové prechody v magnetoch a supravodičoch; magnetomechanické efekty v dôsledku posunutia hraníc a preorientovania magnetických domén so zmenou vonkajšieho magnetizačného poľa. Kontinuálne AE žiarenie je spojené s procesmi plastickej deformácie kovov a inými fyzikálnymi procesmi v pevných látkach. To znamená, že tečenie materiálu v prvom (nestacionárnom) a druhom (stacionárnom) stupni je sprevádzané kontinuálnou AE. V tretej fáze sa okrem kontinuálnej, diskrétnej emisie pozoruje aj vznik a vývoj mikrotrhlín. Podobná situácia prebieha pri korózii pod napätím, ktorej konečným štádiom je korózne praskanie sprevádzané akustickými zábleskami diskrétnych AE.

Kaiserov efekt Nepretržitá akustická emisia je charakterizovaná prejavom Kaiserovho efektu. Spočíva v absencii alebo výraznom znížení emisií pri opakovanom zaťažení predmetu až do okamihu, keď zaťaženie pri opakovanom zaťažení nedosiahne maximálnu hodnotu dosiahnutú v predchádzajúcom cykle. Podstata Kaiserovho efektu je znázornená na obr. 2, na ktorom plná čiara znázorňuje zmenu zaťaženia v dvoch cykloch zaťaženia materiálu; prerušovaná vodorovná čiara predstavuje maximálnu hodnotu zaťaženia v prvom zaťažovacom cykle. Vertikálne čiary zaznamenané pomocou rekordéra signálu AE. Je vidieť, že pri opakovanom zaťažení prakticky nedochádza k emisii až do času t 0, kedy zaťaženie pri opakovanom zaťažení dosiahne maximálnu hodnotu zaťaženia prvého cyklu. O ďalšie zvýšenie emisia záťaže sa obnoví. Ryža. 2. Vysvetlenie Kaiserovho efektu: zmena zaťaženia v čase; maximálna hodnota zaťaženia v prvom zaťažovacom cykle; moment dosiahnutia maximálnej hodnoty zaťaženia prvého cyklu v druhom cykle zaťaženia

V polykryštalických kovových materiáloch je výskyt súvislej AE zvyčajne spojený s plastickou deformáciou jednotlivých polykryštálových zŕn. V praxi sa akustická emisia pri opakovanom zaťažení začína objavovať o niečo skôr, ako sa dosiahne počiatočná maximálna úroveň napätia, a úplne sa obnoví o niečo neskôr, keď sa táto úroveň dosiahne. Žíhanie materiálu po primárnej deformácii vedie k narušeniu Kaiserovho efektu a so zvýšením stupňa žíhania sa zvyšuje stupeň obnovenia charakteristík AE signálov. Po úplnom žíhaní materiálu sa akustická emisia obnoví na pôvodnú úroveň. Kaiserov efekt sa nepozoruje, keď sa objavia praskliny. Je to spôsobené tým, že priemerná deformácia na objem materiálu necharakterizuje deformáciu jeho jednotlivých oblastí v dôsledku prítomnosti koncentrátorov napätia na vrchole trhliny. Pri opakovanom zaťažení môže deformácia v blízkosti špičiek trhlín prekročiť predtým dosiahnuté, čo vedie k vzniku akustickej emisie.

Informatívne parametre akustickej emisie Je potrebné rozlišovať medzi parametrami jednotlivých impulzov diskrétnej AE, impulznými tokmi a parametrami kontinuálnej AE. 1. AE impulzy alebo signály vo všeobecnom prípade sú superpozíciou všetkých typov elastických vĺn, ktoré sa môžu šíriť v riadenom objekte. AE impulzy sú charakterizované 2. amplitúdou; 3.trvanie; 4.tvar; 5. frekvenčné spektrum; 6. čas zjavenia. Tvar impulzu súvisí s jeho frekvenčným spektrom a závisí od množstva faktorov. Je určená fyzikálnym procesom, ktorý vyústil do objavenia sa akustického žiarenia, prenosovými funkciami prvkov akustickej dráhy, po ktorej sa impulz šíri z miesta pôvodu do prijímacieho meniča, a frekvenčným pásmom prijímacieho meniča. prevodník. Tvar impulzu závisí aj od tlmenia a rozptylu elastických vĺn. Keďže útlm vĺn sa zvyšuje s prejdenou vzdialenosťou a silne sa zvyšuje s frekvenciou, impulz, ktorý prešiel na veľkú vzdialenosť od zdroja k prijímaču, bude dominovať nízkofrekvenčným zložkám spektra. Pretože súčin šírky spektra impulzov a jeho trvania sa rovná jednotke v ráde, zoslabenie vysokofrekvenčných zložiek spektra a následne zmenšenie jeho šírky vedie k zvýšeniu trvanie zaznamenaného pulzu. Impulz AE má široké frekvenčné spektrum, to znamená, že je superpozíciou mnohých elastických harmonických vĺn rôznych frekvencií. V dôsledku disperzie sa rôzne zložky šíria rôznymi rýchlosťami. To má za následok fázový posun medzi frekvenčnými zložkami impulzu. Zvyšuje sa so zvyšujúcou sa prejdenou vzdialenosťou. V dôsledku toho je tvar zaznamenaného impulzu skreslený a čím výraznejšie je skreslenie, tým väčšia je vzdialenosť medzi zdrojom a prijímačom elastických vĺn.

Pri malých vzdialenostiach medzi zdrojom AE a prijímačom je vplyv rozptylu a útlmu vĺn na tvar impulzu malý. Ak registráciu AE vykonáva prevodník s úzkou šírkou pásma, ktorý má spravidla vyššiu citlivosť ako širokopásmový, potom je frekvencia signálu AE určená hlavne základnou frekvenciou prevodníka, obr. 3. Po zosilnení a detekcii impulzu sa určí jeho obálka, ktorej maximálna hodnota sa berie ako amplitúda signálu AE. t, s Obr. Obr. 3. Tvar AE impulzu prichádzajúceho z primárneho meniča s úzkou šírkou pásma t, c Obr. 3. Tvar AE impulzu prichádzajúceho z primárneho meniča s úzkou šírkou pásma Keďže frekvenčné spektrum AE impulzov závisí od prenosových funkcií akustickej cesty a prijímacieho meniča, ktoré sa v reálnych situáciách ťažko merajú, sa prakticky nepoužíva ako informatívny parameter.

Prúd signálov AE je sekvencia impulzov, pre ktoré náhodné premenné je amplitúda a čas výskytu. Tok signálu možno charakterizovať: 1. rozdelením amplitúdy; 2.rozdelenie amplitúdy a času; 3. priemerná hodnota amplitúdy impulzu; 4. amplitúdová disperzia; 5. rozdelenie časových intervalov medzi impulzmi; 6. priemerná frekvencia ich výskytu; 7. spektrálna hustota; 8. korelačná funkcia. Každá z charakteristík je spojená s fyzikálnym procesom generovania AE a obsahuje informácie o jeho vývoji. Pre diskrétny prúd impulzov AE sú zavedené nasledujúce informatívne parametre. Celkový počet impulzov je počet zaznamenaných diskrétnych impulzov AE počas doby pozorovania. Tento parameter sa používa na opis prúdov neprekrývajúcich sa impulzov, to znamená impulzov, ktorých trvanie je menej medzierčas medzi nimi. Celkový počet impulzov charakterizuje procesy spojené s deštrukciou materiálov a udáva počet jednotlivých aktov nukleácie a šírenia defektov v štruktúrach.

AE aktivita celkový počet impulzov za jednotku času. Informačný obsah tohto parametra je rovnaký ako predchádzajúci, ale v čase s väčšími detailmi, čo nám umožňuje sledovať dynamiku procesu ničenia. Celková AE je počet registrovaných prebytkov (emisie) signálov AE nastavenej úrovne počas daného časového intervalu. Rýchlosť počítania je počet zaregistrovaných signálov AE prekračujúcich nastavenú úroveň za jednotku času. Táto charakteristika je deriváciou celkovej AE vzhľadom na čas. Niekedy sa to nazýva intenzita AE. Rozdelenie amplitúdy impulzov AE je funkcia udávajúca počet impulzov AE, ktorých amplitúda leží v malom intervale od A do A+dA vzhľadom na tento interval dA. Ak je N Σ impulzov zaregistrovaných počas doby pozorovania, potom

Analýza amplitúdového rozloženia a jeho zmeny v čase umožňuje sledovať vývoj fyzikálnych procesov, ktoré sú zdrojom AE signálov, najmä sledovať rast materiálových škôd v mieste budúceho zlomu. Ako príklad na obr. Obrázok 4 ukazuje zmenu v distribúcii prúdovej amplitúdy signálov AE zaznamenaných počas zaťažovania vzorky zváranej ocele s predĺžením trvania zaťaženia. Obrázok 4 ukazuje, že s pribúdajúcim časom sa podiel AE impulzov s vysokou amplitúdou zvyšuje v distribúcii amplitúd, čo naznačuje vznik a vývoj miesta zlomu v zvarovom spoji. Následne sa vo zvare objavila makrotrhlina, ktorej rast dokončil deštrukciu preparátu. Ryža. 4. Zmena amplitúdového rozloženia signálov AE s časom pri zaťažení vzorky ocele zvarovým spojom pri pôsobení konštantného ťahového zaťaženia Obr.

Z obr. Obrázok 4 ukazuje, že s pribúdajúcim časom sa podiel AE impulzov s vysokou amplitúdou zvyšuje v distribúcii amplitúd, čo naznačuje vznik a vývoj miesta zlomu v zvarovom spoji. Následne sa vo zvare objavila makrotrhlina, ktorej rast dokončil deštrukciu preparátu. Rozdelenie amplitúdy, amplitúdy a amplitúda-čas sú najdôležitejšie charakteristiky akustického žiarenia. Amplitúda impulzov AE a následne aj parametre zodpovedajúcich distribúcií amplitúd závisia od mnohých faktorov. Tieto faktory možno rozdeliť do dvoch skupín podľa charakteru vplyvu na amplitúdu impulzov AE, tab. 2. Tieto informácie sú užitočné pri analýze a interpretácii kontrolných údajov a umožňujú predpovedať, ako sa zmení amplitúda žiarenia pri zmene režimov alebo podmienok diagnostiky AE. Spektrálna hustota diskrétneho AE charakterizuje výkon procesu v jednom frekvenčnom pásme. Spektrálna hustota charakterizuje rýchlosť procesu, ktorý iniciuje signály AE.

Tabuľka 2. Faktory ovplyvňujúce amplitúdu AE impulzov Faktory, ktoré zvyšujú amplitúdu AE Faktory, ktoré znižujú amplitúdu AE Vysoká pevnosť materiálu a nízka plasticita Vysoká rýchlosť zaťaženia a deformácie Anizotropia vlastností Nehomogenita materiálu Veľká hrúbka štruktúry Nízka teplota materiálu Zvýšená defektnosť štruktúra materiálu Hrubozrnná štruktúra materiálu Uvoľňovanie elastickej energie v dôsledku praskania Absencia textúry materiálu Nízka pevnosť materiálu a vysoká plasticita Nízka rýchlosť zaťaženia a deformácie Izotropná štruktúra materiálu Homogenita materiálu Malá hrúbka štruktúry Vysoká teplota materiálu Bez defektov v štruktúre materiálu Malá veľkosť zrna Uvoľňovanie elastickej energie v dôsledku plastickej deformácie Prítomnosť textúry materiálu

KONTROLA AKUSTICKÝCH EMISIÍ

T.S. Nikolskaja

Na základe lineárnej lomovej mechaniky je opodstatnená nedeštruktívna expresná metóda na určenie prahovej záťaže a zvyškového zdroja pre kovy.

Pri iniciácii mikrotrhlín alebo pri kŕčovitom vývoji hlavnej trhliny sa uvoľňuje dynamicky potenciálna deformačná energia čiastočne nezaťaženého objemu, ktorá sa vynakladá nielen na vytvorenie nového povrchu, ale aj na plastickú deformáciu pred hrot trhliny, na vibrácie novovytvoreného povrchu, ako aj na ďalšie sprievodné procesy. Zaznamenala sa najmä emisia elektrónov z povrchu deformovateľných kovov a emisia elektromagnetických vĺn pri zaťažovaní silikátového skla. Plastická deformácia prepätých objemov spôsobuje lokálne zahrievanie a emisiu tepla z lomovej zóny. Vibrácie novovzniknutého povrchu iniciujú akustický impulz s trvaním desatín až desiatok milisekúnd. Každý impulz, opakovane odrážaný od povrchov výrobku a postupne sa rozptyľujúci na nehomogenitách materiálu, vytvára akustický signál, ktorý je zaznamenaný vo forme napäťových vĺn na povrchu výrobku ako akustická emisia.

Intenzita týchto emisií umožňuje posúdiť fázu deštrukcie a jej kinetiku, čo sa používa na posúdenie pevnosti a zvyškovej životnosti výrobku; navyše sa ukazuje, že presnosť týchto odhadov je oveľa vyššia ako presnosť nepriamych metód kontroly pevnosti. Citlivosť emisných metód je tiež rádovo vyššia ako u iných nedeštruktívnych metód a umožňuje odhaliť iniciáciu alebo rozvoj defektu s veľkosťou 1 μm. Okrem toho, emisné metódy umožňujú lokalizáciu určiť súradnice slabého článku bez skenovania produktu. V súčasnosti sú z historických dôvodov najrozvinutejšie metódy záznamu akustickej emisie (AE). Používajú sa častejšie ako iné emisné metódy na kontrolu lomu a pevnosti.

Zvyčajne sa AE zaznamenáva pomocou piezoelektrického meniča inštalovaného na povrchu produktu a má s ním akustický kontakt cez vrstvu maziva, kvapaliny alebo cez vlnovod. Elektrický signál prevodníka je zosilňovaný, zaznamenávaný a analyzovaný akusticko-elektronickým systémom, ktorý značne skresľuje parametre signálu. Ak to vezmeme do úvahy, sľubnejšia, aj keď menej vyvinutá metóda na detekciu AE opticky, t.j. pomocou lasera.

Hlavným ukazovateľom záznamového zariadenia je úroveň vlastného hluku, znížená na vstup zosilňovača; v moderných akusticko-elektronických systémoch je táto úroveň 2-30 μV. Zariadenie sa odlaďuje od vlastného hluku pomocou svojej diskriminačnej zostavy, ktorá je nakonfigurovaná tak, že s voľne zaveseným meničom (bez akustického kontaktu s pevný) zariadenie nezaregistrovalo žiadne signály vrátane elektromagnetických snímačov.

Akusticky-elektronický systém registruje celkový počet N akustických signálov, ich počet za jednotku času - AE aktivitu N, ako aj informácie o amplitúdach signálov a pravdepodobnostnom rozložení týchto amplitúd. Ak existuje niekoľko kanálov, je možné určiť súradnice zdroja AE oneskorením signálov z rôznych kanálov. Amplitúda signálu silne závisí od vzdialenosti medzi zdrojom AE a snímačmi. Aktivita N AE je určená počtom udalostí za jednotku času, najmä intenzitou mikrotrhlín alebo rýchlosťou rastu hlavnej trhliny, a preto obsahuje viac informácií o procese lomu. Žiaľ, mikrotrhlinky N často maskujú najviac N

nebezpečný defekt, a frekvenčné spektrum signálu AE závisí od modulu pružnosti materiálu a od frekvencie rezonátora, t.j. na rozmeroch mikrodutiny, na hranici ktorej je signál iniciovaný. Materiál s pomerne veľkými dutinami (drevo, betón a pod.) vydáva pri zaťažení počuteľný zvuk, materiál s menšími defektmi zasa ultrazvuk. Pri deformácii keramiky najväčší počet signálov zaznamenávajú rezonančné meniče s frekvenciou 20-200 kHz a pri deformácii zliatin rezonančné meniče s frekvenciou 200-2000 kHz. Zmeny rozmerov rezonátora, ako sú praskliny, alebo uvoľnenie materiálu vedú k zmene frekvenčné spektrum AE signál.

Jeden z prvých výskumníkov A.E. Kaiser upriamil pozornosť (1953) na nasledujúcu vlastnosť, ktorá sa stala známou ako Kaiserov efekt: keď je výrobok znovu naložený, AE nastáva až po prekročení maximálneho zaťaženia L predchádzajúceho zaťaženia. Je to spôsobené tým, že mikroplastické deformácie potrebné na mikrotrhlinky, rozptýlené alebo v zóne s vektorom polomeru p pred špičkou trhliny, sa vyskytujú už pri prvom zaťažení a pri opakovanom zaťažení pri b nevznikajú.<Ьмакс. Однако, если за время разгрузки и повторного нагружения изделия трещина подросла, то вместе с ее вершиной переместится и зона с радиусом р, который к тому же увеличится. В результате уже при Ь<Ьмакс зона реализации разрушения перед вершиной трещины захватит новый объем материала, и АЭ появится при Ь<Ьмакс. Это отклонение от эффекта Кайзера используют как признак развития наиболее опасного дефекта в предшествующем нагружении.

Kaiserov efekt sťažuje posúdenie stavu produktu AE po núdzovom zaťažení ba, ktoré je oveľa vyššie ako prevádzkové zaťaženie baek. V tomto prípade pri kontrolovanom zaťažení nedochádza k žiadnej AE až do b< Ьав. В то же время при Ь = Ьав возможно заметное развитие опасного дефекта, снижение прочности изделия, а иногда и его разрушение при контрольном нагружении. В частности, по этой причине для оценки состояния изделия по АЭ его целесообразно нагружать до Ь < Ьэк и регистрировать АЭ не при нагружении, а в процессе разгрузки, когда не развиваются микропластические или пластические деформации и нет АЭ микрорастрескивания или роста опасного дефекта. Однако при разгрузке с Ь « Ьо (где Ьо - пороговая или максимальная неразрушающая нагрузка) трещина перестает закрываться еще до полного снятия нагрузки. Этот эффект, обнаруженный Эльбером в 1978 г., получил название «закрытие трещины». Вызван он тем, что при Ь « Ьо старту трещины предшествуют микропластические деформации перед фронтом трещины, которые при разгрузке приводят к несовпадению микрорельефа поверхностей трещины у вершины. Это несовпадение вызывает шумы трения («зубной скрежет») перед окончанием разгрузки . Современная аппаратура позволяет регистрировать такие шумы и тем самым без разрушения изделия определять значение Ьо изделия, даже если при его нагружении АЭ отсутствовала, например, из-за эффекта Кайзера.

Vo všeobecnosti je trvanlivosť výrobku definovaná ako súčet času vzniku trhliny schopnej ďalšieho vývoja a času jej rastu až do fragmentácie výrobku. Pri cyklickom zaťažovaní pred začiatkom trhliny je pozorovaný Elberov jav - kontakt povrchov na vrchole trhliny ešte pred jej úplným odľahčením, resp. pred koncom zaťaženia. Uzavretie trhliny je sprevádzané akustickými signálmi - prekurzormi začiatku trhliny; boli použité na odhad času vzniku trhlín vo vzorkách ocele 3, 45, 40Kh a 12Kh18N10T pri izbovej teplote v podmienkach stacionárneho cyklického napätia od nuly po maximálne napätie vmax alebo ohyb. Elberov jav tiež umožňuje určiť prahové zaťaženie b0, bez ktorého prekročenia sa trhlina nevyvíja, a zodpovedajúce menovité napätie b0. Na tento účel bola vzorka zaťažená a

úplne vyložený, zaznamenávajúc akustickú emisiu (AE) a zvyšovaním maximálneho zaťaženia cyklu o 3 %, kým sa na konci zaťaženia neobjaví AE. AE bola zaznamenaná pomocou zariadenia AF-15 s hladinou vlastného hluku 15 uV. Rezonančný piezokeramický menič (600–1000 kHz) bol pritlačený na kalibrovanú vzorku pružiny cez vrstvu maziva, ktoré zlepšuje akustický kontakt.

Počet cyklov Nf, po ktorých sa prvýkrát zaznamenal AE pri stacionárnom zaťažení, sa bral ako odhad doby tvorby trhlín vo vzorke ocele. Potom sa pri každom Nf cykle stanovilo prahové napätie o0 pomocou AE, bez prekročenia ktorého AE nebolo pozorované počas vykladania. hodnota o0< омакс постепенно снижалось с увеличением числа циклов. За полную долговечность принимали число циклов N от начала испытания образца до его фрагментации. Число циклов роста трещины рассчитывали как N=N Щ.

°max Kf N Kf/K tg

40X: 300 – 1 502 226 4 185 220 0,120 0,79

300 904 400 6 029 370 0,150 0,77

002=800 400 150 938 1 006 250 0,150 0,75

600+ 17 683 98 240 0,180 0,73

Rv=1100 600-1 20 514 120 670 0,170 0,75

600 45 706 240 560 0,190 0,74

5=6% 850 2 281 11 234 0,203 0,72

950 120 629 0,191 0,73

45: 240+ 105 000 6 211 700 0,169 0,80

240-1 765 000 4 592 200 0,167 0,90

002=320 280+ 30 000 159 600 0,188 0,82

280-1 30 000 174 400 0,172 0,81

0v=400 280 45 000 241 600 0,186 0,81

300 15 000 75 300 0,199 0,80

5=9% 360 230 8 219 0,280 0,82

380 173 524 0,330 0,72

3: 120 765 000 5 112 000 0,148 1,11

002=200 160+ 30 000 212 100 0,141 1,01

160-1 30 000 200 800 0,149 1,03

ov=220 160 60 000 305 300 0,196 1,06

180 15 000 48 300 0,311 1,09

5=30% 200 2 040 6 000 0,345 1,06

210 117 300 0,392 1,07

12X18H10T: 200-1 1 305 000 4 711 000 0,277 1,70

002=286 220+ 144 000 509 800 0,283 1,73

220-1 75 000 250 900 0,299 1,64

0v=588 220 105 000 316 307 0,338 1,67

250 30 000 88 333 0,340 1,67

5=78% 502 1 517 4 335 0,349 1,62

540 83 198 0,419 1,67

Tabuľka 1. Výsledky cyklických testov

Naťahovanie s omax väčším ako je medza klzu z (alebo o02) sa uskutočnilo s periódou 18 s. Počas ohýbania boli vzorky testované s frekvenciou 50 Hz; určiť ^ kon-

vykladanie trol s omax počas 10 s sa vykonávalo každých 15 000 cyklov. Výsledky testov sú uvedené v tabuľke. 1, kde N, W a N$/N sú priemerné hodnoty založené na výsledkoch testov 8 vzoriek; napätia g sú uvedené v MPa a 5 je relatívne predĺženie po pretrhnutí pri monotónnom zaťažení. Index "-1" pre niektoré hodnoty GMaKe naznačuje, že výsledky boli získané ohýbaním vzorových nosníkov silou v strede rozpätia v podmienkach symetrického cyklu namáhania s charakteristikou cyklu r ^minMmax=-1. Index "+" označuje hodnoty g, ^ pre symetrické ohýbanie prstencovým razníkom koaxiálnej dosky podoprenej na krúžku (rovinný stav napätia), s cyklom napätia s konštantným znamienkom s r = 0,05. Pre každú vzorku sa vypočítalo niekoľko hodnôt G0i Mmax a ich zodpovedajúcich hodnôt N/Np, kde Ni je zostávajúca životnosť vzorky po i-tom zastavení na určenie o0i. Experimentálne body získané týmto spôsobom pre určitý režim zaťaženia akejkoľvek ocele sú zoskupené v súradniciach lg (Ni / Np) a ^ (go / g, ^) blízko priamky, dotyčnice uhla k osi 1g ( G0i / G max) v tabuľke je označený ako tg. Pre oceľ 40Kh sa priemerná hodnota týchto dotyčníc za rôznych podmienok ukázala ako 1,0, pre oceľ 45 - 0,71, pre oceľ 3 - 0,86 a pre oceľ 12Kh18N10T - 1,44.

Ako je možné vidieť z tabuľky, pre štúdium ocelí sa pomer Nf / N pohybuje od 0,12 do 0,42 a pre konkrétnu oceľ má tendenciu klesať so zvyšujúcim sa počtom cyklov do zlyhania. Z tohto dôvodu, ak sa po známej prevádzkovej dobe s g,^, napríklad počas kontroly získa garantovaný zdroj, g^g,^, potom je možné opakovať prevádzkovú dobu bez medziregulácie. Ak g ^ g, ^, potom pre Nf je vhodné vziať hodnotu NH z celkového prevádzkového času, po ktorom bolo ešte g ^ g, ^. V tomto prípade môžeme zvážiť N=Nn(N/Nf), Np=N-Nn=Nn(N/Nf-1) a N=Nh(N/ ^-1) (hodnoty G0 MmaxD Nf/ N a tg sú uvedené v tabuľke 1.

Literatúra

1. Bormotkin V.O., Nikolsky S.G. O úlohe vykládky pri vzniku trhlín // So. správa II Stážista. conf. "Vedecké a technické problémy predpovedania spoľahlivosti a trvanlivosti...". SPb GTU, 1997. s. 86-88.

2. Bormotkin V.O., Nikolskaya T.S., Nikolsky S.G. Spôsob stanovenia maximálneho zaťaženia, ktorý ešte neznižuje pevnosť výrobku. // So. správa II Stážista. conf. "Vedecké a technické problémy predpovedania spoľahlivosti a životnosti." Štátna technická univerzita v Petrohrade, 1997. S. 88-89.

DR. Adrian Pollock Physical Acoustics Corporation (PAC)

akustická emisia je fenomén generovania napäťových vĺn spôsobených náhlym preskupením v štruktúre materiálu. Klasickými zdrojmi AE sú deformačný proces spojený s rastom defektov, napríklad prasklín alebo plastických deformačných zón. Proces generovania a detekcie AE je znázornený na obr.1. Náhly pohyb zdroja emisií spôsobí, že sa napäťové vlny šíria cez štruktúru materiálu a dostávajú sa až k meniču. Keď sa napätie zvyšuje, aktivujú sa mnohé zdroje emisií prítomné v materiáli objektu. Signály elektrickej emisie získané ako výsledok konverzie napäťových vĺn snímačom sú zosilnené, zaznamenané zariadením a podrobené ďalšiemu spracovaniu a interpretácii.

Obr.1 Základné princípy akustickej emisie

Zdrojom energie akustickej emisie je teda pole elastických napätí v materiáli. Bez napätia nedochádza k emisiám, takže testovanie AE sa zvyčajne vykonáva zaťažením kontrolovaného objektu. Môže ísť o overovaciu kontrolu pred spustením objektu, kontrolu zmien zaťaženia počas prevádzky objektu, únavové skúšky, dotvarovanie alebo komplexné zaťaženie. Veľmi často sa konštrukcia zaťažuje ľubovoľným spôsobom. V tomto prípade použitie riadenia AE umožňuje získať ďalšie cenné informácie o správaní konštrukcie pri pôsobení zaťaženia. V ostatných prípadoch sa emisie používajú z dôvodov hospodárnosti a bezpečnosti; pre takéto úlohy sú vyvinuté špeciálne postupy nakladania a testovania.

Vzťah s inými metódami kontroly

Akustická emisia sa líši od väčšiny metód nedeštruktívneho testovania (NDT) v dvoch kľúčových ohľadoch. Po prvé, zdrojom signálu je samotný materiál, a nie externý zdroj, t.j. metóda je pasívna (skôr ako aktívna, ako väčšina iných kontrolných metód). Po druhé, na rozdiel od iných metód, AE detekuje pohyb defektu, a nie statické nehomogenity spojené s prítomnosťou defektov, t.j. AE detekuje rozvíjajúce sa, a teda najnebezpečnejšie defekty. Zoznam hlavných rozdielov je uvedený v tabuľke 1.

Ako je známe, medzi nadnárodnými spoločnosťami neexistuje jediná metóda, ktorá by mohla vyriešiť problém optimálneho posúdenia integrity objektu, berúc do úvahy také základné faktory, ako je získanie najnižších nákladov na prácu a dosiahnutie technickej primeranosti výsledkov kontroly. Najlepším riešením problému je použitie kombinácie rôznych metód NDT. Vzhľadom na to, že AE sa svojimi schopnosťami výrazne líši od tradičných spôsobov ovládania, v praxi sa ukazuje ako veľmi užitočné kombinovať AE s inými metódami.

Tabuľka 1. Porovnanie AE charakteristík metódy riadenia s inými metódami NDT

Akustická emisia	Ostatné nadnárodné spoločnosti
Detekuje pohyb defektov	Zistite geometrický tvar defektov
Vyžaduje načítanie	Nevyžadovať načítanie
Každý náklad je jedinečný	Kontrola je reprodukovateľná
Citlivé na štruktúru materiálu	Menej citlivý na materiál
Menej citlivé na geometriu	Citlivejšie na geometriu
Vyžaduje menej úsilia pri kontrole produktu/procesu	Vyžadovať viac úsilia pri kontrole produktu/procesu
Vyžaduje prístup len na miesta, kde sú nainštalované senzory	Vyžadujte prístup k celému povrchu objektu
Ovláda štruktúru v jednom zaťažovacom cykle	Postupné skenovanie rezov konštrukcie
Hlavné problémy: silný vplyv hluku	Hlavné problémy: silný vplyv geometrie

Hlavná výhoda metódy AE je spojená s možnosťou nedeštruktívneho testovania celého objektu v jednom zaťažovacom cykle.

Táto metóda je vzdialená, nevyžaduje skenovanie povrchu objektu na hľadanie lokálnych defektov. Jednoducho je potrebné správne usporiadať potrebný počet snímačov a pomocou nich lokalizovať zdroj napäťových vĺn. Možnosti spojené s diaľkovým využitím metódy ponúkajú veľké výhody oproti iným kontrolným metódam, ktoré vyžadujú napríklad odstránenie izolačných plášťov, vyprázdnenie kontrolných nádob od vnútorného obsahu alebo skenovanie veľkých plôch.

Typickým príkladom použitia AE je určenie polohy defektných oblastí, po ktorom sa na presnejšie určenie povahy defektov použijú ďalšie LSM.

Rozsah použitia metódy

Fenomén akustickej emisie je pozorovaný v širokej škále materiálov, štruktúr a procesov. Najväčší rozsah AE je spojený s existenciou seizmických vĺn, zatiaľ čo najmenšia úroveň emisie je spôsobená dislokačným pohybom v zaťažených kovových konštrukciách. Medzi týmito dvoma typmi AE existuje široká škála emisných škál, od laboratórneho testovania až po priemyselnú kontrolu.

V laboratórnych testoch je použitie AE kontroly zamerané na štúdium procesov deformácie a deštrukcie materiálu. Metóda umožňuje sledovanie správania sa materiálu pri zaťažení v reálnom čase pomocou emisných signálov. Pretože odozva AE závisí od štruktúry materiálu a spôsobu deformácie, rôzne materiály sa pri rôznych spôsoboch zaťaženia navzájom značne líšia v správaní akustickej emisie. K vysokej emisivite vedú 2 hlavné faktory – tým je krehkosť a heterogenita materiálu. Mechanizmy tvárneho lomu, ako je koalescencia pórov v mäkkých oceliach, naopak vedú k nízkej emisivite (z hľadiska energie a počtu signálov).

Pri testovaní výrobkov sa metóda AE používa na kontrolu a kontrolu zvarových spojov, tepelne komprimovaných bandáží. Metóda sa používa aj pri tvarovacích operáciách, ako je zhutňovanie alebo lisovanie. Vo všeobecnosti možno AE riadenie použiť vo všetkých prípadoch, kde dochádza k zaťažovacím procesom, ktoré vedú k trvalej deformácii materiálov.

Pri štrukturálnych testoch sa AE používa na riadenie tlakových nádob, skladovacích zariadení, potrubí a potrubí, lietadiel a kozmických lodí, elektrických zariadení, mostov, železničných cisternových vagónov a vagónov, nákladných vozidiel a mnohých iných typov predmetov. Kontrola AE sa vykonáva na novom aj použitom zariadení. Zahŕňa detekciu trhlín, chýb zvarov a iné.

Postupy súvisiace s používaním metódy AE zverejnila Americká spoločnosť strojného inžinierstva (ASME), Americká spoločnosť pre testovanie a materiály (ASTM) a ďalšie organizácie. Úspešné výsledky testovania dizajnu možno pozorovať, keď sa schopnosti a výhody metódy AE správne použijú v kontexte špecifických štúdií a keď sa použijú správne technické riešenia a špecializované vybavenie AE.

Zariadenie na akustickú emisiu je mimoriadne citlivé na akýkoľvek druh pohybu konštrukcie v širokom frekvenčnom rozsahu prevádzky (zvyčajne od 20 kHz do 1200 kHz). Zariadenie je schopné registrovať nielen rast trhlín či rozvoj plastickej deformácie, ale aj procesy tuhnutia, kryštalizácie, trenia, nárazy, netesnosti a fázové prechody. Nasledujú hlavné aplikácie, v ktorých sa používa metóda kontroly AE:

• Kontrola procesu zvárania
• Kontrola opotrebovania a kontaktu zariadenia počas automatického obrábania
• Kontrola opotrebovania a straty maziva na predmetoch spojených s rotáciou a trením komponentov
• Detekcia stratených častí a zariadení
• Detekcia a kontrola netesností, kavitácie a prúdenia tekutín v objektoch
• Riadenie chemických reaktorov vrátane riadenia koróznych procesov, prechodu kvapalina-tuhá látka, fázových premien.

Keď sa procesy ako nárazy, trenie, netesnosti a iné vyskytujú na pozadí trhlín a korózie, stávajú sa zdrojmi nežiaduceho hluku. Na zníženie a odstránenie tohto rušenia hlukom bolo navrhnutých mnoho rôznych technických riešení. Treba poznamenať, že hluk je hlavnou prekážkou rozšíreného používania AE ako metódy kontroly. Dôležitou úlohou je študovať ich a ak je to možné, eliminovať ich, aby sa zvýšila citlivosť metódy.

Akustické emisné vlny a ich šírenie

Najjednoduchší typ vlny z AE zdroja je znázornený na obr.2. Posun vĺn je funkcia blízka stupňovitosti. Napätie zodpovedajúce posunu má tvar impulzu, ktorého šírka a výška závisí od dynamiky procesu žiarenia. Impulzy z takých zdrojov, ako je prienik mikrotrhlín alebo deštrukcia vyzrážaných frakcií, majú krátke trvanie (rádovo v mikrosekundách alebo zlomkoch mikrosekúnd). Amplitúda a energia počiatočného impulzu AE sa môže meniť v širokom rozsahu v závislosti od typu zdroja akustickej emisie. Vzniknutá vlna (impulz) sa šíri zo zdroja všetkými smermi, pričom šírenie v súlade s charakterom zdroja môže mať výrazne anizotropný charakter, ako je znázornené na obr.3 (tj závislosť rýchlosti šírenia). v smere).

Tvar počiatočnej vlny prechádza výraznými zmenami pri šírení v médiu materiálu a pri premene snímačom, takže signál, ktorý prišiel zo snímača, sa veľmi vzdialene podobá pôvodnému signálu zo zdroja. Takáto zmena tvaru signálu AE je dôležitým problémom, ktorému je potrebné čeliť tak pri štúdiu funkcie zdroja, ako aj pri riešení praktických problémov nedeštruktívneho testovania. Tí výskumníci, ktorí sa snažia určiť pôvodný tvar signálu, používajú širokopásmové senzory a vykonávajú podrobnú analýzu počiatočnej časti zaznamenaného signálu. Je to dôležitá, no zároveň veľmi náročná cesta.

Obr.2 Najjednoduchšia vznikajúca AE vlna

Obr.3 Uhlová závislosť AE od rastu v zdroji. V podstate ide o stresový impulz, trhlinu. Hlavná energia sa rozdeľuje podľa posunu povrchu materiálu

Ryža. štyri Posun vlny v dôsledku rýchleho pôsobenia zaťaženia v bode A.

výskum, pretože Spracovanie jedného signálu môže trvať dlho. V tomto smere mnohých výskumníkov v oblasti testovania materiálov a NDT zaujíma viac získavanie štatistických odhadov parametrov AE ako podrobné štúdium charakteristík jednotlivých zdrojov emisií. Používajú úzkopásmové zariadenia, ktoré umožňujú merať len niektoré parametre priebehu, no zároveň registrujú veľké toky signálov (stovky signálov za sekundu). Hlavné faktory ovplyvňujúce šírenie vĺn sú diskutované nižšie, ktoré sa do značnej miery líšia pre dva spomenuté prístupy k štúdiu AE signálov.

Hlavné faktory pri analýze funkcie zdroja AE

Vzťah medzi funkciou zdroja a výsledným posunom povrchu materiálu v kontrolnom bode sa intenzívne skúmal posledných 10-15 rokov. Výskumníci z rôznych skupín: British Haruel NDT Center, American National Bureau of Standards, Cornwall a Tokio University vyvinuli úsilie na vyriešenie tohto zložitého problému. Konečným cieľom výskumu bolo vyriešiť problém určenia počiatočného tvaru signálu z dostupných informácií na výstupe snímača.

Zložitosť tohto problému ilustruje obr. 4, ktorý znázorňuje vertikálnu zložku pohybu povrchu polonekonečného telesa v bode B, ktorá je výsledkom prudkého pôsobenia zvislej sily v bode A. Ako vyplýva z Obr. obrázok, aj pri jednoduchej geometrii objektu a elementárnom zdroji je výsledný tvar signálu dostatočne komplikovaný. Ak vezmeme do úvahy prípad s platňou, problém sa stáva oveľa komplikovanejším, pretože druhý povrch bude tiež ovplyvňovať elasticko-dynamický proces šírenia vĺn. V prípade dosiek pohyb povrchu v mieste pozorovania silne závisí od pomeru vzdialenosti od zdroja k hrúbke dosky.

Obr.5 Tri možné cesty, ktorými sa vlna pohybuje od zdroja k senzoru v potrubí naplnenom vodou. 1 - priama cesta, 2 - odrazená, 3 - na vode.

Funkcia zdroja okrem iného nie je konštantná, skôr nejde o bodový zdroj, ale skôr o dipól a/alebo dvojitý dipól so všeobecne neznámou orientáciou, v ktorom treba brať do úvahy horizontálnu aj vertikálnu zložku. Kvôli týmto ťažkostiam trvali pokusy o vytvorenie matematickej teórie, numerických a experimentálnych metód na odhad funkcie zdroja AE mnoho rokov.

Popredné laboratóriá v posledných rokoch výrazne pokročili v riešení problémov kvantifikácie rýchlosti rastu trhliny, jej orientácie a časových charakteristík AE signálov pre prípady najjednoduchšej geometrie objektov. Na tieto účely sa používajú vysoko citlivé snímače a analyzuje sa iba počiatočná časť signálu, ktorý sa zaznamená so všetkými potrebnými detailmi pomocou vysoko presného zariadenia. Dnes možno očakávať, že získané vedecké výsledky prinesú svoje ovocie aj v aplikovaných oblastiach používania metódy AE.

Faktory ovplyvňujúce presnosť lokalizácie pri typických meraniach AE

Zatiaľ čo analýza funkcie zdroja je vo väčšine prípadov založená na štúdiu iba počiatočnej časti signálu, technológia AE umožňuje zaznamenať celý signál. Časť signálu, ktorá nasleduje za počiatočnou časťou, pozostáva z mnohých vlnových zložiek, ktoré sa šíria k senzoru rôznymi cestami. Obrázok 5 ilustruje toto tvrdenie, ale obrázok ukazuje len niekoľko možných ciest. Zvyčajne maximum amplitúdy signálu nie je tvorené prvou prichádzajúcou zložkou vlny, ale výsledkom interferencie niekoľkých nasledujúcich zložiek. Predtým, ako sa vlna AE v médiu rozpadne, to

nabudí snímač. Proces rozpadu vlny môže trvať asi 100 µs v silne tlmených nekovových materiáloch alebo desiatky sekúnd v slabo tlmených kovových materiáloch, t.j. oveľa dlhšie ako čas, počas ktorého je zdroj budený (zvyčajne niekoľko mikrosekúnd alebo menej).

Treba teda pochopiť, že tvar zaznamenaného signálu je z veľkej časti výsledkom šírenia vĺn. Ďalšie dôležité aspekty šírenia súvisia s tlmiacim účinkom, ako aj s rýchlosťou šírenia. Útlm je určený znížením amplitúdy signálu v dôsledku geometrickej divergencie vĺn a prítomnosti rozptylu energie vĺn v materiáli. Útlm ovplyvňuje schopnosť registrácie, a preto je dôležitým faktorom, ktorý treba zvážiť pri výbere vzdialeností medzi prijímajúcimi senzormi. Zvyčajne sa pred vykonaním štúdií AE meria funkcia útlmu na kontrolovanom objekte, čo určuje optimálnu vzdialenosť medzi snímačmi.

Rýchlosť šírenia vlny je ďalším faktorom, ktorý treba brať do úvahy pri lokalizácii zdroja pomocou metódy AE. Umiestnenie zdroja, ktoré je dôležitou súčasťou metódy AE, sa široko používa v laboratórnych štúdiách aj v priemyselných testoch. Miesto zohráva osobitnú úlohu pri kontrole veľkých objektov v prípadoch, keď sa metóda AE používa na detekciu aktívnych miest a ich následné štúdium alternatívnymi LSM. Touto kombináciou metódy AE a iných spôsobov kontroly sa ušetria značné finančné prostriedky a urýchli sa proces kontroly.

Existuje niekoľko základných princípov umiestnenia. V prvom rade ide o zónové umiestnenie, v ktorom sú zdroje odkazované na relatívne veľké oblasti (obklopujúce určité senzory). Druhou metódou je lokalizácia bodu, pri ktorej sú súradnice zdroja vypočítané pomerne presne pomocou časových rozdielov príchodu (RTA) signálov k rôznym senzorom kombinovaným do antény. Pri výpočte sa rýchlosť šírenia vĺn zavedie ako parameter vo vzorci polohy. Presnosť dosiahnutá vo výpočtoch je riadená týmto parametrom, ktorý zase závisí od geometrie a hrúbky objektu, ako aj od vlastností látky, ktorá vypĺňa testovaný objekt. Práve tieto faktory prispievajú k nepresnostiam v odhade rýchlosti šírenia vĺn, čo následne vedie k chybám pri určovaní zdrojových súradníc. V priaznivých prípadoch môže chyba umiestnenia dosiahnuť 1% vzdialenosti medzi snímačmi, v nepriaznivých prípadoch - 10%.V práci sa zvažujú účinky šírenia vĺn, ktoré spôsobujú takýto rozdiel v presnosti určenia súradníc.

Snímače a predzosilňovače akustickej emisie*

Hlavným prvkom AE rezonančného snímača je piezoelektrický kryštál, ktorý premieňa mechanický pohyb na elektrický signál. Kryštál je umiestnený v špeciálnom puzdre s dnom vo forme platničky a konektora (obr. 6). Senzor je vybudený napäťovými vlnami dopadajúcimi na jeho spodok a premieňa ich na elektrické signály. Tieto signály sa privádzajú do blízkeho predzosilňovača, zosilňujú sa a v záverečnej fáze registrácie sa privádzajú do hlavného meracieho a spracovateľského zariadenia. V poslednej dobe, aby sa dosiahlo väčšie pohodlie pri inštalácii a zároveň sa znížila citlivosť na elektromagnetické rušenie, predzosilňovače sa vyrábajú miniatúrne a umiestňujú sa priamo do krytu snímača, čím sa získa kombinovaný snímač-predzosilňovač.

Obr.6 Typická konštrukcia rezonančného AE snímača

Odozva snímača. Jednou z hlavných požiadaviek na snímač je jeho vysoká citlivosť. A hoci sa vo všeobecnosti za kvalitné snímače považujú snímače s plochou frekvenčnou charakteristikou, vo väčšine praktických prípadov sú najcitlivejšie, a teda preferované, rezonančné snímače, ktoré sú navyše lacnejšie ako širokopásmové. Tieto snímače majú relatívne úzke frekvenčné pásmo, v ktorom dochádza k prevládajúcej oscilácii. Frekvenčné pásmo je určené najmä veľkosťou a tvarom kryštálu. Frekvencie charakterizujúce snímač sú dominantné pri tvorbe tvaru a spektra AE signálu.

Koncom 70-tych rokov existoval program kalibrácie citlivosti senzorov, ktorý bol vykonaný ako súčasť výskumnej práce Národného úradu pre normy. Pomocou tohto programu boli vyvinuté postupy na získanie závislosti absolútnej citlivosti AE snímačov od frekvencie (v jednotkách voltov / rýchlosť od frekvencie).

Zmena tvaru akustického emisného signálu. Okrem už uvedených faktorov má významný vplyv na tvar signálu samotný snímač. Keď sa širokopásmový emisný signál aplikuje na rezonančný snímač, výsledkom je zvonenie zvončeka na určitej frekvencii bez ohľadu na to, ako je poháňaný. Tvar signálu na výstupe zo snímača je teda súčasne ovplyvnený mnohými faktormi: dráhami šírenia vĺn, prítomnosťou rôznych režimov šíriacich sa rôznymi rýchlosťami a vplyvom prevodu vstupného signálu snímačom. Typický emisný signál na výstupe rezonančného snímača je znázornený na obr. 7; Nemožno nevidieť obrovský rozdiel medzi týmto pozorovaným signálom a najjednoduchším signálom generovaným zdrojom AE (obr. 2).

Obr.7 Typický impulzný signál AE

Frekvenčná odozva. Výberom rezonančného snímača s danými frekvenčnými vlastnosťami je možné riadiť prevádzkové frekvenčné pásmo. Ovládanie šírky pásma je užitočný nástroj, ktorý umožňuje na jednej strane naladiť zariadenie na užitočnú frekvenciu a na druhej strane zvýšiť odstup signálu od šumu. V praxi sa väčšina meraní robí so snímačmi, ktoré majú rezonanciu pri 150 kHz.

Odozva predzosilňovača. Signál zo snímača sa privádza do predzosilňovača určeného na zosilnenie signálu. Predzosilňovač je umiestnený v blízkosti alebo dokonca vo vnútri snímača, aby sa minimalizovalo elektromagnetické rušenie. Predzosilňovač má široký dynamický rozsah a zosilnením signálu vytvára možnosť jeho prenosu po dlhých kábloch tak, že prijímacie zariadenie môže byť umiestnené vo vzdialenosti stoviek metrov od miesta ovládania.

Predzosilňovač má zvyčajne 100-násobné zosilnenie (40 dB) a obsahuje dolnopriepustný alebo pásmový filter na zníženie mechanického a akustického hluku pozadia, ktorý prevláda pri nízkych frekvenciách. Najbežnejšie používané pásmové filtre sú od 100 do 300 kHz, prechádzajú frekvenciou najbežnejších rezonančných snímačov, ktorá sa rovná 150 kHz. Je možné použiť aj iné frekvenčné pásma, existujú však určité obmedzenia. Pri nízkych frekvenciách sú problémy spojené s rastom mechanického šumu a vysoké frekvencie sú viac utlmené, čo vedie k zmenšeniu vzdialenosti medzi snímačmi. Voľba prevádzkovej frekvencie je teda obmedzená zhora aj zdola. Nízke frekvencie sa zvyčajne používajú pri inšpekcii potrubí, kde je rozhodujúca voľba veľkých vzdialeností, ako aj pri geologických prácach kvôli silnému útlmu vĺn v horninách. Vyššie frekvencie sa používajú v silových vodičoch, kde sú hladiny hluku pozadia extrémne vysoké.

Dosiahnuteľná citlivosť. Ako je známe, samotné predzosilňovače sú zdrojom elektronického šumu a práve tento šum určuje spodnú hranicu použiteľnosti metódy AE. Minimálny signál, ktorý môže hardvér detekovať, je rádovo 10 µV na výstupe snímača, čo zodpovedá povrchovému posunu 10-6 mikro palcov (pri použití typického snímača s vysokou citlivosťou). Táto citlivosť je dostatočná pre väčšinu aplikácií NDT.

Inštalácia senzora. Typicky sa senzor inštaluje na testovaný objekt pomocou špeciálnych bandáží, magnetických alebo iných upevňovacích prvkov, zatiaľ čo kontaktná plocha so spodkom je mazaná tekutým mazivom. V niektorých aplikáciách AE je snímač pripojený k vlnovodu, ako je znázornené v príklade 1.

Po inštalácii snímača, pred spustením systému, sa skontroluje jeho výkon zlomením špeciálneho pera simulátora AE a analýzou akustickej odozvy na snímači. Keď je správne nainštalovaný, signál prerušenia by sa mal podobať impulznému bodovému signálu, o ktorom sme hovorili vyššie v tomto článku.

Príklad 1: Akustické vlnovodné senzory používané na monitorovanie procesu chladenia roztaveného vitrifikovaného jadrového odpadu.

Monitorovanie AE sa použilo na získanie vzťahu medzi procesom krakovania a postupom chladenia. Potreba takejto metódy kontroly vznikla v dôsledku potreby nepretržitého monitorovania v náročných podmienkach vysokých teplôt (asi 900 ° C) a žiarenia (50 000 rad / h) na zistenie výskytu trhlín v skle. Na tieto účely boli použité vlnovodné senzory dlhé asi 4,6 m; pri kontrole bol jeden koniec každého snímača ponorený do skla, pričom na druhom konci bol umiestnený citlivý prvok snímača a predzosilňovač. Signál z výstupu snímača bol prenášaný koaxiálnym káblom na vstup AE systému umiestneného mimo horúcej komory, v ktorej sa signály zaznamenávali a ďalej analyzovali. Napriek tomu, že v dôsledku testov boli senzory v takomto agresívnom prostredí 120 dní a akumulovaná dávka žiarenia bola 14x107, som rád, že senzory zostali funkčné.

Základné prevádzkové princípy zariadenia

Počas testov AE sa na výstupe snímačov generujú prechodné (impulzné) signály. Signál z jedného aktu diskrétnej deformácie je známy ako signál výbušného (impulzného) typu. Takýto signál má ostrú stúpajúcu hranu a pomalý pokles, ako je znázornené na obr. 7. Impulzné signály sa značne líšia v tvare, veľkosti a rýchlosti generovania v závislosti od typu štruktúry a testovacích podmienok. Pri vysokej rýchlosti generovania signálu sa jednotlivé impulzné signály môžu prekrývať a vytvárať takzvané kontinuálne vyžarovanie. V niektorých prípadoch je metóda AE založená na registrácii takýchto nepretržitých emisií (pozri časti "AE mechanizmy zdrojov" a "Kontrola úniku" tohto článku).

Zariadenie používané pri testovaní AE musí poskytovať možnosť zaznamenávania kontinuálneho vyžarovania alebo impulzných signálov. Vo všeobecnosti musí zariadenie spĺňať nasledujúce požiadavky:

• Poskytnite meranie určitých kvantitatívnych charakteristík emisií s cieľom získať vzťah s parametrami času/zaťaženia s cieľom vyhodnotiť skúšobné podmienky.
• Zabezpečiť štatistické spracovanie evidovaných signálov pre podrobnejšiu diagnostiku radiačných mechanizmov a posúdenie významnosti signálov.
• Je žiaduce, aby systém mal schopnosť lokalizovať zdroje impulzných signálov podľa rozdielu v časoch príchodu signálov k rôznym snímačom, pretože umiestnenie je najdôležitejším prvkom kontroly malých aj veľkých stavieb.
• Majú prostriedky na rozlíšenie užitočných signálov od akustického rušenia. Rušenie zahŕňa zdroje ako trenie, otrasy a elektromagnetické rušenie a iné.

Vybavenie AE sa značne líši z hľadiska formy, funkčnosti a ceny. Niektoré typy zariadení sú navrhnuté tak, aby fungovali automaticky vo výrobnom cykle práce. Iné sú určené na výskumné účely, a preto musia byť dostatočne flexibilné a disponovať rôznymi nástrojmi na spracovanie informácií. A napokon tretia kategória AE prístrojov sa vyvíja pre technikov a inšpektorov pracujúcich v oblasti NDT a vykonávajúcich štandardné (v súlade s kódmi ASME alebo štandardmi ASTME) testy.

Registrácia akustických emisných signálov. Po prijatí signálu snímačom a zosilnení predzosilňovačom vstupuje do hlavného systému, kde je opäť zosilnený a filtrovaný. Ďalším dôležitým krokom je samotná extrakcia signálu. Stupeň končí tým, že keď signál prekročí nastavenú prahovú hodnotu, v obvode komporátora sa digitálne vygeneruje výstupný impulz. Spojenie medzi signálom, prahom a impulzom z komparátora je znázornené na obr. 8. Úroveň prahu je zvyčajne nastaviteľná operátorom; tento parameter je kľúčovou premennou, ktorá určuje citlivosť metódy AE pri testovaní. V závislosti od typu zariadenia AE je tiež možné regulovať citlivosť nastavením zosilnenia hlavného zosilňovača.

Najjednoduchšia a najosvedčenejšia metóda hodnotenia emisnej aktivity je spočítať počet kmitov (počet) - počet priesečníkov nastaveného prahu impulzom generovaným komparátorom. (obr. 8).

Obr.8 Princíp registrácie signálu AE

Parameter oscilácie je reprezentovaný ako funkcia času/zaťaženia. Táto reprezentácia môže byť vo forme akumulovaného počtu kmitov z príslušného argumentu alebo môže byť uvedená v diferenciálnej forme (histogramy). Tento spôsob prezentácie informácií o testovaní AE je typický aj pre 70. roky a dokonca aj pre skoršie obdobie. Obrázok 9 znázorňuje závislosť tohto typu, ktorá udáva funkciu kumulatívneho rozdelenia počtu kmitov na zaťažení a získaného ako výsledok zaťaženia vzorky silnej ocele rastúcou trhlinou. Maximálna hodnota na vertikálnej osi je 10 000 kmitov. Kroky funkcie v počiatočnom štádiu grafu predstavujú jednotlivé emisné udalosti. Kroky pri ďalšom načítaní zahŕňajú stovky udalostí. Do dosiahnutia zaťaženia 35 kN bolo zaregistrovaných 10 000 kmitov, po ktorých pero kleslo pozdĺž zvislej osi na nulu (nastal reset) a pokračovalo sa v kreslení od nuly. Ako vyplýva z prezentovaného grafu, so zvyšujúcou sa záťažou rastie aj emisná rýchlosť, v dôsledku čoho sa jednotlivé udalosti stávajú nerozoznateľnými. V čase konečného zničenia došlo k niekoľkým resetom pera, z ktorých každý zodpovedal dosiahnutiu 10 000 kmitov, počnúc okamihom nulovej značky grafu.

Obr.9 AE získaný trojbodovým ohýbaním vzorky zvarenej ocele.

AE Hit Control System. Všetky hardvérové ​​systémy dosiahli svoj vrchol vývoja koncom 70. rokov 20. storočia, no následne boli nahradené počítačovými systémami. Vývoj technológie AE sa zhodoval s vývojom výpočtovej techniky a treba poznamenať, že riadenie AE bolo jednou z prvých metód NDT, ktoré využívali výhody využitia počítačov. Najprv sa vo viackanálových systémoch AE používali počítačové schopnosti na vyriešenie problému lokalizácie zdrojov signálu, potom sa počítače začali používať na širšie účely: ukladanie údajov, analýzy a zobrazovanie. V tom istom čase sa pracovníci testovania AE začali zaujímať okrem oscilácií aj o ďalšie emisné parametre, ktoré zariadenie AE umožňovalo prijímať (pozri časť „Namerané parametre signálu“ tohto článku).

To viedlo k vzniku nových princípov vývoja AE zariadení, ktoré sú stále dominantné v technológii. Tieto princípy slúžia na meranie základných parametrov každého prístupu alebo každej udalosti, ktorá prekročí prah. Po digitalizácii sa informácie prenesú do počítačového systému, ktorý zabezpečí ukladanie, grafické znázornenie a následnú analýzu údajov.

Obrázky 10 a 11 zobrazujú blokovú schému a vzhľad typického moderného systému. Vo väčších viackanálových systémoch sú úlohy spracovania signálu rozdelené medzi niekoľko mikroprocesorov. Napríklad na obr. 11 samostatný mikroprocesor obsluhuje dvojicu meracích akustických kanálov. Najvyššia priorita sa týka úlohy čítania výsledkov meraní kanálmi bezprostredne po nich

Obr.10 Bloková schéma štvorkanálového AE systému

koniec každého merania, aby bol merací systém pripravený prijať ďalšiu udalosť. Finálny mikroprocesor vám umožňuje rýchlo uložiť informácie o niekoľkých stovkách zásahov do svojej vyrovnávacej pamäte a začať čakať na ďalšie spracovanie. V rámci takejto architektúry paralelného spracovania pridávanie kanálov automaticky zvyšuje výkon systému spracovania. Použitím koncových vyrovnávacích pamätí, doplnených o ďalšie, ešte väčšie vyrovnávacie pamäte, je systém schopný vyrovnať sa s náhlym zvýšením aktivity AE a optimálne fungovať v podmienkach rýchlo sa meniacich dátových rýchlostí.

Obr.11. Typické univerzálne AE zariadenie.

Parametre meraného signálu. Existuje päť najčastejšie používaných možností. Patrí medzi ne počet kmitov (obr. 8), amplitúda, trvanie, čas nábehu signálu a plocha pod obálkou signálu (MARSE), ktorá je analógom energie (obr. 12). Niektoré testy používajú menej parametrov, iné používajú doplnkové parametre, ako je skutočná energia, počet kmitov do špičkovej amplitúdy, priemerná frekvencia, spektrálny moment. Avšak 5 hlavných parametrov uvedených na začiatku je štandardných pre AE testovanie a používa sa v tejto oblasti nedeštruktívneho testovania už viac ako 10 rokov.

Pri popise zásahu sa do pamäte počítača okrem parametrov signálu zaznamenáva aj čas registrácie zásahu a informácie o vonkajších parametroch procesu, napríklad aktuálna hodnota zaťaženia (deformácie), počet cyklov pri únavových skúškach, aktuálna úroveň hluku v pozadí a iné. Popis jedného prístupu zvyčajne trvá od 20 do 40 bajtov.

Amplitúda (A) predstavuje maximálnu hodnotu napätia signálu nameranú vo voltoch. Tento najdôležitejší parameter určuje možnosť registrácie udalosti AE. Amplitúdy signálov priamo súvisia s veľkosťou udalostí v zdroji a značne sa líšia od mikrovoltov po volty. Spomedzi ostatných štandardných parametrov je amplitúda najvhodnejšia na vykonávanie štatistického spracovania údajov AE získaním funkcií distribúcie procesov. Amplitúdy AE sú zvyčajne vyjadrené v decibelovej (logaritmickej) stupnici, pričom 1 μV na výstupe snímača sa berie ako 0 dB, 10 μV - 20 dB, 100 μV - 40 dB atď.

Počet kmitov je počet, koľkokrát signál prekročí nastavený prah. Meranie počtu kmitov je najjednoduchší spôsob kvantifikácie signálu. Tento parameter závisí od veľkosti zdroja signálu, ako aj od akustických a rezonančných vlastností média a snímača.

MARSE - parameter, známy aj ako počet energetických oscilácií, sa vypočítava z plochy pod obálkou signálu. Parameter MARSE je citlivý na amplitúdu aj trvanie, takže sa v poslednom čase stal veľmi bežným. Okrem toho je menej závislý od nastavenej prahovej hodnoty a prevádzkovej frekvencie. Celková aktivita AE by sa mala merať súčtom veľkostí všetkých zaznamenaných signálov; spomedzi všetkých meraných parametrov sa na tento účel najlepšie hodí MARSE.

Trvanie (D) - je to celkový čas, počnúc prekročením prahu signálom a končiac jeho odchodom pod prah. Tento parameter meraný v mikrosekundách závisí od veľkosti zdroja, ako aj od akustických a rezonančných vlastností média a snímača (ako aj od počtu kmitov). Parameter sa používa na identifikáciu procesov, ktoré majú charakteristické dlhé trvanie signálu, napríklad procesy delaminácie kompozitných materiálov. Okrem toho je tento parameter užitočný pri filtrovaní rôznych šumov (podľa trvania) alebo iných typov zdrojov.

Čas nábehu signálu (R) je čas od prvého prekročenia prahu signálom, kým signál nedosiahne svoju maximálnu amplitúdu. Tento parameter je vysoko závislý od funkcie šírenia a prenosových vlastností snímača. Môže sa použiť na určenie typu niektorých zdrojov signálu a na odfiltrovanie šumu.

Viackanálové systémy. Signál sa meria súčasne na každom kanáli, ktorý ho registruje. Systémy akustickej emisie môžu obsahovať od 1 do viac ako 100 kanálov, v závislosti od potrieb testov. V laboratórnych podmienkach sa zvyčajne používa 2-6 kanálov, zatiaľ čo pri kontrole návrhu sa používa 12-32 kanálov.

V závislosti od výkonu jednotlivého signálu, charakteristík útlmu vĺn a vzdialenosti medzi snímačmi môže registrácia signálu viesť k výskytu jediného zásahu, t.j. jeden signál (na jednom kanáli) a niekoľko zásahov (na viacerých kanáloch). V tomto ohľade je prvou a hlavnou úlohou pri používaní viackanálových systémov určiť, či skupinu zásahov zaznamenaných rôznymi senzormi počas krátkeho časového obdobia možno pripísať jednej udalosti AE. V závislosti od typu systému sa tento problém rieši buď na úrovni hardvéru alebo pomocou softvéru. Druhé, tretie a nasledujúce zhody súvisiace s rovnakou emisnou udalosťou možno použiť na vyriešenie problému s lokalizáciou alebo ich systém nezaznamená vôbec. Po vykonaní úlohy definície udalosti/zásahu systém pracuje s udalosťami rovnako ako s prístupmi. Popis udalosti obsahuje informácie o kanáloch a čase príchodu všetkých zásahov, ktoré sú súčasťou tejto udalosti, ako aj o parametroch zásahu, ktorý prišiel na senzor ako prvý (niekedy sú aj parametre ostatných zásahov udalosti zahrnuté).

Postupnosť takýchto popisov signálov sa posiela do centrálneho procesora, ktorý koordinuje úlohy ukladania, zobrazovania a spracovania dát. V zložitých systémoch môžu tieto úlohy vykonávať viacero procesorov. Vo väčšine systémov je takáto postupnosť popisov signálov uložená na disku, čo dáva neobmedzené možnosti pre následné spracovanie informácií. Ukladanie všetkých údajov zaznamenaných počas testovania je jednou z najdôležitejších výhod metódy AE. Táto funkcia znižuje závislosť konečných výsledkov od činností operátora, čo mu umožňuje zamerať sa priamo na správne vykonanie úlohy zberu údajov.

Obr.12Štandardná sada parametrov meraných systémom

Zobrazenie údajov. Riadiaci systém AE, založený na použití pokročilého softvéru, umožňuje získať veľké množstvo typov grafov. Operátor nie je obmedzený vo výbere spôsobov grafického zobrazenia dát pri zbere, keďže po posttestovom spracovaní je možné výsledky expresného spracovania revidovať, filtrovať a zobraziť v inej forme.

Tu je všeobecná klasifikácia metód zobrazenia:

• „Historický“ graf zobrazujúci celý testovací proces od začiatku do konca v priebehu času.
• Distribučné funkcie určené na demonštráciu štatistických vlastností emisných signálov.
• Grafy podľa jednotlivých kanálov zobrazujúce distribúciu signálu podľa kanálov.
• Grafy polohy zobrazujúce umiestnenie zdrojov signálu.
• Bodové grafy korelácie medzi rôznymi parametrami AE.
• Diagnostické diagramy zobrazujúce stupeň nebezpečenstva rôznych častí konštrukcie (podľa výsledkov analýzy AE).

Niektoré z týchto najbežnejších typov grafov sú znázornené na obrázku 13.

Obrázky 13.a a 13.b ukazujú kumulatívne a diferenciálne historické grafy AE, v tomto poradí - grafy AE versus čas. Kumulatívny graf je vhodnejší na odhad celkových emisií (kvantitatívne), zatiaľ čo diferenciálny graf zvýrazňuje zmeny v aktivite, ku ktorým došlo počas testu.

Obrázok 13.c znázorňuje historický graf údajov o zaťažení AE. Tento graf sa považuje za najzákladnejší, pretože. priamo spája príčinu s následkom v prípade emisného žiarenia pri zaťažení. Tento typ pozemku je užitočný najmä na oddelenie „dobrej“ časti pozemku od „zlej“ časti. Zvyčajne je „zlá“ časť charakterizovaná začiatkom generovania signálov AE už pri nízkych úrovniach zaťaženia a prítomnosťou veľkého množstva emisií, zvyčajne spojeného s rušením od nabíjacieho zariadenia.

Často je možné voľným okom odhaliť zhluky udalostí súvisiacich s najaktívnejšími zdrojmi, zvyčajne štrukturálne defekty.

Obrázok 13.g je bodový graf počtu oscilácií (alebo trvania) oproti amplitúde. Každý zásah na tomto grafe je reprezentovaný ako samostatný bod, ktorého poloha nesie informáciu o veľkosti a tvare signálu. Tento typ grafu sa používa na kvalitatívne vyhodnotenie zdroja vrátane identifikácie niektorých bežnejších typov nežiaduceho hluku. Emisné signály z „užitočných“ zdrojov zvyčajne tvoria zhluk na tomto grafe, predĺžený v diagonálnom smere. Rušivé signály (napríklad z elektromagnetického rušenia) sa nachádzajú pod týmto zhlukom (na obr. 13.g sú znázornené ako kruhová oblasť v pravej dolnej časti grafu), pretože majú krátke trvanie, nezvýšené odrazmi. . Hlukové signály zo zdrojov, ako je trenie alebo netesnosti, sa nachádzajú nad diagonálnym zhlukom (na obr. 13.g sú znázornené ako kruhová oblasť v ľavej hornej časti grafu), pretože majú malé amplitúdy a dlhé trvanie. Toto je len jeden z mnohých grafov, ktoré demonštrujú široké možnosti AE diagnostickej metódy.

obr.13 Typická reprezentácia údajov AE. (a) Historický graf kumulatívneho účtu alebo energie (b). Historický graf frekvencie impulzov (energie) c) Historický graf AE údajov (zo záťaže) d) Kumulatívne rozloženie amplitúdy. (e) Diferenciálna distribúcia amplitúdy (hustota distribúcie). f) Umiestnenie zdrojov v lietadle. (g) Bodový graf korelácie - závislosť oscilácií (trvanie signálu) od amplitúdy.

AE špeciálne systémy. Takýto riadiaci systém AE má architektúru a softvér, ktorý umožňuje jeho použitie ako na laboratórne účely, tak aj v špeciálnych aplikáciách. Nie všetky úlohy, a teda aj používané systémy, potrebujú výkonný softvér a rôzne grafy. V tomto smere je potrebné pred začatím prác najskôr určiť požiadavky na systém, vzhľadom na zamýšľané skúšky, a až potom použiť vhodné a často nie príliš sofistikované zariadenia.

Testovanie produktu niekedy je možné vykonať na základnom čisto hardvérovom zariadení, ktoré umožňuje merať najjednoduchšie parametre AE, napríklad energiu alebo počet kmitov, a vygenerovať alarm, ak tieto parametre prekročia vopred nastavené limitné hodnoty.

Do prevádzky takéhoto zariadenia môže byť zahrnuté automatické vlastné monitorovanie kvality inštalácie snímača.

Monitorovanie zvaru a kontrola trenia zariadenia vyrobené na plne hardvérovom vybavení, vybavené špeciálnymi ventilmi, časovačmi a rozhraniami, ktoré zabezpečujú synchronizáciu monitorovania AE so zváracím riadiacim zariadením. Existujú aj iné typy zariadení AE na monitorovanie procesu zvárania, ktoré zahŕňajú softvérovú možnosť rozpoznávania vzorov navrhnutú na automatickú klasifikáciu špecifických typov chýb zvaru.

Kontrola úniku je jednou z najdôležitejších aplikácií metódy AE, ktorá sa jednoducho implementuje do praxe. (Pozri časť „Aplikácie riadenia štruktúr“). Kontrola úniku je zabezpečená zariadením, ktoré meria iba RMS

(RMS) napätie spojené s nepretržitou emisiou úniku. Možnosť detekcie netesnosti je zvýšená výskytom pulznej emisie spôsobenej dopadom častíc prítomných v netesných materiáloch, alebo priamo degradáciou netesných materiálov.

Špeciálne aplikácie. Výrobcovia zariadení okrem iného vyvinuli špeciálne zariadenia určené na špecifické a už študované štandardizované aplikácie, napríklad na ovládanie plošín a mobilných nádrží. Tento typ zariadenia je založený na štandardných testovacích postupoch a je relatívne lacný. Softvér vyrobený na mieru poskytuje operátorovi obmedzený, ale potrebný počet možností, čím zabezpečuje spoľahlivú a cenovo výhodnú prevádzku.

Hluky.

Jedným z najdôležitejších problémov technológie AE je ochrana proti hluku. Obrovský pokrok sa dosiahol od začiatku 70-tych rokov, keď sa experimenty AE vykonávali v noci v podzemných laboratóriách na testovacích strojoch s nízkou hlučnosťou, aby sa predišlo rušeniu z pouličnej dopravy a zariadení na spracovanie počas dňa. Využitie moderných technológií riadenia AE dnes umožňuje vykonávať merania aj na hlučných objektoch.

Prvým krokom pri testovaní AE je výber vhodného testovacieho frekvenčného rozsahu. Je známe, že akustický hluk pozadia je vyšší pri nízkych frekvenciách. Pre takmer 90 % testov je vhodný frekvenčný rozsah medzi 100 a 300 kHz. V hlučnom prostredí (napríklad v elektrárňach), aby sa znížil hluk pochádzajúci z prúdenia tekutín, je potrebné pracovať pri vyšších frekvenciách, v oblasti 500 kHz. Vzhľadom na to, že použitie vysokých frekvencií vedie k zníženiu detekčného rozsahu (zmenšuje sa vzdialenosť medzi prijímacími senzormi), existuje vzťah jedna k jednej medzi frekvenčným rozsahom a obmedzením šumu.

Zdroje akustického hluku zahŕňajú prietoky tekutín v čerpadlách a ventiloch; procesy trenia, napríklad trenie konštrukcií v miestach podpier; procesy súvisiace s nárazmi, ako sú kvapky dažďa alebo udieranie kábla o konštrukciu pod vplyvom poryvov vetra. Zdroje elektrického a elektromagnetického šumu zahŕňajú pozemné slučky, zapnuté napájacie obvody, rádiové a navigačné vysielače a elektrické búrky.

Existujú rôzne spôsoby, ako vyriešiť problém zníženia hluku. Po prvé, niekedy môže byť hluk znížený alebo dokonca prerušený priamo pri zdroji. Po druhé, vplyv akustického hluku možno obmedziť vytvorením tlmiacich bariér na strategických miestach konštrukcie. Problém znižovania elektrického šumu, ktorý vzniká najmä v dôsledku nedostatočného uzemnenia a tienenia, je riešený použitím správnych technológií, napríklad použitím diferenciálnych snímačov alebo kombinovaných snímačov so zabudovanými predzosilňovačmi. Ak použitie takýchto snímačov neumožňuje definitívne vyriešiť tento problém, je potrebné ho vyriešiť už na softvérovej a/alebo hardvérovej úrovni.

Na získanie uspokojivej citlivosti sa často používa technológia pohyblivého prahu, ktorá je veľmi účinná za predpokladu, že nedochádza k významnej strate údajov AE. Vyvíjajú sa metódy selektívneho výberu a zaznamenávania údajov na základe faktorov času, zaťaženia alebo miesta v priestore. Okrem toho, vzhľadom na skutočnosť, že zdroje hluku sa líšia svojimi charakteristikami tvaru vlny od skutočnej emisie spojenej s defektmi, sú oddelené implementáciou a použitím metód matematickej diskriminácie v počítači. Takéto strojové spracovanie je možné vykonať tak bezprostredne po meraní, ako aj počas procesu zobrazovania informácií (grafická filtrácia), ako aj už po testovaní v procese spracovania po teste pomocou programov na filtrovanie po teste alebo špeciálneho balíka určeného pre priebehy. analýza.

Vďaka vývoju a využívaniu týchto techník sa AE kontrola zaviedla do rôznych oblastí výroby a v budúcnosti môžeme očakávať pokračovanie tohto procesu. Ako príklady aplikácií, kde bola redukcia šumu kľúčom k úspešnému použitiu ovládania AE,

možno nazvať monitorovanie v procese zvárania a zisťovanie únavovo rastúcich trhlín v konštrukcii lietajúceho lietadla.

Kontrola a opätovné načítanie

Vzhľadom na skutočnosť, že akustická emisia nastáva v dôsledku zmeny stavu napätia a deformácie materiálu, charakteristiky AE sú značne ovplyvnené históriou zaťaženia konštrukcie. Okrem toho grafy emisie/napätia v závislosti od času závisia od vlastností materiálu a typu deformácie vedúcej k výskytu AE. Niektoré materiály reagujú takmer okamžite na pôsobenie stresu a potom sa rýchlo ustália do stabilného stavu. Iní potrebujú po aplikácii záťaže nejaký čas na „upokojenie“; toto správanie sa často pozoruje u materiálov vykazujúcich elastoplastické vlastnosti, ako sú kompozity s gumovou matricou. V niektorých prípadoch vplyv konštantného zaťaženia spôsobí kolaps konštrukcie bez návratu do stabilného stavu. Príkladom je vodíkové praskanie skrehnutého materiálu, sprevádzané kontinuálnym emisným žiarením a vedúce ku konečnej deštrukcii konštrukcie pod vplyvom konštantného zaťaženia (v tomto prípade nemusí byť úroveň zaťaženia vysoká).

Skúšky akustickej emisie sa zvyčajne vykonávajú za podmienok zvyšujúceho sa zaťaženia. Počiatočná aplikácia zaťaženia zvyčajne vedie k vyšším emisiám ako následné zaťaženie. Je dobre známou skutočnosťou, že vysoko plastové materiály nevytvárajú žiadne emisie, kým sa neprekročí úroveň predchádzajúceho aplikovaného zaťaženia. Toto správanie materiálov prvýkrát zaznamenal Kaiser v roku 1950 a malo obrovský vplyv na vývoj techník testovania AE. V tejto práci Danegan ukázal, že v prípade materiálov, pre ktoré by mal platiť Kaiserov efekt, by skutočnosť, že emisia nastáva pri opakovanom zaťažení (pred dosiahnutím predchádzajúcej úrovne zaťaženia), mala naznačovať prítomnosť defektu, ktorý sa prejavuje medzi prvým a aplikácie druhého zaťaženia. Tento záver slúžil ako základ pre koncepciu priemyselného využitia metódy AE v 70-tych rokoch, kedy sa prvýkrát uskutočnili AE testy tlakových nádob a iných priemyselných konštrukcií.

V najnovšom metodologickom vývoji testovania AE sa veľká pozornosť venuje prítomnosti emisií pri opakovaných zaťaženiach (menej ako predtým), ako aj existencii emisií, ktoré pokračujú počas udržiavania zaťaženia. Logika analýzy spočíva v tom, že takéto správanie by malo naznačovať prítomnosť významných defektov v štruktúre, zatiaľ čo pri absencii defektov počas držania by malo dôjsť k uvoľneniu napätia a po určitom čase držania by mal materiál „mlčať“ až do opakovaného zaťaženia. presahuje predchádzajúcu maximálnu úroveň zaťaženia.

Obr.14. ilustruje tieto rôzne typy materiálneho správania. Pri počiatočnom zaťažení (z bodu A do bodu B) sa pozoruje emisia, ktorá však chýba pri vykladaní (z bodu B do C). Pri opätovnom zaťažení nedochádza k žiadnej emisii (horizontálna čiara), kým sa opäť nedosiahne bod B; je to prejav Kaiserovho efektu. Ďalej sa zaťaženie zvýši na D, sprevádzané tvorbou emisií, po ktorej sa znova vykoná vyloženie. Teraz sa v dôsledku vysokých úrovní zaťaženia v bode F (pred dosiahnutím predchádzajúceho maximálneho zaťaženia) začínajú objavovať značné chyby materiálu. Toto správanie je známe ako efekt Felicity, ktorý je kvantifikovaný faktorom Felicity (FR) a rovná sa pomeru maximálneho zaťaženia k zaťaženiu pri prebíjaní, pri ktorom došlo k AE.

Kaiserov efekt možno považovať za špeciálny prípad Felicity efektu, ktorého koeficient je FR ≥ 1. Skutočnosť systematického znižovania koeficientu pri približovaní sa k lomu bola podrobne popísaná pre fibroplasty. Okrem toho sa v súlade s článkom 11 normy ASME akceptuje, že ak počas kontroly AE tlakových nádob alebo kontajnerov Felicity je faktor menší ako 0,95, je potrebné takéto predmety odmietnuť. V súlade s článkom 12 kódexu ASME je v niektorých prípadoch pri monitorovaní tlakových nádob povolené ignorovať informácie získané pri prvom zaťažení nádoby a brať do úvahy iba údaje z opakovaného nakladania. Tento predpoklad je založený na skutočnosti, že pri prvom zaťažení sa môžu objaviť signály z nevýznamných zdrojov, napríklad lokálny plastický tok materiálu, zatiaľ čo pri opakovanom zaťažení by sa mali objaviť len vážne chyby (FR<1).

Obrázok 14 znázorňuje grafické znázornenie výskytu emisií počas udržiavania záťaže (od G do H). Felicity efekt a prejav emisie počas expozície možno vysvetliť nasledovne: oba tieto efekty sú spôsobené nestabilnou povahou významných defektov prítomných v materiáli objektu. Emisie pri udržiavaní zaťaženia sú známe už od prvého testovania AE. Tento efekt bol zahrnutý do hodnotiacich kritérií FRP v polovici 70. rokov 20. storočia a koncom 80. rokov sa záťažové emisie stali základom pre metodiku spoločnosti Monsanto, čo je efektívny AE postup na monitorovanie železničných nástupíšť a cisterien. Táto technika je veľmi pohodlný a efektívny spôsob analýzy údajov, pretože hladina hluku pozadia počas periódy stabilizácie záťaže je oveľa nižšia ako počas periódy nárastu záťaže.

Pre úspešné testovanie AE je potrebné venovať náležitú pozornosť harmonogramu načítania. Postupy riadenia AE zvyčajne definujú úrovne aplikovaného zaťaženia (podľa pracovného alebo projektovaného zaťaženia), ako aj minimálne a maximálne rýchlosti zaťaženia. V súlade s metodikou vykonávania AE testovania musia byť nádoby a zásobníky vyrobené z fibroplastu najskôr udržiavané pri zníženom zaťažení. Postup testovania AE môže byť porušený, ak sa plavidlo pred naložením náhle z dôvodu nedbalosti personálu naloží. V tomto ohľade je pre úspešnú kontrolu potrebné správne koordinovať prácu všetkých oddelení zaoberajúcich sa problémom bezpečnosti konštrukcií.

Akustická emisia v materiálovom výskume

Akustická emisia je úžasný nástroj na štúdium procesov deformácie materiálu, pretože poskytuje výskumníkom okamžité a podrobné informácie o procesoch. Vďaka citlivosti na mikroštruktúru materiálu a priamej súvislosti s procesmi deštrukcie AE má metóda riadenia jedinečnú schopnosť reagovať na aplikované napätie. Analýza AE je obzvlášť užitočná, keď sa používa v spojení s inými diagnostickými metódami, ako je meranie stavu napätia a deformácie materiálu, elektrónová mikroskopia, meranie otvárania trhlín a skokov a meranie rozptylu ultrazvuku (pri štúdiu procesov dislokácie). Metóda akustickej emisie dopĺňa tieto tradičné diagnostické metódy a poskytuje ďalšie informácie o dynamike a vzťahoch

Ryža. štrnásť Hlavný historický graf znázorňujúci Kaiserov efekt, Felicity efekt a emisie pri zaťažení

deformačné procesy, ako aj prechod z jedného štádia deformácie do druhého.

Mnohé štúdie AE zahŕňajú vývoj kontrolných techník, ktoré by sa dali použiť v priemyselnom prostredí. Táto práca je veľmi cenná, ale so simuláciou priemyselných defektov v laboratóriu je spojených veľa ťažkostí. Laboratórne skúšky sa zvyčajne vykonávajú aplikáciou jednoosového ťahového zaťaženia, zatiaľ čo v priemyselných prevádzkach sú konštrukcie vystavené komplexnému dvoj- alebo trojosovému zaťaženiu. V týchto prípadoch môžu výsledky laboratórnych testov akustickej emisie vzoriek slúžiť ako modely pre materiály používané v priemysle.

Mechanizmy zdrojov AE

Nie je potrebné pripomínať, že akustická emisia nie je excitovaná pri opakovanom zaťažení počas pomalej monotónnej zmeny medziatómových vzdialeností pri deformácii. Akustická emisia vzniká len pri náhlej zmene skupenstva materiálu. V kovoch existujú tieto AE mechanizmy: zrýchlený pohyb a multiplikácia dislokácií, sklz, twinning, deštrukcia a exfoliácia usadených častíc, inklúzií a povrchových častíc, niektoré korózne procesy, nukleácia a rast mikrotrhlín, preskoky prasklín a trecie procesy počas praskania zatváranie a otváranie. Množstvo uvoľnenej emisie závisí predovšetkým od veľkosti defektu a rýchlosti lokálneho deformačného procesu. Napríklad, napriek tomu, že pohyb jednej dislokácie je sprevádzaný emisiou AE stresových vĺn, táto energia nestačí na registráciu. Súčasne pri súčasnom pohybe miliónov dislokácií počas toku vzorky sa generované napäťové vlny superponujú a poskytujú významnú takzvanú kontinuálnu emisiu. Pri nízkych rýchlostiach deformácie vzorky je excitovaná emisia porovnateľná so šumom pozadia, avšak so zvyšujúcou sa rýchlosťou deformácie sa zvyšuje počet signálov a ich amplitúdy. AE pri plastickej deformácii sa od pulznej emisie líši tým, že v prvom prípade sú jednotlivé zdroje prakticky časovo nerozoznateľné. Nepretržitá emisia sa najlepšie meria z hľadiska efektívnej hodnoty alebo rýchlosti zmeny energie procesu AE.

Ako výsledok podrobných štúdií kontinuálnej emisie počas plastickej deformácie ocelí, hliníkových zliatin a iných kovov sa získali mnohé užitočné vzťahy, ktoré súvisia s akustickou emisiou s dislokačnou aktivitou a vplyvom usadených častíc, s mikroštruktúrou a vlastnosťami materiálu. Takéto štúdie sa ukázali ako veľmi cenné pri získavaní nových vlastností materiálov. Väčšina štúdií bola primárne zameraná na štúdium kontinuálnej emisie počas a po období plastického toku materiálu; V menšom rozsahu bola študovaná pulzná emisia, ktorá sa niekedy pozoruje v makroskopicky elastickej časti krivky zaťaženia a deformácie.

Nasledujúci príklad ilustruje mikroštrukturálnu závislosť AE generovanej deštrukciou perlitovej fázy počas tepelného spracovania materiálu.

Príklad 2: Vzťah akustickej emisie k režimom tepelného spracovania pre feriticko-perlitické ocele.

Na obr. 15 ilustruje závislosť kontinuálnej emisie od mikroštruktúry feriticko-perlitickej ocele získanej počas sféroidizačného tepelného spracovania, ktoré sa uskutočnilo za účelom zlepšenia tvárnosti ocele. Prezentované údaje boli získané za podmienok podžíhania, optimálneho žíhania a prežíhania. Na obr. Obrázok 15 ukazuje časovú závislosť rýchlosti AE energie počas ťahovej skúšky vzorky vo forme činky. Všetky grafy ukazujú vrcholy v oblasti výnosovej oblasti; toto správanie je typické pre hladké vzorky bez zárezov. Na obr. 15, navyše je tu druhý vrchol pri vyšších úrovniach napätia.

Dôležitým výsledkom je skutočnosť, že optimálne žíhané vzorky vykazujú výrazne nižšiu emisnú aktivitu (menší vrchol krivky) ako ostatné vzorky. Vysvetlenie sa našlo vytvorením spojenia medzi AE správaním a procesmi mikroštrukturálnej deformácie vyskytujúcimi sa v materiáli. Je známe, že pri plastickej deformácii sa na hranici perlitových platní môžu hromadiť dislokácie, ktoré spôsobujú deštrukciu týchto platní. Práve tieto poruchy sú zodpovedné za prvý emisný vrchol na krivke zaťaženia znázornenej na obr. pätnásť.

Obr.15 Grafy závislosti rýchlosti zmeny energie a zaťaženia od času.

(a) Podžíhaná oceľ: 80 % perlit 20 % sférické zrná. (b): optimálne žíhaná oceľ -100 %. (c) Opätovne žíhaná oceľ: 30 % sférických zŕn.

Pri testovaní materiálu, ktorý nebol žíhaný, ako ukazujú výsledky mikroskopie, existuje veľa netransformovaných perlitových platní, na ktorých sa hromadia dislokácie, čo vedie k zvýšeniu aktivity AE. Pri optimálnom žíhaní získajú tieto platne guľový tvar, čím sa získa menší počet hraníc a bariér pre akumuláciu dislokácií. V dôsledku toho sa zvyšuje viskozita materiálu počas deformačných procesov, zatiaľ čo emisná aktivita naopak výrazne klesá.

V materiáli podrobenom opätovnému žíhaniu možno pod mikroskopom vidieť prebytočné karbidy uvoľnené z roztoku počas rekryštalizácie, rast guľovitých zŕn a precipitované častice vytvorené na hraniciach zŕn.

Tieto veľké častice zažívajú silnú interakciu s dislokáciami a po deštrukcii spôsobujú zvýšenie (v porovnaní s optimálnym režimom) aktivity AE.

To, že optimálny režim žíhania vedie k minimálnym emisiám, je pozoruhodný výsledok, pretože umožňuje použiť metódu AE tak na výskumné účely, ako aj na kontrolu kvality materiálu.

Akustická emisia z rastúcej trhliny je veľmi zaujímavá nielen z výskumného, ​​ale aj praktického hľadiska. V dôsledku koncentrácie napätí na špičke defektov generujú tieto defekty emisné signály počas rastu zaťaženia. Zároveň sa pri zaťažení neozýva bezchybný materiál (Kaiserov efekt). Akustická emisia vznikajúca počas iniciácie a rastu trhlín je v literatúre široko zastúpená. Množstvo prác sa venuje rôznym typom rastu trhlín, napríklad únavovému praskaniu, koróznemu praskaniu pod napätím, vodíkovému krehnutiu a iným.

Je užitočné rozlíšiť signály generované AE v plastickej zóne trhliny od signálov zo sklzov trhliny. Rast plastovej zóny spôsobuje emisiu s pomerne nízkou amplitúdou. Táto emisia sa zvyčajne týka deštrukcie fáz a inklúzií (napríklad inklúzií síranu a mangánu v oceliach) a na prevádzku takýchto zdrojov je potrebné použitie triaxiálneho napäťového poľa.

AE v dôsledku rastu čela trhliny závisí vo veľkej miere od charakteru rastu trhliny. Mikroskopicky rýchle rastové mechanizmy, ako je krehký intragranulárny lom a intergranulárne štiepenie, sú ľahko detekovateľné aj v prípadoch, keď sa pri pôsobení kritických napätí čelo posunie len o vzdialenosť jedného zrna. Mechanizmy pomalého dlhodobého rastu trhlín, ako je koalescencia mikropórov (mechanizmus viskózneho lomu) a dokonca ani aktívna korózia, nie je možné prakticky samostatne detegovať, avšak pri absencii spoločnej plasticity je možné uvedené mechanizmy zaznamenať prostredníctvom rastu plastovú zónu. Wodley a Scruby vyvinuli kvantitatívnu teóriu, ktorá vysvetľuje, prečo niektoré procesy môžu byť detekované metódou AE a iné nie. Keď laboratórne štúdie po prvýkrát ukázali, že vo viskóznych materiáloch existuje možnosť nehlučného (bez sprievodného AE) rastu trhlín, vyvolalo to medzi žiaričmi určité zdesenie. V podmienkach testovania v teréne však prítomnosť tohto mechanizmu nepredstavuje skutočnú hrozbu pre účinnosť metódy, pretože sa tým zvyšuje podiel iných mechanizmov žiarenia stresových vĺn, vrátane žiarenia materiálov skrehnutých prostredím, emisie z korózie. produkty, emisie počas trenia okrajov trhlín alebo nekovové zlúčeniny zachytené vo vnútri defektu počas výrobného procesu.

Bolo vyvinutých mnoho modelov, aby sa AE vzťahovala k parametrom zlyhania materiálu. Jedným z prvých prístupov bolo vztiahnuť AE na veľkosť plastickej zóny a následne na faktor intenzity napätia (SIF) v okolí defektu.V iných modeloch bola emisia spojená s pohybom hrotu trhliny pri cyklickom zaťažovaní a s stresové korózne praskanie pre rôzne materiály. Tieto modely sú hlavne vo forme výkonových vzťahov a akustický počet N (celkový počet prekročení prahu signálmi AE) je základným parametrom AE. Neskoršie a zložitejšie modely umožnili získať absolútny vzťah medzi rastom trhliny a tvarom počiatočného úseku registrovanej vlny.

Nekovové vrstvy na kovových povrchoch môžu tiež vyžarovať AE, čím sa rozširuje pole potenciálnych aplikácií metódy. Príklady emisie žiarenia nekovovými vrstvami sú:

• Akustické emisie počas vysokoteplotnej oxidácie;
• Akustické emisie z koróznych procesov vyskytujúcich sa pri izbovej teplote;
• Použitie emisií na optimalizáciu výkonu keramického povlaku používaného vo vysokoteplotných komponentoch.

Kompozitný materiál s kovovou matricou. Nasledujúci príklad ilustruje jednu z aplikácií AE na riadenie kompozitov s kovovou matricou.

Príklad 3: Akustická emisia pri mikrokrakovaní v krehkej zóne kompozitov s dvojitou kovovou matricou.

Pri ťahovom testovaní kompozitov s dvojitou kovovou matricou, dlho predtým, ako dôjde ku konečnému porušeniu tvárnej matrice, dochádza k výraznému vyžarovaniu emisií v dôsledku mikrotrhlín krehkej fázy medzi vláknami a matricou v materiáli. To umožňuje použiť AE na monitorovanie štruktúr tohto typu, poskytujúce včasnú detekciu štrukturálnych zmien dlho pred začiatkom úplnej deštrukcie materiálu.

Výskum sa uskutočnil testovaním kompozitov s titánovou matricou (Ti-6Al-4V) vystuženou rôznymi vláknami: karbid kremíka s veľkým priemerom (SiC, priemer ≈0,142 mm) a karbid bóru potiahnutý bórom (B(B ,4 C ), ≈ 0,145 mm); objem vlákna bol 0,205 a 0,224. Na testy boli použité štandardné ploché brúsené vzorky, narezané v pozdĺžnom a priečnom smere vzhľadom na umiestnenie vlákien. Deštrukcia vzoriek pri konštantnej rýchlosti deformácie sa uskutočnila pomocou ťahacieho stroja s hydraulickým serverom. V každom teste bol jeden AE senzor umiestnený do stredu vzorky a akustická frekvencia počítania bola meraná ako funkcia pozdĺžneho posunu (deformácie). Po každom teste sa povrch zničenej vzorky skúmal pomocou optického a rastrovacieho elektrónového mikroskopu.

Parametre deštrukcie materiálov získaných lisovaním za tepla a zahrnutých do zloženia dvoch uvažovaných kompozitov sú uvedené v tabuľke 2.

Tabuľka 2 Mechanické vlastnosti krehkej fázy

Uskutočnila sa porovnávacia analýza ich pevnostných vlastností, aby sa stanovil vzťah medzi zložením a frekvenciou impulzov AE. Ako je znázornené na obr. 16(a), pri zaťažení vzoriek narezaných v pozdĺžnom smere a so zložením (B(B ,4 C)/ (Ti-6Al-4V), došlo k výraznému zvýšeniu počtu AE v blízkosti lomového zaťaženia diboridu titánu a bol pozorovaný AE vrchol v blízkosti lomového zaťaženia Vo vzorkách rezaných v priečnom smere, obr. 16(b,c), bol AE vrchol frekvencie impulzov pozorovaný v oblasti zaťaženia deštrukciou hlavnej krehkej zložky. - borid titánu v kompozite (B(B ,4 C) / (Ti-6Al -4V) a karbid titánu v SiC /(Ti-6Al-4V), v tomto poradí. iných krehkých komponentov.

Ukazuje sa, že väčšia veľkosť krehkej zóny získaná v kompozite (B(B ,4 C)/(Ti-6Al-4V),

Ryža. 16 Závislosť rýchlosti počítania od deformácie (a) Napätie pozdĺžnych vzoriek B(B ,4 C)/Ti-6Al-4V. (b) Napnutie priečnych vzoriek B(B ,4 C)/Ti-6Al-4V. (c) Priečne naťahovanie

vzorky SiC/Ti-6Al-4V.

zodpovedá väčšej ploche pod krivkou počtu AE v grafe počtu impulzov verzus napätie. Konečná deštrukcia priečnych vzoriek spočívala hlavne v deštrukcii plastovej matrice a bola sprevádzaná relatívne nízkou frekvenciou počtu AE.

Použitie AE na kontrolu kvality produktu

Malá, ale dôležitá oblasť použitia metódy je použitie AE počas výrobného procesu na kontrolu kvality produktu alebo komponentu pred konečnou montážou a/alebo dodaním tohto produktu. Medzi aplikáciami metódy diskutovanej v odseku „Aplikačné oblasti“ je jednou z najbežnejších AE monitorovanie zváracích procesov a stupňa vytvrdnutia materiálov. Okrem toho bola metóda použitá aj na kontrolu integrity integrovaných obvodov. Napríklad začiatkom sedemdesiatych rokov minulého storočia v dôsledku straty častíc v kanáli integrovaného obvodu zlyhal program vypustenia vesmírneho satelitu. V tejto súvislosti sa v súčasnosti pre najdôležitejšie aplikácie vykonáva hlukové (akustické) testovanie, čo je zjednodušená a lacná verzia testovania AE, ktorá umožňuje počuť údery častí, ktoré odpadli v mikroobvode, ak akýkoľvek. . Počas výrobného procesu AE vám kontrola umožňuje identifikovať ďalšie chyby. V sedemdesiatych rokoch spoločnosť Western Electric uskutočnila AE štúdie metalizácie a praskania keramických substrátov. Získané výsledky boli použité ako kritériá prijatia/odmietnutia dielov na automatických montážnych linkách. AE riadenie zváracích procesov je súčasťou technológie takmer od najskoršieho obdobia používania tejto metódy. Najjednoduchšie je ovládať technológie automatizovaného zvárania bez trosky, ako je odporové elektrické zváranie, zváranie laserom a elektrónovým lúčom, volfrámové a plynové oblúkové zváranie. Pri odporovom oblúkovom zváraní je monitorovanie AE synchronizované so zváracím cyklom, takže rôzne fázy procesu sa skúmajú a spracovávajú oddelene. Emisia pri tuhnutí a chladnutí koreluje s veľkosťou jadra zvaru, t.j. s pevnosťou zvárania. Signály s vysokou amplitúdou prichádzajúce pri vyhorení legujúcich prísad pri dlhodobom pôsobení kovov môžu byť zároveň použité na včasné vypnutie zváracieho prúdu, čím sa zabráni nadmernému zváraniu a predĺži sa životnosť zváracích elektród. Pre procesy zvárania laserom, elektrónovým lúčom a volfrámovým oblúkom boli vyvinuté algoritmy v reálnom čase, ktoré umožnili rozpoznať znaky AE zodpovedajúce rôznym typom defektov a odhaliť tieto defekty už v štádiu samotného zvárania. Tieto postupy riadenia AE sú účinné aj v prítomnosti výrazného priemyselného hluku. Medzi ďalšie zvárané komponenty podrobené AE testovaniu patria vstrekovacie rúrky získané oblúkovým zváraním plynom a určené na použitie v raketoplánoch.

Rovnanie tyče je ďalší proces, ktorý je riadený metódou AE. Kované tyče sa zvyčajne vyrovnávajú pôsobením ohybových síl, aby sa upravil ich tvar. V tomto prípade sa používajú špeciálne stroje, ktoré zisťujú akékoľvek nezrovnalosti a odchýlky od zarovnania. Konečná kvalita výrobku je spojená s mikroprasknutím vytvrdených povrchov tyčí v dôsledku pôsobenia korekčných ohybových zaťažení. AE inšpekcia umožňuje s dobrou účinnosťou odhaliť výskyt mikrotrhlín a preto je zahrnutá do technologického procesu vyrovnávania tyčí, aby bolo možné varovať personál a pozastaviť spracovanie výrobkov v prípade mikrotrhlín. .

Vo vyššie uvažovaných prípadoch vznikajú napätia, ktoré spôsobujú vybudenie AE vĺn priamo pri procesoch zvárania a pri narovnávaní tyčí (v prípade zvárania ide o tepelné namáhania, v druhom prípade o mechanické napätia). V mnohých iných prípadoch sú napätia aplikované umelo na vybudenie AE. Je to podobné tomu, ako pri AE prieskumoch nových a použitých konštrukcií na ne pôsobí vonkajšie zaťaženie. Príklady zahŕňajú kontrolu spájkovaných spojov, ako aj zvarových spojov v oceľových bandolieroch.

Aplikácia AE pri testovaní konštrukčných materiálov.

Testovanie akustických emisií sa úspešne používa na testovanie konštrukcií v letectve, kozmickom priestore, mostoch, korčekových nákladných autách, budovách, baniach, vojenských vozidlách, priehradách, potrubí, tlakových nádobách, železničných nádržiach, nádržiach a mnohých ďalších. Hlavným účelom kontroly AE je nájsť chyby a zaručiť integritu objektu alebo posúdiť jeho stav.

Podstata štrukturálnej kontroly AE spočíva v tom, že koncentrácia napätí vznikajúcich v prítomnosti defektu vedie k vytvoreniu napäťových vĺn v oslabených častiach objektu, zatiaľ čo zvyšok bezporuchovej časti sa správa „potichu“ . Kontrola AE teda umožňuje odhaliť miesta konštrukcie, ktoré narúšajú jej integritu. Keďže ide o globálnu kontrolnú metódu, akustická emisia je zvyčajne sprevádzaná ďalšími najmenšími štvorcami, ktoré špecifikujú typ a nebezpečenstvo defektov zistených metódou AE.

Hlavnou výhodou metódy AE je, že nie je potrebný prístup do celej kontrolovanej oblasti konštrukcie. Výdavky na odstraňovanie vonkajších izolačných náterov alebo napríklad vnútorného obsahu nádob, ktoré sú nevyhnutné pri použití iných bežných MNC, sú pri AE kontrole objektov voliteľné. Upozorňujeme, že tento postup je zbytočný, aj keď výsledok testovania AE naznačuje dobrý stav konštrukcie.

Pre inšpekciu AE ako metódu globálnej kontroly je potrebné len zabezpečiť, aby bola konštrukcia zaťažená tak, aby boli pri zaťažení počuť všetky významné chyby. V niektorých prípadoch, napríklad na riadenie lietadiel alebo jadrových reaktorov, je možné vykonávať aj dlhodobé monitorovanie AE. Tento prístup je možný vďaka dostupnosti metódy načítania vhodnej pre AE, ale je komplikovaný potrebou oddeliť užitočné signály pochádzajúce z defektov, od šumu. V tomto ohľade sa testy AE zvyčajne vykonávajú počas obmedzeného časového obdobia (od niekoľkých minút do niekoľkých hodín), počas ktorých je predmet vystavený kontrolovanému zaťaženiu. Vo väčšine prípadov na ovládanie tlakových nádob bez prerušenia výrobného procesu stačí použiť zaťaženie 110 % vzhľadom na pracovnú; alebo 200 % vypočítanej hodnoty pre tlakovú skúšku. V niektorých prípadoch však tento prístup nefunguje. Napríklad, ak sa chyby vyskytnú počas prevádzky v dôsledku vystavenia tepelnému zaťaženiu, potom aplikácia mechanického zaťaženia nemusí poskytnúť vhodné pole napätia potrebné na prejavenie defektov. Na vyriešenie tohto problému špecialisti na riadenie parovodov v elektrárňach vykonávajú úspešné monitorovanie AE, pričom skúmajú objekt počas prehrievania a chladenia.

Pre úspešné testovanie AE je potrebné venovať osobitnú pozornosť typu, úrovni a rýchlosti aplikovaného zaťaženia. Ako už bolo uvedené, predpätie má veľký vplyv na výsledky testu. Pred testovaním AE sa musia prijať všetky potrebné opatrenia, aby sa predišlo neúmyselnému zaťaženiu konštrukcie. Ďalšími požiadavkami je potreba presnej kontroly záťaže a schopnosť udržiavať konštantnú úroveň záťaže.

História zaťaženia nie je v prípade kontroly netesnosti taká dôležitá, pretože v tomto prípade je hlavným zdrojom signálov turbulencia prúdenia, keď kvapalina alebo plyn vychádzajú cez otvor v stene konštrukcie. Medzi hlavné aplikácie akustickej kontroly úniku patrí kontrola plochých dna nádrží a komponentov jadrových reaktorov. Použitie technológie AE na kontrolu potrubí reaktora ušetrilo milióny dolárov.

Postupy spracovania údajov a analýzy sú vysoko závislé od typu AE testov. Pre výskumnú prácu majú najväčší význam skúsenosti a zručnosti pracovníkov. Tieto faktory výrazne spomalili rozšírené používanie metódy až do štandardizácie hlavných kontrolných postupov koncom 70-tych rokov. Vývoj štandardných testovacích postupov viedol k tomu, že metóda sa pravidelne používa ako LSM, pričom nový výskum v tejto oblasti rozšíril rozsah AE aplikácií. Najrozvinutejšie a štandardizované aplikácie metódy sú uvedené nižšie.

Žeriavy.

Prvú AE inšpekciu žeriavu vykonal autor tejto správy v roku 1967 pre Georgia Power Company. Následne sa postup kontroly zjednotil a stal sa bežnou praxou. Normy pre praktické využitie metódy zverejnila v roku 1985 komisia ASTM F-18 pre elektrické ochranné pracovné prostriedky.

Táto metóda, ktorá sa prvýkrát použila na výložníkové časti žeriavu zo sklenených vlákien, bola čoskoro použitá pre kovové prvky žeriavu: podstavec, upínacie prostriedky atď. Celkovo bolo do roku 1988 vykonaných asi 100 000 AE testov. Ako je známe, problém akumulácie poškodení v žeriavoch je spojený s preťažením, nehodami a únavovým zaťažením. Dôkladná pravidelná kontrola tohto typu objektov preto dokáže odhaliť problém dávno pred vypuknutím katastrofálnych škôd.

Kontrola AE je nevyhnutnou súčasťou celkovej kontroly integrity konštrukcie, ktorá dopĺňa tradičné metódy kontroly. Spomedzi všetkých ostatných metód je AE najúčinnejšia na detekciu defektov v komponentoch zo sklenených vlákien. Ako sa používa na kontrolu kovových častí a opláštenia, metóda šetrí peniaze tým, že označuje údajne chybné časti konštrukcie. Zvyčajne je objekt pred AE testovaním podrobený vizuálnej kontrole a následne kontrole metódou magnetických častíc, penetračných náterov alebo ultrazvukového testovania.

Testovanie AE žeriavu zvyčajne vyžaduje 12 až 16 senzorov. Monitorovanie začína registráciou hluku, po ktorej sa vykonajú 2 záťaže do určitej vypočítanej záťaže. Počas testu sa zaznamenávajú signály AE, ktoré sprevádzajú rast, držanie a pokles záťaže. Postup analýzy údajov nemožno formulovať stručne, pretože závisí to od mnohých faktorov: prítomnosť hluku, typ zdrojov AE, konštrukcia žeriavu. Skúsený inšpektor zvyčajne využíva svoje znalosti konštrukcie a posudzuje situáciu pomocou úrovne signálov, umiestnenia zdrojov (čísla kanálov), postupnosti príchodu signálov v rôznych obdobiach zaťaženia objektu.

Pomocou AE zariadení dokáže skúsený tím odborníkov vykonať 5 až 10 skúšok žeriavu za jeden deň. Ak sa súčasne používajú iné pravidelné diagnostické metódy (po AE), potom je možné skontrolovať 2-3 kohútiky za jeden deň.

Veľké rúrkové prívesy. Technológia na testovanie akustických emisií rúrkových prívesov bola vyvinutá spoločnosťou Blackburn a bola legalizovaná Ministerstvom dopravy v roku 1983. Tieto obrovské rúrky prepravujú veľké objemy priemyselného plynu pod tlakom asi 18 200 kPa po verejných komunikáciách. Počas prevádzky sa môžu v týchto potrubiach - nádržiach objaviť a vyvinúť únavové trhliny, avšak hydrotest ich prítomnosť neukáže, kým nedôjde k silnej deštrukcii materiálu potrubia. AE test je zároveň schopný odhaliť submikrotrhliny v ranom štádiu procesu poškodenia pri použití tlaku len o 10% vyššieho ako je pracovný, vďaka čomu je táto metóda oveľa sľubnejšia ako konvenčné krimpovanie. Okrem toho je test AE lacnejší spôsob kontroly a umožňuje vyhnúť sa vyprázdňovaniu potrubia z plniva a čisteniu jeho vnútorných stien od kontaminácie.

Zvyčajne príves obsahuje 12 rúr, ktoré sú ovládané súčasne. Test AE vyžaduje 2 snímače na každých 10 m jedného potrubia; charakteristiky šírenia a útlm vĺn na takejto konštrukcii sú priaznivé pre riadenie AE. Ak je možné zaregistrovať 10 a viac užitočných signálov na dĺžke 200 mm, v tomto bode sa vykoná ultrazvukové testovanie, na základe výsledkov ktorého sa definitívne rozhodne o stave potrubia. Kritérium pre odmietnutie/prijatie skúšobného objektu je založené na hodnotení tradičných únavových parametrov lomovej mechaniky. V období rokov 1983 až 1988 bolo metódou AE odskúšaných asi 1700 rúr veľkých rozmerov, následne bola metóda rozšírená na ďalšie prepravné kontajnery používané na prepravu stlačeného plynu, ako aj na ďalšie priemyselné potrubia.

Sklolaminátové nádrže, tlakové nádoby a potrubia. V 70. rokoch 20. storočia čelil chemický priemysel problému rozbitia sklolaminátových nádrží a tlakových nádob. Dôvody, ktoré spôsobili takéto zničenie, boli spojené s mnohými faktormi: ich nesprávny dizajn a výroba a porušenie pokynov počas prepravy a nesprávne používanie výrobkov vyrobených z vtedy málo prebádaného materiálu. Situácia sa zhoršila najmä v dôsledku nedostatku životaschopného spôsobu kontroly objektov tohto typu.

Metódu AE ako prvú aplikovala spoločnosť Monsanto, čím sa ukončili problémy spojené s ničením skladovacích nádrží, obr.17.

Metóda sa rozšírila po vytvorení Komisie pre AE v vystužených plastoch (CARP), ktorá sa zmenila na jednu z pobočiek Americkej spoločnosti pre nedeštruktívne testovanie. V roku 1982 CARP napísal smernicu publikovanú spoločnosťou NDT Society, ktorá slúžila ako základ pre techniku ​​AE zavedenú do kódov tlakových nádob ASME v roku 1983. Do roku 1988 bolo pomocou tohto postupu vykonaných asi 5 000 testov. Následne komisia CORP rozšírila túto metódu aj na potrubia zo sklenených vlákien.

Obr.17 História ničenia nádrží zo sklenených vlákien.

V závislosti od veľkosti nádoby alebo nádrže si testovanie AE zvyčajne vyžaduje 8 až 30 senzorov. Vysokofrekvenčné akustické kanály (zvyčajne 150 kHz) sa používajú na inštaláciu v úsekoch konštrukcií, kde sa predpokladá výrazná koncentrácia napätí, vrátane úsekov zlomu profilu, na odbočkách, šachtách. Nízkofrekvenčné kanály (typicky 30 kHz) sú inštalované v menej nebezpečných oblastiach, aby pokryli celý povrch konštrukcie. Pri kontrole nádrží sa skúška vykonáva spravidla po ich naplnení výrobnou kvapalinou, po určitom čase uchovávania týchto nádrží so zníženým obsahom tejto kvapaliny. Zvýšenie množstva kvapaliny vytvára preťaženie potrebné na ovládanie AE. Pri monitorovaní tlakových nádob vzniká v nádobách pretlak. Nakladanie sa vykonáva v niekoľkých fázach: s pridržaním, hodnotením koeficientu Felicity a ďalšími kritériami prijatia/odmietnutia, ktoré sa zvyčajne vyhodnocujú pre každú fázu nakladania. Hodnotenie výkonu systému AE a hluku pozadia objektu je súčasťou štandardného postupu testu AE.

Kovové tlakové nádoby a skladovacie nádrže.

V 70. rokoch 20. storočia mnohé výskumné a inžinierske organizácie, ako aj spoločnosti NDT zintenzívnili svoju činnosť v oblasti AE inšpekcie kovových tlakových nádob. Odhady z roku 1989 naznačujú, že do tej doby bolo metódou AE preskúmaných viac ako 600 tlakových nádob pôsobiacich najmä v petrochemickom a jadrovom priemysle. (Aj keď testovanie potrubí, výmenníkov tepla a rôznych priemyselných komponentov bolo v tom čase početnejšie, tlakové nádoby historicky priťahovali pozornosť testovacej metódy AE.) skúsenosti interpretov. Pri kontrole bola hlavná pozornosť venovaná umiestneniu zdrojov signálu, čo je technicky najatraktívnejšia vlastnosť metódy. Zdroje boli rozlíšené podľa stupňa nebezpečenstva v súlade s ich aktivitou/intenzitou, následne sa rozhodlo, ktorá časť objektu sa má skúmať inými NDT metódami. Mnoho štrukturálnych defektov bolo identifikovaných spôsobom opísaným vyššie.

Významný pokrok v technológii testovania AE bol pozorovaný po tom, čo Fowler a Monsanto systematicky študovali nahromadené početné výsledky testovania AE s cieľom vyvinúť a štandardizovať postupy na spracovanie údajov AE. Od roku 1979 tento program zahŕňa spracovanie údajov o zaťažení až po poruchu z vyradených plavidiel, prevádzkové testovanie mnohých stoviek plavidiel a nádrží a vývoj analytického postupu na rozpoznanie a zníženie vonkajšieho hluku. znížil význam procedúry lokalizácie zdroja, na ktorú sú potrebné minimálne 2 snímače (pretože v praxi sa signál AE často dostane len k jednému zo snímačov). Namiesto umiestnenia bodu začali používať zónové umiestnenie. Výsledkom tohto programu bol jasný testovací postup licencovaný pod značkou MONPAC. Do roku 1988 bol tento postup testovaný na približne 2000 kovových nádobách a nádržiach. Typický výsledok testu MONPAC je znázornený na obrázku 18. Experiment pozostával z AE testovania 30 rokov starého zásobníka etylénu natlakovaním kompresora. Výsledky sú prezentované vo forme rozšírenej mapy plavidla so zónami namaľovanými rôznymi farbami (na čiernobielej kresbe, napr. obr. 18, je zvýšenie stupňa nebezpečenstva naznačené väčšou intenzitou šedej ). Vo vyššie uvedenom prípade výsledok AE prieskumu nádrže ukázal neprítomnosť „významných emisií“. Tento záver znamenal, že nebola potrebná ďalšia prácna vnútorná kontrola plavidla.

Obr.18 Výsledky testu zásobníkov etylénu podľa metodiky MONPAC. Významná emisia nebola zaregistrovaná - v senzorových zónach 3, 6, 8 bola zaznamenaná nevýznamná emisia.

Počas ďalších testov MONPAC sa zistilo množstvo poškodení, vrátane vonkajšej a vnútornej korózie, korózie pod napätím, prasklín vo zvaroch, úniku paliva a skrehnutia materiálu. Vďaka včasnej detekcii škôd sa výrazne znížil počet núdzových odstávok v závodoch. Úspory pri použití metódy AE (do roku 1988) dosiahli 10 miliónov dolárov.

Postupy testovania AE pre kovové nádoby sú uvedené v prílohe ASME k normám pre kotly a tlakové nádoby. Stanovuje požiadavky na skúšobný postup, kvalifikáciu personálu, zariadenia, kalibráciu systému, predbežné merania, hladinu hluku pozadia, parametre zaťaženia skúšaného objektu. Je uvedená názorná schéma zaťaženia a umiestnenia snímačov. Do aplikácie by sa malo pridať kritérium hodnotenia poškodenia, ktoré je založené na emisných parametroch, ako je počet AE, celkový počet signálov, počet signálov s veľkou amplitúdou, energetická aktivita (MARSE) počas expozície a zdvíhania bremena. Príchod tejto aplikácie ku kódom ASME predstavuje dôležitý míľnik vo vývoji a vyspelosti technológie AE.

GOST R ISO 22096-2015

NÁRODNÝ ŠTANDARD RUSKEJ FEDERÁCIE

Monitorovanie stavu stroja a diagnostika

METÓDA AKUSTICKEJ EMISIE

Monitorovanie stavu a diagnostika strojov. Metóda akustickej emisie

OKS 17.140.20
17.160

Dátum predstavenia 2016-12-01

Predslov

Predslov

1 VYPRACOVALA Otvorená akciová spoločnosť „Výskumné centrum riadenia a diagnostiky technických systémov“ (JSC „SRC KD“) na základe vlastného prekladu anglickej verzie normy špecifikovanej v odseku 4 do ruštiny.

2 PREDSTAVENÉ Technickým výborom pre normalizáciu TC 183 "Monitorovanie vibrácií, otrasov a technického stavu"

3 SCHVÁLENÉ A UVEDENÉ DO ÚČINNOSTI nariadením Spolkovej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu zo dňa 20. októbra 2015 N 1583-st

4 Táto norma je totožná s medzinárodnou normou ISO 22096:2007 * "Monitorovanie stavu a diagnostika strojov - Akustická emisia" (ISO 22096:2007 "Monitorovanie stavu a diagnostika strojov - Akustická emisia", IDT).
________________
* Prístup k medzinárodným a zahraničným dokumentom uvedeným v texte je možné získať kontaktovaním Služby používateľskej podpory. - Poznámka výrobcu databázy.


Názov tejto normy bol zmenený v porovnaní s názvom špecifikovanej medzinárodnej normy, aby bol v súlade s požiadavkami GOST R 1.5-2012 (odsek 3.5).

Pri aplikácii tejto normy sa odporúča použiť namiesto odkazovaných medzinárodných noriem zodpovedajúce národné normy, ktorých podrobnosti sú uvedené v dodatočnej prílohe ÁNO

5 PRVÝ KRÁT PREDSTAVENÉ

6 REVÍZIA. marec 2019


Pravidlá pre aplikáciu tejto normy sú uvedené vČlánok 26 federálneho zákona z 29. júna 2015 N 162-FZ „O normalizácii v Ruskej federácii“ . Informácie o zmenách tohto štandardu sú zverejnené v ročnom (k 1. januáru bežného roka) informačnom indexe "Národné štandardy" a oficiálnom znení zmien a doplnkov - v mesačnom informačnom indexe "Národné štandardy". V prípade revízie (nahradenia) alebo zrušenia tohto štandardu bude príslušné oznámenie uverejnené v nasledujúcom vydaní mesačného informačného indexu „Národné štandardy“. Príslušné informácie, oznámenia a texty sú zverejnené aj vo verejnom informačnom systéme - na oficiálnej webovej stránke Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu na internete (www.gost.ru)

Úvod

Metódu akustickej emisie možno použiť na monitorovanie stavu strojov a diagnostiku ako samostatne, tak aj v kombinácii s inými metódami, napríklad na základe analýzy vibračných signálov alebo tepelného žiarenia strojov. Metódu je možné realizovať pomocou stacionárnych, polostacionárnych a prenosných meracích systémov v závislosti od stupňa kritickosti skúmaných objektov. Typicky merací systém zahŕňa prevodníky, zosilňovače signálu, filtre a zariadenia na zber údajov. V závislosti od účelu metódy možno použiť rôzne charakteristiky signálu akustickej emisie.

1 oblasť použitia

Táto medzinárodná norma stanovuje všeobecné zásady pre aplikáciu metódy akustickej emisie na monitorovanie stavu a diagnostiku strojov pracujúcich v rôznych režimoch a za rôznych podmienok používania. Metóda platí pre všetky typy strojov a je založená na meraní len tých signálov, ktoré sa šíria konštrukciou stroja.

2 Normatívne odkazy

Táto norma používa normatívne odkazy na nasledujúce normy:

ISO 2041, Monitorovanie mechanických vibrácií, otrasov a stavu - Slovník

ISO 12716, Nedeštruktívne skúšanie - Kontrola akustických emisií - Slovník

ISO 13372, Monitorovanie stavu a diagnostika strojov - Slovník

ISO 18436-6, Monitorovanie stavu a diagnostika strojov - Požiadavky na kvalifikáciu a hodnotenie personálu - Časť 6: Akustické emisie.

3 Pojmy a definície

Táto medzinárodná norma používa termíny ISO 2041, ISO 12716, ISO 13372 a nasledujúce termíny s ich príslušnými definíciami.

3.1 akustická emisia (monitorovanie stavu strojov)(akustická emisia): Trieda javov, ktoré vedú k objaveniu sa vĺn šíriacich sa cez štruktúru alebo v médiu (kvapaliny, plyny) v dôsledku rýchlych procesov uvoľňovania energie z lokalizovaných zdrojov vo vnútri alebo na povrchu materiálu.

POZNÁMKA 1. Uvoľnenie energie môže byť spôsobené procesmi, ako je šírenie trhliny v materiáli, trenie medzi časťami stroja, ktoré sú v kontakte, nárazy medzi časťami stroja alebo únik materiálu.

POZNÁMKA 2. – Táto definícia je formulovaná v najvšeobecnejšej forme, aby odrážala rôzne možnosti aplikácie metódy akustickej emisie s cieľom monitorovať stav rôznych typov strojov.

3.2 kontrola akustickej emisie (sledovanie stavu strojov)(monitorovanie akustických emisií): Detekcia a zber údajov o akustických emisiách, ktoré umožňujú posúdiť stav stroja.

POZNÁMKA. – Táto definícia platí len v oblasti monitorovania stavu strojov.

3.3 prevodník akustickej emisie(snímač/prijímač akustickej emisie): Zariadenie, ktoré premieňa pohyb elastickej vlny na elektrický signál.

3.4 signál akustickej emisie(signál akustickej emisie): Elektrický signál na výstupe prevodníka akustickej emisie spojený s akustickou vlnou zo zdroja akustickej emisie.

3.5 charakteristiky akustickej emisie(charakteristiky akustickej emisie): Súbor charakteristík popisujúcich akustickú emisiu daného stroja alebo zdroja akustickej emisie.

Poznámka - Opísaný vlnový proces spôsobený akustickou emisiou môže byť pulzného alebo kontinuálneho typu.

3.6 vlnovod akustickej emisie(vlnovod akustickej emisie): Zariadenie, cez ktoré prechádza akustická vlna zo zdroja do prevodníka akustickej emisie.

3.7 hluk pozadia(hluk pozadia): Falošná zložka signálu akustickej emisie, nesúvisiaca s procesmi akustickej emisie v riadených častiach stroja.

POZNÁMKA Hluk pozadia môže byť signálom spôsobeným elektrickými, tepelnými alebo mechanickými procesmi.

3.8 kontaktné prostredie(couplant): Médium medzi AE testovacím objektom a AE prevodníkom používané na zlepšenie prenosu akustickej vlny.

PRÍKLADY Olej, tuk, lepidlo, rezná pasta na vodnej báze, vosk.

3.9 Imitent Su-Nielsen(zdroj Hsu-Nielsen): Zariadenie na vkladanie a lámanie grafitovej ceruzkovej tyčinky s cieľom umelo simulovať proces akustickej emisie a budenia akustickej vlny.

POZNÁMKA Akustická vlna závisí od použitej tyče. Zvyčajne sa používa tyč s tvrdosťou 2H s priemerom 0,5 mm (povolený je 0,3 mm) a dĺžkou (3,0 ± 0,5) mm.

3.10 auto(stroj): Mechanický systém určený na vykonávanie špecifických úloh (tvarovanie materiálu, prenos a transformácia pohybu, sily alebo energie).

3.11 strojová jednotka strojový systém mechanický systém, ktorého hlavným prvkom je jeden stroj (pozri 3.10) a ktorý obsahuje aj pomocné prvky určené na podporu prevádzky tohto stroja

4 Princípy metódy akustickej emisie

4.1 Fenomén akustickej emisie

Akustická emisia môže prebiehať vo vnútri alebo na povrchu materiálov. Tento jav spočíva v samovoľnom uvoľnení energie, vyjadrenej vo forme šírenia elastickej vlny. Akustická emisia v materiáli sa prejavuje prostredníctvom elastických vĺn na povrchu materiálu v širokom frekvenčnom rozsahu (zvyčajne 20 kHz až 1 MHz).

Elastické vlny spojené s procesmi akustickej emisie sa zisťujú pomocou špeciálnych prevodníkov pohybu bodov na povrchu materiálu na elektrické signály. Tieto signály sú následne podrobené vhodnej transformácii a spracovaniu, aby sa získali informácie o stave kontrolovaného objektu a včasné odhalenie procesov straty mechanickej a štrukturálnej integrity objektu. Tvar elektrického signálu závisí od dráh šírenia a tvarov akustických vĺn generovaných vo vnútri a/alebo na povrchu materiálu. Preto sa signály akustickej emisie z rovnakých zdrojov môžu líšiť v závislosti od dráh akustických vĺn.

4.2 Výhody a obmedzenia metódy

Výhody metódy sú:

a) získavanie údajov bez zásahu do dizajnu kontrolovaného objektu;

b) získavanie údajov v reálnom čase;

c) vysoká citlivosť umožňujúca skoršiu (napríklad v porovnaní s vibračnou metódou) detekciu;

d) schopnosť riadiť dynamické správanie objektu;

e) použiteľnosť v širokom rozsahu otáčok umožňujúcich riadenie, vrátane nízkootáčkových strojov (s rýchlosťou rotora menej ako 60 min);

f) schopnosť detekovať procesy opotrebovania a trenia, napríklad v dôsledku uvoľnených spojení susedných prvkov stroja alebo v dôsledku zhoršenia stavu mazania.

Obmedzenia metódy súvisia s:

- rýchle tlmenie akustických vĺn pri prechode konštrukciou stroja;

- vysoká závislosť od hluku pozadia;

- nemožnosť presného porovnania charakteristík akustickej emisie s mechanizmom poruchy v stroji.

5 Aplikácia metódy akustickej emisie

5.1 Monitorovanie stavu strojov

Metódu akustickej emisie možno použiť na širokú triedu strojov za predpokladu, že cez konštrukčné prvky stroja existuje prenosová cesta akustickej vlny od testovaného objektu, ktorý je predmetom záujmu, k prevodníku akustickej emisie. V tabuľke 1 sú uvedené niektoré príklady porúch pre rôzne typy strojov, ktoré možno pomocou tejto metódy zistiť. Hodnotenie stavu sa vykonáva nie podľa absolútnych hodnôt parametrov signálu akustickej emisie, ale podľa ich zmien v danom režime prevádzky stroja.

Tabuľka 1 - Príklady použitia metódy akustickej emisie na monitorovanie stavu strojov

Typ stroja	Poruchy
	Chyby lemovania pnikov	východ- skoré zhutnenie nenies		Znečistené / znížiť mazanie	Misfit ness	Chyby v ústach novki	Procesy (úniky, zmeny pracovné vlastnosti teristický)
Čerpadlá
Prevodovky
Elektromotory
Parné turbíny
plynové turbíny
Elektrické generátory
Dieselové motory
Obrábacie centrá
Ventilátory, dúchadlá
Nízkorýchlostné rotačné stroje (menej ako 60 minút)
Strojové jednotky (ventily, výmenníky tepla)
Kompresory

Napríklad zvýšenie celkovej úrovne signálu v ustálenom stave stroja naznačuje zhoršenie jeho technického stavu. Modulácia signálu jednej z hlavných frekvencií ložiska je znakom skorého štádia poškodenia ložiska, ktoré ešte nemusí byť detekované pozorovaním vibrácií a rázových impulzov. Treba si uvedomiť, že prejav aktivity akustickej emisie môže byť pre rôzne stroje, rôzne prevádzkové podmienky a rôzne zaťaženia rôzny.

5.2 Ovplyvňujúce faktory

Pred meraním akustických emisií je dôležité zabezpečiť, aby výsledky neboli ovplyvnené vonkajším hlukom, ako je elektronický šum (RF elektromagnetické polia), vzduchom prenášaný hluk (z prúdov plynu alebo malých častíc vyfukovaných vetrom proti stroju), hluk z pracovných procesov v stroji (tečúce tekutiny v potrubí) a mechanický hluk pozadia.

6 Zber údajov

6.1 Inštalácia systému

Typická schéma systému zberu dát akustickej emisie je znázornená na obrázku 1. Zvyčajne je prevodník inštalovaný na skúmanom stroji a pripojený k predzosilňovaču, ktorého výstup je pripojený k vstupu zariadenia na zber dát. Niektoré prevodníky akustickej emisie majú zabudované predzosilňovače. Údaje sa zhromažďujú počas chodu stroja. Ich rozsah a hĺbka následnej analýzy závisí od konkrétnej aplikácie. Systém môže byť vyhotovený v stacionárnej, polostacionárnej alebo prenosnej verzii.

Obrázok 1 - Schematické znázornenie systému zberu údajov

6.2 Meracie prístroje

Detekcia vlny generovanej akustickou emisiou je najkritickejšou časťou merania, preto je potrebné vynaložiť maximálne úsilie na zabezpečenie dobrej dráhy šírenia vrátane impedančného prispôsobenia na rozhraniach médií. Je potrebné zvážiť aj dôsledky nesprávneho výberu frekvenčných filtrov, prevodníkov, vzorkovacích frekvencií atď. Požiadavky na meracie prístroje a ich kalibráciu je možné prevziať z , , , . Pri výbere prevodníka je potrebné zvážiť jeho veľkosť, konverzný faktor, frekvenčnú odozvu a aplikačné podmienky. V niektorých prípadoch, napríklad pri skúmaní veľkých ložísk, môže byť potrebné použiť niekoľko prevodníkov na detekciu zdrojov akustickej emisie. Lokalizáciu zdroja akustickej emisie je možné vykonať niekoľkými spôsobmi, vrátane výpočtu časov príchodu akustickej vlny k meničom.

6.3 Inštalácia vysielačov a používanie kontaktných médií

Pri používaní metódy akustickej emisie na monitorovanie stavu strojov je dôležité zabezpečiť, aby bol prevodník bezpečne nainštalovaný na mieste montáže pomocou vhodného kontaktného média. Upevnenie je možné vykonať pomocou mechanických zariadení (s vytvorením upínacej sily pomocou magnetu, mechanickej svorky a pod.) alebo lepiacich materiálov. V druhom prípade je kontaktným médiom adhezívny materiál.

Poloha akusticko-emisného meniča musí zabezpečiť, aby existovala cesta pre prechod akustickej vlny k nemu cez konštrukčné prvky stroja. Táto dráha môže zahŕňať diskontinuity (tieto diskontinuity sa považujú za hranice medzi dvoma prvkami, napr. medzi hlavou svorníka a obrobkom, ktorý sa má upnúť), avšak medzi susednými prvkami musí byť zabezpečený kontakt, či už mechanicky alebo prostredníctvom kontaktného média ( príkladom môže byť dráha šírenia cez klzné ložisko, kde mazivo a chladiaci olej v ložisku pôsobia ako kontaktné médium). Miesto inštalácie meniča musí byť čisté. Pre zlepšenie prenosu akustickej vlny je možné odstrániť všetky vrstvy laku až po kovový povrch v mieste umiestnenia meniča, treba však dbať na to, aby tento úkon nezhoršil technický stav stroja. Mali by sa vykonať všetky možné opatrenia, aby sa zabezpečilo, že kontaktná plocha prevodníka tesne prilieha k inštalačnej ploche, t.j. ten by mal byť hladký, čistý a bez trhlín. Zlepšenie kvality dráhy akustických vĺn zlepšuje opakovateľnosť výsledkov merania.

Za určitých okolností môže byť prevodník inštalovaný vo vlnovode akustickej emisie. Typicky sa vlnovod používa na poskytnutie priamejšej dráhy vĺn od zdroja akustickej emisie v pozorovanom objekte k prevodníku, ako aj na zníženie vplyvu teploty na prevodník. Vlnovod môže meniť charakteristiky akustickej vlny (amplitúdu, tvar atď.).

Pri použití kontaktného média sa jeho malé množstvo aplikuje do stredu oblasti, kde má byť snímač inštalovaný. Potom je prevodník pevne pritlačený k povrchu, kontaktné médium je rovnomerne rozložené po celej kontaktnej ploche. Konverzný faktor prevodníka môže závisieť od hrúbky kontaktného média.

Ak je použitie kontaktného média z praktických dôvodov nepraktické, použije sa suchý kontakt. Potrebný prítlak sa určuje experimentálne, napríklad pomocou simulátora Su-Nielsen. Uistite sa, že medzi kontaktným povrchom prevodníka a povrchom inštalácie nie sú žiadne medzery.

Pri použití adhezívneho kontaktného média dbajte na to, aby sa spojenie vytvorené medzi prevodníkom a inštalačným povrchom nezničilo v dôsledku možnej povrchovej deformácie, tepelnej rozťažnosti alebo mechanického namáhania. Vlastnosti adhézneho média za špecifických podmienok použitia musia byť známe.

POZNÁMKA Popraskanie samotnej lepiacej vrstvy vedie k vzniku signálov akustickej emisie.


Aby sa zabránilo šumu pozadia elektrického charakteru, musí byť menič elektricky izolovaný.

7 Prípravné zápasy

Príprava na merania a ich realizácia si vyžaduje znalosti:

- identifikačné údaje stroja (jeho názov a číslo);

- prevádzkový režim (zaťaženie, rýchlosť, teplota atď.);

- história prevádzky a údržby;

- konštrukcia stroja;

- históriu jeho porúch alebo porúch;

- predchádzajúce merania akustickej emisie.

Pre správnu interpretáciu výsledkov meraní je potrebné disponovať vhodnou experimentálnou databázou alebo znalosťou základnej úrovne zodpovedajúcej bežným podmienkam používania stroja. Základnou líniou sú hodnoty súboru kontrolovaných parametrov získané, keď je známe, že stroj je v dobrom technickom stave a pracuje v stabilnom režime. Výsledky následných meraní sa porovnávajú so základnou líniou, aby sa identifikovali možné odchýlky.

Pre stroje pracujúce vo viacerých režimoch je možné nastaviť viacero základných úrovní, jednu pre každý riadený režim. Pre stroje uvedené do prevádzky po kúpe alebo oprave možno nastaviť dobu zábehu. Počas tohto obdobia (niekoľko dní alebo týždňov) možno pozorovať zmeny v kontrolovaných parametroch. Merania vykonané počas obdobia zábehu by sa nemali používať na vytvorenie základnej línie. Východiskovú líniu možno určiť aj pre zariadenia, ktoré sú v prevádzke dlhší čas, ale pre ktoré sa metóda kontroly akustických emisií začína uplatňovať až teraz.

8 Analýza údajov a prezentácia výsledkov

Hlavným účelom analýzy je stanoviť vzťah medzi charakteristikami akustickej emisie a prevádzkovými podmienkami stroja, meraním odchýlok od základnej čiary na identifikáciu stavu stroja.

Kritériá používané pri monitorovaní stavu strojov metódou akustickej emisie môžu byť nasledovné:

a) zvýšená aktivita zdrojov akustickej emisie v priebehu času;

b) hodnoty charakteristík akustickej emisie v ustálenom stave stroja;

c) výskyt charakteristických znakov v signáli akustickej emisie, ktoré chýbajú v prípade dobrého technického stavu stroja;

d) špecifické kritériá prístroja, ktoré určí výrobca prístroja;

e) prítomnosť amplitúdovej modulácie signálu akustickej emisie s frekvenčnou charakteristikou daného defektu.

9 Postupy

Úspešná aplikácia metódy akustickej emisie nie je možná bez pravidelných presných meraní kontrolovaných parametrov. To si vyžaduje, aby personál vyvinul, vyhodnotil a aplikoval zdokumentované testovacie postupy a aby pochopil potenciálne obmedzenia týchto postupov. Požiadavky na spôsobilosť personálu používajúceho metódu akustickej emisie sú špecifikované v ISO 18436-6.

Dodatok ÁNO (odkaz). Informácie o súlade referenčných medzinárodných noriem s národnými normami

Dodatok ÁNO
(odkaz)

Tabuľka ÁNO.1

Referenčné medzinárodné štandardné označenie	Stupeň zhody	Označenie a názov zodpovedajúcej národnej normy GOST R ISO 18436-6-2012 "Monitorovanie stavu a diagnostika strojov - Požiadavky na kvalifikáciu a hodnotenie personálu - Časť 6: Metóda akustickej emisie"
Poznámka - V tejto tabuľke sa používa nasledujúci symbol pre stupeň zhody noriem: IDT - identické štandardy.

Bibliografia

	ISO 17359, Monitorovanie stavu a diagnostika strojov – Všeobecné smernice
	EN 13477-1, Nedeštruktívne skúšanie - Akustické emisie - Charakterizácia zariadenia - Časť 1: Popis zariadenia.
	EN 13477-2, Nedeštruktívne skúšanie - Akustické emisie - Charakterizácia zariadenia - Časť 2: Overenie prevádzkových charakteristík.
	EN 13554, Nedeštruktívne skúšanie - Akustické emisie - Všeobecné zásady
	ASTM E976-05, Štandardná príručka na určenie reprodukovateľnosti odozvy snímača akustickej emisie
	ASTM E1106-86, Štandardná metóda pre primárnu kalibráciu snímačov akustickej emisie
	DSTU 4227, Pokyny pre akusticko-emisnú diagnostiku kritických objektov

MDT 534.322.3.08:006.354
Kľúčové slová: stroje, akustická emisia, zdroje, prevodník, meracie prístroje, stavová kontrola

Elektronický text dokumentu
pripravené spoločnosťou Kodeks JSC a overené podľa:
oficiálna publikácia
M.: Standartinform, 2019