Контроль методом акустической эмиссии что это
Метод акустической эмиссии
Акустическая эмиссия – эффективный метод неразрушающего контроля (НК), основанный на регистрации упругих колебаний (акустических волн), генерирующихся при различных процессах, происходящих в объекте контроля, таких как: деформации напряженного материала, истечения газов, жидкостей, кристаллизации материала и других.
Акустические волны распространяются от источника к преобразователям акустической эмиссии (ПАЭ), где преобразовываются в электрические сигналы, поступающие на систему АЭ для дальнейшей обработки и анализа. Анализ данных акустической эмиссии позволяет определять местоположение дефекта, даёт представление о его характере и степени опасности.
Метод акустической эмиссии эффективно применяется в нефтегазовой и химической промышленности, тепловой и атомной энергетике, строительстве, металлургической, и многих других.
1. При использовании метода акустической эмиссии следует помнить, что каждый объект контроля имеет свои уникальные свойства. Для обеспечения большей достоверности полученных при контроле данных на каждом объекте необходимо проводить измерения скорости распространения волн, коэффициента затухания и учитывать другие характерные для объекта свойства.
2. Выбор частотного фильтра является одним из важнейших решений при настройке системы акустической эмиссии. Фильтры, используемые в системах:
3. Выбор временных параметров
4. Важным параметром при настройке на объекте является скорость распространения волн в объекте. Скорость зависит от материала объекта, его заполнения, изоляции, толщины, типа ПАЭ, рабочей полосы частот, порога, расстояния между ПАЭ и др. При проведении контроля и настройке локации очень важно провести предварительные измерения скорости распространения волн. Данная операция предусмотрена программным обеспечением и с ней подробно можно ознакомится в руководстве. На практике получаются следующие примерные значения скорости:
Контроль герметичности запорной арматуры
Контроль изотермического резервуара системой A-Line 32D.
111024, Москва, шоссе Энтузиастов, д. 20Б, а/я 140
Описание метода акустической эмиссии
(согласно ПБ-03-593-03)
Основные положения по применению акустико-эмиссионного метода контроля сосудов, котлов, аппаратов и технологических трубопроводов
Метод АЭ основан на регистрации и анализе акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и разрушения (роста трещин) контролируемых объектов. Это позволяет формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект. Другим источником АЭ-контроля является истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте.
Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие:
При развитии дефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению, амплитуда сигналов АЭ и темп их генерации резко увеличивается, что приводит к значительному возрастанию вероятности обнаружения такого источника АЭ.
Метод АЭ может быть использован для контроля объектов при их изготовлении, в процессе приемочных испытаний, при периодических технических обследованиях, в процессе эксплуатации.
Целью АЭ-контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки объекта контроля, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов. Все индикации, вызванные источниками АЭ, должны быть при наличии технической возможности оценены другими методами неразрушающего контроля. АЭ-метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний и предотвращения разрушения изделия. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях.
АЭ-контроль технического состояния обследуемых объектов проводится только при создании в конструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкцией объекта и условиями его работы, характером испытаний и приводится в «Программе работ по АЭ контролю объектов».
Схемы применения акустико-эмиссионного метода контроля
Метод АЭ рекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующим схемам, представляющим собой, как правило, варианты сочетания с другими методами неразрушающего контроля.
Порядок применения метода акустической эмиссии
Оценка результатов АЭ контроля
После обработки принятых сигналов результаты контроля представляют в виде идентифицированных и классифицированных источников АЭ.
При принятии решения по результатам АЭ контроля используют данные, которые должны содержать сведения обо всех источниках АЭ, их классификации и сведения относительно источников АЭ, параметры которых превышают допустимый уровень. Допустимый уровень источника АЭ устанавливает исполнитель при подготовке к АЭ контролю конкретного объекта.
Классификацию источников АЭ выполняют с использованием следующих параметров сигналов: суммарного счета, числа импульсов, амплитуды (амплитудного распределения), энергии (либо энергетического параметра), скорости счета, активности, концентрации источников АЭ. В систему классификации также входят параметры нагружения контролируемого объекта и время.
Выявленные и идентифицированные источники АЭ рекомендуется разделять на четыре класса:
Выбор системы классификации источников АЭ и допустимого уровня (класса) источников рекомендуется осуществлять каждый раз при АЭ контроле конкретного объекта, используя данные, приведенные в приложении 3 (ПБ 03-593-03). В некоторых зарубежных нормативно-технических документах приняты другие системы классификации (приложение 3 ПБ).
Рекомендуемые действия персонала, выполняющего АЭ контроль при выявлении источников АЭ того или иного класса, следующие:
Каждый более высокий класс источника АЭ предполагает выполнение всех действий, определенных для всех источников более низких классов.
При положительной оценке технического состояния объекта по результатам АЭ контроля или отсутствии зарегистрированных источников АЭ применение дополнительных видов неразрушающего контроля не требуется. Если интерпретация результатов АЭ контроля неопределенна, рекомендуется использовать дополнительные виды неразрушающего контроля.
Окончательная оценка допустимости выявленных источников АЭ и индикаций при использовании дополнительных видов НК осуществляется с использованием измеренных параметров дефектов на основе нормативных методов механики разрушения, методик по расчету конструкций на прочность и других действующих нормативных документов.
Правила (ПБ-03-593-03) предназначены для применения при проведении акустико-эмиссионного контроля:
Сравнительная оценка методов неразрушающего контроля (НК) и метода акустической эмиссии (АЭ):
Акустическая эмиссия: прислушаться к объекту и узнать о зарождающихся дефектах
Из всех видов неразрушающего контроля метод акустической эмиссии (АЭ) – один из самых эффективных способов обнаружения дефектов на ранних этапах формирования. Данная технология используется как для круглосуточного мониторинга, так и для периодического технического освидетельствования и экспертизы промышленной безопасности ОПО (опасные производственные объекты).
Согласно классификации, отражённой в ГОСТ Р 56542-2015, акустико-эмиссионный контроль – пассивный акустический метод. Его идея в том, чтобы регистрировать и анализировать упругие и переходные волны, которые возникают в теле объекта в связи с изменением его структуры. Например, в результате возникновения напряжённых состояний, деформаций, истечения жидкой или газообразной среды через сквозные дефекты, кристаллизации материала, внешних механических воздействий и т.д.
Для лучшего понимания неразрушающего контроля, построенного на явлении акустической эмиссии, представим процедуру контроля в виде такой последовательности:
2) при образовании трещин, коррозии или ином событии движение частиц, вызванных упругой волной, преобразуются датчиком в электрический сигнал;
3) тот передаётся на многоканальную систему или портативный прибор, проходя через усилитель и прочие «звенья», отделяясь от посторонних шумов;
4) собранные данные подвергаются автоматической и/или ручной обработке с целью локации источников АЭ-сигнала и присвоения класса опасности (I–IV согласно ПБ 03-593-03).
Трубопроводы и иные объекты, которые контролируют методом акустической эмиссии
Преимущества и недостатки НК на основе акустической эмиссии
К другим недостаткам можно отнести то, что для проведения АЭ-мониторинга объект должен находиться под нагрузкой. А поскольку каждое нагружение уникально, то воспроизводимость контроля под большим вопросом. Данный вид НК оценивает дефекты «в динамике», не давая никакой информации о геометрических параметрах несплошности. Информативность метода в сравнении с тем же рентгеном несколько ниже.
Оборудование для регистрации акустической эмиссии
Организация мониторинга ОПО с применением акустической эмиссии
Квалификация специалистов АЭ
Метод акустической эмиссии очень требователен к уровню подготовки персонала. Требуются обширные знания из области акустики, дефектоскопии, механики деформируемых тел. Нужно ориентироваться в явлениях пьезоэлектричества, затухания, дифракции, дисперсии на импульсы и т.д. Обязательно также иметь представление об акустических величинах, волнах – объёмных, поверхностных, нормальных и пр. Не будут лишними и познания в области материаловедения.
Акустическая эмиссия
При деформации твердого материала, находящегося в состоянии напряжения, генерируются и распространяются упругие колебания. Именно это явление положено в основу акустико-эмиссионного контроля, призванного обнаружить слабые места в трубопроводах и теплообменниках, сосудах и резервуарах, колоннах и реакторах, в сварных швах, деталях и узлах каких-либо механизмов.
Контроль акустической эмиссией может проводиться только в том случае, если проверяемый объект находится под нагрузкой. Поэтому для получения результатов проверки на него оказывается воздействие физической силой, полем низких или высоких температур, повышенным давлением. Выбор нагрузки зависит от особенностей объекта, а также условий его эксплуатации.
Дефекты, которые выявляет акустическая эмиссия
Акустическая эмиссия – это пассивный метод неразрушающего контроля. Главная цель ее использования – это выявление трещин, разломов, расслоений, коррозийных процессов. При этом она помогает находить не статические, а развивающие дефекты. Именно они являются наиболее опасными, так как грозят серьезными неприятностями в самом ближайшем будущем.
В отличие от других методов НК, контроль акустической эмиссией не требует применения каких-либо внешних источников сигнала. Он предполагает улавливание упругих колебаний, генерируемых самим проверяемым объектом, благодаря чему обеспечивается высокая точность обнаружения деформаций.
Приборы для акустико-эмиссионного контроля включают в себя два преобразователя и комплект устройств для получения информации с датчиков, ее обработки и вывода на периферийное оборудование, каждый из которых регистрирует время улавливания сигнала.
Сам контроль осуществляется следующим образом:
Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю
Преимущества акустико-эмиссионного контроля
Метод контроля акустической эмиссией применяется в основном для определения точного местонахождения дефекта. В дальнейшем требуется использование других методов НК, чтобы получить максимально точные результаты
К минусам можно отнести разве что необходимость привлечения к работе с оборудованием квалифицированных специалистов, знающих все тонкости акустической эмиссии, а также потребность в постоянной нагрузке объекта в процессе проведения контрольных мероприятий.
Основные сферы применения акустико-эмиссионного контроля – это:
Возможность отслеживать развитие трещин, разломов и иных дефектов с помощью оборудования АЭ позволяет планировать ремонтные работы или профилактическое обслуживание, предотвращать аварийные ситуации.
Оборудование для акустико-эмиссионного контроля
Приборы для акустико-эмиссионного контроля – это многоканальные системы, которые включают в себя следующее оборудование:
На подключаемые к приборам периферийные устройства осуществляется вывод следующих данных:
Одно из главных требований к приборам акустической эмиссии – это отсеивание ложных сигналов
Контроль методом акустической эмиссии что это
ГОСТ Р ИСО 22096-2015
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Контроль состояния и диагностика машин
МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
Condition monitoring and diagnostics of machines. Acoustic emission method
Дата введения 2016-12-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.
Введение
Метод акустической эмиссии может быть использован в целях контроля состояния машин и диагностирования как самостоятельно, так и в сочетаниях с другими методами, например, основанными на анализе сигналов вибрации или теплового излучения машин. Метод может быть реализован с использованием стационарных, полустационарных и переносных измерительных систем в зависимости от степени критичности обследуемых объектов. Обычно в состав измерительной системы входят преобразователи, усилители сигналов, фильтры и устройства сбора данных. В зависимости от целей применения метода могут быть использованы разные характеристики сигнала акустической эмиссии.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие принципы применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния и диагностирования машин, работающих в разных режимах и в разных условиях применения. Метод распространяется на все виды машин и основан на измерениях только тех сигналов, что распространяются по конструкции машины.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, ИСО 12716, ИСО 13372, а также следующие термины с соответствующими определениями.
3.1 акустическая эмиссия (контроль состояния машин) (acoustic emission): Класс явлений, приводящих к появлению распространяющихся по конструкции или в среде (жидкостях, газах) волн вследствие быстропротекающих процессов высвобождения энергии из локализованных источников внутри или на поверхности материала.
3.2 акустико-эмиссионный контроль (контроль состояния машин) (acoustic emission monitoring): Обнаружение и сбор данных акустической эмиссии, позволяющих судить о состоянии машины.
3.3 акустико-эмиссионный преобразователь (acoustic emission sensor/receiver): Устройство, позволяющее преобразовать движение упругой волны в электрический сигнал.
3.4 сигнал акустической эмиссии (acoustic emission signal): Электрический сигнал на выходе акустико-эмиссионного преобразователя, связанный с акустической волной от источника акустической эмиссии.
3.5 акустико-эмиссионные характеристики (acoustic emission characteristics): Набор характеристик, описывающих акустическую эмиссию данной машины или источник акустической эмиссии.
3.6 акустико-эмиссионный волновод (acoustic emission waveguide): Устройство, по которому акустическая волна распространяется от источника к акустико-эмиссионному преобразователю.
3.7 фоновый шум (background noise): Ложная составляющая сигнала акустической эмиссии, не связанная с процессами акустической эмиссии в контролируемых узлах машины.
3.8 контактная среда (couplant): Среда между объектом акустико-эмиссионного контроля и акустико-эмиссионным преобразователем, используемая для улучшения передачи акустической волны.
3.9 имитатор Су-Нильсена (Hsu-Nielsen source): Устройство для установки и излома графитового стержня карандаша с целью искусственного моделирования процесса акустической эмиссии и возбуждения акустической волны.
3.10 машина (machine): Механическая система, предназначенная для выполнения определенных задач (формирования материала, передачи и преобразования движения, силы или энергии).
3.11 машинный агрегат (machine system): Механическая система, основным элементом которой является отдельная машина (см. 3.10) и которая включает в себя также вспомогательные элементы, предназначенные для поддержания функционирования этой машины.
4 Принципы метода акустической эмиссии
4.1 Явление акустической эмиссии
Акустическая эмиссия может иметь место внутри или на поверхности материалов. Данное явление заключается в спонтанном высвобождении энергии, выражаемом в форме распространения упругих волн. Акустическая эмиссия внутри материала проявляет себя через упругие волны на поверхности материала в широком диапазоне частот (обычно от 20 кГц до 1 МГц).
Упругие волны, связанные с процессами акустической эмиссии, обнаруживают с помощью специальных преобразователей движения точек на поверхности материала в электрические сигналы. Эти сигналы затем подлежат соответствующему преобразованию и обработке для получения информации о состоянии контролируемого объекта и раннего обнаружения процессов потери механической и структурной целости объекта. Форма электрического сигнала зависит от путей распространения и форм акустических волн, генерируемых внутри и/или на поверхности материала. Поэтому сигналы акустической эмиссии от одних и тех же источников могут быть разными в зависимости от путей прохождения акустических волн.
4.2 Преимущества и ограничения метода
Преимуществами метода являются:
a) получение данных без вмешательства в конструкцию контролируемого объекта;
b) получение данных в реальном масштабе времени;
c) высокая чувствительность, позволяющая осуществлять более раннее (например, по сравнению с вибрационным методом) обнаружение;
d) возможность контроля динамического поведения объекта;
e) применимость в широком диапазоне скоростей вращения, позволяющая осуществлять контроль, в том числе, низкоскоростных машин (со скоростью вращения ротора менее 60 мин );
f) возможность обнаружения процессов износа и трения, например при ослаблении соединений соседних элементов машины или вследствие ухудшения состояния смазки.
Ограничения метода связаны с:
— быстрым ослаблением акустических волн при прохождении по конструкции машины;
— высокой зависимостью от фонового шума;
— невозможностью точного сопоставления акустико-эмиссионных характеристик с механизмом неисправности в машине.
5 Применение метода акустической эмиссии
5.1 Контроль состояния машин
Метод акустической эмиссии может быть применен к широкому классу машин при условии наличия пути передачи через элементы конструкции машины акустической волны от интересующего объекта контроля к акустико-эмиссионному преобразователю. В таблице 1 показаны некоторые примеры неисправностей для машин разных видов, которые могут быть выявлены с использованием данного метода. Оценка состояния осуществляется не по абсолютным значениям параметров сигнала акустической эмиссии, а по их изменениям в заданном режиме работы машины.