Акустико-эмиссионный контроль резервуаров. Акустическая эмиссия трубопроводов Ультразвуковая эмиссия
Главная » Стройматериалы » Акустико-эмиссионный контроль резервуаров. Акустическая эмиссия трубопроводов Ультразвуковая эмиссия

Акустико-эмиссионный контроль резервуаров. Акустическая эмиссия трубопроводов Ультразвуковая эмиссия

Стюхин Н.Ф.


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

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

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

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

Примеры практического использования метода АЭ

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

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

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

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

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

Выводы и заключения

Комплексный подход к диагностированию трубопроводов с применением метода АЭ позволяет:

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

‑ определять степень опасности выявленных дефектов;

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

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

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

Список литературы

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

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


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


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


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


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


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


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


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


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


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




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


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


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


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


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


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


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

АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

Т.С. Никольская

На базе линейной механики разрушения обоснован неразрушающий экспресс-метод определения пороговой нагрузки и остаточного ресурса для металлов.

При зарождении микротрещин или при скачкообразном развитии магистральной трещины освобождается динамически потенциальная энергия деформации частично разгруженного объема, которая расходуется не только на образование новой поверхности, но и на пластическую деформацию перед вершиной трещины, на колебания вновь образовавшейся поверхности, а также на другие сопутствующие процессы. В частности, зарегистрирована эмиссия электронов с поверхности деформируемых металлов и излучение электромагнитных волн при нагружении силикатного стекла. Пластическая деформация перенапряженных объемов вызывает локальный разогрев и эмиссию тепла из зоны разрушения. Колебания вновь образовавшейся поверхности инициируют акустический импульс длительностью от десятых до десятков миллисекунд. Каждый импульс, многократно отражаясь от поверхностей изделия и постепенно рассеиваясь на неоднородностях материала, создает акустический сигнал, который в виде волн напряжений регистрируют на поверхности изделия как акустическую эмиссию.

Интенсивность этих эмиссий позволяет судить о фазе разрушения и о его кинетике, что используют для оценки прочности и остаточного ресурса изделия; причем точность этих оценок оказывается значительно выше, чем точность косвенных методов контроля прочности. Чувствительность эмиссионных методов также на порядок выше, чем у других неразрушающих методов, и позволяет обнаружить зарождение или развитие дефекта размером 1 мкм. Кроме того, эмиссионные методы позволяют локацией определить координаты слабого звена без сканирования изделия. В настоящее время в силу исторических причин наиболее разработаны методы регистрации акустической эмиссии (АЭ). Они же чаще других эмиссионных методов используются для контроля разрушения и прочности.

Обычно АЭ регистрируют с помощью пьезопреобразователя, установленного на поверхности изделия и имеющего с ним акустический контакт через слой смазки, жидкости или через волновод. Электрический сигнал преобразователя усиливается, регистрируется и анализируется акустико-электронной системой, которая сильно искажает параметры сигнала. С учетом этого более перспективным, хотя и менее разработанным, является способ регистрации АЭ оптически, т.е. с помощью лазера.

Основной показатель регистрирующей аппаратуры - уровень ее собственных шумов, приведенный к входу усилителя; у современных акустико-электронных систем этот уровень составляет 2-30 мкВ. От собственных шумов аппаратуры отстраиваются с помощью ее узла-дискриминатора, настраиваемого так, чтобы при свободно подвешенном преобразователе (без акустического контакта с твердым телом) аппаратура не регистрировала каких-либо сигналов, в том числе и электромагнитных наводок.

Акустико-электронная система регистрирует общее число N акустических сигналов, количество их в единицу времени - активность АЭ N, а также информацию об амплитудах сигналов и о вероятностном распределении этих амплитуд. При наличии нескольких каналов возможно определение координат источника АЭ по запаздыванию сигналов разных каналов. Амплитуда сигнала сильно зависит от расстояния между источником АЭ и датчиками. Активность же N АЭ определяется числом событий в единицу времени, в частности, интенсивностью микрорастрескивания или скоростью роста магистральной трещины и по этой причине содержит больше информации о процессе разрушения. К сожалению, N микрорастрескивания часто маскирует N наиболее

опасного дефекта, и частотный спектр сигнала АЭ зависит от модуля упругости материала и от частоты резонатора, т.е. от размеров микрополости, у границы которой инициирован сигнал. Материал с относительно крупными полостями (древесина, бетон и т.д.) при нагружении издает слышимый звук, а материал с более мелкими дефектами -ультразвук. При деформации керамики наибольшее количество сигналов регистрируют резонансные преобразователи с частотой 20-200 кГц, а при деформации сплавов - резонансные преобразователи с частотой 200-2000 кГц. Изменение размеров резонатора, например трещины, или разрыхление материала приводят к изменению частотного спектра АЭ сигнала.

Один из первых исследователей А.Э. Кайзер обратил внимание (1953 г.) на следующую особенность, получившую название эффекта Кайзера: при повторном нагружении изделия АЭ возникает лишь после превышения максимальной нагрузки Ь предыдущего нагружения. Обусловлено это тем, что микропластические деформации, необходимые для микрорастрескивания, рассредоточенного или в зоне с радиусом-вектором р перед вершиной трещины, возникают уже при первом нагружении, а при повторном нагружении не развиваются при Ь<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.

Эффект Кайзера затрудняет оценку состояния изделия по АЭ после аварийной нагрузки Ьав, значительно превышающей эксплуатационную нагрузку Ьэк. В этом случае при контрольном нагружении АЭ отсутствует, пока Ь< 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.

В общем случае долговечность изделия определяется как сумма времени формирования трещины, способной к дальнейшему развитию, и времени ее роста до фрагментации изделия. При циклическом нагружении перед стартом трещины наблюдается эффект Эльбера - соприкосновение поверхностей у вершины трещины еще до полной ее разгрузки, а точнее - перед окончанием нагрузки. Закрытие трещины сопровождается акустическими сигналами - предвестниками старта трещины; их и использовали для оценки времени формирования трещины в образах стали 3, 45, 40Х и 12Х18Н10Т при комнатной температуре в условиях стационарного циклического растяжения от нуля до максимального напряжения вмакс или изгиба. Эффект Эльбера позволяет определить также пороговую нагрузку Ь0, без превышения которой трещина не развивается, и соответствующее номинальное напряжение в0 . С этой целью образец нагружали и

полностью разгружали, регистрируя акустическую эмиссию (АЭ) и повышая максимальную нагрузку цикла на 3% до тех пор, пока при окончании нагрузки не появлялся АЭ. АЭ регистрировали с помощью прибора АФ-15, имеющего уровень собственных шумов 15 мкВ. Резонансный пьезокерамический преобразователь (600-1000 кГц) прижимали к образцу тарированной пружины через слой смазки, улучшающей акустический контакт.

Число циклов Nф, после которого первый раз была зарегистрирована АЭ при стационарном нагружении, принимали за оценку периода формирования трещины в стальном образце. Затем через каждые Nф циклов с помощью АЭ определяли пороговое напряжение о0, без превышения которого в процессе разгрузки АЭ не наблюдалась. Значение о0< 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.

°макс Кф N Кф/К tg

40Х: 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

Ов=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

0в=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

ов=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

12Х18Н10Т: 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

0в=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

Таблица 1. Результаты циклических испытаний

Растяжение с омакс больше предела текучести от (или о02) осуществляли с периодом 18 с. При изгибе образцы испытывали с частотой 50 Гц; для определения ^ кон-

трольную разгрузку с омаКс за 10 с проводили через каждые 15000 циклов. Результаты испытаний приведены в табл. 1, где N, Щ и N$/N - средние значения по результатам испытаний 8 образцов; напряжения g даны в МПа, а 5 - относительное удлинение после разрыва при монотонном нагружении. Индекс "-1" у некоторых значений GMaKe указывает на то, что результаты получены при изгибе образцов-балочек силой посередине пролета в условиях симметричного цикла напряжения с характеристикой цикла r ^минМмакс=-1. Индексом "+" отмечены значения g,^ при симметричном изгибе кольцевым пуансоном соосной пластины, опертой на кольцо (плоское напряженное состояние), знакопостоянном циклом напряжения с r =0,05. Для каждого образца рассчитали несколько значений G0i Ммакс и соответствующие им значения N/Np , где Ni - остаточный ресурс образца после i-ой остановки для определения o0i. Экспериментальные точки, полученные таким образом для определенного режима нагружения какой-либо стали, группируются в координатах lg(Ni/Np) и ^(go/g,^) около прямой, тангенс угла к оси 1g(G0i/G макс) в таблице обозначен как tg. Для стали 40Х среднее значение этих тангенсов при различных режимах оказалось равным 1,0, для стали 45 - 0,71, для стали 3 -0,86, а для стали 12Х18Н10Т - 1,44.

Как видно из таблицы, для исследования сталей отношение Nф/N колеблется от 0,12 до 0,42, а для конкретной стали имеет тенденцию к уменьшению с увеличением числа циклов до разрушения. В силу этого, если после известной наработки с g,^, например, гарантированного ресурса, при контроле получено g^g,^, то можно повторять наработку без промежуточного контроля. Если же g^g,^, то за Nф целесообразно принять значение NH суммарной наработки, после которой еще было g^g,^. В этом случае можно считать N=Nн(N/Nф), Nр=N-Nн=Nн(N/Nф-1) и N=Nh(N/ ^-1)(G0 МмаксД значения Nф/Nи tg даны в табл. 1.

Литература

1. Бормоткин В.О., Никольский С.Г. О роли разгрузки в развитии трещин // Сб. докл. II Междунар. конф. "Научно-технические проблемы прогнозирования надёжности и долговечности...". СПб ГТУ,1997. С. 86-88.

2. Бормоткин В.О., Никольская Т.С., Никольский С.Г. Способ определения максимальной нагрузки, ещё не снижающей прочность изделия. // Сб. докл. II Междунар. конф. "Научно-технические проблемы прогнозирования надёжности и долговечности.". СПб ГТУ, 1997. С. 88-89.

ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ

Утверждены
постановлением
Госгортехнадзора России
от 11.11.96 № 44

ПРАВИЛА
ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ СОСУДОВ, АППАРАТОВ, КОТЛОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

РД 03-131-97

Москва
НПО ОБТ
2000

1. Общие положения

1.1. Назначение и область применения

Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов* устанавливают требования, обеспечивающие организацию и проведение акустико-эмиссионного контроля объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России, и распространяются на проведение акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов, работающих при избыточном давлении. Использование настоящего документа для других объектов допускается только по согласованию с органами, осуществляющими надзор за их безопасной эксплуатацией.

1.1.1. Основные положения по применению акустико-эмиссионного метода контроля сосудов, котлов, аппаратов и технологических трубопроводов

Метод акустической эмиссии (АЭ) обеспечивает выявление развивающихся дефектов посредством регистрации и анализа акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и роста трещин в контролируемых объектах. Кроме того, метод АЭ позволяет выявить истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте. Указанные свойства метода АЭ дают возможность формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки технического состояния, объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект.

Характерными особенностями метода АЭ, определяющими его возможности, параметры и области применения, являются следующие:

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

В производственных условиях метод АЭ позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по расчетным оценкам составляет порядка 1 × 10 -6 мм 2 , что соответствует выявлению скачка трещины протяженность 1 мкм на величину 1 мкм, что указывает на весьма высокую чувствительность к растущим дефектам.

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

Метод АЭ позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов.

Положение и ориентация дефекта не влияет на выявляемость дефектов.

Метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.

Особенностью метода АЭ, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудность выделения сигналов АЭ из помех. Это связано с тем, что сигналы АЭ являются шумоподобными, поскольку АЭ является случайным импульсным процессом. Поэтому, когда сигналы АЭ малы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу. 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 освидетельствованиях, в процессе эксплуатации.

Целью акустико-эмиссионного контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками АЭ, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки сосуда, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов. Источники АЭ рекомендуется при наличии технической возможности оценить другими методами неразрушающими контроля. Метод АЭ 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, арматуре и фланцевых соединениях.

Акустико-эмиссионный 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.

1.1.2. Схемы применения акустико-эмиссионного метода контроля

1.1.2.1. Проводят акустико-эмиссионный контроль объекта. В случае выявления источников АЭ в месте их расположения проводят контроль одним из традиционных методов неразрушающего контроля - ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД), капиллярным (КД) и другими, предусмотренными нормативно-техническими документами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов, находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем традиционных методов неразрушающего контроля, поскольку в случае применения традиционных методов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему) контролируемого объекта.

1.1.2.2. Проводят контроль одним или несколькими методами неразрушающего контроля. При обнаружении недопустимых (по нормам традиционных методов контроля) дефектов или при возникновении сомнения в достоверности применяемых методов неразрушающего контроля проводят контроль объекта с использованием метода АЭ. Окончательное решение о допуске объекта в эксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатам проведенного акустико-эмиссионного контроля.

1.1.2.3. В случае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов неразрушающего контроля, метод АЭ используют для слежения за развитием этого дефекта. При этом может быть использован экономный вариант системы контроля, с применением одноканальной или малоканальной конфигурации акустико-эмиссионной аппаратуры.

1.1.2.4. Метод АЭ в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением применяют при пневмоиспытании объекта в качестве сопровождающего метода, повышающего безопасность проведения испытаний. В этом случае целью применения акустико-эмиссионного контроля служит обеспечение предупреждения возможности катастрофического разрушения. Рекомендуется использовать метод АЭ в качестве сопровождающего метода при гидроиспытании объектов.

1.1.2.5. Метод АЭ может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурса производится с использованием специально разработанной методики, согласованной с Госгортехнадзором России. При этом достоверность результатов зависит от объема и качества априорной информации о моделях развития повреждений и состояния материала контролируемого объекта.

1.1.3. Порядок применения метода акустической эмиссии

1.1.3.1. Акустико-эмиссионный контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен правилами безопасности или технической документацией на объект.

1.1.3.2. Акустико-эмиссионный контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-техническими документами на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля (ультразвуковой контроль, радиография, МПД, КД и другими методами неразрушающего контроля), но по техническим или другим причинам проведение неразрушающего контроля указанными методами затруднительно или невозможно.

1.1.3.3. Допускается использование акустико-эмиссионного контроля самостоятельно, а также вместо перечисленных в п. 1.1.3.2. методов неразрушающего контроля по согласованию с Госгортехнадзором России.

1.2. Объекты контроля

Настоящий документ распространяется на емкостное, колонное, реакторное, теплообменное оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, изотермические хранилища, хранилища сжиженных углеводородных газов под давлением, резервуары нефтепродуктов и агрессивных жидкостей, оборудование аммиачных холодильных установок, сосуды, котлы, аппараты, технологические трубопроводы пара и горячей воды и их элементы.

2. Требования к организации
работ, исполнителям и порядок
подготовки к выполнению акустико-
эмиссионного контроля

2.1. Организация контроля

В подготовке и проведении акустико-эмиссионного контроля участвуют как исполнитель, так и заказчик. Существенным фактором, влияющим на результаты акустико-эмиссионного контроля, являются меры, предшествующие непосредственно его проведению. Выполняются следующие действия:

2.1.1. После получения официальной заявки от заказчика представитель исполнителя проводит предварительное ознакомление с объектом контроля с целью изучения технической возможности проведения контроля. На данной стадии решается вопрос о виде контроля: акустико-эмиссионный контроль объекта может быть разовым, постоянно-периодическим с использованием переносных приборов и постоянным с использованием стационарных приборов (мониторинг).

2.1.2. После оформления договора на проведение акустико-эмиссионного контроля заказчик представляет исполнителю всю необходимую для проведения контроля проектную и техническую документацию на объект контроля, с фактическими условиями и режимами эксплуатации.

2.1.3. После ознакомления с документацией на объект исполнитель составляет Программу работ по акустико-эмиссионному контролю объекта*. Программа работ утверждается ответственным должностным лицом предприятия-заказчика. Это должны быть главный инженер (технический директор) предприятия, либо лицо, его замещающее.

______________

В Программе работ должны быть отражены мероприятия, проводимые предприятием-заказчиком по подготовке к выполнению акустико-эмиссионного контроля, порядок проведения работ с выделением обязанностей каждого участника работ, как со стороны исполнителя, так и со стороны заказчика. Программа работ должна включать организационно-технические мероприятия, обеспечивающие успешное выполнение акустико-эмиссионного контроля. В Программу работ должны входить следующие мероприятия:

представление помещения для размещения акустико-эмиссионной аппаратуры (при необходимости). Температура в помещении должна быть не ниже 18 °С, оно должно быть обеспечено электропитанием напряжением 220 В и мощностью не ниже 10 кВт;

обеспечение доступа к местам установки преобразователей АЭ на объекте контроля; Заказчик, при необходимости, должен обеспечить подъемные механизмы, установить леса, изготовить и установить заглушки, выделить персонал для вспомогательных работ, включая вырезку окон в теплоизоляции и зачистку поверхности в местах установки преобразователей АЭ (чистота поверхностей должна быть не хуже Rz40); исполнитель должен отвести всех ремонтных рабочих на период акустико-эмиссионного контроля от контролируемого объекта, прекратить работы на близко расположенных объектах и т.д.;

обеспечение изменения нагрузки на объект согласно графику нагружения, разработанному исполнителем;

обеспечение двусторонней связи между персоналом, выполняющим контроль и эксплуатационным персоналом, осуществляющим изменение нагрузки;

проведение инструктажа по технике безопасности и обеспечение специалистов, проводящих акустико-эмиссионный контроль, индивидуальными средствами защиты и спецодеждой.

Мероприятия по безопасному ведению работ выполняются предприятием-заказчиком.

2.2. Предварительное изучение объекта контроля

Перед проведением акустико-эмиссионного контроля исполнитель должен тщательно изучить объект контроля с целью получения данных для разработки конкретной технологии акустико-эмиссионного контроля данного объекта. "Технология контроля объекта"*, являющаяся частью Программы работ, должна быть разработана на основании настоящего документа и данных, полученных при изучении объекта контроля. Технология контроля должна быть приведена в отчетной документации по контролю.

При разработке Технологии контроля необходимо иметь следующие данные:

2.2.1. Акустические свойства материала и контролируемого объекта, включая необходимые для выполнения акустико-эмиссионного контроля скорости и коэффициенты затухания волн, импедансы материалов.

2.2.2. Требуемые для акустико-эмиссионного контроля свойства материала объекта.

2.2.3. Параметры объекта как акустического канала.

Акустические и акустико-эмиссионные параметры получают при предварительном изучении объекта контроля либо используют известные из технической и научной литературы данные.

На основании полученных данных разрабатывают методические приемы контроля объекта, а также разрабатывают систему (либо выбирают из уже существующих систем и критериев) классификации источников АЭ и критериев оценки результатов контроля. Выбор системы классификации источников АЭ и критериев оценки рекомендуется согласовывать со специализированной экспертной организацией из числа аккредитованных Госгортехнадзором России.

2.2.4. Технология контроля согласовывается с заказчиком до проведения контроля с целью выполнения заказчиком необходимых подготовительных работ.

В Технологии контроля должна содержаться следующая информация:

а) материал и конструкция контролируемого объекта, включая размеры и форму, тип хранимого (рабочего) продукта;

б) данные о параметрах шумов;

в) тип и параметры преобразователей АЭ, их изготовитель, сведения о калибровке;

г) метод крепления преобразователей АЭ;

д) контактная среда;

е) очистка объекта после контроля;

ж) схема расположения преобразователей АЭ;

з) тип прибора АЭ, его параметры;

и) описание системы и результатов калибровки акустико-эмиссионной аппаратуры;

к) регистрируемые данные и методы регистрации;

л) система классификации источников АЭ и критерии оценки состояния контролируемого объекта по результатам контроля;

м) квалификация операторов.

Данные об объекте контроля и основных параметрах контроля заносят в протокол по результатам акустико-эмиссионного контроля ().

Полностью описывают процедуру гидро- (пневмо) испытания; приводят графики изменения нагрузки и температуры во времени.

2.2.5. Заказчик согласно Технологии контроля организует подготовку системы нагружения, создает необходимые запасы испытательной среды (инертного газа, воды и т.д.), решает вопросы подготовки нагружающих устройств, грузоподъемных механизмов и других подготовительных работ, указанных в Технологии контроля. Для объектов, которые предварительно нагружались, либо находились под нагрузкой, давление и/или нагрузки должны быть уменьшены до предварительно определенного уровня. Время выдержки при пониженном давлении должно быть установлено на основании предварительно полученных данных.

До проведения испытаний объекта, находящегося в эксплуатации, необходимо в обязательном порядке иметь информацию о:

максимальном действующем (рабочем) давлении или нагрузке в течение последнего года.

испытательном давлении.

2.2.6. При выполнении работ по контролю заказчик представляет в распоряжение исполнителя бригаду сотрудников, обеспечивающих проведение работ. Условия привлечения исполнителем к вспомогательным операциям по акустико-эмиссионноиу контролю персонала заказчика определяются договором.

2.3. Требования к предприятиям и персоналу,
проводящим акустико-эмиссионный контроль

AЭ-контроль объектов проводят лаборатории неразрушающего контроля, аттестованные в установленном порядке.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

Заключение по результатам контроля имеет право давать специалист, имеющий II или III уровень квалификации.

К предприятиям, проводящим акустико-эмиссионный контроль, предъявляется ряд требований, которые должны обеспечивать выполнение работ на высоком техническом уровне.

Предприятие должно иметь:

лицензию Госгортехнадзора России на право проведения работ по акустико-эмиссионному контролю;

калиброванные средства контроля (преобразователи АЭ и акустико-эмиссионную аппаратуру);

аттестованный, квалифицированный персонал.

Рекомендуется иметь пакет документов, подтверждающий профессиональный уровень предприятия-исполнителя, данные о системе качества (Руководство по качеству), информацию о предыдущих работах по контролю промышленных объектов, список проконтролированных объектов и предприятий, которым были оказаны услуги по акустико-эмиссионному контролю.

Необходимым условием готовности исполнителя выполнять работы по акустико-эмиссионному контролю является наличие у него Технологии контроля контролируемого объекта.

3. Требования к аппаратуре и оборудованию

К аппаратуре и оборудованию, используемому при выполнении акустико-эмиссионного контроля, относятся преобразователи АЭ с устройствами крепления и материалами для обеспечения акустической связи с объектом контроля; имитаторы сигналов АЭ; электронные блоки, предназначенные для усиления и обработки сигналов АЭ; вычислительные средства для обработки и представления результатов контроля, включая программное обеспечение; средства, обеспечивающие нагружение контролируемого объекта.

3.1. Преобразователи АЭ

Преобразователи АЭ определяют чувствительность контроля и рабочий частотный диапазон. Рабочую частоту следует выбирать исходя из условий шумов, акустического затухания в объекте. Для контроля сосудов, котлов и аппаратов рекомендуется использовать диапазон 100-500 кГц. При контроле технологических трубопроводов следует использовать более низкий диапазон частот 20-60 кГц. Необходимо учитывать, что при контроле объектов на более низких частотах наблюдается высокий уровень посторонних механических шумов. В диапазоне свыше 500 кГц в большей мере сказывается затухание упругих волн в конструкции.

Используемые АЭ должны быть температурно-стабильными в диапазоне температур, в котором производится контроль объектов. Их коэффициент электроакустического преобразования не должен изменяться более чем на 3 дБ в этом диапазоне температур. Разброс коэффициентов преобразования для партии преобразователей, используемых при контроле объекта, не должен превышать 3 дБ. Рекомендуется использовать преимущественно резонансные АЭ.

Преобразователи АЭ должны быть помехозащищенными, что достигается использованием принятых методов помехозащиты, а также применением дифференциальных схем.

Преобразователи АЭ следует крепить к объекту с использованием механических приспособлений, магнитных держателей, либо с помощью клея. Приспособления для установки преобразователей на объекте выбирают с учетом его конструктивных особенностей. Они могут быть съемными (магнитные держатели, струбцины, хомуты и т.п.) или в виде стационарно установленных кронштейнов.

Предусилитель размещают вблизи преобразователя АЭ или непосредственно в его корпусе. Длина сигнального кабеля, соединяющего преобразователь АЭ с предусилителем, как правило, не должна превышать 2 м, кабель должен иметь экран для защиты от электромагнитных помех. Максимальная длина кабеля, соединяющего предусилитель с прибором, как правило, не должна превышать 150 м. Потери сигнала в данном кабеле не должны превышать 1 дБ на 30 м длины, электрическая емкость не должна превышать 30 пФ/м.

Преобразователь АЭ устанавливают либо непосредственно на поверхность сосуда, либо с использованием волновода. Рекомендуется использовать ненаправленные преобразователи. При контроле линейных объектов (трубопроводов), либо при контроле определенных зон допускается использовать направленные преобразователи АЭ. Для толстостенных объектов (при условии l << t » 10 L , где t - толщина стенки, l - длина волны на рабочей частоте, L - расстояние между преобразователями АЭ) рекомендуется применение пьезопреобразователей поверхностных волн.

При установке преобразователя АЭ на объект контроля акустическая контактная среда должна обеспечивать эффективную акустическую связь преобразователя АЭ с объектом. Уменьшение амплитуды сигнала при его прохождении из объекта в преобразователь АЭ не должно превышать 6-12 дБ, что достигается использованием контактной среды с минимальным затуханием и акустическим импедансом, способствующим акустическому согласованию преобразователя АЭ и объекта. Контактная среда не должна оказывать нежелательное воздействие (например, вызывать коррозию) на контролируемый объект. Контактная среда должна обеспечивать надежный акустический контакт в течение всего времени испытаний при температуре контролируемого объекта. В качестве контактной среды можно использовать эпоксидную смолу без отвердителя, машинное масло, глицерин и другие жидкие среды. Поверхность объекта контроля в месте установки преобразователя АЭ зачищают до чистоты не хуже R z 40.

После установки преобразователя АЭ на объект контроля производят проверку их работоспособности с использованием имитаторов АЭ. В качестве имитатора сигналов АЭ следует использовать пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами от генератора. Частотный диапазон имитационного импульса должен соответствовать частотному диапазону системы контроля.

Генератор, возбуждающий преобразователь-имитатор, должен отвечать следующим требованиям:

частота следования импульсов - 1-1000 Гц;

амплитуда генерируемых импульсов варьируется и должна обеспечивать изменение амплитуды на выходе преобразователей системы контроля (с учетом затухания) в диапазоне 10-30 мВ;

длительность возбуждающего электрического импульса не должна превышать 0,1-0,2 мкс.

В качестве имитатора сигналов АЭ допускается также использовать источник Су-Нильсена [излом графитового стержня диаметром 0,3-0,5 мм, твердостью 2Т (2Н)].

При выполнении контроля используемые рабочие преобразователи АЭ должны быть откалиброваны с использованием эталонных преобразователей АЭ.

При выполнении калибровки определение коэффициента электроакустического преобразования эталонного преобразователя АЭ путем измерения амплитуды динамического смещения поверхности твердого тела и амплитуды импульсной характеристики производят с использованием образцовых средств измерений органами (лабораториями), аккредитованными Госстандартом России.

Калибровку рабочих преобразователей АЭ производят независимые, аккредитованные Госстандартом России лаборатории с использованием эталонных преобразователей АЭ. Определение основных параметров рабочих преобразователей АЭ осуществляют владельцы преобразователей АЭ с использованием эталонных преобразователей АЭ. Калибровка эталонных преобразователей АЭ должна проводиться один раз в год. Определение основных параметров рабочих преобразователей АЭ должно проводиться перед каждым контролем, но не реже одного раза в год. Результаты заносят в паспорт преобразователя АЭ.

3.2. Акустико-эмиссионная аппаратура

Для регистрации АЭ при испытаниях крупномасштабных объектов следует применять акустико-эмиссионную аппаратуру в виде многоканальных систем, позволяющих определять координаты источников сигналов и характеристики АЭ с одновременной регистрацией параметров нагружения (давления, температуры и т.д.).

Многоканальная акустико-эмиссионная система должна включать:

комплект предварительных усилителей;

кабельные линии;

блоки предварительной обработки и преобразования сигналов АЭ;

ЭВМ с необходимым математическим обеспечением;

средства отображения информации;

блоки калибровки системы.

Акустико-эмиссионная система может быть как стационарной, так и передвижной. Для контроля объектов простой конфигурации или в случаях, когда не требуется определение местоположения дефектов, допускается применение менее сложной аппаратуры, т.е. одноканального прибора (приборов), либо многоканальной системы в режиме зонного контроля.

Акустико-эмиссионная система должна обеспечивать как оперативную обработку и отображение информации в режиме реального времени, так и обработку, отображение и вывод на периферийные устройства для документирования накопленных в течение испытания данных после окончания испытания.

К такой информации относятся:

номера групп преобразователей АЭ, зарегистрировавших импульс АЭ, либо номер ПАЭ;

координаты каждого зарегистрированного импульса АЭ (в режиме зонного контроля это не требуется);

амплитуда импульса АЭ (амплитудное распределение акустико-эмиссионного процесса);

энергия импульсов акустической эмиссии, либо "MARSE" (Measured Area of the Rectified Signal Envelope - измеренная площадь под огибающей сигнала), либо другой энергетический параметр;

число выбросов (превышений сигналом уровня дискриминации);

временные характеристики сигнала;

параметры нагрузки, при которых зарегистрирован импульс АЭ (давление, деформация или температура);

время регистрации импульса;

значения разницы времен прихода сигналов (в режиме зонного контроля это не требуется);

К акустико-эмиссионным системам предъявляются следующие общие технические требования, подтвержденные калибровочным сертификатом на аппаратуру:

рабочий частотный диапазон от 10 до 500 кГц;

неравномерность амплитудно-частотной характеристики в пределах частотного диапазона не более ±3 дБ;

ослабление сигнала за пределами рабочего диапазона при расстройстве на октаву относительно граничных частот не менее 30 дБ;

эффективное значение напряжения собственных шумов усилительного тракта не более 5 мкВ;

коэффициент усиления предварительного усилителя 20-60 дБ;

коэффициент усиления основного усилителя 0-40 дБ со ступенчатой регулировкой через 1 дБ;

амплитудный динамический диапазон предварительного усилителя не менее 70 дБ;

динамический диапазон измерения амплитуды сигналов АЭ не менее 60 дБ;

акустико-эмиссионная система должна обеспечивать возможность выравнивания чувствительности измерительных каналов так, чтобы отличия не превышали ±1 дБ.

Акустико-эмиссионная система должна обеспечивать отбраковку ложных событий, реализованную как на аппаратурном, так и на программном уровнях.

Системная часть программы должна обеспечивать удобства общения оператора с ЭВМ, ввод приказов задания и изменения параметров в диалоговом режиме обработки.

Основные параметры акустико-эмиссионной аппаратуры и режимы ее работы заносят в протокол (). При изменении их в ходе испытаний следует указать причину.

4. Проведение контроля

Объекты должны контролироваться в их рабочем положении. После проведения подготовительных работ осуществляются непосредственные работы по контролю, которые начинаются с установки преобразователей АЭ на объект.

4.1. Установка преобразователей акустической эмиссии

Каждый преобразователь АЭ должен быть установлен непосредственно на поверхность объекта, либо может быть использован соответствующий волновод. Следует учитывать, что при наличии окраски и защитных покрытий, а также кривизны поверхности объекта и неровностей поверхности в зоне контакта возможно уменьшение амплитуды сигнала АЭ и искажение его формы. Если уменьшение амплитуды сигнала АЭ превышает 6 дБ, поверхность объекта в месте установки преобразователя АЭ должна быть очищена от краски или покрытия в обязательном порядке.

Необходимо предусмотреть также крепление сигнального кабеля и предусилителя, чтобы исключить потерю акустического контакта и механическое нагружение преобразователя АЭ.

Размещение преобразователей АЭ и количество антенных групп определяется конфигурацией объекта и максимальным разнесением преобразователей АЭ, связанным с затуханием сигнала, точностью определения координат. Антенные группы и отдельные преобразователи АЭ при зонной локации следует устанавливать так, чтобы критические места объекта, сварные швы, зоны высоких напряжений, патрубки, зоны, подвергнутые ремонту, и т.д. входили в зону контроля. Необходимо учитывать дополнительное затухание в сварных швах и на участках, где имеет место изменение толщины стенки объекта. Размещение преобразователей АЭ приводят в Технологии контроля (картах контроля).

В зависимости от конфигурации объект следует разделять на отдельные элементарные участки: линейные, плоские, цилиндрические, сферические. Для каждого участка выбирают соответствующую схему расположения преобразователей АЭ. Кроме основных групп преобразователей, служащих для определения координат, на объекте могут размещаться вспомогательные (блокировочные) группы для пространственной селекции зоны выявленных источников шума.

Размещение преобразователей АЭ должно обеспечивать контроль всей поверхности контролируемого объекта. В ряде случаев по согласованию с заказчиком допускается размещение преобразователей АЭ только в тех областях объекта, которые считают важными. Если не обеспечивается стопроцентное перекрытие зонами контроля всего объекта, то это должно быть отмечено в отчете по контролю с обоснованием использования данной схемы.

Координаты источников акустической эмиссии вычисляют по разнице времени прихода сигналов на преобразователи АЭ, расположенные на поверхности контролируемого объекта.

В случае многоканальной локации расстояние между преобразователями АЭ выбирают таким образом, чтобы сигнал от имитатора АЭ (излома карандаша), расположенного в любом месте контролируемой зоны, обнаруживался тем минимальным количеством преобразователей, которое требуется для расчета координат.

Для выбора расстояния между преобразователями АЭ производят измерение затухания, при этом выбирают представительную часть объекта без патрубков, проходов и т.д., устанавливают преобразователь АЭ и перемещают (через 0,5 м) имитатор АЭ по линии в направлении от преобразователя АЭ на расстояние до 3 м. В качестве имитатора АЭ рекомендуется использовать пьезопреобразователь, либо излом грифеля карандаша (имитатор Су-Нильсена) диаметром 0,3-0,5 мм твердостью 2Н (2Т), с углом наклона стержня приблизительно 30° к поверхности, стержень выдвигают на 2,5 мм.

Расстояние между преобразователями АЭ при использовании зонной локации задают таким образом, чтобы сигнал АЭ от излома карандаша (либо сигнал от другого имитатора АЭ) регистрировался в любом месте контролируемой зоны хотя бы одним преобразователем АЭ и имел амплитуду не меньше заданной. Как правило, разница амплитуд имитатора АЭ при расположении его вблизи преобразователя АЭ и на краю зоны не должна превышать 20 дБ. Максимальное расстояние между преобразователями АЭ не должно превышать расстояния, которое в 1,5 раза больше порогового. Последнее определяют как расстояние, при котором амплитуда сигнала от имитатора АЭ (излома грифеля карандаша) равна пороговому напряжению.

При контроле объектов с высоким затуханием упругих волн рекомендуется использовать две рабочих частоты - низкую - в диапазоне 20-60 кГц и более высокую - в диапазоне 100-500 кГц. В этом случае высокочастотные каналы используют для обнаружения и оценки АЭ источников. Низкочастотные каналы следует использовать для выявления тех источников АЭ, которые могут быть пропущены из-за большого затухания сигналов АЭ на высокой частоте. Если выявлена значительная активность на низкой частоте (соответствующая источнику II или III класса) и отсутствует регистрация по высокочастотным каналам, следует переустановить высокочастотные ПАЭ и повторить контроль.

Измерение скорости звука, используемое для расчета координат источников АЭ, производят следующим образом.

Имитатор АЭ располагают вне групп преобразователей АЭ на линии, соединяющей преобразователи АЭ, на расстоянии 10-20 см от одного из них. Проводя многократные измерения (не менее 5) для разных пар преобразователей АЭ, определяют среднее время распространения. По нему и известному расстоянию между преобразователями АЭ вычисляют скорость распространения сигналов АЭ.

4.2. Проверка работоспособности акустико-эмиссионной
аппаратуры и калибровка каналов

Проверку работоспособности акустико-эмиссионной системы выполняют тотчас после установки преобразователей АЭ на контролируемый объект, а также после проведения испытаний, путем возбуждения акустического сигнала имитатором АЭ, расположенным на определенном расстоянии от каждого преобразователя АЭ. Отклонение зарегистрированной амплитуды сигнала АЭ не должно превышать 3 дБ от средней величины для всех каналов. В случае превышения указанного значения необходимо устранить причину, в противном случае следует провести повторный контроль.

Уровень чувствительности различных групп преобразователей АЭ может различаться. В этом случае должны быть отметка в протоколе контроля и обоснование в отчете. При оценке результатов контроля необходимо учитывать разброс чувствительности каналов.

Коэффициент усиления каналов и порог амплитудной дискриминации выбирают с учетом ожидаемого диапазона амплитуд сигналов АЭ. При этом следят, чтобы обеспечивалась неискаженная передача сигналов АЭ и частота выбросов помех в канале не превышала в среднем одного в 100 с. Проверяются значение порога, число выбросов сигнала АЭ, энергия, MARSE, амплитуда и другие необходимые характеристики по технологии, записанной в Технологии контроля.

В случае если проводятся гидроиспытания объектов, все работы по настройке аппаратуры выполняются после полного заполнения объектов водой.

4.3. Нагружение объекта

После выполнения подготовительных и настроечных работ производят нагружение объекта. Акустико-эмиссионный контроль выполняют в процессе нагружения объекта до определенной заранее выбранной величины и в процессе выдержки нагрузки на заданных уровнях.

При нагружении объекта контроля внутренним давлением, максимальное его значение - (испытательное давление) должно превышать разрешенное рабочее давление (эксплуатационную нагрузку) не менее, чем на 5-10 %, но не превышать пробного, определяемого по формуле:

где Р - расчетное давление сосуда, МПа (кгс/см 2); - допускаемые напряжения для материала сосуда или его элементов соответственно при 20 °С и расчетной температуре, МПа (кгс/см 2); а = 1,25 - для всех сосудов, кроме литых; а = 1,5 - для литых сосудов (пункты 4.6.3. - 4.6.5 ).

В случае, если максимальное давление испытания равно величине пробного давления, длительность выдержки для объектов, находящихся в эксплуатации, не должна превышать 5 мин (п. 6.3.20 "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением "), а при испытании вновь изготовленных объектов выбирается в соответствии с таблицей 4.3. (п. 4.6.12. "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением ").

Таблица 4.3

Толщина стенки сосуда, мм

Время выдержки, мин

До 50

Свыше 50 до 100

Свыше 100

Для литых и многослойных независимо от толщины стенки

Если максимальное давление испытания меньше величины пробного давления, длительность выдержки при испытании вновь изготовленных объектов должна быть не менее 10 мин.

При акустико-эмиссионном контроле резервуаров для хранения нефти, нефтепродуктов и других жидких сред используют максимальную величину нагрузки равную Р исп = 1,05Р раб.

При акустико-эмиссионном контроле объектов, испытуемых под налив, время выдержки их при максимальном допустимом уровне заполнения должно быть не менее двух часов.

При назначении максимального давления испытаний должны учитываться характеристики материала, условия эксплуатации объекта контроля, температура, а также предыстория его нагружения.

Нагружение осуществляется с использованием специального оборудования, обеспечивающего повышение нагрузки - внутреннего (внешнего) давления по заданному графику, который определяет скорость нагружения, время выдержек объекта под нагрузкой и значения нагрузок. Пример типового графика нагружения приведен в справочном . Допускается отклонение от типового графика нагружения с приведением в отчете необходимого обоснования.

Испытания объекта подразделяют на предварительные и рабочие.

Предварительные испытания имеют целью:

проверку работоспособности всей аппаратуры;

уточнение уровня шумов и корректировку порога дискриминации;

опрессовку заглушек и сальниковых уплотнений;

выявление источников акустического излучения, связанных с трением в точках подвески (крепления) объектов, опор, конструкционных элементов жесткости и пр.

Предварительные испытания проводят при циклическом нагружении в диапазоне 0-0,25 Р раб. Для объектов без плакирующих покрытий и ребер жесткости число циклов нагружения составляет не менее 2, для прочих - не менее 5.

Рекомендуется нагружение при рабочем испытании проводить ступенями, с выдержками давления на уровне 0,58 × Р раб 0,75 × Р раб 1,0 × Р раб и Р исп. Время выдержки на промежуточных ступенях должно, как правило, составлять 10 мин.

Нагружение объектов должно проводиться плавно со скоростью, при которой не возникают помехи, превышающие допустимый уровень (см. ). Рекомендуемые скорости повышения давления составляют:

Р исп /60-Р исп /20 [МПа/мин].

Допускается проведение испытаний со скоростью нагружения меньшей минимальной указанной. В этих случаях промежуточные выдержки можно не проводить.

Акустико-эмиссионный контроль резервуаров большого объема и хранилищ проводят в режиме мониторинга (непрерывного контроля), либо по специальной программе. Программа нагружения для каждого такого объекта составляется индивидуально и согласовывается со специализированной экспертной организацией из числа аккредитованных Госгортехнадзором России.

В качестве нагружающей среды могут быть использованы вода, рабочее тело объекта в виде жидких сред (гидроиспытание), а также газообразные среды (пневмоиспытание).

В случае проведения гидроиспытаний подача нагружающей жидкости должна производиться через патрубок, расположенный в нижней части сосуда, ниже уровня жидкости, заполняющей сосуд.

Для уменьшения уровня шумов и помех во время проведения контроля должны быть приостановлены все посторонние работы на самом объекте контроля и вблизи его. Должны быть исключено хождение по площадкам обслуживания, передвижение автотранспорта, проведение сварочных и монтажных работ, работа подъемно-транспортных механизмов, расположенных рядом.

При выполнении контроля объектов большой протяженности или крупногабаритных объектов допускается проводить контроль по этапам. Интервал между отдельными этапами должен быть не менее 24 ч. Допускается проведение контроля только части объекта по согласованию с заказчиком.

При испытании вновь изготовленных сосудов, которые не проходили послесварочной термообработки, возможна регистрация АЭ, вызванная выравниванием напряжений и не связанная с развитием дефектов. Поэтому при первом нагружении, как правило, принимают во внимание только сигналы, амплитуда которых превышает уровень порога более чем на 20 дБ и сигналы, регистрируемые в течение выдержки. Если при первом нагружении выявятся источники АЭ II или III класса или получены неопределенные результаты, сосуд должен быть нагружен вторым рабочим циклом нагружения в обязательном порядке с изменением нагрузки от 50 до 100 % испытательного давления. Система классификации источников АЭ дана в .

В процессе нагружения допускается изменение чувствительности усилительных трактов с обязательной регистрацией момента и значения внесенных изменений и обоснованием, приведенным в протоколе акустико-эмиссионного контроля.

Испытания прекращаются досрочно в случаях, когда регистрируемый источник АЭ достигает класса IV. Быстрое (экспоненциальное) нарастание суммарного счета, амплитуды импульсов, энергии или MARSE может служить показателем ускоренного роста трещины, приводящего к разрушению. Объект должен быть разгружен, испытание либо прекращено, либо выяснен источник АЭ и оценена безопасность продолжения испытаний.

Регистрация давления и температуры (при ее изменении) ведется в течение всего цикла подъема и сброса нагрузки. Давление должно контролироваться непрерывно с погрешностью ±2 % максимального испытательного давления. Шкала аналогового манометра должна иметь максимальное значение не меньше, чем 1,5 и не больше 5-кратного значения испытательного давления, погрешность цифрового прибора не должна превышать 1 % испытательного давления.

4.4. Анализ шумов

Основным фактором, влияющим на эффективность акустико-эмиссионного контроля, являются шумы. При проведении акустико-эмиссионного контроля объектов следует учитывать, что основными источниками шумов являются:

разбрызгивание жидкости в сосуде при его заполнении;

гидродинамические турбулентные явления при высокой скорости нагружения;

работа насосов, моторов и других механических устройств;

действие электромагнитных наводок;

воздействие окружающей среды (дождя, ветра и т.д.).

Для принятия мер по уменьшению влияния шумов на результаты контроля необходимо разделять шумы по виду. В зависимости от источника происхождения шумы разделяют на акустические (механические) и электромагнитные. В зависимости от вида сигнала шумов они разделяются на импульсные и непрерывные. В зависимости от места положения источника разделяются на внешние и внутренние. Все протечки в контролируемом объекте и системе нагружения должны быть исключены до проведения испытаний.

Минимальный уровень шумов, который определяется чувствительность аппаратуры АЭ, связан с собственными тепловыми шумами преобразователя АЭ и коэффициентом шума входных каскадов усилителя (предусилителя). Собственный тепловой шум преобразователя АЭ с чувствительным элементом, изготовленным из пьезокерамики, не должен превышать 5 мкВ. Коэффициент шума входных каскадов усилителя не должен превышать 6 дБ. Поэтому собственные шумы аппаратуры АЭ не должны превышать 10 мкВ (U ша <10 мкВ), приведенных ко входу.

Уровень непрерывных акустических или электромагнитных шумов (U ш ) не должен превышать U ша +6 дБ (U ш < U пор = U ша + 6 дБ). Здесь U пор - пороговое напряжение.

Если это условие не выполняется, то необходимо предпринять все меры (технические и организационные) для уменьшения уровня шумов. При невозможности уменьшения шумов до требуемого значения необходимо прекратить проведение акустико-эмиссионного контроля. Проведение контроля в условиях повышенных шумов (т.е. при выполнении неравенства U ш > U ша + 6 дБ) возможно только при научно-техническом обосновании возможности выявления требуемых источников АЭ. В этом случае значение порогового уровня аппаратуры может превысить значение 20 мкВ, т.е. U пор > U ш >20 мкB.

Ограничения по импульсным шумам (помехам) устанавливают исходя из условий, при которых проводят испытания. Рекомендуется, чтобы средняя частота регистрации импульсных помех не превышала 0,01 Гц (т.е. F пом < 0,01 Гц). При невозможности уменьшения частоты регистрации импульсных помех до требуемого значения необходимо прекратить проведение акустико-эмиссионного контроля. Проведение контроля в условиях повышенной частоты регистрации импульсных помех (т.е. при выполнении неравенства F пом > 0,01) возможно только при научно-техническом обосновании возможности выявления требуемых источников АЭ.

Влияние электромагнитных помех снижается применением экранирования, специальных радиотехнических элементов (дифференциальных датчиков и усилителей, фильтров и т.д.), а также стробированием аппаратуры на время действия помехи.

Все шумы должны быть идентифицированы, минимизированы, должны быть зарегистрированы их параметры. После проведения настройки аппаратуры и до выполнения рабочего испытания в течение 15 мин проверяется шумовой фон, который должен быть ниже установленного порогового уровня. При регистрации шумов, уровень которых превышает порог, источник шумов должен быть исключен, либо должно быть остановлено испытание.

Местоположение источников АЭ следует определять с заданной (в Технологии контроля) точностью либо с использованием многоканальной системы локации, либо с использованием зонного контроля. Определение координат источников АЭ сигналов производят в режиме планарной локации, т.е. не определяется глубина залегания источника.

Точность многоканальной локации должна быть не меньше величины, равной двум толщинам стенки или 5 % расстояния между преобразователями АЭ, в зависимости от того, какая величина больше.

Погрешности вычисления координат определяются погрешностями измерения времени поступления сигнала на преобразователи. Источниками погрешностей являются:

погрешность измерения временных интервалов;

отличие реальных путей распространения от теоретически принятых;

наличие анизотропии скорости распространения сигналов;

изменение формы сигнала в результате распространения по конструкции;

наложение по времени сигналов, а также действие нескольких источников;

регистрация преобразователями волн различных типов;

погрешность измерения (задания) скорости звука;

погрешность задания координат преобразователей АЭ.

Величину контролируемой площади при зонном контроле определяют границей поверхности объекта вокруг преобразователя АЭ, для которой затухание сигнала, проходящего от границы до преобразователя АЭ, не превышает 20 дБ.

До нагружения объекта оценивают погрешность определения координат с помощью имитатора. Его устанавливают в выбранной точке объекта и сравнивают показания системы определения координат с реальными координатами имитатора. При этом амплитуда имитационного сигнала варьируется в пределах ожидаемого диапазона, определяемого в результате предварительного изучения объекта испытания. Операцию повторяют для различных зон конструкции объекта. В случае, когда погрешность определения координат не удовлетворяет заданному значению, следует выявить основные источники погрешностей, указанные выше, и произвести корректировку параметров контроля (изменение конфигурации расположения преобразователей, расстояния между преобразователями и т.п.) Если после корректировки погрешность превышает заданную, следует обосновать возможность проведения АЭ контроля и отразить в отчете.

5. Накопление, обработка и анализ данных

В процессе контроля производят оперативное накопление и обработку данных. Система контроля должна обеспечить регистрацию и сигнализацию источника АЭ, соответствующего IV классу (катастрофически активному источнику), в реальном масштабе времени. После выполнения контроля объекта производят последующую обработку и анализ данных в полном объеме.

Накопление данных производят после выделения параметров сигналов АЭ. При наличии цифровых регистраторов используется запоминание сигналов АЭ с целью последующего анализа процесса.

Обработка и анализ данных определяется выбранной системой классификации источников АЭ и критериями оценки результатов контроля. Все зарегистрированные сигналы АЭ разделяются на источники АЭ в зависимости от их положения в контролируемом объекте. Классификация источников производится в зависимости от значений их параметров.

Оценку источников АЭ производят по этапам в зависимости от режима нагружения и времени, затрачиваемого на контроль. Каждый этап не должен превышать 4 ч непрерывного контроля. Длительность всего акустико-эмиссионного контроля не регламентируется.

Зонный контроль используется в случаях невозможности либо нецелесообразности определения координат источников АЭ.

Для использования указанного подхода предварительно подготавливают исходную информацию необходимую для выбора и применения того или иного критерия;

обработку данных следует производить на ЭВМ, входящей в систему акустико-эмиссионного контроля.

Программа обработки информации должна обеспечивать определение местоположения источников сигналов АЭ по времени прихода сигналов на преобразователи АЭ либо по амплитуде и отображать их положение в виде индикаций источника АЭ на карте локации (а в процессе контроля - на дисплее).

На карте локации выделяют зоны повышенной концентрации (кластеры) индикаций АЭ, которые в совокупности формируют полный образ источника АЭ.

Производят сопоставление местоположения полученных зон и технологической топологии объекта с целью отделения возможных источников механических шумов, не связанных с развивающимися дефектами, от источников АЭ.

Информация о зонах концентрации индикаций АЭ регистрируется и обрабатывается с использованием заложенных программ для построения предусмотренных графиков по каждой выделенной зоне и проведения классификации источников АЭ.

6. Оценка результатов контроля

После обработки принятых сигналов результаты контроля представляют в виде идентифицированных и классифицированных источников АЭ.

При принятии решения по результатам акустико-эмиссионного 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 акустико-эмиссионному контролю конкретного объекта.

Классификацию источников АЭ выполняют с использованием следующих параметров сигналов: суммарный счет, число импульсов, амплитуда (амплитудное распределение), энергия (либо энергетический параметр), скорость счета, активность, концентрация источников АЭ. В систему классификации также входят параметры нагружения контролируемого объекта и время.

Выявленные и идентифицированные источники АЭ рекомендуется разделять на четыре класса - I, II, III и IV:

источник 1 класса - пассивный источник;

источник II класса - активный источник;

источник III класса - критически активный источник;

источник IV класса - катастрофически активный источник.

Выбор системы классификации источников АЭ и допустимого уровня (класса) источников рекомендуется осуществлять каждый раз при акустико-эмиссионном контроле конкретного объекта, используя данные, приведенные в . В некоторых зарубежных нормативно-технических документах приняты другие системы классификации ().

Источник 1 класса - (пассивный)

регистрируют для анализа динамики его последующего развития.

Источник II класса - (активный)

Источник III класса - (критически активный)

1) регистрируют и следят за развитием ситуации в процессе выполнения данного контроля;

2) предпринимают меры по подготовке возможного сброса нагрузки.

Источник IV класса - (катастрофически активный)

1) производят немедленное уменьшение нагрузки до 0, либо величины, при которой класс источника АЭ снизится до уровня II и I класса;

2) после сброса нагрузки проводят осмотр объекта и, при необходимости, контроль другими методами.

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 акустико-эмиссионного контроля или отсутствии зарегистрированных источников АЭ применение дополнительных видов неразрушающего контроля не требуется. Если интерпретация результатов акустико-эмиссионного контроля неопределенна, рекомендуется использовать дополнительные виды неразрушающего контроля.

Окончательная оценка допустимости выявленных источников АЭ и индикаций при использовании дополнительных видов неразрушающего контроля осуществляется с использованием измеренных параметров дефектов на основе нормативных методов механики разрушения, методик по расчету конструкций на прочность и других действующих нормативных документов.

7. Документальное оформление
результатов контроля

Результаты акустико-эмиссионного контроля должны содержаться в отчетных документах - отчете, протоколе и заключении, которые составляются исполнителем - организацией, проводившей акустико-эмиссионный контроль. Протокол и заключение являются частью отчета, они также могут быть использованы в качестве самостоятельных документов. По результатам испытаний однотипных объектов заказчику может быть представлен единый отчет с указанием регистрационных номеров объектов контроля.

Отчет оформляется по требованию заказчика. По требованию представителя территориального органа Госгортехнадзора России отчетные документы должны быть представлены в орган Госгортехнадзора России. Передача отчета либо других материалов, связанных с результатами выполненного акустико-эмиссионного контроля, третьей стороне (юридическому или физическому лицу) может быть допущена только с разрешения заказчика.

Отчет о результатах акустико-эмиссионного контроля должен содержать исчерпывающие данные о подготовке и проведении акустико-эмиссионного контроля, а также информацию, которая позволяет оценить состояние объекта и подтвердить уровень классификации исполнителя и специалистов, проводивших контроль, на основании чего можно судить о достоверности результатов.

Требования к содержанию отчета по результатам акустико-эмиссионного контроля приведены в справочном. Формы протокола и заключения приведены в обязательных приложениях и (соответственно).

Все материалы (рабочие, черновые и т.д.), связанные с акустико-эмиссионным контролем объекта, а также отчетные документы, должны храниться у исполнителя не менее 10 лет, либо до повторного акустико-эмиссионного контроля объекта. При выполнении повторного акустико-эмиссионного контроля данного объекта другим исполнителем первичные материалы и отчетные документы в полном объеме должны быть переданы ему по требованию заказчика.

8. Требования безопасности при
выполнении контроля

При выполнении акустико-эмиссионного контроля должны быть обеспечены требования технической безопасности проведения работ в соответствии с действующими нормативными документами, включая ГОСТ 12.1.019-79 . "ССБТ. "Электробезопасность. Общие требования", Правила эксплуатации электроустановок потребителей и и п. 4.6. "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением ".

9. Ответственность за нарушение требований
Правил Акустико-Эмиссионного Контроля

Раздел 9.

(Исключен, Изм. № 1 )

Приложение 1
(Справочное)

Результаты акустико-эмиссионного контроля представляют в виде перечня зарегистрированных источников акустической эмиссии (АЭ), отнесенных к тому или иному классу в зависимости от значения параметров АЭ. Такую оценку производят для каждого источника сигналов АЭ. Оценку состояния контролируемого объекта проводят по наличию в контролируемом объекте источников АЭ того или иного класса.

Применение конкретных систем классификации источников АЭ и критериев оценки состояния объектов зависит от механических и акустико-эмиссионных свойств материалов контролируемых объектов. Выбор системы классификации и критериев оценки состояния объекта проводят, используя перечисленные ниже системы классификации и критерии оценки состояния контролируемого объекта. Допускается применение других систем классификации и критериев оценки (и соответствующих значений параметров сигналов АЭ, определяющих классы источников и критерии оценки) при наличии обоснования их применения.

Выбор производят перед выполнением акустико-эмиссионного контроля и фиксируют в Технологии контроля, разработанной на основе данного документа или приведенной в соответствие с ним. После этого исполнитель производит соответствующую настройку аппаратуры и разработку требуемого программного продукта (при необходимости).

П 1.1. Амплитудный критерий [МР 204-86]

Вычисляют среднюю амплитуду А ср не менее трех импульсов с индивидуальной амплитудой А с для каждого источника АЭ за выбранный интервал наблюдения. Амплитуда корректируется с учетом затухания АЭ сигналов при их распространении в материале.

В предварительных экспериментах определяют граничное значение допустимой амплитуды A t :

где U пор - значение порога амплитудной дискриминации, А с - величина превышения порога сигналом АЭ, соответствующим росту трещины в материале, В 1 и В 2 - коэффициенты, определяемые из эксперимента. Значения этих коэффициентов находятся в пределах 0 - 1.

Классификацию источников производят следующим образом.

Источник I класса - источник, для которого не производилось вычисление средней амплитуды импульсов (получено менее трех импульсов за интервал наблюдения);

Источник II класса - источник, для которого выполняется неравенство: А ср < A t ;

Источник III класса - источник, для которого выполняется неравенство: А ср > A t ;

Источник IV класса - источник, включающий не менее трех зарегистрированных импульсов, для которых выполняется неравенство: А ср > A t .

Конкретные значения A t , В 1 и В 2 зависят от материала контролируемого объекта и определяются в предварительных экспериментах.

П 1.2. Интегральный критерий [МР 204-86]

Для каждой зоны вычисляют активность источников АЭ сигналов с использованием выражения:

k = 1, 2 +, К

Число событий в k -ом интервале оценки параметров;

число событий в k +1-ом интервале оценки параметров;

k - номер интервала оценки параметров.

Интервал наблюдения разделяется на k интервалов оценки параметров.

Производят оценку:

F <<1,

F = 1,

F >1.

Вычисляют относительную силу J k источника АЭ на каждом интервале регистрации

где A k - средняя амплитуда источника за интервал k ;

A K - средняя амплитуда всех источников АЭ по всему объекту за исключением анализируемого за интервал k ;

W - коэффициент, определяемый в предварительных экспериментах.

J k <1

J k >1

J k ³ 1

F £ 1

F =1

F >1

П 1.3. Локально-динамический критерий [МР 204-86]

Оценку производят в реальном масштабе времени с использованием следующих параметров АЭ:

Число выбросов в последующем событии;

Число выбросов в предыдущем событии, либо;

Энергия последующего события;

Энергия предыдущего события.

Вместо энергии может быть использован параметр - квадрат амплитуды.

Для каждого события вычисляют величины:

Либо

где - значение внешнего параметра в момент регистрации последующего события (если в качестве параметра используют время, тогда это - промежуток времени от начала интервала наблюдения);

Значение внешнего параметра в момент регистрации предыдущего события (если в качестве параметра используют время, тогда это - промежуток времени от начала интервала наблюдения).

I класс -

II класс -

III класс -

IV класс -

П 1.4. Интегрально-динамический критерий [стандарт NDIS 2412-80, Япония]

П 1.4.1. Для каждого источника определяют коэффициент концентрации С :

где R - средний радиус источника АЭ.

П 1.4.2. Для каждого источника определяют суммарную энергию:

П 1.4.3. Согласно пп. П 1.4.1. и П 1.4.2. оценивают положение точки на плоскости в координатах IgC - lgЕ (табл. П 1.4.1.). Устанавливается ранг источника. Положение разграничивающих линий определяется предварительными экспериментами.

Таблица П 1.4.1.

П.1.4.4. Формируют величину Р , характеризующую динамику энерговыделения источника на интервале наблюдения:

k = 1, 2 +, K .

П . 1.4.5. Устанавливается тип источника согласно табл. П. 1.4.2.

Таблица П 1.4.2.

Р

Тип

Р £ 1

P <1

P =1

P >1

П. 1.4.6. Производят классификацию источника согласно табл. П 1.4.3.

Таблица П 1.4.3.

Тип

Ранг

П 1.5. Критерии кода ASME.

Оценка результатов контроля производится в соответствии с таблицей П 1.5. Конкретные значения параметров зависят от условий контроля, материала контролируемого объекта и его состояния.

П 1.6.Система классификации источников АЭ в технологии MONPAC

Источники АЭ разделяются на классы в соответствии со значениями параметров «силовой индекс» и «исторический индекс». «Силовой индекс» S av определяется выражением:

где S oi – сила сигнала i-го события, представляющая собой удвоенную площадь под огибающей импульса АЭ.

.

Исторический индекс определяется выражением:

После вычисления значений индексов для каждого зарегистрированного импульса АЭ производят классификацию источников в соответствии с таблицей П 1.6, где принята следующая классификация.

Класс источников АЭ

Описание источника АЭ

Незначительный источник – регистрируется для учета в будущих испытаниях.

Источник регистрируется для учета в будущих испытаниях, осматривается поверхность объекта для выявления поверхностных дефектов вида коррозии, питтинга, трещин и др.

Источник свидетельствует о наличии дефекта, требующего последующего анализа данных акустико-эмиссионного контроля, повторного акустико-эмиссионного контроля или контроля с использованием других методов.

Источник свидетельствует о наличии значительного дефекта, требующего последующего контроля с использованием других методов.

Источник свидетельствует о наличии большого дефекта, требующего немедленного прекращения нагружения и контроля другими методами.


Таблица П 1.5

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ДЛЯ ЗОННОЙ ЛОКАЦИИ*

Эмиссия в процессе выдержки нагрузки

Скорость счета

Число импульсов

Число импульсов с большой амплитудой

MARSE или амплитуда

Активность

Порог, ДБ

Первое нагружение Сосуды давления, не прошедшие термообработку после проведения сварочных работ

Не более чем импульсов за время

Не используется

Не используется

MARSE или амплитудаимпульсов не увеличивается с увеличением нагрузки

Активность не увеличивается с увеличением нагрузки

Прочие сосуды давления

Не более, чем импульсов за время

Менее чем выбросов на ПАЕ при заданном увеличении нагрузки

Не более импульсов выше заданной амплитуды

Не более импульсов выше заданной амплитуды

MARSE или амплитуда импульсов не увеличивается с увеличением нагрузки

Активность не увеличивается с увеличением нагрузки

Примечание:

А. Е Н, N Т, Е Т и Е А - являются заданными допустимыми значениями параметров АЭ.

Б. V ТН является заданным порогом.

В. Т Н является заданным временем выдержки.

* В соответствии с кодом ASME


П 1.7. Критерий непрерывной АЭ.

Регистрация непрерывной АЭ, уровень которой превышает пороговый уровень системы контроля, свидетельствует о наличии течи в стенке контролируемого объекта. По критерию непрерывной АЭ ситуация классифицируется следующим образом:

I - отсутствие непрерывной АЭ;

IV- регистрация непрерывной АЭ.

Диаграмма классификации источников АЭ в технологии MONPAC

Н – исторический индекс

Приложение 2
(Справочное)

1. ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения.

13. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов . ПБ 03-94. Утверждены постановлением Госгортехнадзора России № 11 от 02.03.95 г.

14. Правила устройства и безопасной эксплуатации холодильных систем. М.: 1991.

15. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей ". М .: 1986.

16. ASTM E 569-91 "Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring of Structures During Controlled Stimulation".

17. ASTM E 1316-94 "Standard Definitions of Terms Relating to Acoustic Emission".

18. ASTM E 650-92 "Standard Guide for Mounting Piezoelectric Acoustic Emission Sensors".

19. ASTM E 750-93 "Standard Practice for Characterizing Emission Instrumentation".

20. ASTM E 1106-92 "Standard Method for Primary Calibration of Acoustic Emission Sensors".

21. ASTM E 1139-92 "Standard Practice for Continuous Monitoring of Emission from Metal Pressure Boundaries".

22. ASME 1419-91. "Test Method for Examination of Seamless, Gas Filled, Pressure Vessels Using Acoustic Emission".

23. ASME. "Proposed Standard for Acoustic Emission Examination During Application of Pressure" E 00096 (1975).

24. ASME. "Use of Acoustic Emission Examination in Lieu of Radiography", Code Case № 1968, Section VIII, Division 1 (1982).

25. ASME. "Acoustic Emission Examination of Metallic Vessels During Pressure Testing" Article 12, Subsection A, Section V, Boiler and Pressure Vessel Code (December 1988 Addendum and later editions).

26. ASME. "Acoustic Emission for Successive Inspections. Section XI, Div. 1", Case N-471, Supplement No. 5, Code Cases 1989 Edition, Nuclear Components, Boiler and Pressure Vessel Code. Approval Date: 30 April 1990.

27. ASME. "Acoustic Emission for Continuous Monitoring of Pressure Vessel", Article 13, Section V, Boiler and Pressure Vessel Code.

28. NDIS 2412-1980. "Acoustic Emission Testing of Spherical Pressure Vessels Made of High Tensile Strength Steel and Classification of Test Results".

29. Fowler T.J., Blessing J.A., Conlisk P.J., Swanson T.L. The MONPAC System. Journal of Acoustic Emission, 1989, Volume 8, Number 3, 1-8.

Приложение 3
(Справочное)

ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ
ОТЧЕТА ПО КОНТРОЛЮ

Перечисляются все разделы Отчета.

2. Введение.

Приводится информация, предваряющая соглашение о проведении акустико-эмиссионного контроля и обосновывающая необходимость выполнения акустико-эмиссионного контроля конкретного объекта.

3. Объект контроля.

Приводятся все данные, которые могут повлиять на результаты акустико-эмиссионного контроля. Описывается контролируемый объект, включая материал, метод изготовления, имя изготовителя, краткая история эксплуатации, включая, рабочие и аварийные режимы, а также данные по операциям сброса нагрузки для релаксации перед проведением контроля.

Дается эскиз сосуда или чертеж изготовителя с указанием размеров и положения ПАЭ.

4. Условия контроля.

Описываются условия, при которых выполняется акустико-эмиссионный контроль, включая условия окружающей среды, уровень акустических шумов, вибраций, электромагнитных помех. Приводится используемое рабочее тело (испытательная жидкость или газ), температура рабочего тела, окружающей среды и материала объекта. Мероприятия по уменьшению уровня помех. Отмечаются необычные явления и все, что может повлиять на результаты акустико-эмиссионного контроля.

5. Подготовка к проведению акустико-эмиссионного контроля.

Описываются все мероприятия, связанные с подготовкой к проведению акустико-эмиссионного контроля. Приводятся все операции по подготовке к контролю, включая подготовку объекта, обоснование выбора числа преобразователей АЭ и схемы расстановки преобразователей АЭ, а также технологические операции по расстановке преобразователей, данные о затухании волн.

6. Система классификации источников АЭ и критерии отбраковки.

Описываются критерии, которые выбраны для акустико-эмиссионного контроля данного объекта. Приводится обоснование выбора конкретного вида критериев и их значений. Приводится классификация источников АЭ и действия операторов при регистрации источника АЭ того или иного класса.

7. Аппаратура АЭ.

Обосновывается выбор аппаратуры, и приводятся все существенные параметры выбранной аппаратуры АЭ. Приводится полное описание технических средств акустико-эмиссионного контроля, включая наименование фирмы-изготовителя, номера моделей, тип и число использованных преобразователей, усиление системы, уровень собственных электронных шумов аппаратуры, методика калибровки аппаратуры, дата последней калибровки. Описываются преобразователи АЭ, включая фирму-изготовителя, тип и параметры преобразователя АЭ, год изготовления и заводские номера, методику калибровки преобразователя АЭ.

Значения коэффициентов усиления и изменения параметров аппаратуры в ходе испытаний помещаются в таблицу.

Таблица

8. Настройка аппаратуры АЭ.

Приводятся обоснования по выбору параметров контроля и операции по настройке каналов и всей аппаратуры.

9. Технология Контроля.

Приводятся конкретные приемы, использованные непосредственно для контроля данного объекта. Отмечаются все отклонения от Технологии контроля, составленной перед проведением акустико-эмиссионного контроля и причины, вызвавшие эти отклонения. В Технологию контроля рекомендуется включить данные по п.п. 4 - 10 данного приложения.

10. Проведение акустико-эмиссионного контроля.

Описывается процесс акустико-эмиссионного контроля и действия операторов. Приводится анализ ситуаций, возникающих непосредственно при выполнении акустико-эмиссионного контроля.

Приводится:

график нагружения, который был составлен предварительно, и действительно реализованный график (скорость нагружения, времена выдержек и значения нагрузок). Указываются причины отклонений, если они имеются;

корреляция полученных при испытании данных с критериями приемки;

эскиз или чертеж объекта с указанием положения зон, не удовлетворяющих критерию отбраковки;

любые необычные явления или наблюдения при испытаниях.

11. Обработка и представление результатов акустико-эмиссионного контроля.

В отчете помещают:

карту градуировки;

карту акустико-эмиссионного контроля;

таблицу с описанием источников АЭ;

графический материал, отражающий поведение источников АЭ во время нагружения.

Карта градуировки представляет схему-развертку объекта с указанием положения датчиков и имитаторов сигналов АЭ и результатов градуировки. Она дается в протоколе акустико-эмиссионного контроля.

Карта акустико-эмиссионного контроля представляет схему-развертку объекта, на которой указано:

положение преобразователей АЭ с соответствующей нумерацией (номер группы/номер преобразователя);

положение основных конструктивных элементов (ребра жесткости, патрубки, сварные швы и пр.);

местоположение дефектов, выявленных другими методами.

Графический материал, отражающий динамику процесса АЭ, должен быть представлен в виде графиков зависимостей.

Описывают все выявленные в процессе контроля источники АЭ. Для оценки выявленных источников АЭ следует воспользоваться одним из критериев. Проводят оценку степени их опасности в соответствии с выбранной системой классификации.

Выделяют особо все те источники, которые признаны не удовлетворяющими требованиям дальнейшей эксплуатации контролируемого объекта (в соответствии с выбранными признаками и критериями отбраковки).

12. Персонал, проводивший акустико-эмиссионный контроль.

Перечисляют специалистов, проводивших акустико-эмиссионный контроль. Приводят уровень их классификации, где и когда получена лицензия, кем выдано удостоверение о квалификации. Сообщают об опыте специалистов-контролеров и количестве проконтролированных ими объектов.

13. Заключение по результатам акустико-эмиссионного контроля.

Заключение по результатам акустико-эмиссионного контроля выполняют по форме, приведенной в . Данные акустико-эмиссионного контроля должны храниться с записями по объекту.

14. Термины, использованные при выполнении контроля и подготовке отчета.

16. Приложения. В приложениях должны быть приведены протокол и заключение по результатам проведенного акустико-эмиссионного контроля (формы протокола и заключения приведены в приложениях 4 и данного документа).

На основании заключения по проведенному акустико-эмиссионному контролю в паспорте контролируемого объекта ответственным за объект лицом делается запись о техническом состоянии объекта и сроках проведения следующего контроля.

2. Организация, проводящая контроль: ____________________________________________

3. Данные об объекте:

изготовитель ________________________________________________________________;

номер паспорта ___________;

дата ввода в эксплуатацию ___________________________;

марка материала ________________________;

ГОСТ (ТУ) ________________________;

метод изготовления __________________________________________________________;

толщина стенки ________________________ мм;

диаметр внутренний _________________________________ мм;

размеры контролируемой зоны______________________________________________ м;

рабочее давление _____________________ МПа (__________________________кгс/см);

рабочая среда ________________________________________________________________;

рабочая температура _______________________________°С;

состояние поверхности ________________________________________________________;

магнитные свойства ___________________________;

характеристики затухания волн ________________________________________________;

эскиз сосуда с указанием размеров и размещения преобразователей АЭ (в приложении).

4. Дополнительные сведения об объекте __________________________________________

_____________________________________________________________________________

5. Тип и условия испытаний ____________,

рабочее тело ___________________, (гидравлическое или пневматическое)

температура объекта _______________ и окружающей

среды _______________,

марка нагружающего оборудования: ____________________________________________,

испытательное давление ____________________________ МПа (_____________ кгс/см 2),

6. Параметры графика нагружения:

(скорость нагружения ____________________, время выдержки _____________________,

величины нагрузок при выдержках _____________________________________________)

_____________________________________________________________________________

7. Тип и характеристика АЭ аппаратуры, включая название фирмы-изготовителя,

модель и номер прибора ________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

8. Число и тип преобразователей: ________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

9. Контактная среда: ___________________________________________________________

10. Режим работы аппаратуры АЭ и проверка ее работоспособности до испытаний

и после испытаний):

коэффициент предварительного усиления ______________ дБ

(_________ дБ);

коэффициент основного усиления на каналам ___________ дБ

(____________);

уровень дискриминации по каналам _______________ дБ

(____________ мкВ);

уровень собственных шумов (приведенных ко входу

предусилителя): _____________ дБ (_____________________ мкВ);

рабочая полоса частот: __________-________ кГц.

11. Изменение параметров аппаратуры в ходе испытаний:____________________________

12. Перечень приложений:

эскиз объекта контроля и схема расстановки

преобразователей АЭ;

график нагружения;

результаты регистрации АЭ (рис._______________________________________________)

Основные сведения о результатах контроля:

(включая описание источников и распределение их по классам - "пассивный",

"активный", "критически активный", "катастрофически активный" - и критериям).

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

Обследование провели:

операторы акустико-

эмиссионного контроля

подписьфамилия

I уровня квалификации ______________ (__________________)

подписьфамилия

I уровня квалификации ______________ (__________________)

подписьфамилия

Объект контроля:_____________________________________________________________

Кем проводился контроль: _____________________________________________________

Детальная информация о выполненном акустико-эмиссионном

контроле содержится в отчете.

В результате проведения акустико-эмиссионного контроля при гидро-(пневмо)

испытании объекта были выявлены следующие ("пассивные", "активные",

"критически активные", "катастрофически активные") источники акустической

эмиссии, на основании чего сделано следующее заключение: ________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Изучение включает получение справочных данных из технической документации, справочников и другой технической литературы, а также проведение специальных лабораторных или промышленных экспериментов

Исполнитель контроля

Организация, выполняющая акустико-эмиссионный контроль. Соответствует термину "поставщик" (сервисная организация) стандарта ИСО 9004-2

Заказчик контроля

Организация, заказывающая выполнение акустико-эмиссионного контроля. Соответствует термину "потребитель" стандарта ИСО 9004-2

Владелец объекта контроля

Организация, владеющая объектом контроля

Методика акустико-эмиссионного контроля

Технологические операции с указанием их параметров по выполнению акустико-эмиссионного контроля конкретного объекта

Чувствительный элемент преобразователя АЭ

Часть преобразователя, где происходит непосредственное преобразование акустического сигнала в электрический

Зонный контроль

Контроль определенной зоны объекта без определения координат источника АЭ

Уровень шумов

Среднеквадратичное значение сигнала шумов

Средства акустико-эмиссионного контроля

Технические средства, включающие преобразователи АЭ, соединительные кабели, волноводы, контактные среды, аппаратуру



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:

  • метод АЭ-контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;
  • метод АЭ-контроля обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам - позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей мм. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1*10 -6 мм 2 , что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм;
  • свойство интегральности метода АЭ-контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ-контроля, неподвижно установленных на поверхности объекта;
  • метод АЭ позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов;
  • положение и ориентация объекта не влияет на выявляемость дефектов;
  • метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой материалов;
  • особенностью метода АЭ, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудность выделения сигналов АЭ из помех. Это объясняется тем, что сигналы АЭ являются шумоподобными, поскольку АЭ есть стохастический импульсный процесс. Поэтому, когда сигналы АЭ малы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу.

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

  1. Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления источников АЭ в месте их расположения проводят контроль одним из регламентируемых методов неразрушающего контроля (ПК): ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД), проникающими веществами и другими, предусмотренными нормативно-техническими документами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов, находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем применяемых методов неразрушающего контроля, поскольку в случае использования регламентируемых методов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему) контролируемого объекта.
  2. Проводят контроль одним или несколькими методами НК. При обнаружении недопустимых (по нормам регламентируемых методов контроля) дефектов или при возникновении сомнения в достоверности применяемых методов НК проводят контроль объекта с использованием метода АЭ. Окончательное решение о допуске объекта в эксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатам проведенного АЭ контроля.
  3. В случае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов НК, метод АЭ используют для слежения за развитием этого дефекта. При этом может быть использован экономный вариант системы контроля, с применением одноканальной или малоканальной конфигурации акустико-эмиссионной аппаратуры.
  4. Метод АЭ в соответствии с требованиями нормативно-технических документов к эксплуатации сосудов, работающих под давлением, применяют при пневмоиспытании объекта в качестве сопровождающего метода, повышающего безопасность проведения испытаний. В этом случае целью применения АЭ контроля служит обеспечение предупреждения возможности катастрофического разрушения. Рекомендуется использовать метод АЭ в качестве сопровождающего метода и при гидроиспытании объектов.
  5. Метод АЭ может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурса производится с использованием специально разработанных методик, согласованных в установленном порядке. При этом достоверность результатов зависит от объема и качества априорной информации о моделях развития повреждений и состояния материала контролируемого объекта

Порядок применения метода акустической эмиссии

  1. АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен нормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
  2. АЭ контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-технической документацией на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля одним из регламентируемых методов, но по техническим или другим причинам проведение такого контроля невозможно.
  3. Допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методов неразрушающего контроля по согласованию в установленном порядке.

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:

  • Источник I класса - пассивный источник.
  • Источник II класса - активный источник.
  • Источник III класса - критически активный источник.
  • Источник IV класса - катастрофически активный источник.

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).

Источник Класс Рекомендуемые действия
Пассивный I регистрируют для анализа динамики его последующего развития
Активный II
  1. регистрируют и следят за развитием ситуации в процессе выполнения данного контроля;
  2. отмечают в отчете и записывают рекомендации по проведению дополнительного контроля с использованием других методов.
Критически активный III
  1. регистрируют и следят за развитием ситуации в класса процессе выполнения данного контроля;
  2. предпринимают меры по подготовке возможного сброса нагрузки.
Катастрофически активный IV
  1. производят немедленное уменьшение нагрузки до 0, либо до величины, при которой класс источника АЭ снизится до уровня II или III класса;
  2. после сброса нагрузки проводят осмотр объекта и при необходимости контроль другими методами.

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:

  1. Емкостного, колонного, реакторного, теплообменного оборудования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
  2. Изотермических хранилищ
  3. Хранилищ сжиженных углеводородных газов под давлением
  4. Резервуаров нефтепродуктов и агрессивных жидкостей
  5. Оборудования аммиачных холодильных установок
  6. Сосудов, аппаратов
  7. Технологических трубопроводов (газопроводов, продуктопроводов, промысловых магистральных трубопроводов нефти и газа)
  8. Трубопроводов пара и горячей воды и их элементов.

Сравнительная оценка методов неразрушающего контроля (НК) и метода акустической эмиссии (АЭ):

Традиционные методы НК Метод акустической эмиссии
Большая трудоемкость подготовительных работ и контроля Трудоемкость подготовительных работ и контроля в десятки (сотни) раз меньше
Невозможность распознавания дефектов, которые развиваются под действием эксплуатационных нагрузок Обнаруживаются и локализуются наиболее опасные (развивающиеся под действием эксплуатационных нагрузок) виды дефектов
Для проведения контроля требуется полное прекращение эксплуатации объекта Контроль может осуществляться в условиях реальной эксплуатации или при воздействии эквивалентных испытательных нагрузок при кратковременном останове


Предыдущая статья: Следующая статья:

© 2015 .
О сайте | Контакты
| Карта сайта