Технология АЭ диагностики

Работы по АЭ диагностике проводятся по программе, которая разрабатывается индивидуально на каждый обследуемый объект и регламентирует все этапы проведения контроля, критерии оценки качества, способы анализа результатов. Перед проведением АЭ контроля исполнитель должен тщательно изучить объект контроля с целью получения данных для разработки конкретной технологии АЭ контроля данного объекта [52, 67, 68, 69].

Необходимые акустические и АЭ параметры объекта контроля – это данные о характере посторонних шумов, затухании упругих колебаний в объекте в том диапазоне, который используется для контроля и измерение скорости распространения сигнала АЭ в материале конструкции. Исследование акустических свойств объекта проводится для получения данных, которые используют для составления схемы расстановки преобразователей АЭ, определения их количества, установления критерия, по которому оценивается состояние объекта контроля по результатам АЭ контроля.

Метод акустической эмиссии реализуется в процессе активного нагружения контролируемого объекта. Для проведения АЭ диагностики к объекту контроля должны быть приложены статические и/или динамические нагрузки повышением давления при гидравлических или пневматических испытаниях, либо должны быть созданы поля напряжений механическим нагружением объекта.

Испытания объекта разделяют на два этапа: предварительный и рабочий. Предварительные испытания проводят при циклическом нагружении в диапазоне давлений 0-1/4 рабочего давления с целью исследования объекта контроля как акустического канала, устранения источников шумов и установления уровня дискриминации, расстановки преобразователей, проверки чувствительности используемых каналов аппаратуры, опрессовки заглушек и уплотнений. На рабочем этапе происходит сбор информации контроля.

При контроле методом АЭ на конструкции устанавливаются несколько стационарных датчиков, позволяющих контролировать объем в пределах сферы их действия. Точность определения координат дефектных мест крупногабаритных объектов составляет порядок толщины стенки объекта контроля, что часто не позволяет определять глубину залегания дефектов в толстостенных конструкциях. Однако этот недостаток покрывается возможностью определения степени опасности растущих дефектов самых малых размеров. Кроме того, если требуется определять координаты дефектов с большей точностью, можно провести более детальную инспекцию другими методами [1].

Выбор схемы расстановки преобразователей осуществляется исходя из задач контроля и возможностей аппаратуры. Определение координат источников АЭ происходит по разности времени прихода сигнала на группу датчиков.

Схема расстановки датчиков определяется задачей контроля, требуемой точностью локации источников АЭ. Типы локации разделяются на линейную и пространственную. Существуют следующие схемы локации:

• независимое размещение;

• зональное размещение;

• линейное размещение;

• прямоугольное размещение;

• треугольное размещение.

После расстановки преобразователей производится проверка их чувствительности и калибровка системы локации.

Калибровка системы осуществляется при помощи датчика-имитатора, если таковой входит в состав системы, или излома графитового стержня карандаша (источник Су-Нильсена). Диаметр стержня выбирают в диапазоне 0,2-0,5 мм, твердость ТМ - 2Т (НВ - 2Н) [52, 67, 68, 69].

В АЭ системах обработка и анализ акустических сигналов осуществляется в следующем порядке:

• одновременно с оцифровкой поступающего сигнала АЭ локализуется пространственное положение источника АЭ и отбрасываются ложные сигналы;

• импульсы, местоположение которых может быть точно локализовано, поступают в ходе обработки в блок спектрально анализа и в блоки определения параметров АЭ (энергетические характеристики и число событий АЭ).

После испытаний обработка данных производится с помощью набора специальных программ. Определяется локализация источников, оценка уровня опасности. С развёртки места локации источники АЭ переносятся на эскиз объекта контроля и определяются места нарушения.

Исследования явления АЭ, проводимые в различных условиях и на различных материалах, показывают, что сигналы АЭ имеют широкий спектр амплитудно-временных параметров. Сигнал АЭ может быть зарегистрирован на любой частоте, но амплитуда регистрируемого сигнала убывает пропорционально частоте. По этой причине очевидно стремление к регистрации АЭ сигналов на низких частотах, тем более что затухание упругих волн существенно возрастает с увеличением частоты. Однако с уменьшением частоты возрастают акустические помехи преобразователя АЭ сигналов и электронной аппаратуры. Этот факт налагает жёсткие требования, предъявляемые не только к регистрируемой аппаратуре, но и методам обработки и анализа информации. Кроме собственных шумов аппаратуры тракты приёма и обработки информации могут быть подвержены внешним шумам, для уменьшения которых широкое распространение получили активные и пассивные способы подавления помех [52].

Активные способы подавления помех заключаются в подавлении самого источника шума или уменьшении его влияния на исследуемый объект. Данный способ в основном используется для подавления шумов механического характера, создаваемых самим испытательным оборудованием: механическими и гидравлическими нагружающими машинами. Активные способы эффективны при проведении испытаний материалов в лабораторных условиях. При проведении исследований, контроля и прогноза на реальных объектах активные способы практически невозможно реализовать.

Пассивные методы борьбы с шумами и помехами используются практически во всех устройствах и системах регистрации и обработки сигналов АЭ. К ним относятся:

• амплитудная дискриминация;

• частотная фильтрация;

• временная селекция;

• параметрическая селекция;

• пространственная селекция;

• двухпараметрическая селекция;

• в некоторых системах АЭ возможно использование прямого вычитания сигналов помех из всей совокупности зарегистрированных сигналов АЭ, для чего производится предварительная запись сигналов помех в конкретных условиях работы нагружающего оборудования и действия других видов помех.

Во время постобработки полученной информации о характеристиках зарегистрированных АЭ сигналов используются механизмы фильтрации, которые основаны на характерных особенностях характеристик АЭ сигналов для различных металлов, например, отношение длительности ко времени нарастания сигнала АЭ, амплитуда сиг-пала, частотный диапазон, амплитуда и скорость счёта, длительность сигнала.