Схемы применения акустико-эмиссионного метода контроля

Современные системы измеряют как отдельные параметры АЭ сигнала: амплитуду, длительность, энергию, осцилляции, время прихода, время нарастания и другие параметры, связанные с его частотными характеристиками, так и форму оцифрованного сигнала. Анализ совокупности параметров последовательности АЭ сигналов позволяет определять местоположение источника, его тип и степень опасности. Детальный анализ формы/спектра оцифрованного сигнала служит для уточнения типа источника и характеристик распространения сигнала.

Метод АЭ рекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующим схемам, включающим в ряде случаев использование других методов неразрушающего контроля.

1. Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления источников АЭ, в месте их расположения проводят контроль одним из традиционных методов неразрушающего контроля (НК) - ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД), капиллярным (КД) и другими, предусмотренными нормативно-техническими документами (НТД). 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.

2. Проводят контроль одним или несколькими методами НК. При обнаружении недопустимых (по нормам традиционных 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 о ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатам проведенного АЭ контроля.

3. В случае наличия в контролируемом 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 может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурса производится с использованием специально разработанной методики.

Порядок применения метода акустической эмиссии

1. АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен Правилами безопасности или технической документацией на объект.

2. АЭ контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-технической документацией (НТД) на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля (УЗК, радиационным, МПД, КД и другими методами НК), но по техническим или другим причинам проведение неразрушающего контроля указанными методами затруднительно или невозможно.

3. Метод АЭ целесообразно применять как можно шире, т. к. он позволяет не только обнаружить развивающиеся дефекты, но и оценить степень их опасности.

Преобразователи АЭ

Одним из основных элементов технических средств АЭ контроля являются ПАЭ. Они определяют чувствительность контроля и рабочий частотный диапазон. Рабочую частоту выбирают исходя из условий шумов, акустического затухания в объекте. Для контроля сосудов, котлов и аппаратов рекомендуется использовать диапазон 100... 500 кГц. При контроле технологических трубопроводов можно использовать более низкий диапазон частот - 20... 60 кГц. 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 ПАЭ 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 ПАЭ для партии преобразователей, используемых при контроле объекта, не должен превышать 3 дБ. Рекомендуется использовать преимущественно резонансные ПАЭ.

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

ПАЭ крепят 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.

Сигнальный кабель и предварительный усилитель (предусилитель) должны быть зафиксированы. Предусилитель размещают вблизи ПАЭ или непосредственно в его корпусе. Длина сигнального кабеля, соединяющего ПАЭ 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 объекта, либо с использованием волновода. Рекомендуется использовать ненаправленные преобразователи. При контроле линейных объектов (трубопроводов) либо при контроле определенных зон допускается использовать направленные ПАЭ. Для толстостенных объектов (при условии лямбда << t <= 0,1L, где t - толщина стенки, лямбда - длина волны на рабочей частоте, L - расстояние между ПАЭ) возможно применение пьезопреобразователей поверхностных волн.

При установке ПАЭ на объект контроля акустическая контактная среда должна обеспечивать эффективную акустическую связь ПАЭ с объектом и в то же время не должна оказывать нежелательное воздействие на контролируемый объект. Контактная среда должна обеспечивать надежный акустический контакт в течение всего времени испытаний при температуре контролируемого объекта. Рекомендуется использовать контактную среду с минимальным затуханием. В качестве контактной среды можно использовать эпоксидную смолу без отвердителя, машинное масло, глицерин и другие жидкие среды. Допускается применение волноводов. Поверхность объекта контроля в месте установки ПАЭ зачищают до чистоты не хуже Rz40.

При АЭ контроле не допускается устанавливать и удерживать (крепить) ПАЭ на объекте с использованием удерживания рукой.

Затухание в кабельной линии, соединяющей преобразователь АЭ с предусилителем не должно превышать 3 дБ.

После установки ПАЭ на объект контроля производят проверку их работоспособности с использованием имитаторов АЭ. В качестве имитатора сигналов АЭ используют 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:

Ø частота следования импульсов - 1... 100 Гц;

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

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

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

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

Повторная "калибровка" акустического канала после проведения АЭ контроля должна выполняться всегда, после окончания работы (АЭ контроля).

 

Определение коэффициента электроакустического преобразования эталонного ПАЭ путем измерения амплитуды динамического смещения поверхности твердого тела и амплитуды импульсной характеристики производят с использованием образцовых средств измерений.

Калибровку рабочих ПАЭ производят независимые специализированные организации с использованием эталонных ПАЭ. Определение основных параметров рабочих ПАЭ осуществляют владельцы ПАЭ с использованием методик в соответствии с требованиями нормативно-технической документации. Калибровка эталонных ПАЭ должна проводиться один раз в год. Определение основных параметров рабочих ПАЭ должна проводиться перед каждым контролем, но не реже одного раза в год. Результаты калибровки заносят в паспорт ПАЭ.