Технологии контроля качества трубопровода акустико эмиссионным методами. Акустическая эмиссия трубопроводов. Схемы проведения экспериментальных исследований

Неразрушающий контроль (НК) - технологический контроль надежности параметров объета или его элементов. При его проведении исследуемый объект не выводится из работы, не демонтируется.

Неразрушающий контроль применяется для диагностики зданий и сооружений, а также для сложного технологического оборудования. Технология неразрушающего контроля безопасна и является важнейшим элементом экспертизы промышленной безопасности. Благодаря неразрушающему контролю обеспечивается техническая безопасность на любых объектах.

Метод Акустико-эмиссионного контроля

Акустико-эмиссионный метод (АЭ) - основан на явлении, называемом акустической эмиссией. При возникновении и распространении акустических волн при деформации напряжённого материала или истечении газов и других процессах возникают упругие колебания акустических волн, данные которых используются для определения образования дефектов на начальной стадии разрушения конструкции. Благодаря движению среды возможно использование АЭ для дигностики процессов и материалов, таких как критерий целостности материала.
Метод акустико-эмиссионного неразрушающего контроля — это контроль технического состояния объектов обследования. Основан он на принципах излучения и регистрации волн напряжений в материале, который подвергается нагрузке силой, давлением, температурой и тп. Выбор вида нагрузки определяется условиями работы обследуемого объекта, его конструкцией, характером испытаний.

Применение
Данный метод применим во время изготовления объектов контроля, в процессе их производственных испытаний, при техническом освидетельствовании, а также, непосредственно, в процессе экплуатации.

Зачем нужен метод АЭ контроля?

Цель акустико-эмиссионного НК — обнаружить, определить координаты и отследить источники акустической эмиссии, которые связанны с несплошностями на поверхности или в объеме стенки сосуда, сварного соединения и изготовленных частях и компонентах.
При наличии технических возможностей, необходимо оценить источники АЭ другими методами НК.
Акустико-эмиссионный метод НК может быть использован для того, чтобы оценить скорость развития дефекта. При этом есть возможность заблаговременно прекратить испытания и предотвратить разрушение объекта (изделия). Этот метод позволяет определить образование различных трещин, протечек и прочих неисправностей в уплотнениях, заглушках, арматуре.

Кто такой дефектоскопист?

Дефектоскопист — это специалист по неразрушающему контролю. В обязанности дефектоскописта входит диагностика объектов, а также их частей (узлов) на предмет выявления различных дефектов. Одно только название профессии говорит о том, что профессия дефектоскописта очень ответственная, многопрофильная, непростая. Специалист неразрушающего контроля должен уверенно работать с дорогостоящим и сложным оборудованием, обладать обширными техническими знаниями, знать стандарты, нормы дефектоскопистов, регламенты и различного рода документацию.

Аттестация дефектоскописта

Аттестация (сертификация) персонала на неразрушающие методы контроля на I, II и III уровни квалификации проходит в соответствии с требованиями .

Для точного расчета стоимости аттестации, необходимо выбрать методы и объекты, по которым Вам необходимо обучиться.

Основные методы и объекты неразрушающего контроля (НК)

Методы дефектоскопии:

• - основан на явлении, называемом акустической эмиссией. При возникновении и распространении акустических волн при деформации напряжённого материала или истечении газов и других процессах возникают упругие колебания акустических волн, данные которых используются для определения образования дефектов на начальной стадии разрушения конструкции. Благодаря движению среды возможно использование АЭ для дигностики процессов и материалов, таких как критерий целостности материала;
• - основанный на исследовании процесса распространения ультразвуковых колебаний с частотой 0,5 - 25 МГц в контролируемых изделиях с помощью специального оборудования - ультразвукового дефектоскопа;
• Магнитный (МК) - основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом;
• Электрический (ЭК) - основанный на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом или возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия;
• Вихретоковый (ВК) - основанный на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте;
• Радиоволновой (РВК) - основанный на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом;
• Тепловой (ТК) - основанный на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов, вызванных дефектами;
• Оптический (ОК) - основанный на регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом;
• — основанный на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. Слово «радиационный» может заменяться словом, обозначающим конкретный вид ионизирующего излучения, например, рентгеновский, нейтронный и т. д.;
• Проникающими веществами - основанный на проникновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта. Существует несколько видов данного метода, например «капиллярный (ПВК)», или «течеискание (ПВТ)», который используется при выявлении сквозных дефектов;
• — основанный на визуальном осмотре и контроле качества сварочных швов, подготовке и сборки заготовок под сварку. Цель данного осмотра — выявить вмятины, заусенцы, ржавчину, прожоги, наплыви и прочие видимые деффекты. Этот метод предшествует остальным методам дефектоскопии и является базовым;
• Вибордиагностический (ВД ) – основанный на анализе параметров вибрации, возникающей при работе контролируемого объекта. Вибрационная диагностика нацелена на поиск неисправностей и оценку технического состояния объекта вибрационно-диагностического контроля.

Объекты дефектоскопии:

1. Объекты котлонадзора

• 1.1. Паровые и водогрейные котлы
• 1.2. Электрические котлы
• 1.3. Сосуды, работающие под давлением свыше 0,07 МПа
• 1.4. Трубопроводы пара и горячей воды с рабочим давлением пара более 0,07 МПа и температурой воды свыше 115°С
• 1.5. Барокамеры

2. Системы газоснабжения (газораспределения)

• 2.1. Наружные газопроводы
• 2.1.1. Наружные газопроводы стальные
• 2.1.2. Наружные газопроводы полиэтиленовые
• 2.2. Внутренние газопроводы стальные
• 2.3. Детали и узлы, газовое оборудование

3. Подъемные сооружения

• 3.1. Грузоподъемные краны
• 3.2. Подъемники (вышки)
• 3.3. Канатные дороги
• 3.4. Фуникулеры
• 3.5. Эскалаторы
• 3.6. Лифты
• 3.7. Краны-трубоукладчики
• 3.8. Краны-манипуляторы
• 3.9. Платформы подъемные для инвалидов
• 3.10. Крановые пути

4. Объекты горнорудной промышленности

• 4.1. Здания и сооружения поверхностных комплексов рудников, обогатительных фабрик, фабрик окомкования и аглофабрик
• 4.2. Шахтные подъемные машины
• 4.3. Горно-транспортное и горно-обогатительное оборудование

5. Объекты угольной промышленности

• 5.1. Шахтные подъемные машины
• 5.2. Вентиляторы главного проветривания
• 5.3. Горно-транспортное и углеобогатительное оборудование

6. Оборудование нефтяной и газовой промышленности

• 6.1. Оборудование для бурения скважин
• 6.2. Оборудование для эксплуатации скважин
• 6.3. Оборудование для освоения и ремонта скважин
• 6.4. Оборудование газонефтеперекачивающих станций
• 6.5. Газонефтепродуктопроводы
• 6.6. Резервуары для нефти и нефтепродуктов

7. Оборудование металлургической промышленности

• 7.1. Металлоконструкции технических устройств, зданий и сооружений
• 7.2. Газопроводы технологических газов
• 7.3. Цапфы чугуновозов, стальковшей, металлоразливочных ковшей

8. Оборудование взрывопожароопасных и химически опасных производств

• 8.1. Оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, работающих под давлением до 16 МПа
• 8.2. Оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, работающих под давлением свыше 16 МПа
• 8.3. Оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, работающих под вакуумом
• 8.4. Резервуары для хранения взрывопожароопасных и токсичных веществ
• 8.5. Изотермические хранилища
• 8.6. Криогенное оборудование
• 8.7. Оборудование аммиачных холодильных установок
• 8.8. Печи
• 8.9. Компрессорное и насосное оборудование
• 8.10. Центрифуги, сепараторы
• 8.11. Цистерны, контейнеры (бочки), баллоны для взрывопожароопасных токсичных веществ
• 8.12. Технологические трубопроводы, трубопроводы пара и горячей воды

9. Объекты железнодорожного транспорта:

• 9.1. Подвижной состав и контейнеры, предназначенные для транспортирования опасных
  веществ.
• 9.2. Железнодорожные подъездные пути.

10. Объекты хранения и переработки зерна:

• 10.1. Воздуходувные машины (турбокомпрессоры воздушные, турбовоздуходувки).
• 10.2. Вентиляторы (центробежные, радиальные, ВВД).
• 10.3. Дробилки молотковые, вальцовые станки, энтолейторы.

11. Здания и сооружения (строительные объекты)

• 11.1. Металлические конструкции
• 11.2. Бетонные и железобетонные конструкции
• 11.3. Каменные и армокаменные конструкции

Выучиться на дефектоскописта

Конечно же труд дефектоскописта должен быть основан на обширных знаниях, которые можно получить, пройдя курсы дефектоскопистов. Обучение по профессии дефектоскопист акустико- эмиссионного метода НК в Москве проводят специальные независимые органы по аттестации персонала системы неразрушающего контроля. Получив образование, проводится аттестация дефектоскописта, по результатам которой выдается удостоверение инженера дефектоскописта. Наша компания поможет Вам и Вашим сотрудникам выучиться на дефектоскописта различных видов, в данном случае, дефектоскопист акустико-эмиссионного метода НК, без отрыва от производства .

Зачем нужна аттестация дефектоскописта?

Согласно , все специалисты неразрушающего контроля (дефектоскописты) должны проходить аттестацию, при проведении контроля методами установленными п.17 методами на объектах, установленных Приложением 1.

Аттестацией своих специалистов долнжы заниматься предприятия и организации, осуществляющие деятельность по неразрушающему контролю при технической диагностике, ремонте, реконструкции зданий и сооружений, а также их частей и технических устройств на производственных объектах связанных с повышенной опасностью. Также организации, занимающиеся аттестацией, повышением квалификации персонала должны пройти аттестацию в специальных независимых органах по аттестации персонала системы неразрушающего контроля.

3 уровня квалификации дефектоскописта :

I уровень квалификации — специалист НК, обладающий умениями, знаниями и навыками согласно п. 1.2 Приложения 4.

Специалист НК I уровня квалификации может выполнять работы по незразрущающему контролю определенным методом НК, определенных объектов, согласно инструкции, строго соблюдая технологию и методику НК и под контролем персонала уровня квалификации выше, чем у него.

В обязанности дефектоскописта I уровня входит:

• настройка оборудования, которое используется для осуществления НК соответствующим методом;
• выполнение НК методом, на который аттестован;
• описание результатов наблюдения и контроля.

Специалист I уровня квалификации не может осуществлять самостоятельный выбор метода НК, оборудования, технологии и режима контроля, проводить оценку результатов контроля.

II уровень квалификации — специалист НК, обладающий знаниями, умениями и навыками согласно пп 2.2 и 2.3 Приложения 4.

Специалист НК II уровня квалификации может выполнять работы по незразрушающему контролю, обладает достаточной квалификацией для руководства НК в соответствии с нормативно-технической документацией, для выбора способа контроля, ограничения области применения метода. Производит настройку оборудования, проводит оценку качества объекта или элемента в соответствии с документами, документирует полученные результаты, разрабатывает инструкции и различные документы по конкретной продукции в области своей аттестации, подготавливает и руководит специалистами I уровня. Специалист II уровня квалификации НК производит выбор технологии и средств контроля, делает заключение по результатам контроля, который осуществляет он сам или специалист НК I уровня.

III уровень квалификации — специалист НК, обладающий знаниями, умениями и навыками согласно п.3 Приложения 4.

Специалист НК III уровня квалификации обладает квалификацией, необходимой для руководства любыми операциями по методу НК, по которому он аттестован, осуществляет самостоятельный выбор методов и способов НК, персонала и оборудования. Руководит работой персонала I и II уровней, и выполняет работы, которые входят в обязанности этих уровней. Контролирует и согласовывает технологическую документацию, которая разработана специалистами II уровня. Занимается разработкой методических документов и технических регламентов по НК, а также оценкой и интерпретацией результатов контроля. Участвует в подготовке, аттестации персонала на I, II, III уровни, если уполномочен Независимым органом. Инспектирует работы, которые выполнены персоналом I и уровней, занимается выбором технологии и средств контроля, делает заключение по его результатам, которое он выполнил сам, или же специалист I уровня под его наблюдением.

Существуют также различные разряды дефектоскопистов , которые они получают непосредственно на предприятиях, где они работают.

Вы можете пройти обучение независимо от того, какую квалификацию уже имеете на данный момент. Если у вас уже есть стаж работы по профессии, и вы хотите повысить свой статус до дефектоскописта 6 разряда, вам необходимо пройти повышение квалификации дефектоскопистов. Для специалистов с недостаточным стажем и знаниями существуют курсы, где проходит профессиональная подготовка дефектоскопистов, где вы сможете учиться на дефектоскописта «с нуля».

ВАЖНО

Для того, чтобы заниматься деятельностью по неразрушающему контролю акустико-эмиссионного метода НК работнику необходимо получить заключение врача терапевта и окулиста, о состоянии здоровья.

Срок действия аттестации дефектоскописта I, II уровней — 3 года, III уровня — 5 лет с момента аттестации.

Стоимость удостоверения дефектоскописта рассчитывается только по заявке, исходя из того, по каким работам и видам деятельности будет производится аттестация!

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.

ГОСТ Р 52727-2007

Группа Т59

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Техническая диагностика

АКУСТИКО-ЭМИССИОННАЯ ДИАГНОСТИКА

Общие требования

Technical diagnostics. Acoustic-emission diagnostics.
General requirements

ОКС 77.040.10

Дата введения 2007-10-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" , а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН ИЯР РНЦ "КИ", Самарским филиалом ОАО "Оргэнергонефть", ФГУП "ОКБМ им. Африкантова"

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 "Техническая диагностика"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 июня 2007 г. N 134-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Метод акустической эмиссии относится к акустическим методам неразрушающего контроля и технической диагностики. В основе метода лежит физическое явление излучения волн напряжений при быстрой локальной перестройке структуры материала. Явление акустической эмиссии наблюдается в широком диапазоне материалов, структур и процессов. Спектр сигналов акустической эмиссии лежит в звуковом и ультразвуковом диапазонах. Рабочий частотный диапазон аппаратуры может меняться в пределах от 10 кГц до 1 МГц в зависимости от типа, размеров, акустических свойств объекта, а также параметров шумов на объекте.

Источником акустико-эмиссионной энергии служит переменное поле упругих напряжений от развивающихся дефектов. Для стимуляции дефектом излучения акустических волн объект, как правило, нагружают механическим или тепловым способом. В тех случаях, когда источниками излучения являются процессы активной коррозии, дополнительное нагружение не только не обязательно, но, напротив, должно быть ограничено для снижения возможных помех.

Как структурно чувствительный метод акустическая эмиссия обеспечивает обнаружение процессов пластической деформации, собственно разрушения и фазовых переходов. Кроме того, метод позволяет выявлять истечение рабочей среды (жидкости или газа) через сквозные отверстия в объекте, а также трение поверхностей. Указанные свойства акустико-эмиссионного метода дают возможность формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки технического состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на прочность и работоспособность объекта.

Настоящий стандарт служит методической основой применения акустико-эмиссионного метода при решении широкого класса инженерных задач, требующих оперативной оценки характеристик развивающегося поля дефектов в материале ответственных технических объектов.

1 Область применения

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает порядок применения приемов акустико-эмиссионной диагностики при неразрушающем контроле, разрушающем контроле (исследовании), техническом диагностировании, техническом освидетельствовании, обследовании, экспертизе промышленной безопасности сложных технических систем (технических устройств, зданий, сооружений и их элементов, мостов, строительных конструкций и других объектов, разрушение которых наносит ущерб или ухудшает безопасность) с целью оценки соответствия их требованиям промышленной безопасности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 27655-88 Акустическая эмиссия. Термины и обозначения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27655 , а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 исполнитель контроля: Организация, выполняющая акустико-эмиссионный контроль.

3.2 заказчик контроля: Организация, заказывающая выполнение акустико-эмиссионного контроля.

3.3 методика акустико-эмиссионной диагностики (контроля): Технологические операции с указанием их параметров по выполнению акустико-эмиссионной диагностики (контроля) конкретного объекта.

3.4 чувствительный элемент преобразователя акустической эмиссии: Часть преобразователя, где происходит непосредственное преобразование акустического сигнала в электрический.

3.5 техническое состояние: Состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

3.6 техническое диагностирование: Определение технического состояния объекта.

3.7 экспертиза промышленной безопасности: Оценка соответствия объекта экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности, результатом которой является заключение.

3.8 сигнал акустической эмиссии: "Полезный" сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу.

3.9 шум: Непрерывный сигнал, не связанный с наличием дефектов в объекте и мешающий обнаружению сигналов акустической эмиссии и измерению их параметров.

3.10 помеха: Импульсный сигнал, имеющий акустическую или электромагнитную природу происхождения, не связанный с наличием дефектов в объекте.

3.11 испытания: Техническая операция, заключающаяся в установлении одной или нескольких характеристик объекта в соответствии с установленной процедурой.

3.12 порог аппаратуры акустической эмиссии: Параметр настройки аппаратуры, выраженный в вольтах, выше значения которого сигналы акустической эмиссии принимаются и обрабатываются.

3.13 предельная чувствительность аппаратуры акустической эмиссии: Параметр аппаратуры акустической эмиссии, выраженный в вольтах, соответствующий среднеквадратическому значению собственных тепловых (или электронных) шумов аппаратуры с подключенным преобразователем АЭ, приведенный ко входу.

3.14 рабочее давление: Избыточное давление, характеризующее эксплуатационные качества сосуда, гарантируемые заводом-изготовителем, или установленное экспертной организацией по результатам обследования его технического состояния при восстановлении технического паспорта и указанное в удостоверении о качестве изготовления сосуда.

3.15 пробное давление: Избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность.

3.16 испытательное давление: Избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность в сопровождении акустико-эмиссионного контроля.

4 Требования к безопасности работ

4.1 К проведению АЭ диагностирования (контроля) допускаются лица, аттестованные на I, II, III уровни квалификации в области АЭ контроля. Заключение по результатам АЭ контроля могут подписывать специалисты II и III уровней квалификации.

4.2 При проведении работ по АЭ диагностированию (контролю) оператор должен руководствоваться ГОСТ 12.2.003 , ГОСТ 12.3.002 и правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденными Госэнергонадзором (Ростехнадзором).

4.3 Работу следует проводить в соответствии с требованиями безопасности, изложенными в инструкции по эксплуатации аппаратуры, входящей в состав используемых средств измерений.

4.4 В методике проведения контроля конкретного элемента технической системы должны быть указаны требования, соблюдение которых обязательно при работе по контролю объектов на данном предприятии.

4.5 При организации работ по контролю следует соблюдать требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением .

5 Общие положения

Метод акустической эмиссии (АЭ) является чувствительным к любым видам структурных изменений в широком частотном диапазоне работы (обычно от 10 до 1000 кГц). Оборудование способно регистрировать не только хрупкий рост трещин, но также процессы развития локальной пластической деформации, затвердевания, кристаллизации, трения, ударов, течеобразований и фазовых переходов. Основные приложения, в которых используют АЭ метод контроля:

- периодический контроль целостности конструкций;

- контроль целостности конструкции в период опрессовки;

- контроль работоспособности объекта при пневмоиспытании;

- мониторинг (длительный контроль с одновременной обработкой результатов в режиме реального времени) целостности объекта;

- контроль процесса сварки;

- контроль износа и соприкосновения оборудования при автоматической механической обработке;

- контроль износа и потерь смазки на объектах;

- обнаружение потерянных частей и частиц оборудования;

- обнаружение и контроль течей, кавитации и потоков жидкости в объектах;

- контроль химических реакций, включающий контроль коррозионных процессов, а также процессов жидко-твердого перехода, фазовых превращений.

Метод АЭ позволяет получать в реальном времени информацию о состоянии контролируемого объекта путем регистрации и анализа акустического излучения, сопровождающего процессы перестройки структуры твердого тела, истечения жидких и газообразных сред, трения поверхностей.

5.1 Характерные особенности АЭ метода, определяющие его возможности, параметры и области применения

5.1.1 АЭ метод обеспечивает обнаружение и регистрацию развивающихся или склонных к развитию дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.

5.1.2 В производственных условиях АЭ метод позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по расчетным оценкам составляет порядка 1·10 мм, что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на 1 мкм. В производственных условиях могут быть выявлены скачки трещин 0,1-0,3 мм и более.

Метод АЭ позволяет обнаруживать как поверхностные, так и внутренние дефекты в материале объекта.

5.1.3 АЭ метод является дистанционным. Это свойство обеспечивает выполнение контроля всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей акустической эмиссии (ПАЭ), неподвижно установленных на поверхности объекта.

5.1.4 Положение и ориентация объекта не влияют на выявляемость дефектов.

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

5.1.6 Ограничение использования метода в условиях сильных помех определяется трудностью выделения полезных сигналов АЭ из помех, имеющих схожие характеристики.

5.1.7 При начале нестабильного развития дефекта амплитуда и энергия сигналов АЭ, а в некоторых случаях и активность акустической эмиссии резко увеличиваются. Фактор роста АЭ параметров при достижении дефектом критического размера используют в критериях оценки опасности источников и позволяет с большой вероятностью обнаруживать опасные источники АЭ.

5.2 АЭ метод может быть использован для контроля объектов при их изготовлении - в процессе приемочных испытаний, при периодических технических освидетельствованиях, в процессе эксплуатации.

5.3 Основные задачи АЭ контроля включают в себя:

- обнаружение и регистрацию источника акустической эмиссии;

- определение координат источника;

- определение типа источника;

- оценку опасности источников, связанных с развивающимися или склонными к развитию дефектами.

5.4 По результатам классификации источников в соответствии с критериями опасности принимают меры по безопасности дальнейшей эксплуатации объекта или вывода его из эксплуатации. Эти меры могут включать в себя использование альтернативных методов неразрушающего контроля (НК) для уточнения характеристик дефекта, связанного с обнаруженным источником, устранение дефекта или последующий контроль за поведением дефекта.

5.5 АЭ метод может быть использован для оценки технического состояния объекта контроля (диагностирования), а также скорости развития дефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний или эксплуатации объекта и предотвращения разрушения изделия.

5.6 Различают два типа акустической эмиссии: непрерывную и дискретную. Регистрация непрерывной АЭ свидетельствует об образовании свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках, арматуре и фланцевых соединениях, а также о процессах пластической деформации. В основе дискретной или импульсной эмиссии лежат такие механизмы излучения волн, как процессы страгивания и скачкообразного продвижения трещины, разрушения включений, коррозии под напряжением и т.д. Различные помехи акустического и электромагнитного происхождения также имеют дискретную природу.

5.7 АЭ контроль технического состояния обследуемых объектов проводят при создании в конструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект, как правило, подвергают нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. В ряде случаев напряженное состояние в объекте контроля создается за счет остаточных напряжений. Выбор вида нагрузки, скорости ее изменения определяет исполнитель контроля с учетом конструкции объекта, условий его работы, характером испытаний.

5.9.1 Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления активных источников АЭ в месте их расположения проводят контроль одним из традиционных методов НК - ультразвуковым, радиационным, магнитно-порошковым, капиллярным и другими, предусмотренными нормативными техническими документами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов, находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем традиционных методов НК, поскольку в случае применения традиционных методов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему) контролируемого объекта. Кроме того, существенно увеличивается достоверность выявления активных (развивающихся или склонных к развитию) дефектов.

5.9.2 Проводят контроль объекта одним или несколькими методами НК. При обнаружении недопустимых (по нормам примененных методов контроля) дефектов или при возникновении сомнения в достоверности применяемых методов НК проводят контроль объекта с использованием АЭ метода в качестве арбитражного метода. Окончательное решение о допуске объекта в эксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают в данном случае по результатам проведенного АЭ контроля.

5.9.3 В случае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов НК, АЭ метод 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.

5.9.4 АЭ метод допускается использовать для непрерывного или периодического мониторинга конструкции. В этом случае происходит регистрация АЭ от дефектов, развивающихся в объекте под воздействием рабочих нагрузок и под влиянием рабочей среды во время эксплуатации объекта.

5.9.5 АЭ метод рекомендуется применять 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 АЭ метод в качестве сопровождающего метода также и при любом другом виде нагружения, в частности при гидроиспытании объектов.

5.9.6 АЭ метод может быть использован для оценки прочности объекта, остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценку ресурса следует проводить с использованием специально разработанных частных методик, согласованных с федеральным органом исполнительной власти, специально уполномоченным в области промышленной безопасности соответствующих объектов. При этом достоверность результатов зависит от объема и качества априорной информации о моделях развития повреждений и состояния материала контролируемого объекта.

5.10 Порядок применения АЭ метода

5.10.1 АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен соответствующими действующими регламентами, Правилами устройства и безопасной эксплуатации соответствующих объектов или техническими документами на объект.

5.10.2 АЭ контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-техническими документами на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля методами УЗК, радиографии, МПД, ЦД и др., но по техническим или иным причинам проведение неразрушающего контроля указанными методами затруднено или невозможно.

5.10.3 Допускается применение АЭ контроля вместо перечисленных в 5.10.2 методов неразрушающего контроля по согласованию с проектной организацией и/или федеральным органом исполнительной власти, специально уполномоченным в области промышленной безопасности соответствующего класса объектов.

5.11 Перед проведением диагностирования конкретного объекта рекомендуется составить соответствующую методику (технологию) и согласовать ее с владельцем объекта.

5.12 Методика АЭ контроля должна удовлетворять требованиям, предъявляемым Ростехнадзором к методическим документам по неразрушающему контролю.

6 Требования к средствам АЭ диагностирования и оборудованию

6.1 К средствам АЭ диагностирования и оборудованию, используемым при выполнении АЭ диагностирования, относятся , :

- ПАЭ с устройствами крепления и материалами для обеспечения акустической связи с объектом контроля;

- имитаторы сигналов АЭ;

- аппаратура, включающая в себя вычислительные средства, предназначенная для приема, обработки, отображения, запоминания и регистрации сигналов АЭ, использующая специализированное программное обеспечение;

- средства, обеспечивающие нагружение контролируемого объекта и безопасность при выполнении работ, и средства связи.

6.2 ПАЭ используют для преобразования акустического сигнала в электрический. ПАЭ определяют основные показатели и параметры контроля - чувствительность, помехоустойчивость, рабочий частотный диапазон.

6.3 При контроле производственных объектов и строительных конструкций рекомендуется использовать преимущественно резонансные ПАЭ, имеющие более высокую чувствительность по сравнению с широкополосными.

6.4 Допускается использовать волноводы, которые должны быть приварены или соответствующим образом прижаты к поверхности объекта диагностирования для обеспечения акустического контакта.

6.5 ПАЭ 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.

6.6 При установке ПАЭ на объект контроля акустическая контактная среда должна обеспечивать эффективную акустическую связь ПАЭ с объектом.

6.7 Контактная среда должна обеспечивать надежный акустический контакт в течение всего времени испытаний при температуре контролируемого объекта.

6.8 В качестве контактной среды можно использовать машинное масло, эпоксидную смолу без отвердителя, глицерин и другие жидкие среды.

6.9 Шероховатость поверхности объекта контроля в месте установки ПАЭ должна быть не более Rz40.

6.10 После установки ПАЭ на объект контроля проводят проверку их работоспособности с использованием имитаторов АЭ.

6.11 В качестве имитатора сигналов АЭ рекомендуется использовать пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами от генератора. Частотный диапазон имитационного импульса должен соответствовать частотному диапазону системы контроля.

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

6.13 Для регистрации АЭ при испытаниях следует применять аппаратуру АЭ, соответствующую по своей конфигурации и параметрам контролируемому объекту и задачам контроля.

6.14 При испытаниях крупномасштабных объектов следует применять аппаратуру АЭ в виде многоканальных систем, позволяющих определять координаты источников сигналов и характеристики АЭ с одновременной регистрацией параметров нагружения (давления, температуры и т.д.).

6.15 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.

6.16 АЭ система должна обеспечивать прием, оперативную обработку и отображение информации в режиме реального времени, а также накопление, документирование, обработку, отображение и вывод на периферийные устройства для документирования накопленных в течение испытания данных после окончания испытания.

6.17 АЭ системы, используемые для диагностирования производственных объектов, должны удовлетворять техническим требованиям, с подтверждением соответствующими документами (сертификатами, свидетельствами об аттестации и т.п.).

7 Порядок подготовки к проведению АЭ диагностирования

7.1 Подготовка к контролю содержит следующие основные этапы:

- анализ технических документов на объект контроля;

- согласование с владельцем оборудования процедуры контроля;

- выбор способа локации;

- установка приемников АЭ;

- подготовка акустико-эмиссионной аппаратуры.

7.2 На стадии анализа технических документов проводят рассмотрение проектной и эксплуатационной документации, получают сведения о ремонтах, истории нагружения за последний год. Решают вопрос о возможности и виде контроля: АЭ контроль объекта может быть разовый, постоянно-периодический с использованием переносных приборов и постоянный с использованием стационарных приборов (мониторинг). Выбирают систему оценки результатов контроля.

7.3 Перед выполнением контроля составляют методику (технологию) контроля, которую согласовывают с владельцем объекта.

С владельцем оборудования должны быть согласованы график нагружения, а также вопросы:

- обеспечения помещением, электропитанием, двусторонней связью;

- подготовки объекта к проведению контроля;

- обеспечения безопасности и комфортных условий для проведения АЭ контроля.

Объекты следует контролировать в их рабочем положении. После проведения подготовительных работ осуществляют непосредственные работы по контролю, которые начинаются с установки преобразователей АЭ на объект.

7.4 Установка ПАЭ

7.4.1 Каждый приемник следует устанавливать непосредственно на поверхность объекта. В ряде случаев (недоступность поверхности, высокая температура и др.) рекомендуется использовать волноводы.

7.4.2 Размещение ПАЭ и число антенных групп определяют в зависимости от выбранного способа локации, размеров и конфигурации объекта, параметров затухания звука при распространении, уровня шумов, а также требуемой точности определения координат дефектов.

7.4.3 Для выбора расстояния между ПАЭ проводят измерение затухания сигнала от имитатора АЭ и уровня фонового шума на объекте. При этом выбирают представительную часть объекта без патрубков, проходов и т.д.; устанавливают ПАЭ и перемещают (через 0,5 м) имитаторы АЭ по линии в направлении от ПАЭ на расстояние до 3 м. В качестве имитатора АЭ рекомендуется использовать слом грифеля Су-Нильсена. Рекомендуется, чтобы минимальное расстояние от ПАЭ до имитатора (начальная точка) составляло до 5 см.

7.4.4 Расстояние между ПАЭ при использовании зонной локации задают таким образом, чтобы сигнал АЭ от имитатора регистрировался в любом месте контролируемой зоны хотя бы одним ПАЭ и имел амплитуду не меньше заданной.

7.4.5 Максимальное расстояние между ПАЭ (при зонной локации) не должно превышать расстояние, превышающее пороговое в 1,5 раза. Пороговое расстояние определяют как расстояние, при котором амплитуда сигнала от имитатора АЭ равна пороговому напряжению.

7.5 Измерение скорости звука, используемое для расчета координат источников АЭ, проводят следующим образом:

7.5.1 Имитатор АЭ располагают вне групп ПАЭ на линии, соединяющей ПАЭ, на расстоянии 10-20 см от одного из них.

7.5.2 Проводя многократные измерения (не менее пяти) для разных пар ПАЭ определяют среднее время распространения. По нему и известному расстоянию между ПАЭ вычисляют скорость распространения сигналов АЭ.

7.6 Подготовка акустико-эмиссионной аппаратуры

7.6.1 Проверку работоспособности АЭ аппаратуры выполняют после установки ПАЭ на контролируемый объект. После проведения испытаний проводят повторную проверку для подтверждения работоспособности АЭ системы в течение всего периода контроля. Проверку выполняют путем возбуждения акустического сигнала имитатором АЭ, расположенным на определенном расстоянии от каждого ПАЭ. Как правило, расстояние должно составлять 10-20 см.

7.6.2 Параметры системы устанавливают в соответствии с техническими документами на прибор и характеристиками объекта контроля, полученными при проведении предварительных работ.

7.6.3 В случае проведения гидроиспытания объекта все работы по определению акустических характеристик конструкции и настройке аппаратуры выполняют после полного заполнения объекта водой.

8 Порядок проведения АЭ диагностирования

8.1 АЭ диагностирование выполняют в процессе нагружения объекта до определенного заранее выбранного значения и в процессе выдержки нагрузки на заданных уровнях.

8.2 Нагружение осуществляют с использованием специального оборудования, обеспечивающего повышение нагрузки - внутреннего (внешнего) давления, усилия, веса, температуры и др.

8.3 Нагружение выполняют по заданному графику, который определяет скорость нагружения, время выдержек объекта под нагрузкой и значения нагрузок.

Выдержка при постоянной нагрузке обеспечивает снижение уровня шума и увеличение отношения сигнал/шум.

Повторное нагружение обеспечивает проверку выполнения/нарушения эффекта Кайзера.

При испытании толстостенных конструкций рекомендуется проводить регистрацию АЭ как на подъемах, так и на сбросах нагрузки для обнаружения эффекта раскрытия и закрытия трещин.

Пример типового графика нагружения приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Типовой график нагружения

8.4 При нагружении объекта следует стремиться к тому, чтобы напряженно-деформированное состояние (НДС) объекта при испытании максимально соответствовало НДС объекта в процессе эксплуатации. При анализе результатов контроля следует учитывать разницу в НДС.

8.5 Допускается отклонение от типового графика нагружения с приведением в отчете необходимого обоснования.

8.6 Назначение максимального значения нагрузки (давления испытаний) следует проводить с учетом характеристик материала, условий эксплуатации объекта контроля, температуры, а также предыстории его нагружения.

8.7 При нагружении объекта контроля (например, сосуда давления) внутренним давлением максимальное его значение (испытательное давление) должно превышать максимальное рабочее за последний год давление (эксплуатационную нагрузку согласно технологическому регламенту) не менее чем на 5%-10%, но не превышать пробного, определяемого по соответствующим документам.

8.8 Нагружение объектов следует проводить плавно со скоростью, при которой не возникают помехи, превышающие допустимый уровень.

(МПа/мин).

8.10 В качестве нагружающих сред могут быть использованы жидкие (гидроиспытания) и газообразные (пневмоиспытания) испытательные среды, а также рабочая среда объекта.

8.11 В случае проведения гидроиспытаний подачу нагружающей жидкости следует проводить через патрубок, расположенный в нижней части объекта, ниже уровня жидкости, заполняющей объект.

8.12 В период АЭ испытаний уровень фоновых шумов и акустических/электромагнитных помех на объекте контроля должен быть максимально снижен. Для этого следует исключить хождение по площадкам обслуживания, передвижение автотранспорта, проведение сварочных и монтажных работ, работу подъемно-транспортных механизмов в местах, расположенных рядом с контролируемым объектом.

8.13 При испытании вновь изготовленных объектов, которые не проходили термообработки после сварки, возможна регистрация АЭ, вызванная выравниванием напряжений и не связанная с развитием дефектов. Поэтому проводят в обязательном порядке два нагружения. В процессе возрастания нагрузки при первом нагружении, как правило, во внимание принимают только сигналы, амплитуда которых превышает уровень порога более чем на 20 дБ, и сигналы, регистрируемые в течение выдержки.

8.14 Перед вторым нагружением сброс нагрузки после первого цикла должен быть от 50% до 100% испытательной нагрузки.

8.15 В процессе нагружения рекомендуется непрерывно наблюдать на экране монитора обзорную картину АЭ источников испытуемого объекта, значения амплитуды АЭ сигналов по всем каналам от времени и уровень шума (для своевременного обнаружения протечки).

8.16 Испытания прекращают досрочно в случаях, когда обнаруживается резкий рост активности источников или появление больших амплитуд сигналов АЭ для установления причины.

8.17 В случае обнаружения протечки испытания следует остановить для ее устранения.

9 Правила обработки результатов АЭ диагностирования

9.1 Накопление, обработка и анализ данных

9.1.1 В процессе АЭ контроля проводят регистрацию, запись и экспресс-обработку данных.

9.1.2 После выполнения процедуры контроля проводят последующую детальную обработку данных и интерпретацию результатов.

9.1.3 Обработку и анализ данных определяют с помощью выбранной системы классификации источников АЭ и критериев оценки результатов контроля.

9.1.4 Перед проведением анализа данных проводят фильтрацию с целью удаления информации, не связанной с процессами образования и роста дефектов.

9.1.5 Информацию о зонах концентрации индикаций АЭ регистрируют и обрабатывают с использованием заложенных программ для построения предусмотренных графиков по каждой выделенной зоне и проведения классификации источников АЭ.

9.2 Оценка результатов акустико-эмиссионного контроля

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

9.2.2 При принятии решения по результатам АЭ контроля используют данные, которые должны содержать сведения о всех источниках АЭ, их классификации и сведения относительно источников АЭ, параметры которых превышают допустимый уровень.

9.2.3 Допустимый класс источника АЭ устанавливает исполнитель при подготовке к АЭ контролю конкретного объекта.

9.2.4 Выбор системы классификации источников АЭ и допустимого класса источников рекомендуется осуществлять в соответствии с нормативными документами. В соответствии с рекомендуется разделять источники АЭ на четыре класса.

9.2.5 При обнаружении недопустимых источников следует провести обследование указанных мест с помощью штатных методов НК.

9.2.6 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 не определена, рекомендуется использовать дополнительные виды неразрушающего контроля.

9.2.7 Окончательная оценка допустимости выявленных источников АЭ 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.

10 Правила оформления результатов АЭ диагностирования

10.1 Результаты АЭ диагностирования должны содержаться в отчетных документах - отчете, протоколе и заключении, которые составляет исполнитель - организация, проводившая АЭ контроль.

10.2 Протокол и заключение являются обязательными отчетными документами и могут быть оформлены как самостоятельные документы. Отчет оформляют дополнительно по требованию заказчика.

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

Приложение А (обязательное). Классификация источников АЭ

Приложение А
(обязательное)

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

Для классификации источников АЭ используют параметры сигналов АЭ, излучаемых источниками, параметры нагружения. Каждому классу источника соответствует свой набор параметров.

В качестве параметра нагружения могут служить давление (внутреннее или внешнее), усилие, время, температура и другие физические величины, обеспечивающие создание или сохранение напряженно-деформированного состояния.

Источник I класса - соответствует неопасному дефекту. Его регистрируют для анализа динамики последующего развития.

Источник II класса - соответствует развивающемуся, умеренно опасному дефекту. Его регистрируют и следят за развитием ситуации в процессе выполнения данного контроля; отмечают в отчете и записывают рекомендации по проведению дополнительного контроля с использованием других методов.

Источник III класса - соответствует развивающемуся опасному дефекту. Его регистрируют и следят за развитием ситуации в процессе выполнения данного контроля; отмечают в отчете и записывают рекомендации по проведению дополнительного контроля с использованием других методов; предпринимают меры по подготовке возможного сброса нагрузки.

Источник IV класса - соответствует катастрофически опасному дефекту. При регистрации источника IV класса проводят немедленное уменьшение нагрузки до 0 либо значения, при котором класс источника АЭ снизится до уровня II или I класса. 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 является неопределенной, 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.

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. Каждый раз при использовании той или иной системы классификации и критериев оценки (и соответствующих значений параметров сигналов АЭ, определяющих классы источников и критерии оценки) следует обосновывать их применение.

Выбор проводят перед выполнением АЭ контроля, после чего исполнитель должен провести соответствующую настройку аппаратуры и разработку требуемого программного продукта (при необходимости).

Классификацию источников допускается осуществлять в соответствии со специализированными технологиями АЭ контроля, разработанными для специфических типов объектов и утвержденными в соответствующем порядке.

Библиография

ПБ 03-576-03 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением . Госгортехнадзор России

РД 03-299-99 Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов

РД 03-300-99 Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов

ПБ 03-593-03 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов . Госгортехнадзор России

Электронный текст документа сверен по:

официальное издание
М.: Стандартинформ, 2007

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).

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):

ГОСТ Р ИСО 22096-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Контроль состояния и диагностика машин

МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Condition monitoring and diagnostics of machines. Acoustic emission method

ОКС 17.140.20
17.160

Дата введения 2016-12-01

Предисловие

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2015 г. N 1583-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 22096:2007* "Контроль состояния и диагностика машин. Акустическая эмиссия" (ISO 22096:2007 "Condition monitoring and diagnostics of machines - Acoustic emission", IDT).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей . - Примечание изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации" . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Метод акустической эмиссии может быть использован в целях контроля состояния машин и диагностирования как самостоятельно, так и в сочетаниях с другими методами, например, основанными на анализе сигналов вибрации или теплового излучения машин. Метод может быть реализован с использованием стационарных, полустационарных и переносных измерительных систем в зависимости от степени критичности обследуемых объектов. Обычно в состав измерительной системы входят преобразователи, усилители сигналов, фильтры и устройства сбора данных. В зависимости от целей применения метода могут быть использованы разные характеристики сигнала акустической эмиссии.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие принципы применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния и диагностирования машин, работающих в разных режимах и в разных условиях применения. Метод распространяется на все виды машин и основан на измерениях только тех сигналов, что распространяются по конструкции машины.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

ISO 12716, Non-destructive testing - Acoustic emission inspection - Vocabulary (Контроль неразрушающий. Метод акустической эмиссии. Словарь)

ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines - Vocabulary (Контроль состояния и диагностика машин. Словарь)

ISO 18436-6, Condition monitoring and diagnostics of machines - Requirements for qualification and assessment of personnel - Part 6: Acoustic emission (Контроль состояния и диагностика машин. Требования к квалификации и оценке персонала. Часть 6. Метод акустической эмиссии)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, ИСО 12716, ИСО 13372, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 акустическая эмиссия (контроль состояния машин) (acoustic emission): Класс явлений, приводящих к появлению распространяющихся по конструкции или в среде (жидкостях, газах) волн вследствие быстропротекающих процессов высвобождения энергии из локализованных источников внутри или на поверхности материала.

Примечание 1 - Высвобождение энергии может быть следствием таких процессов, как распространение трещины в материале, трение соприкасающихся частей машины, удары между частями машины или утечки материала.

Примечание 2 - Данное определение сформулировано в максимально общей форме с целью отразить различные возможности применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин разных видов.

3.2 акустико-эмиссионный контроль (контроль состояния машин) (acoustic emission monitoring): Обнаружение и сбор данных акустической эмиссии, позволяющих судить о состоянии машины.

Примечание - Данное определение применимо только в области контроля состояния машин.

3.3 акустико-эмиссионный преобразователь (acoustic emission sensor/receiver): Устройство, позволяющее преобразовать движение упругой волны в электрический сигнал.

3.4 сигнал акустической эмиссии (acoustic emission signal): Электрический сигнал на выходе акустико-эмиссионного преобразователя, связанный с акустической волной от источника акустической эмиссии.

3.5 акустико-эмиссионные характеристики (acoustic emission characteristics): Набор характеристик, описывающих акустическую эмиссию данной машины или источник акустической эмиссии.

Примечание - Описываемый волновой процесс, обусловленный акустической эмиссией, может быть импульсного или непрерывного типа.

3.6 акустико-эмиссионный волновод (acoustic emission waveguide): Устройство, по которому акустическая волна распространяется от источника к акустико-эмиссионному преобразователю.

3.7 фоновый шум (background noise): Ложная составляющая сигнала акустической эмиссии, не связанная с процессами акустической эмиссии в контролируемых узлах машины.

Примечание - Фоновый шум может представлять собой сигнал, обусловленный электрическими, температурными или механическими процессами.

3.8 контактная среда (couplant): Среда между объектом акустико-эмиссионного контроля и акустико-эмиссионным преобразователем, используемая для улучшения передачи акустической волны.

Примеры - Масло, смазка, клеевое соединение, водно-эмульсионная смазочно-охлаждающая паста, воск.

3.9 имитатор Су-Нильсена (Hsu-Nielsen source): Устройство для установки и излома графитового стержня карандаша с целью искусственного моделирования процесса акустической эмиссии и возбуждения акустической волны.

Примечание - Акустическая волна зависит от применяемого стержня. Обычно применяют стержень твердостью 2Н диаметром 0,5 мм (допускается 0,3 мм) и длиной (3,0±0,5) мм.

3.10 машина (machine): Механическая система, предназначенная для выполнения определенных задач (формирования материала, передачи и преобразования движения, силы или энергии).

3.11 машинный агрегат (machine system): Механическая система, основным элементом которой является отдельная машина (см. 3.10) и которая включает в себя также вспомогательные элементы, предназначенные для поддержания функционирования этой машины.

4 Принципы метода акустической эмиссии

4.1 Явление акустической эмиссии

Акустическая эмиссия может иметь место внутри или на поверхности материалов. Данное явление заключается в спонтанном высвобождении энергии, выражаемом в форме распространения упругих волн. Акустическая эмиссия внутри материала проявляет себя через упругие волны на поверхности материала в широком диапазоне частот (обычно от 20 кГц до 1 МГц).

Упругие волны, связанные с процессами акустической эмиссии, обнаруживают с помощью специальных преобразователей движения точек на поверхности материала в электрические сигналы. Эти сигналы затем подлежат соответствующему преобразованию и обработке для получения информации о состоянии контролируемого объекта и раннего обнаружения процессов потери механической и структурной целости объекта. Форма электрического сигнала зависит от путей распространения и форм акустических волн, генерируемых внутри и/или на поверхности материала. Поэтому сигналы акустической эмиссии от одних и тех же источников могут быть разными в зависимости от путей прохождения акустических волн.

4.2 Преимущества и ограничения метода

Преимуществами метода являются:

a) получение данных без вмешательства в конструкцию контролируемого объекта;

b) получение данных в реальном масштабе времени;

c) высокая чувствительность, позволяющая осуществлять более раннее (например, по сравнению с вибрационным методом) обнаружение;

d) возможность контроля динамического поведения объекта;

e) применимость в широком диапазоне скоростей вращения, позволяющая осуществлять контроль, в том числе, низкоскоростных машин (со скоростью вращения ротора менее 60 мин);

f) возможность обнаружения процессов износа и трения, например при ослаблении соединений соседних элементов машины или вследствие ухудшения состояния смазки.

Ограничения метода связаны с:

- быстрым ослаблением акустических волн при прохождении по конструкции машины;

- высокой зависимостью от фонового шума;

- невозможностью точного сопоставления акустико-эмиссионных характеристик с механизмом неисправности в машине.

5 Применение метода акустической эмиссии

5.1 Контроль состояния машин

Метод акустической эмиссии может быть применен к широкому классу машин при условии наличия пути передачи через элементы конструкции машины акустической волны от интересующего объекта контроля к акустико-эмиссионному преобразователю. В таблице 1 показаны некоторые примеры неисправностей для машин разных видов, которые могут быть выявлены с использованием данного метода. Оценка состояния осуществляется не по абсолютным значениям параметров сигнала акустической эмиссии, а по их изменениям в заданном режиме работы машины.

Таблица 1 - Примеры применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин

Например, повышение общего уровня сигнала в установившемся режиме работы машины свидетельствует об ухудшении ее технического состояния. Модуляция сигнала одной из основных подшипниковых частот является признаком ранней стадии повреждения подшипника, которое может еще не быть обнаружено по наблюдениям вибрации и ударных импульсов. Следует отметить, что проявление акустико-эмиссионной активности может быть разным для разных машин, разных условий работы и разных нагрузок.

5.2 Влияющие факторы

Прежде чем проводить измерения акустической эмиссии важно убедиться в том, что на их результаты не повлияют сторонние шумы, такие как шум электронных устройств (электромагнитные поля радиочастотного диапазона), воздушный шум (от струй газа или ударов о машину мелких частиц, поднимаемых ветром), шум от рабочих процессов в машине (потоков жидкостей в трубах) и механический фоновый шум.

6 Сбор данных

6.1 Установка системы

Типичная схема системы сбора данных акустической эмиссии показана на рисунке 1. Обычно преобразователь устанавливают на обследуемой машине и соединяют с предусилителем, выход которого соединен с входом устройства сбора данных. Некоторые акустико-эмиссионные преобразователи имеют встроенные предусилители. Данные собирают во время работы машины. Их объем и глубина последующего анализа зависят от конкретного применения. Система может быть выполнена в стационарном, полустационарном или переносном вариантах.

Рисунок 1 - Схематичное изображение системы сбора данных

6.2 Средства измерений

Детектирование волны, порожденной акустической эмиссией, является наиболее критичной частью измерения, поэтому необходимо принять все меры для обеспечения хорошего пути ее прохождения, включая согласование импедансов на границах сред. Необходимо рассмотреть также последствия неправильного выбора частотных фильтров, преобразователей, частоты дискретизации и т.п. Требования к средствам измерений и их калибровке могут быть взяты из , , , . При выборе преобразователя следует учитывать его размеры, коэффициент преобразования, частотную характеристику и условия применения. В ряде случаев, например при обследовании крупных подшипников, для обнаружения источников акустической эмиссии может потребоваться использование нескольких преобразователей. Локализация источника акустической эмиссии может быть выполнена несколькими способами, в том числе на основе расчета времен прихода акустической волны к преобразователям.

6.3 Установка преобразователей и применение контактных сред

При использовании метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин важно убедиться, что преобразователь надежно установлен в месте крепления с использованием соответствующей контактной среды. Крепление может быть осуществлено с применением механических устройств (с созданием прижимной силы посредством магнита, механического зажима и т.д.) или клеящих материалов. В последнем случае клеящий материал является контактной средой.

Положение акустико-эмиссионного преобразователя должно обеспечить наличие пути прохождения к нему акустической волны по элементам конструкции машины. Этот путь может включать в себя разрывы (эти разрывы рассматриваются как границы между двумя элементами, например между головкой болта и зажимаемой деталью), однако между граничащими элементами должен быть обеспечен контакт - либо механический, либо через контактную среду (примером может быть путь распространения через подшипник скольжения, где смазка и охлаждающее масло в подшипнике выступают в качестве контактной среды). Место установки преобразователя должно быть чистым. Для улучшения прохождения акустической волны можно удалить в месте установки преобразователя все слои краски вплоть до поверхности металла, однако при этом следует убедиться, что данная операция не ухудшит техническое состояние машины. Следует принять все возможные меры к тому, чтобы контактная поверхность преобразователя плотно прилегала к поверхности установки, т.е. последняя должна быть ровной, чистой и не иметь трещин. Улучшение качества пути прохождения акустической волны улучшает повторяемость результатов измерений.

В определенных обстоятельствах преобразователь может быть установлен в акустико-эмиссионном волноводе. Обычно волновод применяют для обеспечения более прямого пути прохождения волны от источника акустической эмиссии в наблюдаемом объекте к преобразователю, а также с целью уменьшить температурное влияние на преобразователь. Волновод может изменять характеристики акустической волны (амплитуду, форму и т.п.).

При использовании контактной среды небольшое ее количество наносят в центр той области, где должен быть установлен преобразователь. Затем преобразователь плотно прижимают к поверхности, равномерно распределяют контактную среду по всей области контакта. От толщины контактной среды может зависеть коэффициент преобразования преобразователя.

Если использование контактной среды нецелесообразно по практическим соображениям, то применяют сухой контакт. Необходимую прижимную силу определяют экспериментально, например, с использованием имитатора Су-Нильсена. Следует убедиться, что между контактной поверхностью преобразователя и поверхностью установки отсутствуют пустоты.

При использовании клеящей контактной среды следует убедиться, что создаваемая связь между преобразователем и поверхностью установки не разрушится вследствие возможной деформации поверхности, температурных расширений или механических нагрузок. Должны быть известны свойства клеящей среды в конкретных условиях применения.

Примечание - Растрескивание клеящего слоя само приводит к появлению сигналов акустической эмиссии.


Для предотвращения фонового шума электрической природы преобразователь должен быть электрически изолирован.

7 Предварительные сведения

Приготовление к измерениям и их проведение требует знания:

- идентификационных данных машины (ее название и номер);

- режима работы (нагрузка, скорость, температура и т.д.);

- истории эксплуатации и технического обслуживания;

- конструкции машины;

- истории ее неисправностей или отказов;

- предыдущих данных измерений акустической эмиссии.

Для правильной интерпретации результатов измерений необходимо наличие соответствующей экспериментальной базы данных или знания базового уровня, соответствующего нормальным условиям применения машины. Базовый уровень представляет собой значения совокупности контролируемых параметров, получаемых, когда известно, что машина находится в хорошем техническом состоянии и работает в стабильном режиме. Результаты последующих измерений сравнивают с базовым уровнем для выявления возможных отклонений.

Для машин, работающих в нескольких режимах, может быть установлено несколько базовых уровней - по одному для каждого контролируемого режима. Для машин, вводимых в эксплуатацию после покупки или ремонта, может быть установлен период прирабатывания. В течение этого периода (нескольких дней или недель) могут наблюдаться изменения контролируемых параметров. Результаты измерений, проведенных в период прирабатывания, не следует использовать для формирования базового уровня. Базовый уровень может быть определен также для оборудования, уже длительное время находившегося в эксплуатации, но для которого только сейчас начинают применять метод акустико-эмиссионного контроля.

8 Анализ данных и представление результатов

Основная цель анализа состоит в установлении связи между акустико-эмиссионными характеристиками и условиями работы машины, измерении отклонений от базовой линии для идентификации состояния машины.

Критериями, применяемыми при контроле состояния машин методом акустической эмиссии, могут быть следующие:

a) повышение со временем активности источников акустической эмиссии;

b) значения акустико-эмиссионных характеристик в установившемся режиме работы машины;

c) появление в сигнале акустической эмиссии характерных особенностей, отсутствующих в случае хорошего технического состояния машины;

d) специальные инструментальные критерии, определяемые изготовителем средств измерений;

e) наличие амплитудной модуляции сигнала акустической эмиссии с частотой, характерной для данного дефекта.

9 Процедуры

Успешное применение метода акустической эмиссии невозможно без регулярных точных измерений контролируемых параметров. Это требует от персонала разработки, оценки качества и применения документированных процедур испытаний, а также понимания возможных ограничений этих процедур. Требования к компетентности персонала, использующего метод акустической эмиссии, установлены в ИСО 18436-6.

Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам

Приложение ДА
(справочное)

Таблица ДА.1

Библиография

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019