Неруйнівний контроль (НК) - контроль властивостей і параметрів об'єкта, при якому не повинна бути порушена придатність об'єкта до використання та експлуатації.
Традиційні методи неруйнівного контролю (такі, як ультразвуковий, радіаційний, струмовихровий) виявляють геометричні неоднорідності шляхом випромінювання в досліджувану структуру деякої форми енергії. Акустична емісія використовує інший підхід: по-перше, джерелом сигналу служить сам матеріал, а не зовнішнє джерело, тобто метод є пасивним (а не активним, як більшість інших методів контролю). По-друге, на відміну від інших методів, акустістіко-емісійний виявляє рух дефекту, а не статичні неоднорідності, пов'язані з наявністю дефектів, тобто метод акустичної емісії виявляє, що розвиваються, а тому найбільш небезпечні дефекти.
Зростання тріщини, розлом включення, розшарування, корозія, тертя, водневе охрупчивание, витік рідини або газу і т.п. - це приклади процесів, які виробляють акустичну емісію, яка може бути виявлена і ефективно досліджена за допомогою цієї технології.
На малюнку нижче наведена ілюстрація, яка пояснює метод акустико-емісііонного контролю.
Метод АЕ контролю
При виявленні сигналу на 1-м і 2-м приймачах, реєструється час приходу сигналу t1 і t2 відповідно. За зареєстрованим t1 і t2 визначається різниця часу приходу сигналу Δt = t2 - t1. Потім по відомій швидкості звуку в матеріалі і відомих координатах приймачів обчислюються координати джерела акустичної емісії (дефекту). Схеми розташування перетворювачів і їх кількість можуть бути різними. Чим більше датчиків, тим точніше можна визначити місцезнаходження дефекту.
Метод контролю акустичної емісією має досить високою чутливістю до зростаючим дефектів - дозволяє виявити в робочих умовах приріст тріщини порядку часток міліметра. Гранична чутливість акустико-емісійної апаратури з теоретичних оцінками складає близько 1х10-6 мм2, що відповідає виявлення збільшення довжини тріщини довжиною 1 мкм на величину 1 мкм.
Як імітатор сигналів акустичної емісії рекомендується використовувати п'єзоелектричний перетворювач, що порушується електричними імпульсами від генератора. Частотний діапазон імітаційного імпульсу повинен відповідати частотному діапазону системи контролю. Також в якості імітатора сигналів АЕ допускається також використовувати джерело Су-Нільсена [злам графітового стержня діаметром 0,3-0,5 мм, твердістю 2Т (2Н)].
Характерні особливості методу акустичної емісії
Основними перевагами методу акустичної емісії перед традиційними методами неруйнівного контролю є наступні:
Інтегральність методу. яка полягає в тому, що, використовуючи один або декілька датчиків, встановлених нерухомо на поверхні об'єкта, можна проконтролювати весь об'єкт цілком (100% контроль). Це властивість методу особливо корисно при дослідженні важкодоступних (які будуть недоступні) поверхонь контрольованого об'єкта.
На відміну від скануючих методів неруйнівного контролю, метод АЕ не вимагає ретельної підготовки поверхні об'єкта контролю. Отже, виконання контролю і його результати не залежать від стану поверхні і якості її обробки. Ізоляційне покриття (якщо воно є) знімається тільки в місцях установки датчиків.
Виявлення і реєстрація тільки розвиваються дефектів. що дозволяє класифікувати дефекти не за розмірами (або по інших непрямих ознак - формою, положенням, орієнтації дефектів), а за ступенем їх небезпеки (вплив на міцність) для контрольованого об'єкта.
Висока продуктивність. у багато разів перевершує продуктивність традиційних методів неруйнівного конроля, таких як ультразвуковий, радіографічний, вихрострумовий, магнітний та ін.
Дистанційність методу - можливість проведення контролю при значній відстані оператора від досліджуваного об'єкта. Дана особливість методу дозволяє ефективно використовувати його для контролю (моніторингу) відповідальних великогабаритних конструкцій, протяжних або особливо небезпечних об'єктів без виведення їх з експлуатації і шкоди для персоналу.
Можливість відстеження різних технологічних процесів і оцінка технічного стану об'єкта в режимі реального часу. що дозволяє запобігти аварійне руйнування контрольованого об'єкта.
СХЕМИ ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Мал. 3. Схема вимірювання 2:
1 - калібрований блок; 2 - Калібруемие ПАЕ; 3 - еталонний перетворювач; 4 - капіляр; 5 - п'єзопластини для вимірювання зусилля стержня; 6 - навантажує пристрій; 7 - цифровий осцилограф; 8 - підсилювач заряду; 9 - вимірювальний прилад
При зламі капіляра механічне обурення у вигляді ступінчастої функції поширюється по поверхні блоку. Час підйому функції не перевищує 0,1 мкс. Величина сили вимірюється з використанням п'єзоелемента 5. розміщеного в навантажувальному гвинті і попередньо відкаліброваного. Вимірювання сили проводиться з використанням підсилювача заряду 8, з'єднаного з вимірювальним приладом 9.
Зразковий перетворювач (конденсаторний, лазерний або відкалібрований п'єзоелектричний) і Калібруемие ПАЕ розміщують симетрично щодо джерела сигналу і на однаковій відстані від нього - 50 - 100 мм.
ВИКОНАЛИ: МАЙСТЕРЕНЬ ВІОЛЕТТА
Акустична емісія (АЕ) - явище виникнення і поширення пружних коливань (акустичних хвиль), у времядеформаціінапряжённогоматеріала. Кількісно АЕ - критерій цілісності матеріалу, який определяетсязвуковимізлученіем матеріалу при контрольному його навантаженні. Ефект акустичної емісії може використовуватися для визначення образованіядефектовна початковій стадії руйнування конструкції.
(2) Основний принцип діагностики інженерних споруд і конструкцій полягає в пасивному зборі інформації з безлічі звукових (і ультразвукових) датчиків, і її обробці для подальшого визначення ступеня зносу конструкції.
Метою контролю акустичної емісііей є виявлення, визначення координат і стеження (моніторинг) за джерелами акустичної емісії, пов'язаними з несплошном на поверхні або в об'ємі стінки судини, зварного з'єднання і виготовлених частин і компонентів.
Акустико-емісійний контроль технічного стану обстежуваних об'єктів проводиться тільки при створенні в конструкції напруженого стану, який ініціює в матеріалі об'єкта роботу джерел акустичної емісії. Для цього об'єкт піддається навантаженню силою, тиском, температурним полем і т.д. Вибір виду навантаження визначається конструкцією об'єкта та умов його роботи, характером випробувань.
(3) Метод контролю акустичної емісією
Неруйнівний контроль (НК) - контроль властивостей і параметрів об'єкта, при якому не повинна бути порушена придатність об'єкта до використання та експлуатації.
Традиційні методи неруйнівного контролю (такі, як ультразвуковий, радіаційний, струмовихровий) виявляють геометричні неоднорідності шляхом випромінювання в досліджувану структуру деякої форми енергії. Акустична емісія використовує інший підхід: по-перше, джерелом сигналу служить сам матеріал, а не зовнішнє джерело, тобто метод є пасивним (а не активним, як більшість інших методів контролю). По-друге, на відміну від інших методів, акустістіко-емісійний виявляє рух дефекту, а не статичні неоднорідності, пов'язані з наявністю дефектів, тобто метод акустичної емісії виявляє, що розвиваються, а тому найбільш небезпечні дефекти.
Такий метод дозволяє дуже швидко виявляти зростання навіть самих невеликих тріщин, розломів включень, витоків газів або рідин. Тобто великої кількості найрізноманітніших процесів, які виробляють акустичну емісію.
З точки зору теорії і практики методу акустичної емісії, абсолютно будь-який дефект може виробляти свій власний сигнал. При цьому він може проходити досить великі відстані (до десятків метрів), поки не досягне датчиків. Більш того, дефект може бути виявлений не тільки дистанційно; але і шляхом обчислення різниці часів приходу хвиль до датчиків, розташованих в різних місцях.
Зростання тріщини, розлом включення, розшарування, корозія, тертя, витік рідини або газу і т.п. - це приклади процесів, які виробляють акустичну емісію, яка може бути виявлена і ефективно досліджена за допомогою цієї технології.
(4) На малюнку нижче наведена ілюстрація, яка пояснює метод акустико-емісііонного контролю.
Характерні особливості методу акустичної емісії
Основними перевагами методу акустичної емісії перед традиційними методами неруйнівного контролю є наступні:
Інтегральність методу. яка полягає в тому, що, використовуючи один або декілька датчиків, встановлених нерухомо на поверхні об'єкта, можна проконтролювати весь об'єкт цілком (100% контроль). Це властивість методу особливо корисно при дослідженні важкодоступних (які будуть недоступні) поверхонь контрольованого об'єкта.
На відміну від скануючих методів неруйнівного контролю, метод АЕ не вимагає ретельної підготовки поверхні об'єкта контролю. Отже, виконання контролю і його результати не залежать від стану поверхні і якості її обробки. Ізоляційне покриття (якщо воно є) знімається тільки в місцях установки датчиків.
Виявлення і реєстрація тільки розвиваються дефектів. що дозволяє класифікувати дефекти не за розмірами (або по інших непрямих ознак - формою, положенням, орієнтації дефектів), а за ступенем їх небезпеки (вплив на міцність) для контрольованого об'єкта.
Висока продуктивність. у багато разів перевершує продуктивність традиційних методів неруйнівного конроля, таких як ультразвуковий, радіографічний, вихрострумовий, магнітний та ін.
Дистанційність методу - можливість проведення контролю при значній відстані оператора від досліджуваного об'єкта. Дана особливість методу дозволяє ефективно використовувати його для контролю (моніторингу) відповідальних великогабаритних конструкцій, протяжних або особливо небезпечних об'єктів без виведення їх з експлуатації і шкоди для персоналу.
Можливість відстеження різних технологічних процесів і оцінка технічного стану об'єкта в режимі реального часу. що дозволяє запобігти аварійне руйнування контрольованого об'єкта.
Максимальне співвідношення ефективність-вартість.
Метод акустичної емісії має також і деякі недоліки. Основним недоліком, що обмежує широке поширення методу, є складність розшифровки результатів контролю, обумовлена тим, що на хвильовий процес акустичної емісії накладаються паразитні акустичні параметри багаторазово відбитих хвиль, шумів від роботи машин, навантажує тіла і навколишнього середовища. Застосування фільтрів і систем захисту тільки частково знижує вплив цього впливу. Унікальність обладнання і відсутність його промислового виготовлення не дозволяють поширити метод далі сфери експериментального застосування.
(5) Області застосування
Метод акустичної емісії дозволяє отримувати величезні масиви інформації, оперативно і з мінімальними витратами регулювати і продовжувати експлуатаційний цикл відповідальних промислових об'єктів, допомагає в прогнозуванні ймовірності виникнення аварійних руйнувань і катастроф. Широкі можливості методу контролю акустичної емісії надає і при дослідженні різних властивостей матеріалів, речовин, конструкцій. На сьогоднішній день без застосування акустичного контролю та моніторингу вже неможливі створення і надійна експлуатація багатьох відповідальних технічних об'єктів.
Основні області застосування АЕ контролю:
Нафтогазова та хімічна промисловість;
Трубопрокатні і металургійні підприємства;
Теплова і атомна енергетика;