Акустико эмиссионный метод неразрушающего контроля реферат

Обновлено: 04.07.2024

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.

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

Метод АЭ рекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующим схемам, представляющим собой, как правило, варианты сочетания с другими методами неразрушающего контроля.

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.
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.
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.
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.
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

АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен нормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
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.
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).

Рекомендуемые действия персонала, выполняющего АЭ контроль при выявлении источников АЭ того или иного класса, следующие:

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.

регистрируют и следят за развитием ситуации в класса процессе выполнения данного контроля;
предпринимают меры по подготовке возможного сброса нагрузки.

производят немедленное уменьшение нагрузки до 0, либо до величины, при которой класс источника АЭ снизится до уровня II или III 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.

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:

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

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

Принципы акустического метода неразрушающего контроля. Анализ вибрационного метода контроля, метода акустической эмиссии. Техническая диагностика объектов транспортировки и хранения нефти и газа. Описание основных дефектов оборудования трубопроводов.

Рубрика	Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	27.04.2020
Размер файла	333,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Акустические методы неразрушающего контроля

Акустические волны в зависимости от частоты колебаний делятся на несколько диапазонов: инфразвуковые волны с частотами колебаний ниже 16 Гц, звуковые волны с частотами от 16 до 20000 Гц, ультразвуковые волны с частотами от 20000 до 10 9 Гц и гиперзвуковые волны с частотами выше 10 9 Гц.

Акустический метод - это метод, основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и возникающих в контролируемом объекте.

В общем случае этот метод включает контроль энергетических характеристик колебаний, дающих представление о состоянии диагностируемого объекта и изменении амплитуд вибрации в широком диапазоне частот, и позволяет уточнить место и характер возникающего нарушения.

В соответствии с ГОСТ 23829-85 акустические методы НК подразделяют на две большие группы: активные и пассивные методы (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4- Классификация акустических методов контроля

Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные - только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля (ОК), например образование трещин сопровождается возникновением акустических колебаний, выявляемых акустико-эмиссионным методом.

Активные методы делят на методы отражения, прохождения, комбинированные (использующие как отражение, так и прохождение), собственных колебаний и импедансные.

Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упругих волн от неоднородностей или границ ОК, методы прохождения - на влиянии параметров ОК на характеристики прошедших через него волн. Комбинированные методы используют влияние параметров ОК как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах ОК судят по параметрам его свободных или вынужденных колебаний (их частотам и величине потерь).

1.Вибрационный метод контроля

Основы измерения вибрации. Вибрация - это механические колебания тела. Самый простой вид вибрации - это колебание или повторяющееся движение объекта около положения равновесия. Этот тип вибрации называется общей вибрацией, потому что тело перемещается как единое целое и все его части имеют одинаковую по величине и направлению скорость.

Колебательное движение твердого тела может быть полностью описано в виде комбинации шести простейших типов движения: поступательного в трех взаимно перпендикулярных направлениях (х, у, z в декартовых координатах) и вращательного относительно трех взаимно перпендикулярных осей (Ох, Оу, Оz). Любое сложное перемещение тела можно разложить на эти шесть составляющих. Поэтому о таких телах говорят, что они имеют шесть степеней свободы.

Вибрация тела вызывается силами возбуждения. Эти силы могут быть приложены к объекту извне или возникать внутри него самого. Вибрация конкретного объекта полностью определяется силой возбуждения, ее направлением и частотой. Именно по этой причине вибрационный анализ позволяет выявить силы возбуждения при работе машины. Эти силы зависят от состояния машины, и знание их характеристик и законов взаимодействия позволяет диагностировать дефекты последней.

Измерения амплитуды вибрации. Для описания и измерения механических вибраций используются следующие понятия:

· Максимальная Амплитуда (Пик) - это максимальное отклонение от нулевой точки, или от положения равновесия.

· Размах (Пик-Пик) - это разница между положительным и отрицательным пиками. Для синусоидального колебания размах в точности равен удвоенной пиковой амплитуде, так как временная реализация в этом случае симметрична

· Среднеквадратическое значение амплитуды (СКЗ) равно квадратному корню из среднего квадрата амплитуды колебания. Для синусоидальной волны СКЗ в 1,41 раза меньше пикового значение, однако такое соотношение справедливо только для данного случая.

СКЗ является важной характеристикой амплитуды вибрации. Для ее расчета необходимо возвести в квадрат мгновенные значения амплитуды колебаний и усреднить получившиеся величины по времени. Для получения правильного значения, интервал усреднения должен быть не меньше одного периода колебания. После этого извлекается квадратный корень и получается СКЗ.

Нелинейности роторных машин. Вибрация машины - это, фактически отклик на силы, вызванные ее движущимися частями. Вибрацию измеряют в разных точках машины и находят значения сил. Измеряя частоту вибрации, предполагают, что и вызывающие ее силы имеют те же частоты, а ее амплитуда пропорциональна величине этих сил. То есть предполагают, что машина является линейной системой.

По мере того, как машина изнашивается, увеличиваются ее зазоры, появляются трещины и разболтанность и т.д., ее отклик будет все больше отклоняться от линейного закона, и в результате характер измеряемой вибрации может стать совершенно отличным от характера возбуждающих сил.

2.Метод акустической эмиссии

Термины и определения. Методика акустико-эмиссионной диагностики (контроля) - технологические операции с указанием их параметров по выполнению акустико-эмиссионной диагностики (контроля) конкретного объекта.

Чувствительный элемент преобразователя акустической эмиссии - часть преобразователя, где происходит непосредственное преобразование акустического сигнала в электрический.

Техническое состояние - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Шум - непрерывный сигнал, не связанный с наличием дефектов в объекте и мешающий обнаружению сигналов акустической эмиссии и измерению их параметров.

Помеха - импульсный сигнал, имеющий акустическую или электромагнитную природу происхождения, не связанный с наличием дефектов в объекте.

Испытания - техническая операция, заключающаяся в установлении одной или нескольких характеристик объекта в соответствии с установленной процедурой.

Порог аппаратуры акустической эмиссии - параметр настройки аппаратуры, выраженный в вольтах, выше значения которого сигналы акустической эмиссии принимаются и обрабатываются.

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.

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.

Пробное давление - избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность.

Испытательное давление - избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность в сопровождении акустико-эмиссионного контроля. На рисунке 2.2 приведена схема АЭ контроля на трубопроводе.

1 - преобразователь АЭ (приемник); 2 - блок усиления; 3 - блок фильтрации; 4 - центральный блок сбора и обработки информации на базе индустриального компьютера; 5 - объект контроля; 6 - источник АЭ; t₁ - время прихода сигнала на первый приемник; t₂ - время прихода сигнала на второй приемник

Рисунок 2.2 - Схема АЭ контроля на трубопроводе

АЭ при многократном нагружении. При повторном нагружении АЭ резко уменьшается и вновь начинает регистрироваться после достижения максимальной нагрузки первого цикла. Это явление называют эффектом Кайзера. Он особенно хорошо проявляется на гладких образцах и хуже - на образцах с надрезом. Последнее свидетельствует о накоплении повреждений при повторных нагрузках.

На рисунке 2.3 показан рост числа N импульсов АЭ от числа и циклов нагружения при малоцикловых испытаниях образца с надрезом. Участок АВ соответствует первому циклу, суммарный счет импульсов здесь быстро растет. В окрестностях точки В рост замедляется в 10-100 раз, а на участке ВС суммарный счет остается практически постоянным.

Рисунок 2.3 - Эффект Кайзера

В этом проявляется эффект Кайзера. В процессе циклических нагрузок происходит медленное накопление повреждений в металле образца, после чего эффект Кайзера перестает действовать и пред моментом появления видимой трещины происходит ускоренный рост N (участок CD), и далее медленное увеличение с ростом трещины (DE). При достижении определенного размера трещины происходит разрушение, сопровождающееся ростом N (EF).

3.Техническая диагностика объектов транспортировки и хранения нефти и газа (ТХНГ)

Главными задачами технической диагностики являются предупреждение, поиск и локализация аварийных состояний технических систем.

Для определения технического состояния объектов с учетом временного фактора обычно рассматриваются три типа задач:

· определение состояния, в котором находится объект в настоящее время;

· предсказание состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент времени;

· определение состояния, в котором находился объект в некоторый момент времени в прошлом.

В соответствии с классификацией функциональная структура технического диагностирования магистрального трубопровода охватывает стадии его строительства и эксплуатации по всем временным формам диагнозов.

Дефекты магистрального и технологического оборудования трубопроводов

Любая трубопроводная конструкция, формируемая в реальных условиях, неизбежно претерпевает изменения, связанные с накоплением дефектов, что приводит к снижению ее надежности. Главная причина дефекта - отклонение рабочего параметра от нормативного значения задаваемого, как правило, обоснованным допуском. Поскольку дефект, не выявленный при строительстве, является потенциальным очагом отказа, а вероятность отказа зависит от размера дефекта, условий его изменения при эксплуатации.

Обобщенная схема классификации дефектов объектов трубопроводного транспорта приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Классификация дефектов

Дефект магистрального и технологического нефтепровода - это отклонение геометрического параметра стенки трубы, сварного шва, показателя качества материала трубы, не соответствующее требованиям действующих нормативных документов и возникающее при изготовлении трубы, строительстве или эксплуатации нефтепровода, а также недопустимые конструктивные элементы и соединительные детали, установленные на магистральные и технологические нефтепроводы и обнаруживаемые внутритрубной диагностикой, визуальным или приборным контролем или по результатам анализа исполнительной документации объекта.

Дефекты геометрии трубы - это дефекты, связанные с изменением ее формы. К ним относятся:

· вмятина - локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· гофра - чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· овальность - дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях.

Дефекты стенки трубы, к ним относятся:

· потеря металла - изменение номинальной толщины стенки трубы, характеризующееся локальным утонением в результате механического или коррозионного повреждения или обусловленное технологией изготовления;

· риска (царапина, задир) - потеря металла стенки трубы, происшедшая в результате взаимодействия стенки трубы с твердым телом при взаимном перемещении;

· расслоение - несплошность металла стенки трубы;

· расслоение с выходом на поверхность (закат, плена прокатная) - расслоение, выходящее на внешнюю или внутреннюю поверхность трубы;

· расслоение в околошовной зоне - расслоение, примыкающее к сварному

· трещина - дефект в виде узкого разрыва металла стенки труб;

· эрозионное разрушение внутренней поверхности трубопровода - повреждения внутренней поверхности стенки трубопровода: представляет собой последовательное разрушение поверхностного слоя стенки под влиянием механического или электромеханического воздействия взвешенных в движущемся потоке твердых частиц, а также частиц жидкости. При преобладании твердых частиц наблюдается механическая эрозия.

4.Тесты

акустический контроль неразрушающий дефект

1. Дефектом называется:

· Повреждение трубопровода, выявленное при визуальном осмотре;

· Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям;

· Повреждение трубопровода, выявленное с помощью прибора;

· Отклонение положения трубопровода от проектного положения.

2. Дефект относится к проектным:

· Непровар в сварном шве;

· Не соответствие норм реальным условиям;

3. Дефект относится к эксплуатационным:

· Непровар в сварном шве;

· Не соответствие норм реальным условиям;

· Нарушение режимов эксплуатации трубопровода.

4. Вмятиной называется:

· Дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях;

· Локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· Чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;