Дипломыч (1220897), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

2) активный источник, требующий дополнительного контроля с применением других методов;

3) критически активный источник, требующий контроля за развитием ситуации и принятия мер по подготовке возможного сброса нагрузки;

4) катастрофически активный источник, требующий немедленного снижения нагрузки до нуля.

Учитывая то, что число параметров, характеризующих АЭ немалое, соотношение источников к соответствующему классу производится с помощью разных критериев, которые учитывают набор параметров. Выбор критериев производится в зависимости от механических и акустико-эмиссионных свойств материалов исследуемых объектов. К таким критериям относятся:

• амплитудный, основанный на фиксации амплитуд импульсов, причем не менее трех от одного источника, и сравнение их с величиной, превышающий допустимый порог.

• интегральный, основанный на сопоставления оценки активности источников АЭ и относительной силой этих источников.

• интегрально-динамический, основанный на классификации источника АЭ в зависимости от его типа и ранга.

Тип источника определяют по динамике энерговыделения, исходя из амплитуды АЭ сигналов на интервале наблюдения. Ранг источника устанавливают путем расчета его коэффициента концентрации и суммарной энергии.

Ступенчатая структура регистрации и обработки сигналов аппаратуры АЭ контроля определяется основными задачами: прием и идентификация сигналов АЭ, усиление и обработка данных сигналов, установление значений параметров сигналов, фиксация результатов и получение информации. Аппаратура различается степенью сложности, назначением, мобильностью, а также классом в зависимости от объема получаемой информации.

Метод АЭ позволяет контролировать всю, без исключения, поверхность объекта контроля при условия плотного прилегания датчика к контролируемому объекту. Для проведения исследования должен быть обеспечен непосредственный доступ к участкам поверхности объекта контроля для установки преобразователя акустической эмиссии (ПАЭ). При отсутствии такой возможности, например, при проведении периодического или постоянного контроля подземных магистральных трубопроводов без удаления от грунта и изоляции, возможно использование волноводов, установленные статично на контролируемом объекте. До того момента, как объект подвергнется нагружению, проверяют работоспособность аппаратуры и оценивают погрешность определения координат с помощью имитатора. Его устанавливают в выбранной точке объекта и сравнивают показания системы определения координат с реальными координатами имитатора. В качестве имитатора применяют пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами от генератора. Рассмотрим расположение ПАЭ на примере упругопластического деформирования шарового индентора, которое представлено на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3– Схема упруго–пластического деформирования шарового индентора с регистрацией акустической эмиссии.

В данной схеме преобразователь АЭ устанавливается на поверхности исследуемого объекта на расстоянии около 30 мм от индентора. Максимально близки контакт ПАЭ с образцом достигается с помощью специальной смазки, обеспечивающей согласование волновых сопротивлений стального образца и ПАЭ. Упругопластическое деформирование вдавливает шаровый индентор диаметром 15 мм со скоростью 15 мкм/сек. При достижении максимальной нагрузки в 450 кг производилась выдержка в течение 3 секунд и разгрузка со скоростью 6 мкм/сек. В процессе приложении нагрузки и, что не мало важно, при разгрузке, осуществлялась фиксация акустико-эмиссионных волн.

Также существует возможность визуализации источников АЭ с помощью видеомонитора, на средствах воспроизведения принимаемых сигналов, на которых источники изображаются в соответствующем месте на развертке контролируемого объекта в виде светящихся точек различной яркости, цвета или формы. Документирование итогов исследования осуществляется с помощью соответствующих периферийных устройств, присоединенных к основному процессору. В случае статичного метода контроля АЭ определить время задержки сигналов становится невозможно. В этом случае местоположение источника АЭ можно определить, используя амплитудный метод, основанный на измерении амплитуды сигнала разными ПАЭ. Системы диагностического мониторинга, основывающиеся на методе АЭ контроля, являются наиболее универсальными. Аппаратное решение такой системы обычно включает [16]:

• типовые блоки акустико-эмиссионной аппаратуры;

• блоки согласования и коммутации всех видов первичных преобразователей дополнительных видов неразрушающего контроля, состав которых назначается в зависимости от вида контролируемого объекта;

• блоки управления и принятия решения по результатам диагностической информации о текущем состоянии контролируемого объекта.

На каждый объект разрабатывается своя технология контроля. Работы по АЭ контролю начинаются с установки ПАЭ на контролируемый объект. Установка осуществляется на поверхность, которую предварительно зачистили или должен быть использован соответствующий волновод. Для осуществления локаций источников АЭ на объемном объекте, который имеет большую площадь поверхности, ПАЭ размещаются в виде групп (антенн), в каждой из которых применяется не менее трех преобразователей. На линейном объекте в каждой группе используют по два ПАЭ. Контроль проводится при создании в конструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Если это, к примеру, нефтепровод, то режим перекачки нефтепродукта должен быть увеличен, но есть исключительные случаи. Наблюдение и контроль необходимо осуществлять на всех этапах испытаний. Некоторые виды дефектов проявляют себя в период изменения напряжения, к примеру сброса давления, при этом возникают сигналы от трения берегов трещин при их смыкании.

Также особое внимание уделяют расположению датчиков АЭ. Метод закрепления датчиков и выбор проводящей жидкости зависит от объекта исследования и используемого оборудования. Для обследования труб чаще всего датчики крепят клеем (суперклеем). Магнитное крепление датчиков используется на сосудах высокого давления. Для длительного использования датчики могут привязывать. Акустико-эмиссионный волновод используют при высоких температурах объекта исследования. Для защиты датчиков при контроле объектов атомной промышленности используют защитные свинцовые пленки. Примеры установки датчиков АЭ представлены на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Примеры установки датчиков АЭ: а – датчик прикреплен при помощи магнитов; б – перед датчиком установлены защитные свинцовые пленки; в – АЭ волновод; г – роликовый датчик.

В процессе нагружения рекомендуется непрерывно наблюдать на экране монитора картину АЭ излучения контролируемого объекта. Испытания прекращаются досрочно в случаях, если фиксируемый источник АЭ относится к четвертому классу. Объект должен быть разгружен, испытание либо прекращено, либо определен источник АЭ и адекватно оценена безопасность продолжения испытаний. Быстрое нарастание суммарного счета, амплитуды импульсов или энергии может служить показателем ускоренного роста трещины, приводящего к разрушению. Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие:

• метод АЭ контроля обеспечивает обнаружение и фиксацию только развивающихся дефектов, что позволяет распределить дефекты не по размерам, а по степени их опасности. Одновременно при развитии опасного растущего дефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению, амплитуда сигналов АЭ и темп их генерации резко увеличиваются, что приводит к значительному возрастанию вероятности нахождения такого источника АЭ и повышает надежность эксплуатируемого оборудования;

• чувствительность метода АЭ контроля весьма высока. Он позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины около доли миллиметра, что превышает чувствительность других методов. Также положение и ориентация объекта не влияют на обнаружение дефектов;

• свойство интегральности метода АЭ контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ контроля, статично установленных на поверхности объекта;

• метод АЭ контроля обеспечивает возможность проведения контроля объектов без удаления их гидро- или теплоизоляции. Для проведения контроля достаточно вскрыть изоляцию только в местах установки преобразователей, что многократно снижает объем восстановительных работ;

• метод обеспечивает возможность проведения дистанционного контроля недоступных объектов, таких, как подземные и подводные трубопроводы, аппараты закрытых конструкций;

• метод позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов и имеет меньше ограничений, связанных с их свойствами и структурой;

• при контроле промышленных объектов метод во многих случаях обладает максимальным значением соотношения эффективность/стоимость.

Существенным недостатком метода является сложность разделения полезного сигнала от помех, при условии малости дефекта.

Структура аппаратуры АЭ контроля определяется следующими основными задачами: прием и идентификация сигналов АЭ, их усиление и обработка, определение значений параметров сигналов фиксация результатов и выдача информации. Наибольшее распространение получила многоканальная аппаратура, позволяющая наряду с параметрами АЭ определять координаты источников сигналов с одновременной регистрацией параметров испытаний (нагрузка, давление, температура и пр.).

Акустические системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими благодаря более высоким техническим характеристикам и экономическим показателям. При сравнении систем существенным показателем является стоимость оборудования, его монтажа и текущего обслуживания в расчете на 1 км протяженности трубопровода. Соответственно, если характеристики двух систем одинаковы, то предпочтение отдается, безусловно, экономически более выгодной разработке. Анализ экономических показателей позволяет условно разделить перечисленные системы на две стоимостные группы (распределенные и протяженные системы), которые отличаются способом монтажа оборудования на трубопроводе:

• в распределенных системах фиксирующие модули устанавливаются на трубопроводе, как правило, на большом расстоянии друг от друга и используют такие каналы связи как: радиоканал, спутниковый, телемеханический, оптоволоконный. К этой группе относятся акустические;

• в протяженных системах устанавливаемое оборудование требует прокладки вдоль трубопровода дополнительного канала связи.

Для распределенных систем стоимость оборудования, монтажа и текущего обслуживания исходя из расчета на 1 км примерно в 10 раз меньше по сравнению с протяженными системами. В то же время анализ технических характеристик указанных систем показывает, что они обеспечивают фиксацию крупных утечек, сопровождающихся падением давления, и имеют предел чувствительности, составляющий около 1 % производительности трубопровода. При этом утечки с низкой интенсивностью (менее 1 %) такие системы не регистрируют. Так, например, при производительности 2000 м3/ч система с чувствительностью 1 % способна обнаружить только утечку с интенсивностью 333,3 л/мин и более.

2.2 Основные элементы акустико-эмиссионной аппаратуры.

Одним из главных элементов акустико-эмиссионной аппаратуры является датчики. Основным элементом АЭ резонансного датчика является пьезоэлектрический кристалл, который механические колебания в электрический сигнал. Кристалл расположен в специальном корпусе с донышком в виде пластинки и разъемом. Такая схема представлена на рисунке 2.5. Датчик возбуждается волнами напряжений, который воздействует на донышко, и преобразует эти воздействия в электрические сигналы. Данные сигналы поступают на предусилитель, тем самым усиливаясь, и на конечном этапе фиксации поступают на измерительную и обрабатывающую аппаратуру. В настоящее время с целью повышения удобств при установке и одновременном снижении чувствительности к электромагнитным наводкам, предусилители изготавливают миниатюрными и располагают непосредственно в корпусе датчика, получая совмещённый̆ датчик-предусилитель [24].

Рисунок 2.5– Конструкция резонансного АЭ датчика.

Одним из основных требований предъявляемых к датчику является его высокая чувствительность. Хотя высококачественными датчиками– это датчики, обладающие плоской частотной характеристикой, но в большинстве случаев наиболее чувствительными, являются резонансные датчики, которые, к тому же, являются более дешевыми, чем широкополосные. Эти датчики имеют сравнительно узкую полосу частот, в которой происходит преимущественное колебание. Частотная полоса определяется в основном размером и формой кристалла. Частоты, характеризующие датчик, являются доминирующими при образовании формы и спектра АЭ сигнала.

В конце 70-х годов существовала программа калибровки чувствительности датчиков, которая выполнялась в рамках исследовательских работ Национального Бюро Стандартов. С помощью данной программы были разработаны процедуры получения зависимости абсолютной чувствительности АЭ датчиков от частоты (в единицах вольт/скорость от частоты). В дополнении вышеперечисленным факторам большое влияние на форму сигнала оказывает сам датчик. Когда широкополосный сигнал эмиссии воздействует на резонансный датчик, в результате получается эффект колокольчика, звенящего на определенной частоте, независимо от способа своего возбуждения. Типичный сигнал эмиссии на выходе резонансного датчика приведен на рисунке 2.6.

Характеристики

Список файлов ВКР