СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОДНОКАНАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2003 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано в качестве метода неразрушающего контроля при оценке технического состояния металлоконструкций объектов Гостехнадзора.

Известен способ применения одноканальной аппаратуры [1] для проведения акустико-эмиссионного контроля объектов малых размеров, заключающийся в непрерывной регистрации в реальном масштабе времени параметров акустической эмиссии (далее АЭ) и определении закономерностей изменения этих параметров со временем. Классификация (в зависимости от параметров регистрации) зарегистрированных источников сигналов АЭ производится по известным критериям [2] . Главным недостатком способа является невозможность его применения для проведения АЭ контроля нескольких объектов одновременно или крупногабаритного объекта, при котором требуется установка нескольких преобразователей акустической эмиссии (далее ПАЭ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ применения одноканальной аппаратуры для акустико-эмиссионного контроля (далее АЭ-контроля) гибов горячих трубопроводов [3], находящихся под внутренним давлением горячего пара (Т_пара=600 С^o) заключающийся в том, что при помощи мультиплексора осуществляют периодический опрос ПАЭ, установленных на нескольких трубопроводах. В качестве информативного параметра используют амплитудное распределение сигналов в частотном диапазоне 400-800 кГц за время экспозиции (время анализа сигналов АЭ на одном канале), которое составляет несколько минут. Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно большое время (периодичность опроса достигнет нескольких десятков минут), необходимое для регистрации амплитуды, обработки и определения амплитудного распределения. Несмотря на то, что использование амплитудного распределения позволяет определять тип дефекта, для этого потребуется использование дополнительных устройств, в частности применения спектральных анализаторов. Кроме того, способ позволяет выявлять только развитие процессов разрушения, связанные с ползучестью при высоких температурах.

Однако при температурах объекта ниже 100^oС процессы разрушения развиваются быстрее и определяются двумя взаимосвязанными процессами, а именно пластическим деформированием и развитием трещины, в основе которых на микроуровне лежат процессы скольжения и торможения у препятствий дислокации. В этом случае отмечают увеличение величины амплитуды, скорости счета, активности сигналов АЭ и уменьшение длительности серий. В этих условиях применение указанного способа не будет эффективно решать задачу выявления дефектов.

Целью изобретения является создание способа, позволяющего при помощи одноканальной аппаратуры выявлять в крупногабаритных объектах (составных, со сложной конфигурацией и других) развивающиеся трещины, пластические деформации, а также утечки хранящихся в объекте жидкостей и газов в условиях воздействия высоких, обычных и низких температур.

Требуемый технический результат состоит в расширении функционально-технических возможностей одноканальной акустико-эмиссионной аппаратуры путем проведения последовательного опроса ПАЭ, посредством мультиплексора. Периодичность этого опроса не превышает продолжительности генерации серий сигналов АЭ, сопровождающих развитие трещины.

Сущность изобретения заключается в том, что объект нагружают увеличивающейся нагрузкой со статическими выдержками до величины пробной нагрузки, которая превышает рабочую, и выдерживают под ней заданное время. Одновременно с нагружением объекта производят периодический опрос ПАЭ, установленных в необходимом количестве на поверхности объекта, путем последовательного подключения ПАЭ к прибору при помощи мультиплексора (мультиплексор - это устройство, имеющее заданное количество входных каналов, для подключения ПАЭ и выходной канал для присоединения к одноканальному прибору). Период времени опроса (переключения) всех каналов на мультиплексоре не должен превышать продолжительности серии сигналов АЭ, сопровождающих развитие трещины. В качестве информативного параметра используют известные параметры сигналов АЭ (такие как, например, число импульсов АЭ, суммарный счет АЭ, активность АЭ, скорость счета АЭ, энергия АЭ и др.)
При регистрации сигналов АЭ на любом канале этот канал контролируют с повышенной частотой опроса или длительностью времени экспозиции (например, в течение 3-5 секунд) и производят классификацию источника сигналов АЭ по степени опасности. Для этого используют известные или специально разработанные критерии классификации, которые позволяют произвести классификацию по результатам 3-5 последовательных отсчетов.

Способ применяется в случае, если металлоконструкции объекта изготовлены из металла, пластическое деформирование и развитие трещины в которых сопровождается генерацией серий сигналов АЭ продолжительностью не менее периода опроса всех ПАЭ. Определение продолжительности генерации сигналов АЭ при развитии трещины производится при разрушении образца, изготовленного из материала, идентичного (по химическому, фазовому и структурному составу) материалу объекта и той же толщины стенок объекта (если объект имеет сечения элементов металлоконструкций различной толщины, то выбирается меньшая из них). Образцы изготавливаются и испытываются в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 [4].

Сравнительный анализ показал, что изобретение отличается от ближайшего аналога нагруженном объекта пробной нагрузкой со статическими выдержками до величины, превышающей рабочую, использованием последовательного опроса ПАЭ с периодичностью не более чем продолжительность генерации сигналов АЭ при развитии трещины и регистрацией параметров сигналов АЭ, позволяющих классифицировать источник сигналов АЭ по степени опасности по результатам 3-5 последовательных отсчетов. Что соответствует требованию "новизны" заявляемого изобретения.

Требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, в частности использованием последовательного опроса ПАЭ с периодом опроса, не превышающим продолжительность генерации серии сигналов АЭ растущей трещиной во время испытания образца, которая до подачи заявки не было обнаружено в известной патентной и научно-технической литературе. Следовательно, изобретение соответствует критерию "изобретательский" уровень.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен чертеж прямоугольного компактного образца с краевой трещиной для испытаний на внецентренное растяжение и на фиг.2 - схемы проведения пневмоиспытаний секции баллонов одноканальной аппаратурой АЭ-контроля.

Продолжительность серий сигналов АЭ определяется во время увеличения нагрузки и выдержек при постоянной нагрузке при испытании образцов с трещиной (фиг.1).

Схема проведения пневмоиспытаний секции баллонов одноканальной аппаратурой АЭ-контроля (фиг.2) включает одноканальный прибор "Поиск-2М" - 1, подключенный к мультиплексору 2, который соединен с восемью ПАЭ 3.1-3.8, установленными на баллонах.

Реализацию способа проведения акустико-эмиссионного контроля с применением одноканальной аппаратуры рассмотрим на примере проведения АЭ-контроля при пневмоиспытаниях секции баллонов со сжатым воздухом. Секция состоит из восьми баллонов, изготовленных электросваркой в соответствии с требованиями ГОСТ 9731-61 из стали Д спокойная по ТУ 3024-56 и с толщиной стенки 16 мм. Баллоны объемом 200 л предназначены для хранения сжатого коздуха под разрешенным рабочим давлением до 200 кгс/см².

1. Из стали Д спокойная по ТУ 3024-56 изготавливали прямоугольные компактные образцы, в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 (фиг. 1) (количеством образцов 5 шт.), с краевой трещиной для испытания на внецентренное растяжение, на которых были выращены усталостные трещины длиной 1_уст=28 мм. После чего образцы ступенчато нагружали до разрушения на разрывной машине со скоростью перемещения подвижного захвата не более 0,1 мм/с и регистрировали скорость счета акустической эмиссии во время нагружения и статических выдержек. Анализ результатов испытаний показал, что длительность регистрации скорости счета АЭ при развитии трещины составляла 23 секунды при величине скорости счета АЭ 247 имп/с. Таким образом, оптимальная периодичность опроса всех ПАЭ при АЭ-контроле не должна превышать 20 секунд.

2. При пневмоиспытаниях баллонов с контролем акустической эмиссии использовался прибор "Поиск-2М". На фиг. 2 представлена схема проведения АЭ- контроля пневмоиспытаний секции баллонов одноканальным прибором "Поиск-2М". Одноканальный прибор "Поиск-2М" 1, настроенный для работы в частотном диапазоне 200-400 кГц (3 канал) подключен к мультиплексору 2, который соединен с восемью ПАЭ 3.1-3.8, установленными на баллонах. Применялись преобразователи акустической эмиссии с конструктивным совмещением пьезокристалла и предварительного усилителя в одном корпусе. На каждый баллон, в середине цилиндрической его части, устанавливается один преобразователь. Регистрируемый параметр - скорость счета акустической эмиссии. В ходе контроля опрос датчиков проводился последовательно с периодичностью не менее одного раза в 20 секунд.

Нагружение баллонов от 0 кгс/см² до пробного давления Рпр=220 кгс/см² проводилось ступенчато с выдержками в течение 5 минут при следующих ступенях нагружения 100, 150, 190, 200, 210, 220 кгс/см²
Градуировку аппаратуры проводили с использованием имитатора Су-Ниельсона (излом стержня карандаша диаметром 0,5 мм, твердостью 2Н с углом наклона стержня приблизительно 30^o к поверхности, выдвинутого на длину 2,5 мм).

При регистрации сигналов АЭ на каком-нибудь канале этот канал контролировали в течение 3-5 секунд и производили классификацию источника сигналов АЭ по степени опасности. Для этого использовали разработанный критерий сравнения скорости счета зарегистрированных сигналов АЭ со скоростью счета контрольного сигнала = 16 - 48 имп/с.

Определяли параметр классификации
где - минимальная скорость счета при развитии трещины = 247 имп/сек, скорость счета при срабатывании имитатора Су-Ниельсона. Классификацию источников сигналов АЭ осуществляли следующим образом:
1. Источники сигналов с относятся к "пассивным";
2. Источники сигналов АЭ относятся к "активным", если или возрастает по линейному закону (оценку производить по величине трех последовательных отсчетов)
3. Источники сигналов АЭ относятся к "критическим активным", если возрастает (оценку производить по величине трех последовательных отсчетов)
4. Источники сигналов АЭ относятся к "катастрофически активным", если или возрастает по экспоненциальному закону (оценку производить по величине трех последовательных отсчетов).

Способ опробован при пневмоиспытаниях секции из 8 баллонов, изготовленных из стали Д.

Способ может быть использован как метод неразрушающего контроля при оценке технического состояния объектов Гостехнадзора при техническом диагностировании. Применение способа позволяет снизить затраты материальных и финансовых ресурсов при проведении неразрушающего контроля, а также расширить технические возможности одноканальной аппаратуры. Кроме того, анализ материалов, используемых для изготовления (38ХА, 38ХНЗМФА, 10ХСНД, АМг6, СтВ3сп) объектов Гостехнадзора России позволяет в большинстве случаев применять вместо многоканальной аппаратуры одноканальную, что сокращает в 15-20 раз стоимость проведения акустико-эмиссионного контроля.

Источники информации
1. Теория и практика неразрушающего контроля с помощью акустической эмиссии. Методическое пособие. Н. С. Кузнецов. -М.: Машиностроение, 1998, с. 89-90.

2. РД 03-131-97 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. М.: НПО ОБТ, 2000, с.35-45.

3. Теория и практика неразрушающего контроля с помощью акустической эмиссии. Методическое пособие. Н. С. Кузнецов. -М.: Машиностроение, 1998, с. 88-89.

4. ГОСТ 25.506-85 "Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Издательство стандартов, 1985.

Применяется как способ неразрушающего контроля объектов Гостехнадзора при технических диагностированиях для определения наличия развивающихся дефектов с классификацией по степени их опасности. Сущность способа состоит в том, что объект нагружают возрастающей нагрузкой со статическими выдержками до величины пробной, которая превышает рабочую, и выдерживают под ней заданное время. Одновременно с нагружением производят последовательный опрос ПАЭ, установленных на поверхности объекта, при помощи мультиплексора с периодом опроса, не превышающим продолжительность серий сигналов АЭ, сопровождающих рост трещины, во время контроля регистрируют параметры сигналов АЭ, позволяющие классифицировать источник сигналов АЭ по степени опасности. Продолжительность серий сигналов АЭ определяется в ходе выдержек при постоянной нагрузке во время испытаний образцов с трещиной, изготовленных из материала, идентичного по химическому, фазовому и структурному составу материалу объекта. Способ позволяет использовать одноканальную аппаратуру. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ проведения акустико-эмиссионного контроля с применением одноканальной аппаратуры, заключающийся в том, что на поверхность объекта устанавливают преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ), акустико-эмиссионный контроль проводят путем периодического опроса ПАЭ при помощи мультиплексора, подключенного к одноканальному прибору, отличающийся тем, что объект ступенчато нагружают пробной нагрузкой, превышающей рабочую, выдерживают под ней и одновременно осуществляют последовательный опрос ПАЭ с периодом, не превышающим длительность серии сигналов акустической эмиссии (АЭ), сопровождающих развитие трещины, длительность серии определяют при разрушении образца, изготовленного из материала, идентичного по химическому, фазовому и структурному составу материалу объекта, и толщиной, равной толщине стенок объекта, во время контроля регистрируют параметры сигналов АЭ и классифицируют источник сигналов АЭ степени опасности. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяется для контроля объектов, изготовленных из материала, в котором происходит конечное (стабильное) приращение трещин при ступенчатом нагружении, что сопровождается генерацией серий сигналов АЭ длительностью больше периода опроса ПАЭ.