Течь акустическая эмиссия. Акустико-эмиссионный контроль. Анализ данных и представление результатов

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.

Б.С.Кабанов, В.П.Гомера, В.Л.Соколов, A.A.Охотников, “КИРИШИНЕФТЕОРГСИНТЕЗ”

Введение

“Киришинефтеоргсинтез” был первым нефтеперерабатывающим заводом в России, который ввел группу АЭ в структуру своей лаборатории технической диагностики. В тот период метод АЭ использовали, в основном, научные организации и исследовательские центры. Промышленные организации пользовались услугами данных центров, когда в этом возникала необходимость.

Учитывая перспективы использования АЭ для повышения надежности работы технологического оборудования, и желая увеличить объемы и оперативность использования АЭ, руководство механической службы приняло решение о создании собственной группы АЭ. Сейчас АЭ сопровождает проведение гидроиспытаний и пневмоиспытаний сосудов давления, работающих в наиболее жестких эксплуатационных условиях и повышает эффективность применения традиционных методов дефектоскопии в результате локализации зоны использования этих методов. Кроме того, все пневмоиспытания сосудов обязательно сопровождаются АЭ. Российские правила контроля разрешают проводить пневмоиспытания сосудов вместо гидро-испытаний только при условии использования АЭ для обеспечения безопасности контроля.

Необходимость такой замены возникает часто, так как на заводе эксплуатируется достаточно много сосудов, для которых нельзя допускать попадания воды внутрь из-за конструкционных особенностей этих сосудов (например, наличие катализатора внутри реакторов). Для анализа данных, полученных в результате испытаний, используются, в основном, традиционные критерии: локация сигналов, эффект Кайзера, выдержки давления и др. Дополнительно при анализе данных используется такой метод, как локация источников АЭ с учетом переменных значений скорости распространения сигналов в относительно тонких оболочках (различные моды волн Лэмба). Также применяются некоторые алгоритмы кластерного анализа. С 1992 года проведены испытания 205 сосудов.

По результатам испытаний был проведен профилактический ремонт 29 сосудов. По результам обработки всех испытаний формируется база данных по АЭ контролю сосудов. Первой АЭ системой, которая была использована на нашем предприятии была LOCAN AT фирмы PAC. Эта система продолжает эксплуатироваться и сейчас. Дополнительно, чтобы повысить качество АЭ при контроле больших сосудов, и, учитывая прогресс в развитии АЭ систем, наша организация в 1998 году приобрела систему AMSY4 фирмы “Vallen Systeme”.

Примеры использования АЭ для контроля сосудов

Чтобы подтвердить тезис об эффективности использования АЭ для диагностики оборудования нефтеперерабатывающего завода приведем несколько реальных примеров обнаружения дефектов. Во всех этих примерах вероятность обнаружить дефекты без применения АЭ, используя только традиционные методы контроля, была очень мала. Результаты получены с использованием системы AMSY4.

ПРИМЕР 1

Объект контроля - корпус теплообменника, материал - углеродистая сталь с плакировкой из нержавеющей стали, толщина - 20 мм, пневмоиспытания (эскиз представлен на рис.1). Результаты планарной локации показаны на рис.2. Они были использованы для определения участка корпуса сосуда с высокой концентрацией источников АЭ - для последующего анализа. Затем с использованием других инструментов пост-обработки данных была проведена более точная локализация и классификация зон АЭ активности. Примеры элементов такого анализа приведены на рис.3. Приведенная на левом графике зависимость Amplitude от Counts для трех каналов (показана различным цветом для разных каналов) свидетельствует о наличии более высоких амплитуд, регистрируемых по 14 каналу, в сравнении с каналами 6 и 13 (что является достаточным основанием не ограничиваться результатами формальной локации и указывает на необходимость дополнительного анализа данных от группы АЭ источников, расположенных в пределах рассматриваемого фрагмента локационной антенны).

Наличие импульсов высокой амплитуды по #14 указывает на то, что возможно наличие АЭ источника в непосредственной близости от места установки датчика. Правый график на Рис.3 иллюстрирует использование информации о параметре Rise Time для интерпретации результатов планарной локации.

Окончательные результаты локализации зон, содержащих источники АЭ, и положение АЭ преобразователей на развертке сосуда указаны на Рис.4. Указанные зоны АЭ активности были классифицированы в соответствии с природой АЭ источников, их образующих, следующим образом: Зона 1 связана с процессами релаксации напряжений в сварном соединении между корпусом и неподвижной опорой; Зоны 2 и 3 образованы в результате регистрации сигналов, сопровождавших релаксационные процессы в зонах приварки внутренних устройств к корпусу сосуда. (Необходимо отметить, что процессы релаксации в Зонах 2 и 3, как правило, коррелировали между собой, поэтому сигналы из различных источников образовывали суперпозиции; данные суперпозиции регистрировались сенсорами из локационной группы, образованной каналами ## 13,14,6,10 и, как следствие, формальные результаты планарной локации имели вид, представленный на Рис.2). В Зоне 4 (в районе расположения датчика #14) по результатам дополнительного контроля традиционными методами контроля был обнаружен опасный дефект (круговая трещина глубиной глубиной 8-10 мм в сварном шве вокруг глухой бобышки диаметром 45 мм с выходом на продольный шов обечайки), образовавшийся как результат коррозионного растрескивания.

Рис.2. Параметры локационного кластера, соответствующего Зоне 2.

Рис.3. Некоторые зависимости, используемые при анализе данных из Примера 1: корреляции Counts vs. Amp and Rise Time vs. Amp для каналов ## 6,13,14

Рис.4. Схема расположения контрольных преобразователей на развертке корпуса теплообменника (Пример 1), вид изнутри. Обозначены зоны наиболее активных AЭ источников.

ПРИМЕР 2

Объект контроля - вертикальный сосуд, расположенный в одном корпусе с другим сосудом. Сосуды разделены плоской сплошной перегородкой (Рис.5). АЭ контроль сопровождал гидроиспытания верхнего сосуда. Материал - углеродистая сталь с плакировкой, толщина стенки - 16 мм.

В результате эксплуатационных нагрузок в нескольких точках по периметру перегородки произошла ее перфорация: в сварном шве между корпусом и пергородкой появились сквозные трещины. Эти трещины раскрывались только в результате воздействия внутреннего давления и поэтому не были обнаружены традиционными методами контроля во время остановки сосуда.

Применение АЭ во время гидроиспытаний сосуда позволило выявить данные дефекты. Импульсные характеристики сигналов некоторых датчиков из нижнего пояса имели вид, характерный для сигналов, регистрирующих утечки (некоторые импульсные характеристики представлены на Рис.6). Однако, визуально - с внешней стороны корпуса - утечки отсутствовали. Кроме того, предварительный контроль другими методами сварных соединений перегородки и корпуса дефектов не обнаружил.

Дополнительная информация для решения проблемы была получена при помощи функций визуализации формы сигнала, которые были использованы для качественной оценки типа источника АЭ по форме сигналов.

На Рис.7 представлен пример регистрации типичных сигналов для двух разных датчиков от источников разной природы. Датчик #4 находился возле участка сварного шва с небольшими коррозионными дефектами.

Датчик #3 был расположен возле перегородки (см. Рис.5) и регистрировал периодические утечки через сквозные трещины соединительного шва.

Надо заметить, что нижний сосуд также был заполнен водой (подготовлен к гидроиспытаниям). Это факт внес дополнительные особенности в характер регистрируемых данных: вода, нагнетаемая насосом в верхний сосуд, повышала в нем давление до тех пор, пока напряжение в месте перфорации не превысило значение, нужное для раскрытия трещин. В результате через трещины вода из верхнего сосуда поступала в нижний и повышало в нем давление до того же значения, что и в верхнем сосуде. Это обстоятельство внесло дополнительные возмущения в структуру данных.

Однако, использование АЭ для решения подобных проблем, возможно, является оптимальным. Во всяком случае, в рассмотренном примере удалось успешно определить тип всех дефектов и место их расположения.

Рис.7. Примеры сигналов, зарегистрированны от утечки (Chan.3) и от коррозионного растрескивания (Chan.4)

Рис.8. Определение положения дефекта на корпусе сферического сосуда с использованием алгоритмов сферической локации

Рис.9. Примеры графических форм, использованных для локализации зоны корпуса сферической емкости (участок шва протяженностью 800мм), содержащей коррозионные дефекты (с использованием принципов зональной локации)

ПРИМЕР 3

Эффективность АЭ высока для больших сосудов с труднодоступными участками. Для таких сосудов наиболее эффективным является использование комбинации различных локационных алгоритмов, предоставляемых системой AMSY4. Например, для контроля сферического сосуда хорошие результаты были получены при сочетании сферической и зональной локации.

Характеристики сосуда: материал - углеродистая сталь, толщина -16 мм, диаметр - 10500 мм, емкость - 600 куб.м. АЭ сопровождала гидроиспытания сосуда. В результате контроля были выявлены две зоны на корпусе сосуда, содержащие коррозионные дефекты. Одна из зон была выявлена с использованием результатов сферической локации (Рис.8). Вторая зона (участок шва) была определена с использованием принципов зональной локации. Некоторые данные, характеризующие высокую относительную активность датчика #8, расположенного в этой зоне, приведены на Рис.9.

В дальнейшем результаты АЭ были подтверждены ультразвуковым контролем. и произведен ремонт дефектных участков корпуса.

Заключение

Сейчас метод АЭ на “Киришинефтеоргсинтез” включен в общую структуру неразрушающего контроля предприятия и успешно дополняет традиционные методы.

Руководство организации, учитывая эффективность применения АЭ, увеличивает объемы его применения и продолжает инвестиции в развитие АЭ на предприятии.

Стюхин Н.Ф.

//Журнал "В мире НК" №1(43) март 2009г.

На сегодняшний день повышение качества технической диагностики трубопроводов, выработавших свой нормативный срок, на предприятиях различного назначения является актуальной задачей. В частности, при расчете остаточного ресурса действующих трубопроводов экспертные организации используют усредненный статистический подход . При проведении подобных расчетов не принимается во внимание действительное техническое состояние отдельных локальных участков трубопровода, что в конечном итоге не обеспечивает достоверной оценки его работоспособности в течение разрешенного срока . Анализ причин отказов с течением времени магистральных трубопроводных систем показал, что в процессе эксплуатации более вероятны местные или локализованные повреждения, а не повальное ухудшение свойств материала по всей длине трубопровода. Причинами таких повреждений являются интенсивные пластические деформации, развивающиеся в зонах перенапряжений из-за технологических дефектов, дефектов монтажа (сварка под напряжением), интенсивных очагов коррозионных повреждений, подвижек грунта, температурных и других воздействий, приводящих к неоднородным статическим и динамическим нагрузкам.

Совокупность эксплуатационных нагрузок вызывает локальное образование двух основных типов повреждений, приводящих в конечном итоге к разрушению трубопровода - это трещиноподобные дефекты и дефекты коррозионной природы. При этом важное значение имеет скорость накопления повреждений в области дефекта, которая характеризует степень его опасности и определяет срок остаточной эксплуатации объекта. В этой связи необходима оценка технического состояния трубы в потенциально опасных областях. При этом немаловажно отметить тот факт, что проектная документация на строительство трубопроводов разрабатывалась, прежде всего, с точки зрения обеспечения надежности и безопасности протекания технологических процессов, а не удобства их диагностирования. Таким образом, при проведении технической диагностики и экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) трубопроводных систем необходимо применение комплексного подхода с использованием интегральных методов НК, позволяющих осуществлять диагностирование опасных дефектов, возникающих в процессе эксплуатации по всей длине диагностируемого участка.

Среди интегральных способов диагностики трубопроводов метод акустической эмиссии (АЭ) практически не имеет альтернативы. Принцип метода АЭ заключается в регистрации волн упругих напряжений, возникающих в материале конструкции в результате зарождения и развития различного рода дефектов (рисунок 1). Отметим, что на основе комплексного диагностического подхода АЭ диагностика трубопроводов позволяет делать обоснованные выводы о процессах зарождения и развития опасных повреждений и, в конечном итоге, о техническом состоянии объекта . Рассмотрим некоторые особенности практического применения метода АЭ для диагностики трубопроводных систем.

Примеры практического использования метода АЭ

Подтверждением высокой эффективности применения метода АЭ в комплексе с другими методами НК являются итоги проведенных специалистами нашей фирмы работ по контролю сварных соединений трубопроводов природного газа. В ходе обследования методом внутритрубной дефектоскопии одного из участков газопровода было выявлено 20 аномальных сварных соединений, которые дополнительно были обследованы с применением радиографического и акустико-эмиссионного методов контроля . На рисунке 2 представлены сравнительные результаты: если радиографический контроль показал дефекты в 18 из 20 стыков, то по данным АЭ наибольшую опасность для текущей эксплуатации газопровода представляют всего 6 из 20 сварных соединений. Принципиальное значение имеет тот факт, что наиболее опасный источник по АЭ зарегистрирован в сварном шве, годном по радиографии (рисунок 2).

Последующий после вырезки данного стыка металлографический анализ с послойной вышлифовкой показал наличие развитой трещины c зоной раскрытия 0,2 мм (рисунок 3), образовавшейся на вытянутой цепочке пор, и неметаллических включений в центральных слоях сварного шва. Предельная чувствительность использованного радиографического контроля не позволяет распознавать на снимке дефекты такого размера.

Статистика проведенных в течение нескольких лет аналогичных АЭ обследований газопроводов после результатов РК (рисунок 4), что 35% недопустимых по радиографии дефектов не являются развивающимися и не представляют реальной опасности для эксплуатации объекта. Кроме того, выявлено дополнительно 25% развивающихся источников АЭ, соответствующих опасным производственным дефектам в местах, не обнаруженных по РК. Этот факт свидетельствует о необходимости применения метода АЭ для выявления повреждений технологических трубопроводов, наиболее опасных для эксплуатации объекта, еще на стадии зарождения дефектов, а также определения очередности и сроков ремонта выявленных дефектов.

Выявление опасных дефектов другого типа, а именно коррозионных повреждений, с использованием АЭ-контроля было проведено при техническом диагностировании подземных участков технологических нефтепроводов на нефтеперекачивающих станциях. Работы проводились по действующему внутреннему регламенту в рабочем режиме без вывода объекта из эксплуатации с использованием АЭ-системы A-Line фирмы «ИНТЕРЮНИС» (рисунок 5).
Длина диагностируемого участка за один цикл измерения 24-х канальной системой, составила 2 км. Важно отметить, что предельно допустимое расстояние между датчиками АЭ при диагностике КД трубопроводов составило не более 60 м. Это подтверждается теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями для магистральных трубопроводов. В ходе АЭ-контроля на основном металле трубной секций была выявлена течь (рисунок 6), и локализованы интенсивные очаги коррозионного поражения, где присутствовали дефекты язвенного и питтингового типа. Результаты применения локальных методов НК по определению параметров выявленных дефектов (величина раскрытия питтингов менее 2 мм, глубина проникновения - порядка 80-90% толщины стенки трубы - рисунок 7) позволили сделать вывод о том, что течь образовалась именно на коррозионном питтинге.

Таким образом, дополнительное применение метода АЭ позволило без 100%-ного доступа к поверхности трубы локализовать опасные для эксплуатации дефекты по всей протяженности диагностируемого технологического трубопровода и значительно снизить вероятность пропуска дефектов. Применение данной методики в рабочих условиях обеспечивает оперативное выделение участков трубопровода, подлежащих незамедлительному ремонту и сведение к минимуму объема подготовительных работ и работ по техническому диагностированию.

Выводы и заключения

Комплексный подход к диагностированию трубопроводов с применением метода АЭ позволяет:

‑ производить обнаружение опасных производственных и эксплуатационных дефектов на ранней стадии их зарождения и предупреждать их развитие до критической величины;

‑ определять степень опасности выявленных дефектов;

‑ проводить 100% контроль диагностируемого участка, включая недоступные, скрытые области контроля;

‑ проводить оценку остаточного ресурса трубопровода на основе информации о существующих эксплуатационных дефектах и повреждениях.

Совокупность указанных факторов обеспечивает полную и достоверную оценку технического состояния трубопроводов с последующим принятием решения о возможности дальнейшей эксплуатации объекта.

Список литературы

Б.Е. Патон, С.Е. Семенов, А.А. Рыбаков. О старении и оценке состояния металла эксплуатируемых магистральных газопроводов. // Автоматическая сварка. - 2000. - № 7. . Практическая оценка метода акустической эмиссии на технологических газопроводах. // В Мире НК. - 2008. - №3(41).

Акустическая эмиссия трубопроводов представляет собой возникновение и распространение упругих колебаний в процессе деформации исследуемой конструкции. Количественно она выступает как показатель целостности материала под различной нагрузкой. Контроль методом акустической эмиссии может применяться для установления дефектов на начальном этапе разрушения конструкции. Основным способом диагностики является пассивный сбор сведений и их последующая обработка.

Общая характеристика

Акустическая эмиссия используется для обнаружения и установления координат, мониторинга источников деформации на поверхностях либо в объеме стенок, сварных соединений и элементов конструкций. Диагностика выполняется только при создании напряженного состояния. Оно инициирует в объекте работу источников колебаний. Акустическая эмиссия возникает при воздействии давлением, силой, температурным полем и так далее. Выбор конкретной нагрузки определяется особенностями конструкции, условиями, в которых она используется, спецификой испытаний.

Метод акустической эмиссии

Для определения показателя надежности конструкции выполняется проверка ее параметров и свойств, при которой не должна нарушаться ее целостность и пригодность к использованию и эксплуатации. Традиционные способы (ультразвуковой, токовихревой, радиационный и прочие, популярные на практике) позволяют выявить геометрические неоднородности посредством излучения определенной энергии в структуру объекта. Акустическая эмиссия предполагает иной подход. В первую очередь в качестве источника сигнала выступает сам материал, а не внешний объект, поскольку это пассивный способ проверки, а не активный, как указанные выше. Кроме этого позволяет обнаружить не статические неоднородности, а перемещение дефекта. Соответственно, с его помощью можно выявить развивающиеся и, следовательно, самые опасные разрушения. Этот способ позволяет оперативно обнаружить рос небольших трещин, утечек жидкости или газа, разломов и прочих процессов, обусловливающих возникновение и распространение колебаний.

Нюансы

В теоретическом и практическом плане любой дефект способен производить собственный сигнал. Он может преодолевать довольно большие расстояния (в несколько десятков метров), пока его не обнаружит датчик акустической эмиссии . Более того, разрушение можно выявить не только дистанционно. Дефекты устанавливаются и путем расчета разницы времени прихода волн к улавливающим датчикам, находящимся на различных участках. Рост трещин, расслоения, разлом включения, трение, коррозия, утечка жидкости/газа - примеры процессов, производящих колебания, которые можно обнаружить и эффективно исследовать.

Особенности

В качестве основных преимуществ метода перед традиционными способами неразрушающего контроля выступают:

Еще одно достоинство заключается в возможности мониторинга разных технических процессов и оценки состояния конструкции в режиме текущего времени. Это позволяет предупредить аварийное разрушение объекта. Следует также отметить, что в методе акустической эмиссии оптимально сочетаются параметры качества и стоимости.

Дополнительно

Контроль с использованием акустической эмиссии обеспечивает получение огромных массивов информации, позволяет с минимальными расходами, оперативно регулировать и продлевать цикл эксплуатации ответственных промышленных установок. Результаты выполненных проверок используются при прогнозировании аварийных разрушений. Этот метод контроля может использоваться при исследовании разнообразных свойств материалов, конструкций, веществ. Сегодня без его использования невозможно создание, а также надежная эксплуатация множества ответственных объектов в промышленности.

Минусы

Сферы применения

Как выше было сказано, в настоящее время методом акустической эмиссии пользуются различные предприятия, занятые в самых разных экономических сферах. К основным из них можно отнести:

Химическую и нефтегазовую промышленность.
Металлургию и трубопрокатное производство.
Тепловую и атомную энергетику.
Железнодорожный транспорт.
Авиационно-космический комплекс.

Метод широко используется предприятиями, работающими с подъемными, мостовыми конструкциями, бетонными и железобетонными сооружениями.

Заключение

Акустико-эмиссионный метод считается сегодня одним из самых эффективных способов выполнения неразрушающего контроля и оценки состояния, свойств материалов. Он основывается на выявлении упругих волн, генерируемых при возникновении внезапной деформации конструкции, находящейся под нагрузкой. Возникающие колебания отходят от своего источника и направляются непосредственно к датчику, где они трансформируются в электрические сигналы. Специальными приборами осуществляется их замер. После этого происходит отображение обработанной информации. На ее основании выполняется последующая оценка состояния и поведения структуры исследуемых объектов.

Лекция 17 АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ Физические основы акустико-эмиссионного контроля Явление акустической эмиссии (АЭ) известно с начала прошлого столетия как «крик олова» треск, возникающий при деформировании оловянных стерженьков и слышимый ухом. Долгое время это явление не находило практического применения. И только с середины прошлого столетия, когда выяснилось, что разрушению нагруженных конструкций предшествует излучение упругих волн широкого частотного диапазона, по регистрации которых можно предсказать и, главное, предотвратить катастрофические последствия разрушения нагруженных конструкций, начались систематические исследования АЭ. Явление АЭ и причины, его порождающие, оказались значительно более сложными, чем предполагали на начальном этапе изучения. Лишь к середине 70-х годов была разработана высокочувствительная аппаратура и собран экспериментальный материал, достаточный для решения практических задач. Нормативные документы ГОСТ 27655–88, определяет акустическую эмиссию АЭ как излучение материалом механических упругих волн, вызванное динамической локальной перестройкой его внутренней структуры. Со временем к АЭ стали относить высокочастотное акустическое излучение, источником которого является истечение жидкостей и газов через сквозные дефекты в сосудах и трубопроводах, а также акустические сигналы, сопровождающие трение твердых тел. В настоящее время полагают, что АЭ явление, сопровождающее едва ли не все физические процессы в твердых телах и на их поверхности, а возможность ее регистрации определяется лишь порогом чувствительности используемой аппаратуры.

АЭ возникает как при протекании процессов на микроуровне в твердых телах, так и при макроявлениях, связанных, например, с деформированием материалов и разрушением конструкций. Поэтому регистрация АЭ и анализ ее параметров предоставляют широкие возможности для исследования свойств материалов, их взаимодействия с жидкими и газообразными средами, а также диагностики состояния энергонапряженных конструкций. По сравнению с другими методами НК, например, методом ультразвуковой дефектоскопии, рентгеновским контролем и др., метод АЭ обладает рядом преимуществ. К ним в первую очередь относятся: обнаружение развивающихся в ходе эксплуатации и, следовательно, наиболее опасных дефектов в нагруженных компонентах реакторной установки; контроль в реальном масштабе времени возрастания поврежденности материала при испытаниях трубопроводов и сосудов давления, входящих в состав ЯЭУ; возможность проведения эксплуатационного контроля энергетической установки; возможность определения месторасположения дефектов трещин, зон пластической деформации, утечек и др., находящихся достаточно далеко от приемных преобразователей; возможность для отдельных сценариев развития аварий ЯЭУ предсказывать и заблаговременно предупреждать разрушение металлоконструкций и оборудования; быстрое обнаружение разрыва или течи в труднодоступных сосудах давления и трубопроводах при развитии аварийной ситуации; совместимость АЭ-метода с другими методами НК, что позволяет за счет использования нескольких независимых методов повысить надежность результатов контроля; возможность проведения дистанционного автоматизированного контроля в радиационно опасных помещениях атомной станции.

Практика показывает, что применение метода АЭ на объектах атомной энергетики позволяет: повысить безопасность эксплуатации энергетической установки, выявив потенциальные очаги разрушения конструкций; сократить время на проведение инспекционных и диагностических обследований конструкций и оборудования; обосновать увеличение коэффициента использование установленной мощности (КИУМ) энергоблоков за счет контроля и диагностики энергонапряженного оборудования; повысить безопасность и улучшить условия труда оперативного и ремонтного персонала АЭС. Разумеется, как и всякий метод неразрушающего контроля, АЭ-метод не лишен недостатков - это, прежде всего: необходимость создавать дополнительные нагрузки на диагностируемый объект, кроме случаев, когда эти нагрузки предусмотрены регламентами эксплуатации или обслуживания; отсутствие общепринятых соотношений, связывающих параметры АЭ-сигналов с поврежденность материала контролируемого объекта; трудности выделения АЭ-сигналов на фоне сильных шумовых помех, сопровождающих работу диагностируемого объекта.

Благодаря выше указанным достоинствам, возможности испытания больших и малых объектов при различных режимах нагружения, в том числе и термонагружении конструкций, метод АЭ нашел применение для контроля материалов и диагностики оборудования АЭС. Достаточно отметить следующий факт. Сварные соединения ответственных трубопроводов АЭС подвергаются сплошному рентгеновскому контролю. Однако, если достоверность выявления плоскостных дефектов этим методом составляет около 45 %, то при акустико-эмиссионном диагностировании достоверность существенно выше и достигает 85 %. Когда применение рентгеновского метода затруднено, акустико-эмиссионный контроль становится единственным для оценки трещинообразования в сварных соединениях элементов конструкций ЯЭУ.

Виды акустической эмиссии При акустико-эмиссионном контроле регистрируют колебания контролируемого объекта, источником которых являются разнообразные физические процессы в материале объекта. С помощью электромеханических преобразователей упругие колебания преобразуют в электрические сигналы и анализируют их параметры. АЭ является случайным процессом, то есть процессом, параметры которого случайным образом изменяются во времени. Методы обработки сигналов и их информативные параметры зависят от типа регистрируемой АЭ. Разделение акустической эмиссии на два типа связано со следующими обстоятельствами. В силу дискретной природы строения вещества дискретны и происходящие в них процессы. Непрерывность наблюдаемых процессов является следствие усреднения большого числа отдельных элементарных событий. Эти события приводят к микродеформированию твердого тела, как правило, столь незначительному, что оно не может быть зарегистрировано обычными измерительными средствами. Однако большое количество элементарных событий поток событий может привести к макроскопическим явлениям, заметно изменяющим энергетическое состояние тела. Например, пластическая деформация металлов в нормальных условиях в основном является результатом перемещения дислокаций линейных дефектов кристаллической решетки. Признаки движения отдельной дислокации зарегистрировать непросто. Однако перемещение под действием напряжений большого числа дислокаций на макроуровне проявляется как остаточная или пластическая деформация металла.

При изменении энергетического состояния тела часть энергии высвобождается в виде излучения упругих волн. Эти волны и есть акустическая эмиссия. Если количество элементарных событий, приводящих к излучению упругих волн, велико, а энергия, высвобождаемая при каждом событии, мала, то отдельные АЭ-сигналы, накладываясь друг на друга, воспринимаются как слабый непрерывный шум, называемый непрерывной АЭ. В этом случае из-за малости энергии, высвобождаемой при единичном событии, энергетическое состояние тела меняется незначительно. Поэтому вероятность осуществления следующего такого события практически не зависит от предыдущего. Вследствие этого характеристики непрерывной АЭ меняются во времени сравнительно медленно, рис. 1 а. Если в результате отдельных событий энергетическое состояние твердого тела меняется существенным образом, то за малый промежуток времени излучаются упругие волны, энергия которых может на много порядков превосходить энергию волн при непрерывной эмиссии. Излучение упругих волн при этом носит взрывной или импульсный характер. Число отдельных энергетических скачков существенно меньше, чем в случае излучения непрерывной эмиссии. Влияние каждого предыдущего события на последующее становится существенным, и процесс возникновения упругих волн уже нельзя рассматривать как стационарный. Общее количество импульсов АЭ сравнительно невелико, но они имеют большую амплитуду. Такая эмиссия получила название дискретной, рис. 1 б. Подобная эмиссия наблюдается, например, при докритическом подрастании трещин в металлах, обладающих малой пластичностью. Рис.1. Типы акустической эмиссии: а непрерывная; б дискретная. аб

Разделение АЭ на непрерывную и дискретную достаточно условно, поскольку возможность раздельной регистрации АЭ-импульсов зависит лишь от характеристик используемой аппаратуры ее разрешающей способности. Кроме того, увеличивая уровень дискриминации сигналов непрерывной акустической эмиссии, рис. 1 а, можно регистрировать только высокоамплитудные выбросы акустического сигнала, то есть формально перейти от регистрации непрерывной к регистрации дискретной АЭ, хотя очевидно, что сущность явления АЭ при этом не изменится. На практике, как правило, приходится иметь дело с эмиссией обоих типов. Например, докритическое подрастание трещин в металлах под действием внешних и внутренних факторов происходит скачкообразно. Продолжительные периоды стабильного состояния трещины, при некотором возможном возрастании пластической деформации в ее вершине, чередуются с моментами времени, когда трещина меняет свою длину с околозвуковой скоростью, переходя в новое равновесное состояние. Такой переход связан с изменением напряженного состояния разгрузкой материала в окрестности трещины и сопровождается излучением упругих волн, регистрируемых преобразователем как сигнал дискретной АЭ. В промежутках между скачками, при протекании пластической деформации в вершине трещины, наблюдается характерная для пластического деформирования непрерывная АЭ. Кроме того, в течение этого времени в зоне пластической деформации происходит образование и развитие микротрещин. Этим процессам также сопутствует излучение импульсов дискретной АЭ. На докритической стадии развития трещины ее средняя скорость продвижения мала, и она еще не представляет серьезной опасности для конструкции. Возникающая акустическая эмиссия служит предвестником разрушения задолго до его опасной стадии катастрофического роста трещины. Для прогнозирования разрушения используют дискретную составляющую эмиссии из-за простоты регистрации сигналов большой амплитуды. Заметим, что сходная картина имеет место и в процессе развития усталостных трещин.

Основные источники акустической эмиссии в металлах Согласно существующим на настоящий момент представлениям можно выделить следующие основные источники АЭ, действующие на разных структурных уровнях в металлах: 1. Механизмы, ответственные за пластическое деформирование: процессы, связанные с движением дислокаций консервативное скольжение и аннигиляция дислокаций, размножение дислокаций по механизму Франка-Рида; отрыв дислокационных петель от точек закрепления и др.; взаимодействие дислокаций с препятствиями примесными атомами, другими дислокациями, границами зерен; зернограничное скольжение; двойникование. 2. Механизмы, связанные с фазовыми превращениями и фазовыми переходами первого и второго рода: превращения полиморфного типа, в том числе мартенситные; образование частиц второй фазы при распаде пересыщенных твердых растворов; фазовые переходы в магнетиках и сверхпроводниках; магнитомеханические эффекты из-за смещения границ и переориентации магнитных доменов при изменении внешнего намагничивающего поля. Излучение непрерывной АЭ связывают с процессами пластического деформирования металлов и другими физическими процессами в твердых телах. Так ползучесть материала на первой (нестационарной) и второй (стационарной) стадиях сопровождается непрерывной АЭ. На третьей стадии, помимо непрерывной наблюдается также и дискретная эмиссия, обусловленная образованием и развитием микротрещин. Аналогичная ситуация имеет место при коррозии под напряжением, конечная стадия которой коррозионное растрескивание сопровождается акустическими вспышками дискретной АЭ.

Эффект Кайзера Для непрерывной акустической эмиссии характерно проявление эффекта Кайзера. Он заключается в отсутствии или существенном уменьшении эмиссии при повторном нагружении объекта вплоть до того момента времени, когда нагрузка при повторном нагружении не достигнет максимального значения, достигнутого в предыдущем цикле. Суть эффекта Кайзера поясняется на рис. 2, на котором сплошной линией показано изменение нагрузки в двух циклах нагружения материала; штриховой горизонтальной линией максимальное значение нагрузки в первом цикле нагружения. Вертикальные линии записанные с помощью самописца выбросы АЭ-сигнала. Видно, что при повторном нагружении эмиссия практически отсутствует вплоть до момента времени t 0, когда нагрузка при повторном нагружении достигнет максимального значения нагрузки первого цикла. При дальнейшем увеличении нагрузки эмиссия восстанавливается. Рис. 2. Пояснение эффекта Кайзера: изменение нагрузки во времени; максимальное значение нагрузки в первом цикле нагружения; момент времени достижения во втором цикле нагружения максимального значения нагрузки первого цикла

В поликристаллических металлических материалах появление непрерывной АЭ обычно связывают с пластической деформацией отдельных зерен поликристалла. Практически акустическая эмиссия при повторном нагружении начинает проявляться несколько раньше, чем достигается первоначальный максимальный уровень напряжений, а полностью восстанавливается несколько позже достижения этого уровня. Отжиг материала после первичного деформирования приводит к нарушению эффекта Кайзера, причем с возрастанием степени отжига увеличивается степень восстановления характеристик АЭ-сигналов. При полном отжиге материала акустическая эмиссия восстанавливается до первоначального уровня. Эффект Кайзера не наблюдается при появлении трещин. Это обусловлено тем, что средняя по объему материала деформация не характеризует деформацию отдельных его областей из-за наличия концентраторов напряжений в вершине трещин. При повторном нагружении деформация вблизи вершин трещин может превысить ранее достигнутую, что приводит к появлению акустической эмиссии.

Информативные параметры акустической эмиссии Следует различать параметры отдельных импульсов дискретной АЭ, потоков импульсов и параметры непрерывной АЭ. 1. Импульсы или сигналы АЭ в общем случае представляют собой суперпозицию всех типов упругих волн, способных распространяться в контролируемом объекте. Импульсы АЭ характеризуются 2.амплитудой; 3.длительностью; 4.формой; 5. частотным спектром; 6. временем появления. Форма импульса связана с его частотным спектром и зависит от ряда факторов. Она определяется физическим процессом, в результате которого появилось акустическое излучение, передаточными функциями элементов акустического тракта, по которому распространяется импульс от места возникновения до приемного преобразователя, частотной полосой приемного преобразователя. Форма импульса также зависит от затухания и дисперсии упругих волн. Поскольку затухание волн увеличивается с пройденным расстоянием и сильно возрастает с увеличением частоты, то в импульсе, прошедшим большое расстояние от источника к приемнику, будут преобладать низкочастотные составляющие спектра. Так как произведение ширины спектра импульса на его длительностью по порядку величины равно единице, то затухание высокочастотных составляющих спектра, и, следовательно, уменьшение его ширины приводят к увеличению длительности регистрируемого импульса. Импульс АЭ обладает широким частотным спектром, то есть представляет собой суперпозицию множества упругих гармонических волн разной частоты. Из-за дисперсии различные составляющие распространяются с разной скоростью. Это приводит к фазовому сдвигу между частотными составляющими импульса. Он возрастает с увеличением пройденного расстояния. В результате форма регистрируемого импульса искажается, причем искажение тем существенней, чем больше расстояние между источником и приемником упругих волн.

При небольших расстояниях между источником АЭ и приемником влияние дисперсии и затухания волн на форму импульса невелико. Если регистрация АЭ проводится преобразователем с узкой полосой пропускания, который, как правило, обладает более высокой чувствительностью по сравнению с широкополосным, то частота АЭ-сигнала определяется, главным образом, основной частотой преобразователя, рис. 3. После усиления и детектирования импульса определяется его огибающая, максимальное значение которой принимается за амплитуду АЭ-сигнала. t, с Рис. 3. Форма импульса АЭ, поступающего с первичного преобразователя, имеющего узкую полосу пропускания t, с Рис. 3. Форма импульса АЭ, поступающего с первичного преобразователя, имеющего узкую полосу пропускания Поскольку частотный спектр АЭ-импульсов зависит от трудно измеряемых в реальных ситуациях передаточных функций акустического тракта и приемного преобразователя, он практически не используется в качестве информативного параметра.

Потоком АЭ-сигналов называется последовательность импульсов, у которых случайными величинами является амплитуда и время появления. Поток сигналов можно характеризовать: 1. амплитудным распределением; 2.амплитудно-временным распределением; 3. средним значением амплитуды импульсов; 4. дисперсией амплитуды; 5. распределением временных интервалов между импульсами; 6. средней частотой их появления; 7. спектральной плотностью; 8. корреляционной функцией. Каждая из характеристик связана с порождающим АЭ физическим процессом и содержит информацию о его развитии. Для потока импульсов дискретной АЭ вводят следующие информативные параметры. Общее число импульсов число зарегистрированных импульсов дискретной АЭ за время наблюдения. Этот параметр используется для описания потоков неперекрывающихся импульсов, то есть импульсов, длительность которых меньше промежутков времени между ними. Общее число импульсов характеризует процессы, связанные с разрушением материалов, и указывает на число отдельных актов зарождения и распространения дефектов в конструкциях.

Активность АЭ общее число импульсов, отнесенное к единице времени. Информативность этого параметра такая же, как и предыдущего, но с большей детализацией во времени, что позволяет проследить динамику процесса разрушения. Суммарная АЭ число зарегистрированных превышений (выбросов) АЭ-сигналов установленного уровня в течение заданного интервала времени. Скорость счета число зарегистрированных превышений АЭ-сигналов установленного уровня в единицу времени. Эта характеристика является производной суммарной АЭ по времени. Иногда ее называют интенсивностью АЭ. Амплитудное распределение импульсов АЭ функция, указывающая количество импульсов АЭ, амплитуда которых заключена в малом интервале от A до, A+dA отнесенное к этому интервалу dA. Если за время наблюдения зарегистрировано N Σ импульсов, то

Анализ амплитудного распределения и изменение его во времени позволяет проследить развитие физических процессов, являющихся источником АЭ-сигналов, в частности, проследить рост поврежденности материала в будущем очаге разрушения. В качестве примера на рис. 4 показано изменение текущего амплитудного распределения АЭ-сигналов, регистрируемых при нагружении сварного стального образца с увеличением времени действия нагрузки Из рис. 4 видно, что по мере увеличения времени в амплитудном распределении возрастает доля импульсов АЭ с высокой амплитудой, что свидетельствует о формировании и развитии очага разрушения в сварном соединении. В дальнейшем в сварном шве появилась макротрещина, рост которой завершил разрушение образца. Рис. 4. Изменение амплитудного распределения АЭ-сигналов со временем при нагружении стальной образца со сварным соединением под действием постоянной растягивающей нагрузки

Из рис. 4 видно, что по мере увеличения времени в амплитудном распределении возрастает доля импульсов АЭ с высокой амплитудой, что свидетельствует о формировании и развитии очага разрушения в сварном соединении. В дальнейшем в сварном шве появилась макротрещина, рост которой завершил разрушение образца. Амплитуда, амплитудное и амплитудно-временное распределения являются важнейшими характеристиками акустического излучения. Амплитуда импульсов АЭ и, следовательно, параметры соответствующих амплитудных распределений зависят от многих факторов. Эти факторы можно разделить на две группы по характеру влияния на амплитуду импульсов АЭ, табл. 2. Эти сведения оказываются полезными при анализе и интерпретации данных контроля и позволяют предсказать, каким образом изменится амплитуда излучения при смене режимов или условий АЭ-диагностики. Спектральная плотность дискретной АЭ характеризует мощность процесса в единичной полосе частот. Спектральная плотность характеризует скорость протекания процесса, инициирующего сигналы АЭ.

Таблица 2. Факторы, оказывающие влияние на амплитуду импульсов АЭ Факторы, повышающие амплитуду АЭФакторы, понижающие амплитуду АЭ Высокая прочность материала и низкая пластичность Высокая скорость нагружения и деформирования Анизотропия свойств Неоднородность материала Большая толщина конструкции Низкая температура материала Повышенная дефектность структуры материала Крупнозернистая структура материала Высвобождение упругой энергии за счет трещинообразования Отсутствие текстуры материала Низкая прочность материала и высокая пластичность Низкая скорость нагружения и деформирования Изотропность структуры материала Однородность материала Малая толщина конструкции Высокая температура материала Бездефектность структуры материала Малый размер зерна Высвобождение упругой энергии за счет пластического деформирования Наличие текстуры материала