Локализация дефектов по интегральным сигналам акустической эмиссии

В статье предлагается методика диагностики, позволяющая определять дефекты в металлоконструкциях, оценивать их степень опасности и с достаточной точностью определять участок подлежащий ремонту или замене. Методика прошла испытания в лабораторных и производственных условиях. В процессе разработке методики были изучены различные характеристики метода акустической эмиссии, выявлены плюсы и минусы.

К одним из акустических методов неразрушающего контроля, применяемых в различных областях промышленности и транспорта, в том числе и в теплоэнергетике, относится акустическая эмиссия (АЭ) — метод, основанный на регистрации волн напряжений от развивающихся дефектов независимо от их природы и причин, вызывающих их развитие.

Метод АЭ позволяет классифицировать дефекты не только по размерам, но и по степени их опасности, а также определять их местоположение. В такой классификации может оказаться, что большие по размерам дефекты попадут в класс неопасных, не требующих ремонта элементов конструкции. Указанное качество АЭ позволяет принципиально по-новому подходить к определению опасности дефекта. Кроме того, изделие может выйти из строя не только в результате наличия не- сплошностей, но также из-за изменения формы, потери устойчивости и других причин. В этих случаях акустическая эмиссия сигнализирует о развитии процессов, ведущих к разрушению.

Данный метод обладает высокой чувствительностью к развивающимся дефектам. Его чувствительность значительно превосходит чувствительность других методов. Например, он позволяет в процессе эксплуатации объекта выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей миллиметра, чего не может сделать ни один из традиционных методов НК.

Полезной особенностью метода является возможность проведения контроля различных технологических процессов, приводящих к изменению свойств и состояний материалов; например, контроль сварки в процессе ее проведения нашел уже достаточно широкое применение. Своевременное обнаружение дефектов в процессе сварки позволяет оперативно проводить ремонт. При этом открывается возможность адаптивного управления технологическим процессом, то есть по сигналам АЭ можно управлять параметрами технологического процесса, а приборы должны стать элементом системы управления процессами.

Кроме того, контроль методом АЭ дает возможность судить об изменении напряженно- деформированного состояния материала объекта, о процессах коррозии под напряжением и других факторах, влияющих на долговечность конструкции. Для него положение и ориентация дефекта не имеет существенного значения, а для большинства методов НК важное значение имеют не только размеры дефекта, но и его местоположение и ориентация.

Акустико-эмиссионный контроль имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой материалов. Например, неоднородность материала оказывает большое влияние на показания радиографического и ультразвукового методов, тогда как для АЭ данные свойства материала не имеют существенного значения. При отработанной методике контроля и наличии опыта интерпретации результатов АЭК весьма прост в применении и не требует больших затрат времени, а также имеет более широкий диапазон применений (по материалам). Его успешно используют, например, для контроля композиционных материалов, для которых применение других методов НК затруднено или невозможно. Однако на первых этапах для его выполнения необходимы весьма квалифицированные операторы.

Характерной особенностью метода является его интегральность, заключающаяся в том, что, используя один (для определения координат дефекта на участке контроля требуется всего один датчик) или несколько датчиков (резонансных), установленных на поверхности объекта, можно проконтролировать весь объект. При этом координаты дефектов определяются без сканирования поверхности объекта преобразователем. Следовательно, от состояния поверхности и качества ее обработки не зависит проведение контроля и интерпретация его результатов. Данное свойство полезно в случае, если доступ к поверхности контролируемого объекта затруднен или невозможен, например, для теплоизолированных трубопроводов и сосудов, объектов, размещенных под землей, конструкций, работающих в сложных условиях: ракет, шатлов, самолетов, атомных реакторов и многих других объектов. Наиболее наглядно это свойство проявляется при контроле процесса сварки и сварных швов крупногабаритных или протяженных объектов.

Получение полезной информации, которая может быть выделена из интегрального количества регистрируемых сигналов АЭ, осуществляется методами математической обработки, при этом, учитывая число возможных регистрируемых параметров определенное значение имеет выбор наиболее информативных, несущих необходимую информацию о локальной динамической перестройке внутренней структуры твердых тел.

Внедрение комплекса акустико-эмиссионного контроля включает следующие этапы:

1. разработку преобразователей сигналов акустической эмиссии в узкополосном варианте и определение оптимальной полосы частот для регистрации сигналов акустической эмиссии по данным лабораторных и производственных испытаний;
2. разработку преобразователей сигналов акустической эмиссии в широкополосном варианте и определение спектра промышленных шумов работающего оборудования;
3. определение оптимальной полосы частот для регистрации сигналов акустической эмиссии по данным лабораторных и производственных испытаний;
4. изготовление резонансных систем преобразователь — предварительный усилитель для комплекса диагностики;
5. настройку блока определения местонахождения дефектных участков в зависимости от резонансных частот предварительных усилителей;
6. отработку комплекса диагностики на реальных объектах.

При установке комплекса контроля на теплоэнергетическое оборудование априорно определяются участки паропроводов, подвергающиеся повышенным нагрузкам во время эксплуатации. При запланированных ремонтах на элементах конструкций, подлежащих периодическому или постоянному контролю, устанавливаются волноводы, рабочая часть которых выходит за слой теплоизоляции. При периодическом контроле на волноводы устанавливаются преобразователи, расстояние между волноводами которых составляет 8-10 метров. Данная система обеспечивает обнаружение и локализацию развивающихся дефектов с погрешностью менее 5 %.

Контроль корпусов турбин происходит аналогичным образом. В общем случае на турбине устанавливается 8-12 волноводов на местах наиболее подверженных образованию трещин по данным отдела технического контроля ТЭС. Были произведены исследования корпуса вблизи предполагаемого дефектного участка. На данном месте в течение года осуществлялся периодический контроль по измерению активности сигналов акустической эмиссии.

На первоначальном этапе активность сигналов акустической эмиссии от предполагаемого дефектного участка была в 2-3 раза выше, чем от остальных точек контроля. После наработки около 9 000 ч активность увеличилась почти в пять раз, что говорит о наличии развивающегося дефекта. При этом использовались лабораторные данные, полученные при испытании образцов литой стали с регистрацией акустической эмиссии. Оценка степени опасности дефекта позволила предотвратить аварийный останов, и во время планового ремонта в районе контролируемого участка была устранена трещина, и, следовательно, удалось избежать ущерба, который мог быть нанесен аварией.

Дата публикации: 19.03.2012

Похожие записи:

• Разработка автоматизированной системы неразрушающего контроля и диагностики металла с функцией определения остаточного ресурса
• Эксплуатационные повреждения и разрушение металла деталей горячего тракта газотурбинных установок
• Компьютерное моделирование процесса образования продуктов реакции при сжигании жидких топлив
• Новые принципы создания тепловых генераторов на основе методов импульсного сжигания углеводородов непосредственно в водном теплоносителе
• Котел-утилизатор твердых бытовых отходов с рециркуляцией дымовых газов как способа сокращения вредных выбросов
• Электроснабжение летней дойки от микрогэс