Основи, процедури та методи тестування на випробування акустичних викидів (AT) Compendium Schallemissionsprüfung
Технічний комітет DGZfP Тестування акустичних випромінювань Компендіум Тестування акустичних випромінювань (AT) Основи, процедури та практичне застосування Версія 2018 Ціль Принцип вимірювання Тип тесту Технологія вимірювання AT Запис та аналіз даних AE Значення вимірювання AT Оцінка даних AE Надійність AT Навчання та сертифікація Персонал АТ Огляд промислових додатків АТ Довідник Додаток: Промислові АТ додатки 1
AT використовується як супровідна процедура випробувань, наприклад, для приймально-здавальних випробувань, періодичних випробувань, моніторингу виробничих процесів/управління процесом, моніторингу терміну служби/стану. Тестування АТ на посудини під тиском, резервуари, трубопроводи, клапани тощо, а також для моніторингу геологічних сховищ та споруд, таких як напр. Придбані мости та дамби. Принцип вимірювання Тест акустичного випромінювання заснований на виявленні динамічних зсувів в нанометровому діапазоні на поверхні досліджуваного об'єкта, які викликані так званими акустичними хвилями (хвилями пружних напружень) (рис. 1). Ці хвилі породжуються короткочасними, дуже малими переміщеннями, які виникають у разі раптових змін напружень у швидко протікаючих процесах у матеріалі. Ці звукові хвилі створюють змінне збудження тиску датчика АЕ. Змінний тиск генерує відхилення електричної напруги в чутливому п'єзоелементі датчика АЕ, амплітуда якого залежить від частотно-залежної чутливості датчика до збудження об'ємними хвилями (в геологічних структурах і рідинах), а також пластинчастими або поверхневими хвилями (у пластинчастих конструкціях, таких як контейнери, трубопроводи тощо). . 3
Рисунок 1. Принцип вимірювання звукового випромінювання: акустичні хвилі, що утворюються при утворенні тріщин у навантаженій структурі, виявляються п'єзоелектричними датчиками (S1, S2, S3) і перетворюються в електричні сигнали часу (U 1 (t), U 2 (t), U 3 (t)) записано. Тип випробування Процедура з активним збудженням Випробовуваний компонент спеціально збуджується (наприклад, навантаженням під тиском, корозійними середовищами тощо) з метою стимулювання можливих дефектів матеріалу або процесів пошкодження для викиду звукових випромінювань, тобто для створення акустичних хвиль. Динамічний процес Процес підходить свідчення активних процесів; статичні недоліки, такі як статичні тріщини не піддаються виявленню в режимі реального часу 4
Глобальна або локальна перевірка гучності з метою визначення джерел випромінювання шуму у фіксованих положеннях датчика АЕ Запис та аналіз даних АЕ Рисунок 2. Вимірювальний ланцюг та вимірювальна система для запису та аналізу даних АЕ
Технологія вимірювання AT Датчики AE (зазвичай п'єзоелектричні резонансні або широкосмугові датчики для діапазону частот приблизно 20 кГц. 2 МГц) Засоби зв'язку для гарного акустичного з'єднання датчиків AE з досліджуваним об'єктом Кронштейни для кріплення датчиків (тримачі магнітів, смуги тощо) Підсилювач сигналу + частотний фільтр ПК для запису та зберігання сигналів акустичного випромінювання, сьогодні переважно з аналогово-цифровими перетворювачами та з аналоговими каналами для синхронного запису подальших зовнішніх параметрів тестування, наприклад Навантаження, температура тощо. Програмне забезпечення для управління записом даних Програмне забезпечення для аналізу в режимі реального часу або подальшої оцінки характеристик сигналів випромінювання звуку та для процедур визначення джерел звукового випромінювання AE моніторинг конструкцій за допомогою дистанційного керування збору та аналізу даних, наприклад через Інтернет; Відповідне з'єднання з процесом управління необхідне для управління процесом. Одноканальне вимірювання або багатоканальне вимірювання (останнє потрібно для розташування джерел АЕ) Вимірювані величини AT Порогове значення перевищено для випромінювання звуку (так званий удар) = виявлення перехідного сигналу випромінювання звуку, тобто сигналу з початком і кінцем на основі часу 6
Час прибуття = час, коли перехідний сигнал вперше перевищує поріг виявлення. Кількість сигналів або швидкість сигналу за одиницю часу Особливості опису перехідного сигналу акустичного випромінювання (так званий сплеск), такі як максимальна амплітуда, енергія сигналу, час наростання, тривалість сигналу, кількість перевитрат тощо (рис. 3) Рисунок 3. Параметри для опису перехідного сигналу акустичного випромінювання RMS (ефективне значення) та ASL (середня висота сигналу) для характеристики інтенсивності безперервних сигналів AE Запис сигналів (запис сигналу при перевищенні порогових значень) або безперервно без порогу виявлення (так звана потокова передача), а також оцінка спектра потужності щодо пікової частоти, Середня частота, зважена пікова частота, компоненти потужності в певних частотних інтервалах тощо (рис. 4). 7-й
Рисунок 4. Параметри, що описують спектр перехідного сигналу акустичного випромінювання Оцінка даних АЕ a) У режимі реального часу під час випробування: oooooo активність та розвиток інтенсивності акустичного випромінювання у залежності від часу або зовнішніх параметрів, таких як деформація, сила, тиск, температура тощо., площинне або тривимірне розташування джерел акустичного випромінювання на основі різниці в часі транзиту (t) Розташування зон джерел акустичного випромінювання на основі початкового впливу датчиків АЕ Форми сигналів та частотні спектри Диференціальний або кумулятивний розподіл ознак сигналу як функція часу чи зовнішніх параметрів Графіки кореляції ознак сигналу 8
b) Зазвичай після тесту: o Аналіз записаних сигналів (наприклад, модальний аналіз, перетворення Фур'є, вейвлет-перетворення) o o Розпізнавання шаблону або класифікація сигналів акустичного випромінювання. Подальші математичні процедури для аналізу сигналу, порівняння із моделюванням Таким чином, AT надає інформацію про те, коли (час, параметри зовнішнього навантаження), наскільки (швидкість сигналу, сума сигналу), наскільки інтенсивно (максимальна амплітуда, енергія сигналу), де (локалізація) виникають джерела шуму. За певних умов також можна ідентифікувати механізми джерела сигналів. Структурну цілісність або залишок строку корисного використання компонентів або конструкцій можна оцінити, використовуючи відповідні навантаження та емпіричні критерії (наприклад, бази даних). Надійність АТ З АТ знаходять ознаки, які можна простежити до активного процесу в результаті відповідної стимуляції. Правильний тип збудження гарантується тестовою технікою, спеціально розробленою для кожного застосування. Для цього вивчаються можливі випадки відмов та необхідні параметри випробувань практично визначаються за допомогою попередніх випробувань. Наприклад, обладнання під тиском найкраще завантажувати робочим середовищем до заданого випробувального тиску. Під час випробування на корозію 9
IIIAE Міжнародний інститут інноваційних акустичних випромінювань/Праці http://iiiae.org Документи курсу DGZfP Документи курсу у зв'язку з курсами AT рівня 1, рівня 2 та Z-AT рівня 3 (вибір): DGZfP-Fachausschuss Schallemissionsprüfverfahren (FA SEP): Директива SE 02 (липень 2014 р.): Верифікація датчиків акустичної емісії та їх з’єднання в лабораторії CEN: EN ISO 9712, неруйнівний контроль Кваліфікація та сертифікація персоналу для неруйнівного контролю Загальні принципи EN 1330-9, неруйнівний контроль Термінологія Частина 9: Терміни, що використовуються при тестуванні акустичних випромінювань EN 13477-1, неруйнівний контроль, випромінювання звуку, характеристика пристрою Частина 1: Опис пристрою EN 13477-2, неруйнівний контроль, випромінювання звуку, характеристика пристрою, частина 2: Перевірка робочих параметрів EN 13554, неруйнівний контроль, випромінювання звуку, загальні принципи EN 14584, неруйнівний контроль, випромінювання звуку, перевірка обладнання металевого тиску w після випробування на приймання Планова локалізація джерел випромінювання шуму EN 15495, неруйнівний контроль випромінювання шуму Дослідження металевих пристроїв під тиском під час приймального випробування Зонова локалізація джерел випромінювання шуму 14
Додаток Огляд промислових застосувань AT Випробування на корозію Оцінка стану корозії дна резервуарів Випробування на тріщини Докази тріщин під час приймально-здавальних випробувань або періодичних випробувань обладнання, що працює під тиском, таких як - резервуари для зберігання стисненого газу - посудини під тиском - газові пляшки та газові баки - ємності для рідкого газу - системи трубопроводів - автоклави - барабани для сушіння паперу Моніторинг технологічних процесів для випробування на герметичність - Знос, тріщини та відколи інструментів під час механічної обробки - Моніторинг штампувальних верстатів для виявлення пошкоджень верстатів (поломка штампувального інструменту тощо) або пошкоджень формованих деталей внаслідок пластичної деформації та розтріскування керамічних каталізаторів Виявлення витоків і втрат газу на клапанах Випробування композиційних конструкцій Виявлення пошкоджень (ударних пошкоджень, розшарувань) на композитній структурі en для - зберігання стисненого газу - аерокосмічні компоненти 19
Електротехніка/електроніка Випробування мережевих трансформаторів - часткові розряди - активні газогенеруючі джерела випромінювання звуку Випробування конструкцій Глобальний та локальний моніторинг зростання тріщин у конструкціях Трибологія - мости - дамби Оцінка стану тертя та зносу - Діагностика безперервного тертя ротор-статор на турбінних агрегатах - Виявлення розвиток пошкоджень у тонких покриттях з твердих матеріалів Геологія/Геофізика Реєстрація мікросейсмічної діяльності для оцінки безпеки приміщень проміжного та кінцевого зберігання радіоактивних відходів Примітка: Усі приклади застосування, перелічені в додатку, є суто інформативними та не представляють опису технологічного процесу чи інструкцій з випробувань. Проведення тестувальників AT або акредитованих організацій, що проводять тестування AT, з урахуванням відповідних національних законів та норм. Відповідні автори несуть відповідальність за подання та фактичну правильність прикладів заявки. 20-го
Таблиця 1: Розподіл класу на дно резервуара Клас Опис джерела Рекомендований період експлуатації I Немає активного джерела 5 років II Корозія з низькою активністю 3 роки III Корозія з середньою активністю 1 рік IV Корозія з високою активністю - IV Витоки - Після завершення випробування клієнт отримає попередній звіт який містить початкове призначення. Це попереднє оцінювання може на один клас відхилятися від остаточного оцінювання у звіті про випробування. Крім того, звіт про випробування містить графічні зображення згідно з малюнками 2 та 3 джерел випромінювання звуку, розташованих на дні бака. Рисунок 2: Зразковий 2-D детальний вигляд місця розташування джерела, координати (X, Y) у сантиметрах, місця розташування представлені зеленими круговими дисками, кластери розташування позначені як кластери кольоровими колами. 23
Рисунок 3: Приклад тривимірного огляду розташування джерела, координати (X, Y) в сантиметрах, стовпці показують розташування в квадратних елементах сітки. Критерії оцінки стану Вимірювання в основному оцінюється з урахуванням розташування джерел шумових викидів. Це базується на активності (кількості подій, розташованих на годину) елемента кругової поверхні діаметром 5% від діаметра резервуара. Наступна таблиця містить схему, що використовується для класифікації джерел AE. Таблиця 2: Класифікація джерел АЕ (контрольна площа кола з d = 0,05 xd резервуар) Події на годину Позначення джерела АЕ до 9 немає активного джерела 10 до 19 джерела з низькою активністю 20 до 39 джерела із середньою активністю 40 і більше джерел з високою активністю 24
Рисунок 2: Програма Excel для розрахунку швидкості витоків та втрат для газів. На додаток до визначення рівня випромінювання звуку в db AE, потрібна додаткова інформація про випробуваний клапан (тип, діаметр вхідного отвору), застосований перепад тиску та щільність газу (необов’язково). Список літератури 1. А. Поллок: виявлення витоків за допомогою акустичного випромінювання, SYS Hsu, Японський журнал акустичних випромінювань, т. 1, вип. 4, 1982 2. П.Т. Коул, М. Хантер: Техніка акустичних викидів для виявлення та кількісної оцінки газу через витік клапана для зменшення втрат газу з технологічної установки, представлена в Інституті нафти, 4-а конференція втрат нафти, 1991 р. 3-й Р. Воткінс: Виявлення газу Витік до спалаху, слід, проведений на BP Oil, Грангмут, 1985, 4-та JN. Лорд А. Е. Дейшер, Р.М. Кернер: Ослаблення пружних хвиль у трубопроводах у застосуванні до виявлення витоків акустичного випромінювання, Оцінка матеріалів, листопад 1977, стор. 49-54 5. EN ISO 18081, неруйнівний контроль, випробування акустичного випромінювання Випробування на герметичність із використанням акустичного випромінювання 29
Амплітуда -db AE -), а також час прибуття -ns- та частота їх врахування-. Одночасно тиск -бар- вимірюється як зовнішній параметр за допомогою тестера випромінювання звуку. Дані виміряних параметрів випромінювання звуку та пов'язаного з ними тиску узагальнюються як дані про випромінювання звуку, що встановлюються та відображаються в Інтернеті. AT Спеціальні вимоги до випробувань та умов навколишнього середовища Використовуються відповідні механічні та електронні заходи, щоб в значній мірі уникнути та придушити шум, спричинений застосуванням гідравлічного тиску. Необхідний час Випробування проводиться виробником підкладок як статистичне випробування на виробництві. Рисунок 3: Пристрій випромінювання звуку AT в промисловому дизайні, основа: плата ПК PCI-2/PCI з сигналізацією в режимі реального часу в разі появи тріщини за допомогою програмного забезпечення PAC-AEWIN 32
Результат випробування Для того, щоб зареєструвати поточний тиск преса при виникненні тріщин і для його автоматичного вимкнення, на машину надходить сигнал тривоги із запису даних про випромінювання звуку або характеристик обумовленого сигналу тріщини від пристрою для перевірки випромінювання звуку. В Рисунок 4: Тиск (бар) і відн. Енергія сигналу AE (pvs) у порівнянні з часом, тривога при 13,1 бар, оскільки енергія> 450 pvs Критерії для оцінки стану Максимальний тиск, що досягається до утворення тріщин або відшарування стінки, використовується як якісна характеристика основи. Бібліографія немає 33
Рисунок 3: Оцінка сушильного балона класу С Рисунок 4: Балон для сушіння класу С; Великі дефекти виливки в основі циліндрів на стороні приводу Література Г. Шауріч, Використання тесту акустичного випромінювання при періодичному дослідженні охолоджувальних та сушильних балонів у паперових машинах Звіт про досвід, представлений з нагоди щорічної конференції DACH у Зальцбурзі П. Тшелієніг, Г. Шауріч, застосування автоматичної системи оцінки AT на випробування важкодоступних конструкцій, представлене з нагоди щорічної конференції DACH у Fürth TAPPI TI Sheet 0402-16, Керівництво з безпечної роботи парових сушарок з нагрітим папером EN 13554, неруйнівний контроль, випромінювання звуку Загальні принципи EN 14584, неруйнівний контроль, випромінювання звуку, дослідження металу Обладнання під тиском під час приймально-здавальних випробувань Планарне розташування джерел випромінювання шуму 37
Рисунок 1: Ємність для зберігання скрапленого газу, встановлена над землею або похована. Короткий опис необхідної технології вимірювання AT та параметри випробування Багатоканальна система вимірювання AE AMSY5 (Vallen Systeme GmbH, Ікінг, Німеччина). Датчики VS150-RIC або VS75-SIC з вбудованим попереднім підсилювачем. Залежно від конструкції, розміру контейнера та доступності до поверхні металевого контейнера застосовуються принаймні два звукові датчики та створюється лінійна система позиціонування (t-кореляція). Рисунок 2: Лінійне розташування датчиків та розподіл площі за допомогою вимірювання t Сенсори, як правило, застосовуються лише шляхом очищення точок нанесення безпосередньо на існуюче покриття контейнера (покриття фарбою або епоксидною смолою). Оцінка стану відбувається під час безперервного підвищення тиску із самою робочою середовищем, починаючи від існуючого, залежного від температури тиску наповнення, максимум до 1,1 рази найвищого робочого тиску пристрою, що працює під тиском. Швидкість підвищення тиску під час вимірювання становить максимум 0,3 бар/хв. обмежена. Для підвищення тиску потрібні спеціально розроблені пристрої для підвищення тиску, які дозволяють безперервно підвищувати тиск з робочим середовищем без небезпеки. 39
Таблиця 1: Присвоєння класу ємностей для зберігання рідкого газу Оцінка класу (CEF) Опис джерела Заходи A 2.2 відсутність активного джерела Продовження роботи без обмежень A/BB 2.2 2.8 критично активне джерело Підсумкове оцінювання класу A або B на основі кривих активності/інтенсивності а також дані про форму сигналу Подальша необмежена робота лише після негативних результатів з іншими процедурами тестування zf; Продовження допустимого підвищення тиску Припинення підвищення тиску; Перевірка з іншими процедурами тестування zf; Рішення справи на основі отриманих результатів. На другому етапі, після закінчення тесту, записані дані знову аналізуються в лабораторії, при цьому дані сигналу, одночасно записані перехідним реєстратором, також включаються в аналіз. Остаточна оцінка обох аналізів узагальнена та задокументована у відповідному звіті про випробування для кожного контейнера. Звіт про випробування служить основою для внесення коментарів до перегляду в документацію обладнання, що працює під тиском, акредитованим випробувальним центром котла. Рисунок 3: Оцінка баку для рідкого газу класу C 41
Рисунок 3: Сторінка огляду (див. Вище) та план розташування датчика з положенням датчиків (див. Нижче, світло-сині пронумеровані прямокутники) ліворуч та праворуч список підтверджених обривів проводів (CWB) з подальшими параметрами. Обриви натяжних проводів навмисно створюються для перевірки системи контролю. 48