Акустические методы неразрушающего контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Акустические методы неразрушающего контроля

Акустические волны в зависимости от частоты колебаний делятся на несколько диапазонов: инфразвуковые волны с частотами колебаний ниже 16 Гц, звуковые волны с частотами от 16 до 20000 Гц, ультразвуковые волны с частотами от 20000 до 10⁹ Гц и гиперзвуковые волны с частотами выше 10⁹ Гц.

Акустический метод - это метод, основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и возникающих в контролируемом объекте.

В общем случае этот метод включает контроль энергетических характеристик колебаний, дающих представление о состоянии диагностируемого объекта и изменении амплитуд вибрации в широком диапазоне частот, и позволяет уточнить место и характер возникающего нарушения.

В соответствии с ГОСТ 23829-85 акустические методы НК подразделяют на две большие группы: активные и пассивные методы (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4- Классификация акустических методов контроля

Активные методы основаны на излучении и приеме упругих волн, пассивные - только на приеме волн, источником которых служит сам объект контроля (ОК), например образование трещин сопровождается возникновением акустических колебаний, выявляемых акустико-эмиссионным методом.

Активные методы делят на методы отражения, прохождения, комбинированные (использующие как отражение, так и прохождение), собственных колебаний и импедансные.

Методы отражения основаны на анализе отражения импульсов упругих волн от неоднородностей или границ ОК, методы прохождения - на влиянии параметров ОК на характеристики прошедших через него волн. Комбинированные методы используют влияние параметров ОК как на отражение, так и на прохождение упругих волн. В методах собственных колебаний о свойствах ОК судят по параметрам его свободных или вынужденных колебаний (их частотам и величине потерь).

1.Вибрационный метод контроля

Основы измерения вибрации. Вибрация - это механические колебания тела. Самый простой вид вибрации - это колебание или повторяющееся движение объекта около положения равновесия. Этот тип вибрации называется общей вибрацией, потому что тело перемещается как единое целое и все его части имеют одинаковую по величине и направлению скорость.

Колебательное движение твердого тела может быть полностью описано в виде комбинации шести простейших типов движения: поступательного в трех взаимно перпендикулярных направлениях (х, у, z в декартовых координатах) и вращательного относительно трех взаимно перпендикулярных осей (Ох, Оу, Оz). Любое сложное перемещение тела можно разложить на эти шесть составляющих. Поэтому о таких телах говорят, что они имеют шесть степеней свободы.

Вибрация тела вызывается силами возбуждения. Эти силы могут быть приложены к объекту извне или возникать внутри него самого. Вибрация конкретного объекта полностью определяется силой возбуждения, ее направлением и частотой. Именно по этой причине вибрационный анализ позволяет выявить силы возбуждения при работе машины. Эти силы зависят от состояния машины, и знание их характеристик и законов взаимодействия позволяет диагностировать дефекты последней.

Измерения амплитуды вибрации. Для описания и измерения механических вибраций используются следующие понятия:

· Максимальная Амплитуда (Пик) - это максимальное отклонение от нулевой точки, или от положения равновесия.

· Размах (Пик-Пик) - это разница между положительным и отрицательным пиками. Для синусоидального колебания размах в точности равен удвоенной пиковой амплитуде, так как временная реализация в этом случае симметрична

· Среднеквадратическое значение амплитуды (СКЗ) равно квадратному корню из среднего квадрата амплитуды колебания. Для синусоидальной волны СКЗ в 1,41 раза меньше пикового значение, однако такое соотношение справедливо только для данного случая.

СКЗ является важной характеристикой амплитуды вибрации. Для ее расчета необходимо возвести в квадрат мгновенные значения амплитуды колебаний и усреднить получившиеся величины по времени. Для получения правильного значения, интервал усреднения должен быть не меньше одного периода колебания. После этого извлекается квадратный корень и получается СКЗ.

Нелинейности роторных машин. Вибрация машины - это, фактически отклик на силы, вызванные ее движущимися частями. Вибрацию измеряют в разных точках машины и находят значения сил. Измеряя частоту вибрации, предполагают, что и вызывающие ее силы имеют те же частоты, а ее амплитуда пропорциональна величине этих сил. То есть предполагают, что машина является линейной системой.

По мере того, как машина изнашивается, увеличиваются ее зазоры, появляются трещины и разболтанность и т.д., ее отклик будет все больше отклоняться от линейного закона, и в результате характер измеряемой вибрации может стать совершенно отличным от характера возбуждающих сил.

2.Метод акустической эмиссии

Термины и определения. Методика акустико-эмиссионной диагностики (контроля) - технологические операции с указанием их параметров по выполнению акустико-эмиссионной диагностики (контроля) конкретного объекта.

Чувствительный элемент преобразователя акустической эмиссии - часть преобразователя, где происходит непосредственное преобразование акустического сигнала в электрический.

Техническое состояние - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Сигнал акустической эмиссии «полезный» сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу.

Шум - непрерывный сигнал, не связанный с наличием дефектов в объекте и мешающий обнаружению сигналов акустической эмиссии и измерению их параметров.

Помеха - импульсный сигнал, имеющий акустическую или электромагнитную природу происхождения, не связанный с наличием дефектов в объекте.

Испытания - техническая операция, заключающаяся в установлении одной или нескольких характеристик объекта в соответствии с установленной процедурой.

Порог аппаратуры акустической эмиссии - параметр настройки аппаратуры, выраженный в вольтах, выше значения которого сигналы акустической эмиссии принимаются и обрабатываются.

Предельная чувствительность аппаратуры акустической эмиссии - параметр аппаратуры акустической эмиссии, выраженный в вольтах, соответствующий среднеквадратическому значению собственных тепловых (или электронных) шумов аппаратуры с подключенным преобразователем АЭ, приведенный ко входу.

Рабочее давление - избыточное давление, характеризующее эксплуатационные качества сосуда, гарантируемые заводом-изготовителем, или установленное экспертной организацией по результатам обследования его технического состояния при восстановлении технического паспорта и указанное в удостоверении о качестве изготовления сосуда.

Пробное давление - избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность.

Испытательное давление - избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность в сопровождении акустико-эмиссионного контроля. На рисунке 2.2 приведена схема АЭ контроля на трубопроводе.

1 - преобразователь АЭ (приемник); 2 - блок усиления; 3 - блок фильтрации; 4 - центральный блок сбора и обработки информации на базе индустриального компьютера; 5 - объект контроля; 6 - источник АЭ; t₁ - время прихода сигнала на первый приемник; t₂ - время прихода сигнала на второй приемник

Рисунок 2.2 - Схема АЭ контроля на трубопроводе

АЭ при многократном нагружении. При повторном нагружении АЭ резко уменьшается и вновь начинает регистрироваться после достижения максимальной нагрузки первого цикла. Это явление называют эффектом Кайзера. Он особенно хорошо проявляется на гладких образцах и хуже - на образцах с надрезом. Последнее свидетельствует о накоплении повреждений при повторных нагрузках.

На рисунке 2.3 показан рост числа N импульсов АЭ от числа и циклов нагружения при малоцикловых испытаниях образца с надрезом. Участок АВ соответствует первому циклу, суммарный счет импульсов здесь быстро растет. В окрестностях точки В рост замедляется в 10-100 раз, а на участке ВС суммарный счет остается практически постоянным.

Рисунок 2.3 - Эффект Кайзера

В этом проявляется эффект Кайзера. В процессе циклических нагрузок происходит медленное накопление повреждений в металле образца, после чего эффект Кайзера перестает действовать и пред моментом появления видимой трещины происходит ускоренный рост N (участок CD), и далее медленное увеличение с ростом трещины (DE). При достижении определенного размера трещины происходит разрушение, сопровождающееся ростом N (EF).

3.Техническая диагностика объектов транспортировки и хранения нефти и газа (ТХНГ)

Главными задачами технической диагностики являются предупреждение, поиск и локализация аварийных состояний технических систем.

Для определения технического состояния объектов с учетом временного фактора обычно рассматриваются три типа задач:

· определение состояния, в котором находится объект в настоящее время;

· предсказание состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент времени;

· определение состояния, в котором находился объект в некоторый момент времени в прошлом.

В соответствии с классификацией функциональная структура технического диагностирования магистрального трубопровода охватывает стадии его строительства и эксплуатации по всем временным формам диагнозов.

Дефекты магистрального и технологического оборудования трубопроводов

Любая трубопроводная конструкция, формируемая в реальных условиях, неизбежно претерпевает изменения, связанные с накоплением дефектов, что приводит к снижению ее надежности. Главная причина дефекта - отклонение рабочего параметра от нормативного значения задаваемого, как правило, обоснованным допуском. Поскольку дефект, не выявленный при строительстве, является потенциальным очагом отказа, а вероятность отказа зависит от размера дефекта, условий его изменения при эксплуатации.

Обобщенная схема классификации дефектов объектов трубопроводного транспорта приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Классификация дефектов

Дефект магистрального и технологического нефтепровода - это отклонение геометрического параметра стенки трубы, сварного шва, показателя качества материала трубы, не соответствующее требованиям действующих нормативных документов и возникающее при изготовлении трубы, строительстве или эксплуатации нефтепровода, а также недопустимые конструктивные элементы и соединительные детали, установленные на магистральные и технологические нефтепроводы и обнаруживаемые внутритрубной диагностикой, визуальным или приборным контролем или по результатам анализа исполнительной документации объекта.

Дефекты геометрии трубы - это дефекты, связанные с изменением ее формы. К ним относятся:

· вмятина - локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· гофра - чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· овальность - дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях.

Дефекты стенки трубы, к ним относятся:

· потеря металла - изменение номинальной толщины стенки трубы, характеризующееся локальным утонением в результате механического или коррозионного повреждения или обусловленное технологией изготовления;

· риска (царапина, задир) - потеря металла стенки трубы, происшедшая в результате взаимодействия стенки трубы с твердым телом при взаимном перемещении;

· расслоение - несплошность металла стенки трубы;

· расслоение с выходом на поверхность (закат, плена прокатная) - расслоение, выходящее на внешнюю или внутреннюю поверхность трубы;

· расслоение в околошовной зоне - расслоение, примыкающее к сварному

· шву;

· трещина - дефект в виде узкого разрыва металла стенки труб;

· эрозионное разрушение внутренней поверхности трубопровода - повреждения внутренней поверхности стенки трубопровода: представляет собой последовательное разрушение поверхностного слоя стенки под влиянием механического или электромеханического воздействия взвешенных в движущемся потоке твердых частиц, а также частиц жидкости. При преобладании твердых частиц наблюдается механическая эрозия.

4.Тесты

акустический контроль неразрушающий дефект

1. Дефектом называется:

· Повреждение трубопровода, выявленное при визуальном осмотре;

· Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям;

· Повреждение трубопровода, выявленное с помощью прибора;

· Отклонение положения трубопровода от проектного положения.

2. Дефект относится к проектным:

· Непровар в сварном шве;

· Не соответствие норм реальным условиям;

· Старение трубопровода;

· Коррозия трубопровода.

3. Дефект относится к эксплуатационным:

· Ошибка проекта

· Непровар в сварном шве;

· Не соответствие норм реальным условиям;

· Нарушение режимов эксплуатации трубопровода.

4. Вмятиной называется:

· Дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях;

· Локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· Чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· Несплошность металла стенки трубы.

5. Гофрой называется:

· Дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях;

· Локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· Чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· Несплошность металла стенки трубы.

6. Овальностью называется:

· Дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях;

· Локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· Чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· Несплошность металла стенки трубы.

7. Расслоением называется:

· Дефект геометрии, при котором сечение трубы имеет отклонение от круглости, а наибольший и наименьший диаметры находятся во взаимно перпендикулярных направлениях;

· Локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· Чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· Несплошность металла стенки трубы.

8. Трещиной называется:

· Локальное уменьшение проходного сечения трубы в результате механического воздействия, при котором не происходит излома оси нефтепровода;

· Чередующиеся поперечные выпуклости и вогнутости стенки трубы, приводящие к излому оси и уменьшению проходного сечения нефтепровода;

· Дефект в виде узкого разрыва металла стенки труб;

· Несплошность металла стенки трубы.

9. Акустико-эмиссионный методом контроля называется:

· Вид неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом;

· Метод неразрушающего контроля, основанный на выделении и анализе параметров сигналов акустической эмиссии;

· Вид неразрушающего контроля, основанный на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте;

· Метод неразрушающего контроля, основанный на генерации ионизирующего излучения веществом контролируемого объекта без активации его в процессе контроля.

Размещено на Allbest.ru