Применение метода акустической эмиссии для контроля промышленных объектов

Применение метода АЭ в промышленности для контроля сосудов и конструкций в течение последних двадцати лет непрерывно возрастает. Начало применению АЭ было положено в США еще в 1964 г. при испытаниях фиберглассовых оболочек ракет. С тех пор разработчики аппаратуры для регистрации АЭ создали серию приборов и систем, используемых для исследовательских целей и для контроля промышленных объектов.

Для исследовательских целей применяется, как правило, одноканальная аппаратура с одним датчиком — пьезопреобразователем. Если требуется локация (определение местоположения дефекта) в линейном объекте, например сварном шве, необходимо использовать аппаратуру с несколькими датчиками. Для локации дефектов в плоскости используется аппаратура с четырьмя и более датчиками и с обработкой данных на ЭВМ.

По американским данным, наибольшее применение метод АЭ нашел в атомной энергетике, нефтяной и нефтехимической промышленности для инспекции котлов, систем реакторов, реакционных сосудов и труб, работающих под давлением в процессе гидростатических, пусковых испытаний и при периодическом контроле в процессе эксплуатации.

АЭ используется при контроле промышленных сооружений, в том числе мостов для скоростного движения. Метод АЭ начинает применяться при периодическом контроле трубопроводов для транспортировки нефти и газа, для контроля работоспособности платформ в Северном море.

Наиболее интересной областью по праву считается применение АЭ для контроля сварных соединении. Работы в этой области в США координируются атомной комиссией. В объеме этой программы проведены определение и оценка >400 видов сварочных дефектов, в том числе трещины, непровары, пористость, вольфрамовые и шлаковые включения. С помощью автоматизированной системы АЭ проконтролированы сварочные швы сосудов из стали А533 с толщиной стенки до 100 мм. Изучение АЭ при испытании сосудов со сварочными дефектами 15 типов проводилось, например, в работе Т. Watanabe и др. Было установлено, что АЭ достаточной амплитуды возникает в основном при распространении трещин, находящихся в сварных швах. Амплитуда АЭ зависит от местонахождения трещины и ее ориентировки в сварном шве. Кроме того, наблюдалась периодическая акустическая активность малых амплитуд от растрескивания шлаковых включений.

Обычные методы неразрушающих испытаний конструкций, работающих под давлением, призваны обеспечить уверенность в том, что дефекты, остающиеся после изготовления и испытаний, не приведут к потере герметичности и разрушению конструкции. Использование критериев линейной механики разрушения и результаты сдаточных испытаний создают уверенность, что размеры дефектов не превышают предельных размеров, однако действительные размеры субкритических дефектов при эксплуатации остаются неизвестными. АЭ позволяет контролировать степень критичности дефектов и определять их координаты при эксплуатации.

Ведутся активные исследования по использованию и развитию акустических методов, таких, как акустическая эмиссия, акустическая голография, акустическая спектроскопия и ультразвуковой метод, для создания систем контроля конструкций атомных станций.

Контроль систем реактора с помощью ультразвуковых методов имеет ряд недостатков, связанных с трудностями интерпретации результатов из-за наличия аустенитных покрытий, невозможностью испытать весь объем. Следует отметить, что применение сканирования для контроля больших объемов требует много времени, что приводит к большим материальным потерям при остановке ядерного реактора.

При контроле методом АЭ на сосуде или конструкции устанавливаются несколько стационарных датчиков, позволяющих контролировать объем в пределах сферы их действия. Точность определения координат дефектных мест крупногабаритных объектов составляет 5?10 см, что часто не позволяет определять глубину залегания дефектов в толстостенных конструкциях. Однако этот недостаток покрывается возможностью определения степени опасности растущих дефектов самых малых размеров. Кроме того, если требуется определять координаты дефектов с большей точностью, можно провести более детальную инспекцию другими методами. Кроме значительно меньшего времени инспекции при использовании метода АЭ по сравнению с другими методами контроля, привлекает существенно меньшая стоимость аппаратуры и контроля.

В связи со значительным уровнем АЭ, который имеет место при испытаниях авиационных материалов (алюминиевые, титановые сплавы и композиционные материалы), метод АЭ является весьма многообещающим при инспекции и предсказании разрушения авиационных конструкций. Многие элементы конструкции сделаны из высокопрочных конструкционных сплавов, обладающих относительно низкой способностью к торможению развивающейся трещины. При этом вследствие усталостного подрастания трещина может достигнуть критического размера и привести к быстрому разрушению конструкции. Наличие устойчивых связей между параметрами АЭ и закономерностями разрушения позволяет успешно проводить инспекцию баков, шестерен, стоек и других простых и сложных элементов конструкций.

В настоящее время метод АЭ широко используется не только для исследовательских целей, метод интенсивно внедряется в промышленность как неразрушающий метод контроля. При этом фиксируются фазовые превращения, определяются такие дефекты, как поры, закалочные трещины, включения, проводится локация развивающихся дефектов, что значительно упрощает и облегчает ликвидацию дефектных мест на стадии изготовления.

Продолжает расширяться применение АЭ для контроля конструкций. Осуществляется длительный и периодический контроль состояния сосудов, работающих под давлением, трубопроводов, мостов и других конструкций. Наиболее широкое применение метод АЭ получил в нефтехимической и атомной отраслях промышленности, а также для контроля авиационных и космических конструкций.