Акустическая эмиссия как физическое явление. Aкустико-эмиссионный метод контроля. Порядок применения метода акустической эмиссии

ГОСТ Р ИСО 22096-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Контроль состояния и диагностика машин

МЕТОД АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Condition monitoring and diagnostics of machines. Acoustic emission method

ОКС 17.140.20
17.160

Дата введения 2016-12-01

Предисловие

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2015 г. N 1583-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 22096:2007* "Контроль состояния и диагностика машин. Акустическая эмиссия" (ISO 22096:2007 "Condition monitoring and diagnostics of machines - Acoustic emission", IDT).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей . - Примечание изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации" . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Метод акустической эмиссии может быть использован в целях контроля состояния машин и диагностирования как самостоятельно, так и в сочетаниях с другими методами, например, основанными на анализе сигналов вибрации или теплового излучения машин. Метод может быть реализован с использованием стационарных, полустационарных и переносных измерительных систем в зависимости от степени критичности обследуемых объектов. Обычно в состав измерительной системы входят преобразователи, усилители сигналов, фильтры и устройства сбора данных. В зависимости от целей применения метода могут быть использованы разные характеристики сигнала акустической эмиссии.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие принципы применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния и диагностирования машин, работающих в разных режимах и в разных условиях применения. Метод распространяется на все виды машин и основан на измерениях только тех сигналов, что распространяются по конструкции машины.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

ISO 12716, Non-destructive testing - Acoustic emission inspection - Vocabulary (Контроль неразрушающий. Метод акустической эмиссии. Словарь)

ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines - Vocabulary (Контроль состояния и диагностика машин. Словарь)

ISO 18436-6, Condition monitoring and diagnostics of machines - Requirements for qualification and assessment of personnel - Part 6: Acoustic emission (Контроль состояния и диагностика машин. Требования к квалификации и оценке персонала. Часть 6. Метод акустической эмиссии)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 2041, ИСО 12716, ИСО 13372, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 акустическая эмиссия (контроль состояния машин) (acoustic emission): Класс явлений, приводящих к появлению распространяющихся по конструкции или в среде (жидкостях, газах) волн вследствие быстропротекающих процессов высвобождения энергии из локализованных источников внутри или на поверхности материала.

Примечание 1 - Высвобождение энергии может быть следствием таких процессов, как распространение трещины в материале, трение соприкасающихся частей машины, удары между частями машины или утечки материала.

Примечание 2 - Данное определение сформулировано в максимально общей форме с целью отразить различные возможности применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин разных видов.

3.2 акустико-эмиссионный контроль (контроль состояния машин) (acoustic emission monitoring): Обнаружение и сбор данных акустической эмиссии, позволяющих судить о состоянии машины.

Примечание - Данное определение применимо только в области контроля состояния машин.

3.3 акустико-эмиссионный преобразователь (acoustic emission sensor/receiver): Устройство, позволяющее преобразовать движение упругой волны в электрический сигнал.

3.4 сигнал акустической эмиссии (acoustic emission signal): Электрический сигнал на выходе акустико-эмиссионного преобразователя, связанный с акустической волной от источника акустической эмиссии.

3.5 акустико-эмиссионные характеристики (acoustic emission characteristics): Набор характеристик, описывающих акустическую эмиссию данной машины или источник акустической эмиссии.

Примечание - Описываемый волновой процесс, обусловленный акустической эмиссией, может быть импульсного или непрерывного типа.

3.6 акустико-эмиссионный волновод (acoustic emission waveguide): Устройство, по которому акустическая волна распространяется от источника к акустико-эмиссионному преобразователю.

3.7 фоновый шум (background noise): Ложная составляющая сигнала акустической эмиссии, не связанная с процессами акустической эмиссии в контролируемых узлах машины.

Примечание - Фоновый шум может представлять собой сигнал, обусловленный электрическими, температурными или механическими процессами.

3.8 контактная среда (couplant): Среда между объектом акустико-эмиссионного контроля и акустико-эмиссионным преобразователем, используемая для улучшения передачи акустической волны.

Примеры - Масло, смазка, клеевое соединение, водно-эмульсионная смазочно-охлаждающая паста, воск.

3.9 имитатор Су-Нильсена (Hsu-Nielsen source): Устройство для установки и излома графитового стержня карандаша с целью искусственного моделирования процесса акустической эмиссии и возбуждения акустической волны.

Примечание - Акустическая волна зависит от применяемого стержня. Обычно применяют стержень твердостью 2Н диаметром 0,5 мм (допускается 0,3 мм) и длиной (3,0±0,5) мм.

3.10 машина (machine): Механическая система, предназначенная для выполнения определенных задач (формирования материала, передачи и преобразования движения, силы или энергии).

3.11 машинный агрегат (machine system): Механическая система, основным элементом которой является отдельная машина (см. 3.10) и которая включает в себя также вспомогательные элементы, предназначенные для поддержания функционирования этой машины.

4 Принципы метода акустической эмиссии

4.1 Явление акустической эмиссии

Акустическая эмиссия может иметь место внутри или на поверхности материалов. Данное явление заключается в спонтанном высвобождении энергии, выражаемом в форме распространения упругих волн. Акустическая эмиссия внутри материала проявляет себя через упругие волны на поверхности материала в широком диапазоне частот (обычно от 20 кГц до 1 МГц).

Упругие волны, связанные с процессами акустической эмиссии, обнаруживают с помощью специальных преобразователей движения точек на поверхности материала в электрические сигналы. Эти сигналы затем подлежат соответствующему преобразованию и обработке для получения информации о состоянии контролируемого объекта и раннего обнаружения процессов потери механической и структурной целости объекта. Форма электрического сигнала зависит от путей распространения и форм акустических волн, генерируемых внутри и/или на поверхности материала. Поэтому сигналы акустической эмиссии от одних и тех же источников могут быть разными в зависимости от путей прохождения акустических волн.

4.2 Преимущества и ограничения метода

Преимуществами метода являются:

a) получение данных без вмешательства в конструкцию контролируемого объекта;

b) получение данных в реальном масштабе времени;

c) высокая чувствительность, позволяющая осуществлять более раннее (например, по сравнению с вибрационным методом) обнаружение;

d) возможность контроля динамического поведения объекта;

e) применимость в широком диапазоне скоростей вращения, позволяющая осуществлять контроль, в том числе, низкоскоростных машин (со скоростью вращения ротора менее 60 мин);

f) возможность обнаружения процессов износа и трения, например при ослаблении соединений соседних элементов машины или вследствие ухудшения состояния смазки.

Ограничения метода связаны с:

- быстрым ослаблением акустических волн при прохождении по конструкции машины;

- высокой зависимостью от фонового шума;

- невозможностью точного сопоставления акустико-эмиссионных характеристик с механизмом неисправности в машине.

5 Применение метода акустической эмиссии

5.1 Контроль состояния машин

Метод акустической эмиссии может быть применен к широкому классу машин при условии наличия пути передачи через элементы конструкции машины акустической волны от интересующего объекта контроля к акустико-эмиссионному преобразователю. В таблице 1 показаны некоторые примеры неисправностей для машин разных видов, которые могут быть выявлены с использованием данного метода. Оценка состояния осуществляется не по абсолютным значениям параметров сигнала акустической эмиссии, а по их изменениям в заданном режиме работы машины.

Таблица 1 - Примеры применения метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин

Например, повышение общего уровня сигнала в установившемся режиме работы машины свидетельствует об ухудшении ее технического состояния. Модуляция сигнала одной из основных подшипниковых частот является признаком ранней стадии повреждения подшипника, которое может еще не быть обнаружено по наблюдениям вибрации и ударных импульсов. Следует отметить, что проявление акустико-эмиссионной активности может быть разным для разных машин, разных условий работы и разных нагрузок.

5.2 Влияющие факторы

Прежде чем проводить измерения акустической эмиссии важно убедиться в том, что на их результаты не повлияют сторонние шумы, такие как шум электронных устройств (электромагнитные поля радиочастотного диапазона), воздушный шум (от струй газа или ударов о машину мелких частиц, поднимаемых ветром), шум от рабочих процессов в машине (потоков жидкостей в трубах) и механический фоновый шум.

6 Сбор данных

6.1 Установка системы

Типичная схема системы сбора данных акустической эмиссии показана на рисунке 1. Обычно преобразователь устанавливают на обследуемой машине и соединяют с предусилителем, выход которого соединен с входом устройства сбора данных. Некоторые акустико-эмиссионные преобразователи имеют встроенные предусилители. Данные собирают во время работы машины. Их объем и глубина последующего анализа зависят от конкретного применения. Система может быть выполнена в стационарном, полустационарном или переносном вариантах.

Рисунок 1 - Схематичное изображение системы сбора данных

6.2 Средства измерений

Детектирование волны, порожденной акустической эмиссией, является наиболее критичной частью измерения, поэтому необходимо принять все меры для обеспечения хорошего пути ее прохождения, включая согласование импедансов на границах сред. Необходимо рассмотреть также последствия неправильного выбора частотных фильтров, преобразователей, частоты дискретизации и т.п. Требования к средствам измерений и их калибровке могут быть взяты из , , , . При выборе преобразователя следует учитывать его размеры, коэффициент преобразования, частотную характеристику и условия применения. В ряде случаев, например при обследовании крупных подшипников, для обнаружения источников акустической эмиссии может потребоваться использование нескольких преобразователей. Локализация источника акустической эмиссии может быть выполнена несколькими способами, в том числе на основе расчета времен прихода акустической волны к преобразователям.

6.3 Установка преобразователей и применение контактных сред

При использовании метода акустической эмиссии в целях контроля состояния машин важно убедиться, что преобразователь надежно установлен в месте крепления с использованием соответствующей контактной среды. Крепление может быть осуществлено с применением механических устройств (с созданием прижимной силы посредством магнита, механического зажима и т.д.) или клеящих материалов. В последнем случае клеящий материал является контактной средой.

Положение акустико-эмиссионного преобразователя должно обеспечить наличие пути прохождения к нему акустической волны по элементам конструкции машины. Этот путь может включать в себя разрывы (эти разрывы рассматриваются как границы между двумя элементами, например между головкой болта и зажимаемой деталью), однако между граничащими элементами должен быть обеспечен контакт - либо механический, либо через контактную среду (примером может быть путь распространения через подшипник скольжения, где смазка и охлаждающее масло в подшипнике выступают в качестве контактной среды). Место установки преобразователя должно быть чистым. Для улучшения прохождения акустической волны можно удалить в месте установки преобразователя все слои краски вплоть до поверхности металла, однако при этом следует убедиться, что данная операция не ухудшит техническое состояние машины. Следует принять все возможные меры к тому, чтобы контактная поверхность преобразователя плотно прилегала к поверхности установки, т.е. последняя должна быть ровной, чистой и не иметь трещин. Улучшение качества пути прохождения акустической волны улучшает повторяемость результатов измерений.

В определенных обстоятельствах преобразователь может быть установлен в акустико-эмиссионном волноводе. Обычно волновод применяют для обеспечения более прямого пути прохождения волны от источника акустической эмиссии в наблюдаемом объекте к преобразователю, а также с целью уменьшить температурное влияние на преобразователь. Волновод может изменять характеристики акустической волны (амплитуду, форму и т.п.).

При использовании контактной среды небольшое ее количество наносят в центр той области, где должен быть установлен преобразователь. Затем преобразователь плотно прижимают к поверхности, равномерно распределяют контактную среду по всей области контакта. От толщины контактной среды может зависеть коэффициент преобразования преобразователя.

Если использование контактной среды нецелесообразно по практическим соображениям, то применяют сухой контакт. Необходимую прижимную силу определяют экспериментально, например, с использованием имитатора Су-Нильсена. Следует убедиться, что между контактной поверхностью преобразователя и поверхностью установки отсутствуют пустоты.

При использовании клеящей контактной среды следует убедиться, что создаваемая связь между преобразователем и поверхностью установки не разрушится вследствие возможной деформации поверхности, температурных расширений или механических нагрузок. Должны быть известны свойства клеящей среды в конкретных условиях применения.

Примечание - Растрескивание клеящего слоя само приводит к появлению сигналов акустической эмиссии.


Для предотвращения фонового шума электрической природы преобразователь должен быть электрически изолирован.

7 Предварительные сведения

Приготовление к измерениям и их проведение требует знания:

- идентификационных данных машины (ее название и номер);

- режима работы (нагрузка, скорость, температура и т.д.);

- истории эксплуатации и технического обслуживания;

- конструкции машины;

- истории ее неисправностей или отказов;

- предыдущих данных измерений акустической эмиссии.

Для правильной интерпретации результатов измерений необходимо наличие соответствующей экспериментальной базы данных или знания базового уровня, соответствующего нормальным условиям применения машины. Базовый уровень представляет собой значения совокупности контролируемых параметров, получаемых, когда известно, что машина находится в хорошем техническом состоянии и работает в стабильном режиме. Результаты последующих измерений сравнивают с базовым уровнем для выявления возможных отклонений.

Для машин, работающих в нескольких режимах, может быть установлено несколько базовых уровней - по одному для каждого контролируемого режима. Для машин, вводимых в эксплуатацию после покупки или ремонта, может быть установлен период прирабатывания. В течение этого периода (нескольких дней или недель) могут наблюдаться изменения контролируемых параметров. Результаты измерений, проведенных в период прирабатывания, не следует использовать для формирования базового уровня. Базовый уровень может быть определен также для оборудования, уже длительное время находившегося в эксплуатации, но для которого только сейчас начинают применять метод акустико-эмиссионного контроля.

8 Анализ данных и представление результатов

Основная цель анализа состоит в установлении связи между акустико-эмиссионными характеристиками и условиями работы машины, измерении отклонений от базовой линии для идентификации состояния машины.

Критериями, применяемыми при контроле состояния машин методом акустической эмиссии, могут быть следующие:

a) повышение со временем активности источников акустической эмиссии;

b) значения акустико-эмиссионных характеристик в установившемся режиме работы машины;

c) появление в сигнале акустической эмиссии характерных особенностей, отсутствующих в случае хорошего технического состояния машины;

d) специальные инструментальные критерии, определяемые изготовителем средств измерений;

e) наличие амплитудной модуляции сигнала акустической эмиссии с частотой, характерной для данного дефекта.

9 Процедуры

Успешное применение метода акустической эмиссии невозможно без регулярных точных измерений контролируемых параметров. Это требует от персонала разработки, оценки качества и применения документированных процедур испытаний, а также понимания возможных ограничений этих процедур. Требования к компетентности персонала, использующего метод акустической эмиссии, установлены в ИСО 18436-6.

Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов национальным стандартам

Приложение ДА
(справочное)

Таблица ДА.1

Библиография

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019

Неразрушающий контроль (НК) - технологический контроль надежности параметров объета или его элементов. При его проведении исследуемый объект не выводится из работы, не демонтируется.

Неразрушающий контроль применяется для диагностики зданий и сооружений, а также для сложного технологического оборудования. Технология неразрушающего контроля безопасна и является важнейшим элементом экспертизы промышленной безопасности. Благодаря неразрушающему контролю обеспечивается техническая безопасность на любых объектах.

Метод Акустико-эмиссионного контроля

Акустико-эмиссионный метод (АЭ) - основан на явлении, называемом акустической эмиссией. При возникновении и распространении акустических волн при деформации напряжённого материала или истечении газов и других процессах возникают упругие колебания акустических волн, данные которых используются для определения образования дефектов на начальной стадии разрушения конструкции. Благодаря движению среды возможно использование АЭ для дигностики процессов и материалов, таких как критерий целостности материала.
Метод акустико-эмиссионного неразрушающего контроля — это контроль технического состояния объектов обследования. Основан он на принципах излучения и регистрации волн напряжений в материале, который подвергается нагрузке силой, давлением, температурой и тп. Выбор вида нагрузки определяется условиями работы обследуемого объекта, его конструкцией, характером испытаний.

Применение
Данный метод применим во время изготовления объектов контроля, в процессе их производственных испытаний, при техническом освидетельствовании, а также, непосредственно, в процессе экплуатации.

Зачем нужен метод АЭ контроля?

Цель акустико-эмиссионного НК — обнаружить, определить координаты и отследить источники акустической эмиссии, которые связанны с несплошностями на поверхности или в объеме стенки сосуда, сварного соединения и изготовленных частях и компонентах.
При наличии технических возможностей, необходимо оценить источники АЭ другими методами НК.
Акустико-эмиссионный метод НК может быть использован для того, чтобы оценить скорость развития дефекта. При этом есть возможность заблаговременно прекратить испытания и предотвратить разрушение объекта (изделия). Этот метод позволяет определить образование различных трещин, протечек и прочих неисправностей в уплотнениях, заглушках, арматуре.

Кто такой дефектоскопист?

Дефектоскопист — это специалист по неразрушающему контролю. В обязанности дефектоскописта входит диагностика объектов, а также их частей (узлов) на предмет выявления различных дефектов. Одно только название профессии говорит о том, что профессия дефектоскописта очень ответственная, многопрофильная, непростая. Специалист неразрушающего контроля должен уверенно работать с дорогостоящим и сложным оборудованием, обладать обширными техническими знаниями, знать стандарты, нормы дефектоскопистов, регламенты и различного рода документацию.

Аттестация дефектоскописта

Аттестация (сертификация) персонала на неразрушающие методы контроля на I, II и III уровни квалификации проходит в соответствии с требованиями .

Для точного расчета стоимости аттестации, необходимо выбрать методы и объекты, по которым Вам необходимо обучиться.

Основные методы и объекты неразрушающего контроля (НК)

Методы дефектоскопии:

• - основан на явлении, называемом акустической эмиссией. При возникновении и распространении акустических волн при деформации напряжённого материала или истечении газов и других процессах возникают упругие колебания акустических волн, данные которых используются для определения образования дефектов на начальной стадии разрушения конструкции. Благодаря движению среды возможно использование АЭ для дигностики процессов и материалов, таких как критерий целостности материала;
• - основанный на исследовании процесса распространения ультразвуковых колебаний с частотой 0,5 - 25 МГц в контролируемых изделиях с помощью специального оборудования - ультразвукового дефектоскопа;
• Магнитный (МК) - основанный на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом;
• Электрический (ЭК) - основанный на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом или возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия;
• Вихретоковый (ВК) - основанный на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте;
• Радиоволновой (РВК) - основанный на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом;
• Тепловой (ТК) - основанный на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов, вызванных дефектами;
• Оптический (ОК) - основанный на регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом;
• — основанный на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. Слово «радиационный» может заменяться словом, обозначающим конкретный вид ионизирующего излучения, например, рентгеновский, нейтронный и т. д.;
• Проникающими веществами - основанный на проникновении веществ в полости дефектов контролируемого объекта. Существует несколько видов данного метода, например «капиллярный (ПВК)», или «течеискание (ПВТ)», который используется при выявлении сквозных дефектов;
• — основанный на визуальном осмотре и контроле качества сварочных швов, подготовке и сборки заготовок под сварку. Цель данного осмотра — выявить вмятины, заусенцы, ржавчину, прожоги, наплыви и прочие видимые деффекты. Этот метод предшествует остальным методам дефектоскопии и является базовым;
• Вибордиагностический (ВД ) – основанный на анализе параметров вибрации, возникающей при работе контролируемого объекта. Вибрационная диагностика нацелена на поиск неисправностей и оценку технического состояния объекта вибрационно-диагностического контроля.

Объекты дефектоскопии:

1. Объекты котлонадзора

• 1.1. Паровые и водогрейные котлы
• 1.2. Электрические котлы
• 1.3. Сосуды, работающие под давлением свыше 0,07 МПа
• 1.4. Трубопроводы пара и горячей воды с рабочим давлением пара более 0,07 МПа и температурой воды свыше 115°С
• 1.5. Барокамеры

2. Системы газоснабжения (газораспределения)

• 2.1. Наружные газопроводы
• 2.1.1. Наружные газопроводы стальные
• 2.1.2. Наружные газопроводы полиэтиленовые
• 2.2. Внутренние газопроводы стальные
• 2.3. Детали и узлы, газовое оборудование

3. Подъемные сооружения

• 3.1. Грузоподъемные краны
• 3.2. Подъемники (вышки)
• 3.3. Канатные дороги
• 3.4. Фуникулеры
• 3.5. Эскалаторы
• 3.6. Лифты
• 3.7. Краны-трубоукладчики
• 3.8. Краны-манипуляторы
• 3.9. Платформы подъемные для инвалидов
• 3.10. Крановые пути

4. Объекты горнорудной промышленности

• 4.1. Здания и сооружения поверхностных комплексов рудников, обогатительных фабрик, фабрик окомкования и аглофабрик
• 4.2. Шахтные подъемные машины
• 4.3. Горно-транспортное и горно-обогатительное оборудование

5. Объекты угольной промышленности

• 5.1. Шахтные подъемные машины
• 5.2. Вентиляторы главного проветривания
• 5.3. Горно-транспортное и углеобогатительное оборудование

6. Оборудование нефтяной и газовой промышленности

• 6.1. Оборудование для бурения скважин
• 6.2. Оборудование для эксплуатации скважин
• 6.3. Оборудование для освоения и ремонта скважин
• 6.4. Оборудование газонефтеперекачивающих станций
• 6.5. Газонефтепродуктопроводы
• 6.6. Резервуары для нефти и нефтепродуктов

7. Оборудование металлургической промышленности

• 7.1. Металлоконструкции технических устройств, зданий и сооружений
• 7.2. Газопроводы технологических газов
• 7.3. Цапфы чугуновозов, стальковшей, металлоразливочных ковшей

8. Оборудование взрывопожароопасных и химически опасных производств

• 8.1. Оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, работающих под давлением до 16 МПа
• 8.2. Оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, работающих под давлением свыше 16 МПа
• 8.3. Оборудование химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, работающих под вакуумом
• 8.4. Резервуары для хранения взрывопожароопасных и токсичных веществ
• 8.5. Изотермические хранилища
• 8.6. Криогенное оборудование
• 8.7. Оборудование аммиачных холодильных установок
• 8.8. Печи
• 8.9. Компрессорное и насосное оборудование
• 8.10. Центрифуги, сепараторы
• 8.11. Цистерны, контейнеры (бочки), баллоны для взрывопожароопасных токсичных веществ
• 8.12. Технологические трубопроводы, трубопроводы пара и горячей воды

9. Объекты железнодорожного транспорта:

• 9.1. Подвижной состав и контейнеры, предназначенные для транспортирования опасных
  веществ.
• 9.2. Железнодорожные подъездные пути.

10. Объекты хранения и переработки зерна:

• 10.1. Воздуходувные машины (турбокомпрессоры воздушные, турбовоздуходувки).
• 10.2. Вентиляторы (центробежные, радиальные, ВВД).
• 10.3. Дробилки молотковые, вальцовые станки, энтолейторы.

11. Здания и сооружения (строительные объекты)

• 11.1. Металлические конструкции
• 11.2. Бетонные и железобетонные конструкции
• 11.3. Каменные и армокаменные конструкции

Выучиться на дефектоскописта

Конечно же труд дефектоскописта должен быть основан на обширных знаниях, которые можно получить, пройдя курсы дефектоскопистов. Обучение по профессии дефектоскопист акустико- эмиссионного метода НК в Москве проводят специальные независимые органы по аттестации персонала системы неразрушающего контроля. Получив образование, проводится аттестация дефектоскописта, по результатам которой выдается удостоверение инженера дефектоскописта. Наша компания поможет Вам и Вашим сотрудникам выучиться на дефектоскописта различных видов, в данном случае, дефектоскопист акустико-эмиссионного метода НК, без отрыва от производства .

Зачем нужна аттестация дефектоскописта?

Согласно , все специалисты неразрушающего контроля (дефектоскописты) должны проходить аттестацию, при проведении контроля методами установленными п.17 методами на объектах, установленных Приложением 1.

Аттестацией своих специалистов долнжы заниматься предприятия и организации, осуществляющие деятельность по неразрушающему контролю при технической диагностике, ремонте, реконструкции зданий и сооружений, а также их частей и технических устройств на производственных объектах связанных с повышенной опасностью. Также организации, занимающиеся аттестацией, повышением квалификации персонала должны пройти аттестацию в специальных независимых органах по аттестации персонала системы неразрушающего контроля.

3 уровня квалификации дефектоскописта :

I уровень квалификации — специалист НК, обладающий умениями, знаниями и навыками согласно п. 1.2 Приложения 4.

Специалист НК I уровня квалификации может выполнять работы по незразрущающему контролю определенным методом НК, определенных объектов, согласно инструкции, строго соблюдая технологию и методику НК и под контролем персонала уровня квалификации выше, чем у него.

В обязанности дефектоскописта I уровня входит:

• настройка оборудования, которое используется для осуществления НК соответствующим методом;
• выполнение НК методом, на который аттестован;
• описание результатов наблюдения и контроля.

Специалист I уровня квалификации не может осуществлять самостоятельный выбор метода НК, оборудования, технологии и режима контроля, проводить оценку результатов контроля.

II уровень квалификации — специалист НК, обладающий знаниями, умениями и навыками согласно пп 2.2 и 2.3 Приложения 4.

Специалист НК II уровня квалификации может выполнять работы по незразрушающему контролю, обладает достаточной квалификацией для руководства НК в соответствии с нормативно-технической документацией, для выбора способа контроля, ограничения области применения метода. Производит настройку оборудования, проводит оценку качества объекта или элемента в соответствии с документами, документирует полученные результаты, разрабатывает инструкции и различные документы по конкретной продукции в области своей аттестации, подготавливает и руководит специалистами I уровня. Специалист II уровня квалификации НК производит выбор технологии и средств контроля, делает заключение по результатам контроля, который осуществляет он сам или специалист НК I уровня.

III уровень квалификации — специалист НК, обладающий знаниями, умениями и навыками согласно п.3 Приложения 4.

Специалист НК III уровня квалификации обладает квалификацией, необходимой для руководства любыми операциями по методу НК, по которому он аттестован, осуществляет самостоятельный выбор методов и способов НК, персонала и оборудования. Руководит работой персонала I и II уровней, и выполняет работы, которые входят в обязанности этих уровней. Контролирует и согласовывает технологическую документацию, которая разработана специалистами II уровня. Занимается разработкой методических документов и технических регламентов по НК, а также оценкой и интерпретацией результатов контроля. Участвует в подготовке, аттестации персонала на I, II, III уровни, если уполномочен Независимым органом. Инспектирует работы, которые выполнены персоналом I и уровней, занимается выбором технологии и средств контроля, делает заключение по его результатам, которое он выполнил сам, или же специалист I уровня под его наблюдением.

Существуют также различные разряды дефектоскопистов , которые они получают непосредственно на предприятиях, где они работают.

Вы можете пройти обучение независимо от того, какую квалификацию уже имеете на данный момент. Если у вас уже есть стаж работы по профессии, и вы хотите повысить свой статус до дефектоскописта 6 разряда, вам необходимо пройти повышение квалификации дефектоскопистов. Для специалистов с недостаточным стажем и знаниями существуют курсы, где проходит профессиональная подготовка дефектоскопистов, где вы сможете учиться на дефектоскописта «с нуля».

ВАЖНО

Для того, чтобы заниматься деятельностью по неразрушающему контролю акустико-эмиссионного метода НК работнику необходимо получить заключение врача терапевта и окулиста, о состоянии здоровья.

Срок действия аттестации дефектоскописта I, II уровней — 3 года, III уровня — 5 лет с момента аттестации.

Стоимость удостоверения дефектоскописта рассчитывается только по заявке, исходя из того, по каким работам и видам деятельности будет производится аттестация!

Основные положения по применению акустико-эмиссионного метода контроля сосудов, котлов, аппаратов и технологических трубопроводов

Метод АЭ основан на регистрации и анализе акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и разрушения (роста трещин) контролируемых объектов. Это позволяет формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект. Другим источником АЭ-контроля является истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте.

Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его возможности и область применения, являются следующие:

• метод АЭ-контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;
• метод АЭ-контроля обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам - позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей мм. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1*10 -6 мм 2 , что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм;
• свойство интегральности метода АЭ-контроля обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ-контроля, неподвижно установленных на поверхности объекта;
• метод АЭ позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов;
• положение и ориентация объекта не влияет на выявляемость дефектов;
• метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой материалов;
• особенностью метода АЭ, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудность выделения сигналов АЭ из помех. Это объясняется тем, что сигналы АЭ являются шумоподобными, поскольку АЭ есть стохастический импульсный процесс. Поэтому, когда сигналы АЭ малы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу.

При развитии дефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению, амплитуда сигналов АЭ и темп их генерации резко увеличивается, что приводит к значительному возрастанию вероятности обнаружения такого источника АЭ.

Метод АЭ может быть использован для контроля объектов при их изготовлении, в процессе приемочных испытаний, при периодических технических обследованиях, в процессе эксплуатации.

Целью АЭ-контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки объекта контроля, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов. Все индикации, вызванные источниками АЭ, должны быть при наличии технической возможности оценены другими методами неразрушающего контроля. АЭ-метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний и предотвращения разрушения изделия. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках и фланцевых соединениях.

АЭ-контроль технического состояния обследуемых объектов проводится только при создании в конструкции напряженного состояния , инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкцией объекта и условиями его работы, характером испытаний и приводится в "Программе работ по АЭ контролю объектов".

Схемы применения акустико-эмиссионного метода контроля

1. Проводят АЭ контроль объекта. В случае выявления источников АЭ в месте их расположения проводят контроль одним из регламентируемых методов неразрушающего контроля (ПК): ультразвуковым (УЗК), радиационным, магнитным (МПД), проникающими веществами и другими, предусмотренными нормативно-техническими документами. Данную схему рекомендуется использовать при контроле объектов, находящихся в эксплуатации. При этом сокращается объем применяемых методов неразрушающего контроля, поскольку в случае использования регламентируемых методов необходимо проведение сканирования по всей поверхности (объему) контролируемого объекта.
2. Проводят контроль одним или несколькими методами НК. При обнаружении недопустимых (по нормам регламентируемых методов контроля) дефектов или при возникновении сомнения в достоверности применяемых методов НК проводят контроль объекта с использованием метода АЭ. Окончательное решение о допуске объекта в эксплуатацию или ремонте обнаруженных дефектов принимают по результатам проведенного АЭ контроля.
3. В случае наличия в объекте дефекта, выявленного одним из методов НК, метод АЭ используют для слежения за развитием этого дефекта. При этом может быть использован экономный вариант системы контроля, с применением одноканальной или малоканальной конфигурации акустико-эмиссионной аппаратуры.
4. Метод АЭ в соответствии с требованиями нормативно-технических документов к эксплуатации сосудов, работающих под давлением, применяют при пневмоиспытании объекта в качестве сопровождающего метода, повышающего безопасность проведения испытаний. В этом случае целью применения АЭ контроля служит обеспечение предупреждения возможности катастрофического разрушения. Рекомендуется использовать метод АЭ в качестве сопровождающего метода и при гидроиспытании объектов.
5. Метод АЭ может быть использован для оценки остаточного ресурса и решения вопроса относительно возможности дальнейшей эксплуатации объекта. Оценка ресурса производится с использованием специально разработанных методик, согласованных в установленном порядке. При этом достоверность результатов зависит от объема и качества априорной информации о моделях развития повреждений и состояния материала контролируемого объекта

Порядок применения метода акустической эмиссии

1. АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен нормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
2. АЭ контроль проводят во всех случаях, когда нормативно-технической документацией на объект предусмотрено проведение неразрушающего контроля одним из регламентируемых методов, но по техническим или другим причинам проведение такого контроля невозможно.
3. Допускается использование АЭ контроля вместо регламентируемых методов неразрушающего контроля по согласованию в установленном порядке.

Оценка результатов АЭ контроля

После обработки принятых сигналов результаты контроля представляют в виде идентифицированных и классифицированных источников АЭ.

При принятии решения по результатам АЭ контроля используют данные, которые должны содержать сведения обо всех источниках АЭ, их классификации и сведения относительно источников АЭ, параметры которых превышают допустимый уровень. Допустимый уровень источника АЭ устанавливает исполнитель при подготовке к АЭ контролю конкретного объекта.

Классификацию источников АЭ выполняют с использованием следующих параметров сигналов: суммарного счета, числа импульсов, амплитуды (амплитудного распределения), энергии (либо энергетического параметра), скорости счета, активности, концентрации источников АЭ. В систему классификации также входят параметры нагружения контролируемого объекта и время.

Выявленные и идентифицированные источники АЭ рекомендуется разделять на четыре класса:

• Источник I класса - пассивный источник.
• Источник II класса - активный источник.
• Источник III класса - критически активный источник.
• Источник IV класса - катастрофически активный источник.

Выбор системы классификации источников АЭ и допустимого уровня (класса) источников рекомендуется осуществлять каждый раз при АЭ контроле конкретного объекта, используя данные, приведенные в приложении 3 (ПБ 03-593-03). В некоторых зарубежных нормативно-технических документах приняты другие системы классификации (приложение 3 ПБ).

Каждый более высокий класс источника АЭ предполагает выполнение всех действий, определенных для всех источников более низких классов.

При положительной оценке технического состояния объекта по результатам АЭ контроля или отсутствии зарегистрированных источников АЭ применение дополнительных видов неразрушающего контроля не требуется. Если интерпретация результатов АЭ контроля неопределенна, рекомендуется использовать дополнительные виды неразрушающего контроля.

Окончательная оценка допустимости выявленных источников АЭ и индикаций при использовании дополнительных видов НК осуществляется с использованием измеренных параметров дефектов на основе нормативных методов механики разрушения, методик по расчету конструкций на прочность и других действующих нормативных документов.

Правила (ПБ-03-593-03) предназначены для применения при проведении акустико-эмиссионного контроля:

1. Емкостного, колонного, реакторного, теплообменного оборудования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
2. Изотермических хранилищ
3. Хранилищ сжиженных углеводородных газов под давлением
4. Резервуаров нефтепродуктов и агрессивных жидкостей
5. Оборудования аммиачных холодильных установок
6. Сосудов, аппаратов
7. Технологических трубопроводов (газопроводов, продуктопроводов, промысловых магистральных трубопроводов нефти и газа)
8. Трубопроводов пара и горячей воды и их элементов.

Сравнительная оценка методов неразрушающего контроля (НК) и метода акустической эмиссии (АЭ):

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:

1. Химическую и нефтегазовую промышленность.
2. Металлургию и трубопрокатное производство.
3. Тепловую и атомную энергетику.
4. Железнодорожный транспорт.
5. 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.

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.