Акустико эмиссионный контроль сосудов
ГОСТ Р 52727-2007
Группа Т59
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Техническая диагностика
АКУСТИКО-ЭМИССИОННАЯ ДИАГНОСТИКА
Общие требования
Technical diagnostics. Acoustic-emission diagnostics.
General requirements
Дата введения 2007-10-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ “О техническом регулировании”, а правила применения национальных стандартов Российской Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004 “Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения”
1 РАЗРАБОТАН ИЯР РНЦ “КИ”, Самарским филиалом ОАО “Оргэнергонефть”, ФГУП “ОКБМ им. Африкантова”
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 “Техническая диагностика”
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 июня 2007 г. N 134-ст
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом указателе “Национальные стандарты”, а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе “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
Введение
Метод акустической эмиссии относится к акустическим методам неразрушающего контроля и технической диагностики. В основе метода лежит физическое явление излучения волн напряжений при быстрой локальной перестройке структуры материала. Явление акустической эмиссии наблюдается в широком диапазоне материалов, структур и процессов. Спектр сигналов акустической эмиссии лежит в звуковом и ультразвуковом диапазонах. Рабочий частотный диапазон аппаратуры может меняться в пределах от 10 кГц до 1 МГц в зависимости от типа, размеров, акустических свойств объекта, а также параметров шумов на объекте.
Источником акустико-эмиссионной энергии служит переменное поле упругих напряжений от развивающихся дефектов. Для стимуляции дефектом излучения акустических волн объект, как правило, нагружают механическим или тепловым способом. В тех случаях, когда источниками излучения являются процессы активной коррозии, дополнительное нагружение не только не обязательно, но, напротив, должно быть ограничено для снижения возможных помех.
Как структурно чувствительный метод акустическая эмиссия обеспечивает обнаружение процессов пластической деформации, собственно разрушения и фазовых переходов. Кроме того, метод позволяет выявлять истечение рабочей среды (жидкости или газа) через сквозные отверстия в объекте, а также трение поверхностей. Указанные свойства акустико-эмиссионного метода дают возможность формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки технического состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на прочность и работоспособность объекта.
Настоящий стандарт служит методической основой применения акустико-эмиссионного метода при решении широкого класса инженерных задач, требующих оперативной оценки характеристик развивающегося поля дефектов в материале ответственных технических объектов.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает порядок применения приемов акустико-эмиссионной диагностики при неразрушающем контроле, разрушающем контроле (исследовании), техническом диагностировании, техническом освидетельствовании, обследовании, экспертизе промышленной безопасности сложных технических систем (технических устройств, зданий, сооружений и их элементов, мостов, строительных конструкций и других объектов, разрушение которых наносит ущерб или ухудшает безопасность) с целью оценки соответствия их требованиям промышленной безопасности.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27655, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 исполнитель контроля: Организация, выполняющая акустико-эмиссионный контроль.
3.2 заказчик контроля: Организация, заказывающая выполнение акустико-эмиссионного контроля.
3.3 методика акустико-эмиссионной диагностики (контроля): Технологические операции с указанием их параметров по выполнению акустико-эмиссионной диагностики (контроля) конкретного объекта.
3.4 чувствительный элемент преобразователя акустической эмиссии: Часть преобразователя, где происходит непосредственное преобразование акустического сигнала в электрический.
3.5 техническое состояние: Состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.
3.6 техническое диагностирование: Определение технического состояния объекта.
3.7 экспертиза промышленной безопасности: Оценка соответствия объекта экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности, результатом которой является заключение.
3.8 сигнал акустической эмиссии: “Полезный” сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу.
3.9 шум: Непрерывный сигнал, не связанный с наличием дефектов в объекте и мешающий обнаружению сигналов акустической эмиссии и измерению их параметров.
3.10 помеха: Импульсный сигнал, имеющий акустическую или электромагнитную природу происхождения, не связанный с наличием дефектов в объекте.
3.11 испытания: Техническая операция, заключающаяся в установлении одной или нескольких характеристик объекта в соответствии с установленной процедурой.
3.12 порог аппаратуры акустической эмиссии: Параметр настройки аппаратуры, выраженный в вольтах, выше значения которого сигналы акустической эмиссии принимаются и обрабатываются.
3.13 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.
3.14 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.
3.15 пробное давление: Избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность.
3.16 испытательное давление: Избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность в сопровождении акустико-эмиссионного контроля.
4 Требования к безопасности работ
4.1 К проведению АЭ диагностирования (контроля) допускаются лица, аттестованные на I, II, III уровни квалификации в области АЭ контроля. Заключение по результатам АЭ контроля могут подписывать специалисты II и III уровней квалификации.
4.2 При проведении работ по АЭ диагностированию (контролю) оператор должен руководствоваться ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.3.002 и правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденными Госэнергонадзором (Ростехнадзором).
4.3 Работу следует проводить в соответствии с требованиями безопасности, изложенными в инструкции по эксплуатации аппаратуры, входящей в состав используемых средств измерений.
4.4 В методике проведения контроля конкретного элемента технической системы должны быть указаны требования, соблюдение которых обязательно при работе по контролю объектов на данном предприятии.
4.5 При организации работ по контролю следует соблюдать требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004 и правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением [1].
5 Общие положения
Метод акустической эмиссии (АЭ) является чувствительным к любым видам структурных изменений в широком частотном диапазоне работы (обычно от 10 до 1000 кГц). Оборудование способно регистрировать не только хрупкий рост трещин, но также процессы развития локальной пластической деформации, затвердевания, кристаллизации, трения, ударов, течеобразований и фазовых переходов. Основные приложения, в которых используют АЭ метод контроля:
– периодический контроль целостности конструкций;
– контроль целостности конструкции в период опрессовки;
– контроль работоспособности объекта при пневмоиспытании;
– мониторинг (длительный контроль с одновременной обработкой результатов в режиме реального времени) целостности объекта;
– контроль процесса сварки;
– контроль износа и соприкосновения оборудования при автоматической механической обработке;
– контроль износа и потерь смазки на объектах;
– обнаружение потерянных частей и частиц оборудования;
– обнаружение и контроль течей, кавитации и потоков жидкости в объектах;
– контроль химических реакций, включающий контроль коррозионных процессов, а также процессов жидко-твердого перехода, фазовых превращений.
Метод АЭ позволяет получать в реальном времени информацию о состоянии контролируемого объекта путем регистрации и анализа акустического излучения, сопровождающего процессы перестройки структуры твердого тела, истечения жидких и газообразных сред, трения поверхностей.
5.1 Характерные особенности АЭ метода, определяющие его возможности, параметры и области применения
5.1.1 АЭ метод обеспечивает обнаружение и регистрацию развивающихся или склонных к развитию дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.
5.1.2 В производственных условиях АЭ метод позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по расчетным оценкам составляет порядка 1·10 мм, что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на 1 мкм. В производственных условиях могут быть выявлены скачки трещин 0,1-0,3 мм и более.
Метод АЭ позволяет обнаруживать как поверхностные, так и внутренние дефекты в материале объекта.
5.1.3 АЭ метод является дистанционным. Это свойство обеспечивает выполнение контроля всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей акустической эмиссии (ПАЭ), неподвижно установленных на поверхности объекта.
5.1.4 Положение и ориентация объекта не влияют на выявляемость дефектов.
5.1.5 АЭ метод имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.
5.1.6 Ограничение использования метода в условиях сильных помех определяется трудностью выделения полезных сигналов АЭ из помех, имеющих схожие характеристики.
5.1.7 При начале нестабильного развития дефекта амплитуда и энергия сигналов АЭ, а в некоторых случаях и активность акустической эмиссии резко увеличиваются. Фактор роста АЭ параметров при достижении дефектом критического размера используют в критериях оценки опасности источников и позволяет с большой вероятностью обнаруживать опасные источники АЭ.
5.2 АЭ метод может быть использован для контроля объектов при их изготовлении – в процессе приемочных испытаний, при периодических технических освидетельствованиях, в процессе эксплуатации.
5.3 Основные задачи АЭ контроля включают в себя:
– обнаружение и регистрацию источника акустической эмиссии;
– определение координат источника;
– определение типа источника;
– оценку опасности источников, связанных с развивающимися или склонными к развитию дефектами.
5.4 По результатам классификации источников в соответствии с критериями опасности принимают меры по безопасности дальнейшей эксплуатации объекта или вывода его из эксплуатации. Эти меры могут включать в себя использование альтернативных методов неразрушающего контроля (НК) для уточнения характеристик дефекта, связанного с обнаруженным источником, устранение дефекта или последующий контроль за поведением дефекта.
Источник
(согласно ПБ-03-593-03)
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 мм2, 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
Метод АЭ рекомендуется использовать для контроля промышленных объектов по следующим схемам, представляющим собой, как правило, варианты сочетания с другими методами неразрушающего контроля.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- АЭ контроль проводят во всех случаях, когда он предусмотрен нормативно-техническими документами или технической документацией на объект.
- 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.
- 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).
Рекомендуемые действия персонала, выполняющего АЭ контроль при выявлении источников АЭ того или иного класса, следующие:
| Источник | Класс | Рекомендуемые действия |
| Пассивный | I | регистрируют для анализа динамики его последующего развития |
| Активный | II |
|
| Критически активный | III |
|
| Катастрофически активный | IV |
|
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:
- Емкостного, колонного, реакторного, теплообменного оборудования химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
- Изотермических хранилищ
- Хранилищ сжиженных углеводородных газов под давлением
- Резервуаров нефтепродуктов и агрессивных жидкостей
- Оборудования аммиачных холодильных установок
- Сосудов, аппаратов
- Технологических трубопроводов (газопроводов, продуктопроводов, промысловых магистральных трубопроводов нефти и газа)
- Трубопроводов пара и горячей воды и их элементов.
Сравнительная оценка методов неразрушающего контроля (НК) и метода акустической эмиссии (АЭ):
| Традиционные методы НК | Метод акустической эмиссии |
| Большая трудоемкость подготовительных работ и контроля | Трудоемкость подготовительных работ и контроля в десятки (сотни) раз меньше |
| Невозможность распознавания дефектов, которые развиваются под действием эксплуатационных нагрузок | Обнаруживаются и локализуются наиболее опасные (развивающиеся под действием эксплуатационных нагрузок) виды дефектов |
| Для проведения контроля требуется полное прекращение эксплуатации объекта | Контроль может осуществляться в условиях реальной эксплуатации или при воздействии эквивалентных испытательных нагрузок при кратковременном останове |
Версия для печати
Источник