RU2210766C1 - Procedure to conduct acoustic emission test with use of single-channel equipment - Google Patents

Abstract

FIELD: nondestructive inspection of objects of State technical supervision in process of technical diagnostics to detect presence of developing defects with their classification according to degree of breakdown hazard. SUBSTANCE: object is subjected to loading with increasing load with static lag to value of proof loading that exceeds operational load and kept under it for specified time. Consistent interrogation of acoustic emission devices put on surface of object is carried out simultaneously with loading with the help of multiplexer with interrogation period not exceeding length of series of signals of acoustic emission accompanying growth of crack. Parameters of acoustic emission signals making it possible to classify source of acoustic emission signals by degree of breakdown hazard are recorded during test. Length of series of acoustic emission signals is established in the course of time lags under constant load during tests of samples with cracks made of materials identical to material of object by chemical, phase and structural composition. EFFECT: potential for use of single-channel equipment. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано в качестве метода неразрушающего контроля при оценке технического состояния металлоконструкций объектов Гостехнадзора. The invention relates to the field of flaw detection and can be used as a non-destructive testing method for assessing the technical condition of metal structures of Gostekhnadzor objects.

Известен способ применения одноканальной аппаратуры [1] для проведения акустико-эмиссионного контроля объектов малых размеров, заключающийся в непрерывной регистрации в реальном масштабе времени параметров акустической эмиссии (далее АЭ) и определении закономерностей изменения этих параметров со временем. Классификация (в зависимости от параметров регистрации) зарегистрированных источников сигналов АЭ производится по известным критериям [2] . Главным недостатком способа является невозможность его применения для проведения АЭ контроля нескольких объектов одновременно или крупногабаритного объекта, при котором требуется установка нескольких преобразователей акустической эмиссии (далее ПАЭ). There is a method of using single-channel equipment [1] for conducting acoustic emission monitoring of small objects, which consists in continuous real-time recording of acoustic emission parameters (hereinafter AE) and determining the patterns of change of these parameters over time. Classification (depending on the registration parameters) of registered AE signal sources is performed according to well-known criteria [2]. The main disadvantage of this method is the impossibility of its application for conducting AE monitoring of several objects at the same time or a large-sized object, which requires the installation of several acoustic emission transducers (hereinafter PAE).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ применения одноканальной аппаратуры для акустико-эмиссионного контроля (далее АЭ-контроля) гибов горячих трубопроводов [3], находящихся под внутренним давлением горячего пара (Т_пара=600 С^o) заключающийся в том, что при помощи мультиплексора осуществляют периодический опрос ПАЭ, установленных на нескольких трубопроводах. В качестве информативного параметра используют амплитудное распределение сигналов в частотном диапазоне 400-800 кГц за время экспозиции (время анализа сигналов АЭ на одном канале), которое составляет несколько минут. Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно большое время (периодичность опроса достигнет нескольких десятков минут), необходимое для регистрации амплитуды, обработки и определения амплитудного распределения. Несмотря на то, что использование амплитудного распределения позволяет определять тип дефекта, для этого потребуется использование дополнительных устройств, в частности применения спектральных анализаторов. Кроме того, способ позволяет выявлять только развитие процессов разрушения, связанные с ползучестью при высоких температурах.The closest in technical essence to the proposed one is the method of using single-channel equipment for acoustic emission control (hereinafter AE control) of bends of hot pipelines [3], which are under internal pressure of hot steam (T _steam = 600 C ^o ), which consists in the fact that when using the multiplexer, periodic polling of PAEs installed on several pipelines is carried out. As an informative parameter, the amplitude distribution of signals in the frequency range of 400-800 kHz is used for the exposure time (time of analysis of AE signals on one channel), which is several minutes. The disadvantage of the closest technical solution is the relatively long time (the frequency of the survey will reach several tens of minutes), necessary for recording the amplitude, processing and determination of the amplitude distribution. Despite the fact that using the amplitude distribution allows you to determine the type of defect, this will require the use of additional devices, in particular the use of spectral analyzers. In addition, the method allows to detect only the development of fracture processes associated with creep at high temperatures.

Однако при температурах объекта ниже 100^oС процессы разрушения развиваются быстрее и определяются двумя взаимосвязанными процессами, а именно пластическим деформированием и развитием трещины, в основе которых на микроуровне лежат процессы скольжения и торможения у препятствий дислокации. В этом случае отмечают увеличение величины амплитуды, скорости счета, активности сигналов АЭ и уменьшение длительности серий. В этих условиях применение указанного способа не будет эффективно решать задачу выявления дефектов.However, at object temperatures below 100 ^o С, fracture processes develop faster and are determined by two interconnected processes, namely, plastic deformation and crack development, which are based on the microlevel on sliding and braking processes at dislocation obstacles. In this case, an increase in the magnitude of the amplitude, counting rate, activity of the AE signals and a decrease in the duration of the series are noted. Under these conditions, the application of this method will not effectively solve the problem of detecting defects.

Целью изобретения является создание способа, позволяющего при помощи одноканальной аппаратуры выявлять в крупногабаритных объектах (составных, со сложной конфигурацией и других) развивающиеся трещины, пластические деформации, а также утечки хранящихся в объекте жидкостей и газов в условиях воздействия высоких, обычных и низких температур. The aim of the invention is to provide a method that allows using single-channel equipment to detect developing cracks, plastic deformations, as well as leaks of liquids and gases stored in the object in large objects (composite, with a complex configuration and others) under the influence of high, ordinary and low temperatures.

Требуемый технический результат состоит в расширении функционально-технических возможностей одноканальной акустико-эмиссионной аппаратуры путем проведения последовательного опроса ПАЭ, посредством мультиплексора. Периодичность этого опроса не превышает продолжительности генерации серий сигналов АЭ, сопровождающих развитие трещины. The required technical result consists in expanding the functional and technical capabilities of a single-channel acoustic emission equipment by conducting a sequential polling of the PAE using a multiplexer. The frequency of this survey does not exceed the duration of the generation of a series of AE signals accompanying the development of a crack.

Сущность изобретения заключается в том, что объект нагружают увеличивающейся нагрузкой со статическими выдержками до величины пробной нагрузки, которая превышает рабочую, и выдерживают под ней заданное время. Одновременно с нагружением объекта производят периодический опрос ПАЭ, установленных в необходимом количестве на поверхности объекта, путем последовательного подключения ПАЭ к прибору при помощи мультиплексора (мультиплексор - это устройство, имеющее заданное количество входных каналов, для подключения ПАЭ и выходной канал для присоединения к одноканальному прибору). Период времени опроса (переключения) всех каналов на мультиплексоре не должен превышать продолжительности серии сигналов АЭ, сопровождающих развитие трещины. В качестве информативного параметра используют известные параметры сигналов АЭ (такие как, например, число импульсов АЭ, суммарный счет АЭ, активность АЭ, скорость счета АЭ, энергия АЭ и др.)
При регистрации сигналов АЭ на любом канале этот канал контролируют с повышенной частотой опроса или длительностью времени экспозиции (например, в течение 3-5 секунд) и производят классификацию источника сигналов АЭ по степени опасности. Для этого используют известные или специально разработанные критерии классификации, которые позволяют произвести классификацию по результатам 3-5 последовательных отсчетов.The essence of the invention lies in the fact that the object is loaded with an increasing load with static shutter speeds to a test load that exceeds the working load, and is kept under it for a predetermined time. Simultaneously with the loading of the object, a periodic interrogation of the PAEs installed in the required amount on the surface of the object is performed by sequentially connecting the PAE to the device using a multiplexer (a multiplexer is a device with a given number of input channels for connecting the PAE and an output channel for connecting to a single-channel device) . The time period of the interrogation (switching) of all channels on the multiplexer should not exceed the duration of a series of AE signals accompanying the development of a crack. As an informative parameter, known parameters of AE signals are used (such as, for example, the number of AE pulses, total AE count, AE activity, AE count rate, AE energy, etc.)
When registering AE signals on any channel, this channel is controlled with an increased sampling frequency or exposure time (for example, within 3-5 seconds) and the source of AE signals is classified according to the degree of danger. For this, well-known or specially developed classification criteria are used that allow classification according to the results of 3-5 consecutive samples.

Способ применяется в случае, если металлоконструкции объекта изготовлены из металла, пластическое деформирование и развитие трещины в которых сопровождается генерацией серий сигналов АЭ продолжительностью не менее периода опроса всех ПАЭ. Определение продолжительности генерации сигналов АЭ при развитии трещины производится при разрушении образца, изготовленного из материала, идентичного (по химическому, фазовому и структурному составу) материалу объекта и той же толщины стенок объекта (если объект имеет сечения элементов металлоконструкций различной толщины, то выбирается меньшая из них). Образцы изготавливаются и испытываются в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 [4]. The method is used if the metal structures of the object are made of metal, plastic deformation and crack development in which is accompanied by the generation of series of AE signals with a duration of at least the polling period of all PAEs. The determination of the duration of AE signal generation during the development of a crack is carried out during the destruction of a sample made of a material identical (in chemical, phase, and structural composition) to the material of the object and the same wall thickness of the object (if the object has sections of metal structures of different thicknesses, then the smaller of them is selected ) Samples are made and tested in accordance with the requirements of GOST 25.506-85 [4].

Сравнительный анализ показал, что изобретение отличается от ближайшего аналога нагруженном объекта пробной нагрузкой со статическими выдержками до величины, превышающей рабочую, использованием последовательного опроса ПАЭ с периодичностью не более чем продолжительность генерации сигналов АЭ при развитии трещины и регистрацией параметров сигналов АЭ, позволяющих классифицировать источник сигналов АЭ по степени опасности по результатам 3-5 последовательных отсчетов. Что соответствует требованию "новизны" заявляемого изобретения. A comparative analysis showed that the invention differs from the closest analogue to a loaded object with a test load with static shutter speeds up to a value exceeding the working one, using a sequential polling of PAE with a frequency of no more than the duration of the generation of AE signals during the development of a crack and registration of parameters of AE signals allowing classification of the AE signal source according to the degree of danger according to the results of 3-5 consecutive readings. That meets the requirement of "novelty" of the claimed invention.

Требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, в частности использованием последовательного опроса ПАЭ с периодом опроса, не превышающим продолжительность генерации серии сигналов АЭ растущей трещиной во время испытания образца, которая до подачи заявки не было обнаружено в известной патентной и научно-технической литературе. Следовательно, изобретение соответствует критерию "изобретательский" уровень. The required technical result is achieved by the entire newly introduced set of essential features, in particular by using sequential polling of the PAE with a polling period not exceeding the duration of the generation of a series of AE signals by a growing crack during the test of the sample, which was not found in the well-known patent and scientific literature before filing . Therefore, the invention meets the criterion of "inventive" level.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен чертеж прямоугольного компактного образца с краевой трещиной для испытаний на внецентренное растяжение и на фиг.2 - схемы проведения пневмоиспытаний секции баллонов одноканальной аппаратурой АЭ-контроля. The essence of the method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a drawing of a rectangular compact specimen with an edge crack for eccentric tensile testing; and FIG. 2 is a diagram of pneumatic testing of a cylinder section with single-channel AE-control equipment.

Продолжительность серий сигналов АЭ определяется во время увеличения нагрузки и выдержек при постоянной нагрузке при испытании образцов с трещиной (фиг.1). The duration of a series of AE signals is determined during an increase in load and shutter speeds at constant load when testing specimens with a crack (Fig. 1).

Схема проведения пневмоиспытаний секции баллонов одноканальной аппаратурой АЭ-контроля (фиг.2) включает одноканальный прибор "Поиск-2М" - 1, подключенный к мультиплексору 2, который соединен с восемью ПАЭ 3.1-3.8, установленными на баллонах. The scheme for conducting pneumatic tests of the section of the cylinders with single-channel AE-control equipment (Fig. 2) includes a single-channel device "Search-2M" - 1, connected to a multiplexer 2, which is connected to eight PAE 3.1-3.8 mounted on the cylinders.

Реализацию способа проведения акустико-эмиссионного контроля с применением одноканальной аппаратуры рассмотрим на примере проведения АЭ-контроля при пневмоиспытаниях секции баллонов со сжатым воздухом. Секция состоит из восьми баллонов, изготовленных электросваркой в соответствии с требованиями ГОСТ 9731-61 из стали Д спокойная по ТУ 3024-56 и с толщиной стенки 16 мм. Баллоны объемом 200 л предназначены для хранения сжатого коздуха под разрешенным рабочим давлением до 200 кгс/см².The implementation of the method of acoustic emission monitoring using single-channel equipment will be considered using the example of AE control during pneumatic testing of a section of cylinders with compressed air. The section consists of eight cylinders made by electric welding in accordance with the requirements of GOST 9731-61 from calm steel D according to TU 3024-56 and with a wall thickness of 16 mm. Cylinders with a volume of 200 l are intended for storage of compressed cow under the permitted working pressure up to 200 kgf / cm ² .

1. Из стали Д спокойная по ТУ 3024-56 изготавливали прямоугольные компактные образцы, в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85 (фиг. 1) (количеством образцов 5 шт.), с краевой трещиной для испытания на внецентренное растяжение, на которых были выращены усталостные трещины длиной 1_уст=28 мм. После чего образцы ступенчато нагружали до разрушения на разрывной машине со скоростью перемещения подвижного захвата не более 0,1 мм/с и регистрировали скорость счета акустической эмиссии во время нагружения и статических выдержек. Анализ результатов испытаний показал, что длительность регистрации скорости счета АЭ при развитии трещины составляла 23 секунды при величине скорости счета АЭ 247 имп/с. Таким образом, оптимальная периодичность опроса всех ПАЭ при АЭ-контроле не должна превышать 20 секунд.1. Rectangular compact specimens were made of calm steel D according to TU 3024-56, in accordance with the requirements of GOST 25.506-85 (Fig. 1) (the number of specimens was 5 pcs.), With an edge crack for eccentric tensile testing, on which were grown fatigue cracks 1 _mouth = 28 mm long. After that, the samples were stepwise loaded to failure on a tensile testing machine with a moving gripper moving speed of not more than 0.1 mm / s, and the acoustic emission counting rate during loading and static holdings was recorded. An analysis of the test results showed that the duration of registration of the AE count rate during the development of a crack was 23 seconds with an AE count rate of 247 imp / s. Thus, the optimal sampling frequency of all PAEs under AE control should not exceed 20 seconds.

2. При пневмоиспытаниях баллонов с контролем акустической эмиссии использовался прибор "Поиск-2М". На фиг. 2 представлена схема проведения АЭ- контроля пневмоиспытаний секции баллонов одноканальным прибором "Поиск-2М". Одноканальный прибор "Поиск-2М" 1, настроенный для работы в частотном диапазоне 200-400 кГц (3 канал) подключен к мультиплексору 2, который соединен с восемью ПАЭ 3.1-3.8, установленными на баллонах. Применялись преобразователи акустической эмиссии с конструктивным совмещением пьезокристалла и предварительного усилителя в одном корпусе. На каждый баллон, в середине цилиндрической его части, устанавливается один преобразователь. Регистрируемый параметр - скорость счета акустической эмиссии. В ходе контроля опрос датчиков проводился последовательно с периодичностью не менее одного раза в 20 секунд. 2. During pneumatic testing of cylinders with acoustic emission control, the Search-2M device was used. In FIG. 2 is a diagram of AE monitoring of pneumatic testing of a section of cylinders with a single-channel Search-2M device. A single-channel device "Search-2M" 1, configured to operate in the frequency range 200-400 kHz (channel 3), is connected to multiplexer 2, which is connected to eight PAE 3.1-3.8 mounted on cylinders. Acoustic emission transducers with a constructive combination of a piezocrystal and a preliminary amplifier in one housing were used. For each cylinder, in the middle of its cylindrical part, one converter is installed. The recorded parameter is the acoustic emission count rate. During the monitoring, the sensors were polled sequentially with a frequency of at least once every 20 seconds.

Нагружение баллонов от 0 кгс/см² до пробного давления Рпр=220 кгс/см² проводилось ступенчато с выдержками в течение 5 минут при следующих ступенях нагружения 100, 150, 190, 200, 210, 220 кгс/см²
Градуировку аппаратуры проводили с использованием имитатора Су-Ниельсона (излом стержня карандаша диаметром 0,5 мм, твердостью 2Н с углом наклона стержня приблизительно 30^o к поверхности, выдвинутого на длину 2,5 мм).The loading of the cylinders from 0 kgf / cm ² to the test pressure Рпр = 220 kgf / cm ² was carried out stepwise with excerpts for 5 minutes at the following loading levels of 100, 150, 190, 200, 210, 220 kgf / cm ²
Calibration of the apparatus was carried out using a simulator of Su-Nielson (fracture of a pencil rod with a diameter of 0.5 mm, hardness 2H with an angle of inclination of the rod approximately 30 ^o to the surface extended to a length of 2.5 mm).

При регистрации сигналов АЭ на каком-нибудь канале этот канал контролировали в течение 3-5 секунд и производили классификацию источника сигналов АЭ по степени опасности. Для этого использовали разработанный критерий сравнения скорости счета зарегистрированных сигналов АЭ

со скоростью счета контрольного сигнала

= 16 - 48 имп/с.When registering AE signals on any channel, this channel was monitored for 3-5 seconds and the source of AE signals was classified according to the degree of danger. To do this, we used the developed criterion for comparing the count rate of registered AE signals

at pilot count rate

= 16 - 48 pulses / s.

Определяли параметр классификации

где

- минимальная скорость счета при развитии трещины

= 247 имп/сек,

скорость счета при срабатывании имитатора Су-Ниельсона. Классификацию источников сигналов АЭ осуществляли следующим образом:
1. Источники сигналов с

относятся к "пассивным";
2. Источники сигналов АЭ относятся к "активным", если

или возрастает по линейному закону (оценку производить по величине

трех последовательных отсчетов)
3. Источники сигналов АЭ относятся к "критическим активным", если

возрастает (оценку производить по величине

трех последовательных отсчетов)
4. Источники сигналов АЭ относятся к "катастрофически активным", если

или возрастает по экспоненциальному закону (оценку производить по величине

трех последовательных отсчетов).The classification parameter was determined

Where

- minimum count rate during crack development

= 247 imp / s,

counting rate when triggering the simulator of Su-Nielson. The classification of AE signal sources was carried out as follows:
1. Sources of signals from

belong to the "passive";
2. AE signal sources are “active” if

or increases according to a linear law

three consecutive counts)
3. AE signal sources are considered “critical active” if

increases (estimate by value

three consecutive counts)
4. AE signal sources are classified as "catastrophically active" if

or increases exponentially (estimate by value

three consecutive samples).

Способ опробован при пневмоиспытаниях секции из 8 баллонов, изготовленных из стали Д. The method was tested during pneumatic testing of a section of 8 cylinders made of steel D.

Способ может быть использован как метод неразрушающего контроля при оценке технического состояния объектов Гостехнадзора при техническом диагностировании. Применение способа позволяет снизить затраты материальных и финансовых ресурсов при проведении неразрушающего контроля, а также расширить технические возможности одноканальной аппаратуры. Кроме того, анализ материалов, используемых для изготовления (38ХА, 38ХНЗМФА, 10ХСНД, АМг6, СтВ3сп) объектов Гостехнадзора России позволяет в большинстве случаев применять вместо многоканальной аппаратуры одноканальную, что сокращает в 15-20 раз стоимость проведения акустико-эмиссионного контроля. The method can be used as a non-destructive testing method for assessing the technical condition of Gostekhnadzor facilities during technical diagnosis. The application of the method allows to reduce the cost of material and financial resources during non-destructive testing, as well as expand the technical capabilities of single-channel equipment. In addition, the analysis of materials used for the manufacture of (38ХА, 38ХНЗМФА, 10ХСНД, АМг6, СтВ3sp) objects of the State Technical Inspectorate of Russia allows in most cases to use single-channel instead of multichannel equipment, which reduces the cost of acoustic emission monitoring by 15-20 times.

Источники информации
1. Теория и практика неразрушающего контроля с помощью акустической эмиссии. Методическое пособие. Н. С. Кузнецов. -М.: Машиностроение, 1998, с. 89-90.Sources of information
1. Theory and practice of non-destructive testing using acoustic emission. Toolkit. N. S. Kuznetsov. -M.: Engineering, 1998, p. 89-90.

2. РД 03-131-97 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. М.: НПО ОБТ, 2000, с.35-45. 2. RD 03-131-97 Rules for organizing and conducting acoustic emission monitoring of vessels, apparatuses, boilers and process pipelines. M .: NPO OBT, 2000, p. 35-45.

3. Теория и практика неразрушающего контроля с помощью акустической эмиссии. Методическое пособие. Н. С. Кузнецов. -М.: Машиностроение, 1998, с. 88-89. 3. Theory and practice of non-destructive testing using acoustic emission. Toolkit. N. S. Kuznetsov. -M.: Engineering, 1998, p. 88-89.

4. ГОСТ 25.506-85 "Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Издательство стандартов, 1985. 4. GOST 25.506-85 "Methods of mechanical testing of metals. Determination of the characteristics of crack resistance (fracture toughness) under static loading. M: Publishing house of standards, 1985.

Claims (2)

1. Способ проведения акустико-эмиссионного контроля с применением одноканальной аппаратуры, заключающийся в том, что на поверхность объекта устанавливают преобразователи акустической эмиссии (ПАЭ), акустико-эмиссионный контроль проводят путем периодического опроса ПАЭ при помощи мультиплексора, подключенного к одноканальному прибору, отличающийся тем, что объект ступенчато нагружают пробной нагрузкой, превышающей рабочую, выдерживают под ней и одновременно осуществляют последовательный опрос ПАЭ с периодом, не превышающим длительность серии сигналов акустической эмиссии (АЭ), сопровождающих развитие трещины, длительность серии определяют при разрушении образца, изготовленного из материала, идентичного по химическому, фазовому и структурному составу материалу объекта, и толщиной, равной толщине стенок объекта, во время контроля регистрируют параметры сигналов АЭ и классифицируют источник сигналов АЭ степени опасности. 1. The method of acoustic emission monitoring using single-channel equipment, which consists in the fact that acoustic emission transducers (PAEs) are installed on the surface of the object, acoustic emission monitoring is carried out by periodically polling the PAE using a multiplexer connected to a single-channel device, characterized in that the object is stepwise loaded with a test load exceeding the working load, maintained under it and at the same time carry out sequential polling of the PAE with a period not exceeding a long the series of acoustic emission (AE) signals accompanying the development of a crack, the duration of the series is determined when the specimen made of a material identical in chemical, phase, and structural composition to the material of the object is destroyed, and the thickness equal to the thickness of the walls of the object, during the control, the parameters of the AE signals are recorded and classify the source of AE signals of the degree of danger. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяется для контроля объектов, изготовленных из материала, в котором происходит конечное (стабильное) приращение трещин при ступенчатом нагружении, что сопровождается генерацией серий сигналов АЭ длительностью больше периода опроса ПАЭ. 2. The method according to p. 1, characterized in that it is used to control objects made of a material in which the final (stable) increment of cracks occurs under step loading, which is accompanied by the generation of series of AE signals lasting longer than the PAE polling period.

Images