Compendiu Schallemissionsprüfung Testarea emisiilor acustice (AT) de bază, proceduri și
Comitetul tehnic DGZfP Testarea emisiilor acustice Compendiu Testarea emisiilor acustice (AT) Noțiuni de bază, proceduri și aplicații practice Versiunea 2018 Obiectiv Principiul măsurării Tipul testului Tehnologia de măsurare AT Înregistrarea și analiza datelor AE Valorile măsurării AT Evaluarea datelor AE Fiabilitatea instruirii AT și certificarea Personalul AT Prezentare generală a aplicațiilor AT industriale Referințe Anexă: Aplicații AT industriale 1
AT este folosit ca o procedură de test însoțitoare, printre altele în testul de acceptare testul recurent monitorizarea proceselor de producție/controlul procesului durata de viață/monitorizarea stării utilizate. Testarea AT a vaselor sub presiune, rezervoare, conducte, supape etc., precum și pentru monitorizarea depozitelor și structurilor geologice, cum ar fi de ex. Poduri și baraje dobândite. Principiul de măsurare Testul emisiilor acustice se bazează pe detectarea deplasărilor dinamice în domeniul nanometrilor de pe suprafața obiectului testat, care sunt cauzate de așa-numitele unde acustice (unde elastice de stres) (Fig. 1). Aceste unde sunt generate de deplasări pe termen scurt, foarte mici, care apar în cazul modificărilor bruște ale stresului în procesele care rulează rapid în material. Aceste unde sonore creează o excitație alternativă de presiune a senzorului AE. Presiunea alternativă generează o excursie de tensiune electrică în elementul piezo sensibil al senzorului AE, a cărui amplitudine depinde de sensibilitatea senzorului dependent de frecvență la excitația de unde de volum (în structurile geologice și lichide), precum și a undelor de placă sau de suprafață (în structuri în formă de plăci, cum ar fi containere, conducte etc.) . 3
Figura 1. Principiul de măsurare al emisiilor de sunet: Undele acustice generate atunci când se formează fisuri într-o structură încărcată sunt detectate de senzori piezoelectrici (S1, S2, S3) și transformate în semnale de timp electrice (U 1 (t), U 2 (t), U 3 (t)) înregistrat. Tipul de încercare Procedură cu excitație activă Componenta care trebuie examinată este în mod specific excitată (de ex. Prin sarcină de presiune, medii corozive etc.) pentru a evita eventualele defecte ale materialului sau deteriorarea proceselor care duc la eliberarea emisiilor sonore, adică pentru a genera unde acustice, pentru a stimula metoda dinamică, metoda este potrivită pentru detectarea proceselor active; imperfecțiuni statice, cum ar fi fisurile statice nu sunt detectabile metoda de testare în timp real 4
Verificarea volumului global sau local cu scopul localizării surselor de emisii de zgomot la pozițiile fixe ale senzorului AE Înregistrarea și analiza datelor AE Figura 2. Lanț de măsurare și sistem de măsurare pentru înregistrarea și analiza datelor AE 5
Tehnologie de măsurare AT Senzori AE (de obicei senzori de rezonanță piezoelectrică sau senzori de bandă largă pentru o gamă de frecvență de aproximativ 20 kHz. 2 MHz) Mijloace de cuplare pentru o cuplare acustică bună a senzorilor AE la obiectul testat Suporturi pentru atașarea senzorilor (suporti de magneți, benzi etc.) Amplificator de semnal + filtru de frecvență PC pentru înregistrarea și stocarea semnalelor de emisie acustică, astăzi în principal cu convertoare analogice/digitale și cu canale analogice pentru înregistrarea sincronă a altor parametri externi de testare, de ex. Încărcare, temperatură etc. Software pentru controlul înregistrării datelor Software pentru analiza în timp real sau evaluarea ulterioară a caracteristicilor semnalelor de emisie sonoră și pentru proceduri de localizare a surselor de emisie sonoră Monitorizarea AE a structurilor prin intermediul controlului de la distanță al achiziției și analizei datelor, de ex. prin conexiuni la internet; O conexiune corespunzătoare la controlul procesului este necesară pentru controlul procesului. Măsurarea cu un singur canal sau cu mai multe canale (aceasta din urmă este necesară pentru localizarea surselor AE) Variabile măsurate Prag depășit pentru emisia de sunet (așa-numita lovitură) = detectarea unui semnal de emisie de sunet tranzitoriu, adică a unui semnal cu început și sfârșit identificabil temporal 6
Ora sosirii = ora când un semnal tranzitoriu depășește pragul de detectare pentru prima dată Numărul de semnale sau rata semnalului pe unitate de timp Caracteristici pentru descrierea unui semnal de emisie acustică tranzitorie (așa-numita rafală), cum ar fi amplitudinea maximă, energia semnalului, timpul de creștere, durata semnalului, numărul de depășiri etc. (Fig. 3) Figura 3. Parametrii pentru a descrie un semnal de emisie acustică tranzitorie RMS (valoare efectivă) și ASL (înălțimea medie a semnalului) pentru a caracteriza intensitatea semnalelor AE continue Frecvența mediană, frecvența de vârf ponderată, componentele de putere în intervale de frecvență specifice etc. (Fig. 4). Al 7-lea
Figura 4. Parametrii care descriu spectrul unui semnal de emisie acustică tranzitorie Evaluarea datelor AE a) În timp real în timpul testului: oooooo activitate și intensitatea dezvoltării emisiei acustice în funcție de timp sau parametri externi, cum ar fi deformarea, forța, presiunea, temperatura etc. Liniară, amplasarea plană sau 3D a surselor de emisie acustică pe baza diferenței de timp de tranzit (t) Amplasarea zonei surselor de emisie acustică pe baza impactului inițial al senzorilor AE Forme de semnal și spectre de frecvență Distribuții diferențiale sau cumulative ale caracteristicilor semnalului în funcție de timp sau parametri externi Corelarea graficelor caracteristicilor semnalului 8
b) De obicei după test: o Analiza semnalelor înregistrate (de exemplu, analiza modală, transformarea Fourier, transformările de undă) o o Recunoașterea tiparului sau clasificarea semnalelor de emisie acustică. alte proceduri matematice pentru analiza semnalului, comparație cu simulări. AT furnizează astfel informații despre când (timpul, parametrii de sarcină externă) cât (rata semnalului, suma semnalului) cât de intens (amplitudinea maximă, energia semnalului) unde apar (localizarea) sursele de zgomot. În anumite condiții, mecanismele sursă ale semnalelor pot fi, de asemenea, identificate. Integritatea structurală sau durata de viață utilă rămasă a componentelor sau structurilor poate fi estimată utilizând sarcini adecvate și criterii empirice (de exemplu, baze de date). Fiabilitatea AT Cu AT, se găsesc indicații care pot fi urmărite până la un proces activ ca urmare a unei stimulări adecvate. Tipul corect de excitație este garantat de o tehnică de test special dezvoltată pentru fiecare aplicație. În acest scop, sunt examinate eventualele cazuri de eșec și parametrii de testare necesari sunt determinați practic prin teste preliminare. De exemplu, echipamentul sub presiune este cel mai bine încărcat cu mediul de funcționare până la presiunea de încercare specificată. În timpul unui test de coroziune 9
IIIAE International Institute of Innovative Acoustic Emission/Proceedings http://iiiae.org Documente de curs DGZfP Documente de curs în legătură cu cursuri AT de nivel 1, nivel 2 și Z-AT nivel 3 Standarde (selecție): DGZfP-Fachausschuss Schallemissionsprüfverfahren (FA SEP): Directiva SE 02 (iulie 2014): Verificarea senzorilor de emisie acustică și a cuplării acestora în laborator CEN: EN ISO 9712, testarea nedistructivă Calificarea și certificarea personalului pentru testarea nedistructivă Principii generale EN 1330-9, testarea nedistructivă Terminologie Partea 9: Termeni utilizați în testarea emisiilor acustice EN 13477-1, testare nedistructivă, emisie de sunet, caracterizarea dispozitivului Partea 1: Descrierea dispozitivului EN 13477-2, testare nedistructivă, emisie de sunet, caracterizarea dispozitivului, partea 2: Verificarea parametrilor de funcționare EN 13554, testare nedistructivă, emisie de sunet, principii generale EN 14584, testare nedistructivă, emisie de sunet, examinarea echipamentelor de presiune metalică w solicitarea testului de acceptare Localizarea plană a surselor de emisii de zgomot EN 15495, testarea nedistructivă a emisiilor de zgomot Examinarea echipamentelor metalice sub presiune în timpul testului de acceptare Localizarea zonei a surselor de emisii de zgomot 14
Anexă Prezentare generală a aplicațiilor industriale AT Testarea coroziunii Evaluarea stării de coroziune a fundurilor rezervoarelor Testarea fisurilor Dovezi ale fisurilor în timpul testelor de acceptare sau testelor recurente ale echipamentelor sub presiune, cum ar fi - rezervoare de stocare a gazului comprimat - recipiente sub presiune - sticle de gaz și rezervoare de gaz - containere de gaz lichefiat - sisteme de conducte - autoclave - tamburi pentru uscarea hârtiei Monitorizarea proceselor tehnologice pentru testarea scurgerilor - Uzura, crăparea și așchierea sculelor în timpul prelucrării - Monitorizarea mașinilor de perforat pentru a detecta deteriorarea mașinii (ruperea instrumentului de perforare etc.) sau deteriorarea pieselor turnate ca urmare a deformării plastice și a fisurării - Crăparea la răcirea pieselor din plastic turnate prin injecție - Detectarea fisurilor în timpul presării izostatice a catalizatorilor ceramici Detectarea scurgerilor și pierderilor de gaze pe supape Testarea structurilor compozite Detectarea deteriorărilor (deteriorări de impact, delaminare.) pe structura compozită en pentru - stocarea gazului comprimat - componente aerospațiale 19
Inginerie electrică/electronică Testarea transformatoarelor de rețea - descărcări parțiale - surse de emisii sonore active, generatoare de gaze Testarea structurilor Monitorizarea globală și locală a creșterii fisurilor în structuri Tribologie - poduri - baraje Evaluarea condițiilor de frecare și uzură - Diagnosticarea fricțiunii continue rotor-stator pe unitățile de turbină - Detecție dezvoltarea daunelor în straturile subțiri de material dur Geologie/Geofizică Înregistrarea activităților microseismice pentru evaluarea siguranței instalațiilor de depozitare provizorii și finale pentru deșeurile radioactive Notă: Toate exemplele de aplicații enumerate în anexă sunt pur informative și nu reprezintă o descriere a procesului sau instrucțiuni de testare. Să efectueze testeri AT sau organizații de testare AT acreditate, luând în considerare legile și reglementările naționale relevante. Autorii respectivi sunt responsabili pentru prezentarea și corectitudinea faptică a exemplelor de cerere. 20
Tabelul 1: Alocarea clasei pe fundul rezervorului Clasa Descrierea sursei Perioada de funcționare recomandată I Fără sursă activă 5 ani II Coroziune cu activitate redusă 3 ani III Coroziune cu activitate medie 1 an IV Coroziune cu activitate ridicată - Scurgerea IV - După finalizarea testului, clientul va primi un raport preliminar care conține o misiune inițială. Această evaluare preliminară se poate abate cu o clasă de evaluarea finală din raportul de testare. În plus, raportul de testare conține reprezentări grafice conform figurilor 2 și 3 ale surselor de emisie sonoră situate pe fundul rezervorului. Figura 2: Vedere detaliată 2-D exemplificativă a locației sursei, coordonatelor (X, Y) în centimetri, locațiile sunt reprezentate de discuri circulare verzi, clustere de locație sunt marcate ca clustere de cercuri colorate. 23
Figura 3: Exemplu 3-D prezentare generală a locației sursei, coordonatelor (X, Y) în centimetri, coloanele arată locațiile în elemente ale grilei pătrate. Criterii de evaluare a stării Măsurarea este evaluată în principal în ceea ce privește sursele de emisii de zgomot localizate. Aceasta se bazează pe activitatea (numărul de evenimente localizate pe oră) a unui element de suprafață circulară cu un diametru de 5% din diametrul rezervorului. Următorul tabel conține schema utilizată pentru clasificarea surselor AE. Tabelul 2: Clasificarea surselor AE (zona cercului de referință cu d = 0,05 xd rezervor) Evenimente pe oră Desemnarea sursei AE până la 9 sursă activă 10 la 19 sursă cu activitate scăzută 20 la 39 sursă cu activitate medie 40 și mai multe surse cu activitate mare 24
Figura 2: Program Excel pentru calcularea ratei de scurgere și a pierderii de gaze. În plus față de specificarea nivelului de emisie sonoră în db AE, sunt necesare informații suplimentare despre supapa testată (tip, diametru de intrare), presiunea diferențială aplicată și densitatea gazului (opțional). Referințe 1. A. Pollock: detectarea scurgerilor utilizând emisii acustice, SYS Hsu, Japan Journal of Acoustic Emission, Vol. 1, nr. 4, 1982 2. P.T. Cole, M. Hunter: O tehnică de emisie acustică pentru detectarea și cuantificarea scurgerilor de gaze prin supapă pentru a reduce pierderile de gaze din instalația de proces, prezentate la Institutul de petrol, a 4-a conferință a pierderii de petrol, 1991 a treia R. Watkins: Detectarea gazelor Leakage to Flare, Trail organizat la BP Oil, Grangemouth, 1985 4th JN. Lord AE Deisher, RM. Koerner: Atenuarea undelor elastice în conducte, aplicată la detectarea scurgerilor de emisii acustice, evaluarea materialelor, noiembrie 1977, pg. 49-54 5. EN ISO 18081, testare nedistructivă, test de emisie acustică Test de scurgere utilizând emisie acustică 29
Amplitudinea -db AE -) precum și timpul de sosire -ns- și frecvența lor de numărare a loviturilor-. În același timp, presiunea -bar- este măsurată ca parametru extern cu ajutorul testerului de emisie de sunet. Datele parametrilor măsurați pentru emisia sonoră și a presiunii asociate sunt rezumate ca un set de date privind emisiile sonore și afișate online. AT Cerințe speciale pentru încercări și condiții de mediu Se utilizează măsuri mecanice și electronice adecvate pentru a evita și a suprima în mare măsură zgomotul cauzat de aplicarea presiunii hidraulice. Timp necesar Testul este efectuat de producătorul substraturilor ca test statistic în producție. Figura 3: Dispozitiv de emisie de sunet AT în proiectarea industrială, bază: placă PCI-2/PCI PC cu alarmă în timp real în caz de stare de fisurare de către software-ul PAC-AEWIN 32
Rezultatul testului Pentru a înregistra presiunea curentă a apăsării la apariția fisurilor și pentru a o opri automat, un semnal de alarmă este trimis la mașină din înregistrarea datelor de emisie sonoră sau caracteristicile condiționate ale semnalului fisurii de pe dispozitivul de testare a emisiilor sonore. AT Figura 4: Presiune (bar) și rel. Energia semnalului AE (pvs) vs. Timp, alarmă de fisurare la 13,1 bari, deoarece energia> 450 pvs Criterii pentru evaluarea stării Presiunea maximă atinsă până la formarea fisurilor sau delaminarea peretelui este utilizată ca o caracteristică de calitate a substratului. Bibliografie nici unul 33
Figura 3: Evaluarea unui cilindru de uscare din clasa C Figura 4: Cilindru de uscare din clasa C; Defecte masive de turnare la baza cilindrului pe partea de acționare Referințe G. Schauritsch, Utilizarea testului de emisie acustică în examinarea recurentă a cilindrilor de răcire și uscare a mașinilor de hârtie Raport de experiență, prezentat cu ocazia conferinței anuale DACH 2004 la Salzburg P. Tscheliesnig, G. Schauritsch, aplicarea unui sistem automat de evaluare AT la testarea structurilor dificil de accesat, prezentată cu ocazia conferinței anuale DACH 2007 în Fürth TAPPI TI Sheet 0402-16, Guidelines for the Safe Operation of Steam Heater Heater Paper Machine Dryers EN 13554, testare nedistructivă, emisie de sunet, principii generale EN 14584, testare nedistructivă, emisie de sunet, examinarea metalelor Echipamente sub presiune în timpul testului de acceptare Amplasarea planară a surselor de emisii de zgomot 37
Figura 1: Recipient de stocare a gazului lichefiat instalat deasupra solului sau îngropat Scurtă descriere a tehnologiei de măsurare AT necesare și a parametrilor de testare Sistem de măsurare AE multicanal AMSY5 (Vallen Systeme GmbH, Icking, Germania). Senzori VS150-RIC sau VS75-SIC cu preamplificator integrat. În funcție de design, dimensiunea containerului și accesibilitatea la suprafața containerului metalic, se aplică cel puțin doi senzori de sunet și se creează un sistem de poziționare liniară (corelație t). Figura 2: Dispunerea liniară a senzorilor și alocarea suprafeței prin măsurarea t Senzorii se aplică în mod normal doar prin curățarea punctelor de aplicare direct pe acoperirea existentă a containerului (vopsea sau acoperire cu rășină epoxidică). Evaluarea stării are loc în cursul unei creșteri continue a presiunii cu mediul de lucru însuși pornind de la presiunea de umplere existentă, dependentă de temperatură, până la max. 1,1 ori cea mai mare presiune de funcționare a dispozitivului de presiune. Rata de creștere a presiunii în timpul măsurării este calculată cu max. 0,3 bari/min. limitat. Pentru a crește presiunea, sunt necesare dispozitive special crescute pentru creșterea presiunii, care permit o creștere continuă a presiunii cu mediul de funcționare fără pericol. 39
Tabelul 1: Alocarea clasei de containere de stocare a gazelor lichide Evaluarea clasei (CEF) Descrierea sursei Măsuri A 2.2 fără sursă activă Funcționare continuă fără restricție A/BB 2.2 2.8 sursă critică activă Evaluarea finală a clasei A sau B pe baza curbelor de activitate/intensitate precum și datele privind forma de undă Funcționare nerestricționată suplimentară numai după constatări negative cu alte proceduri de testare zf; Continuarea creșterii presiunii admisă Încetarea creșterii presiunii; Verificarea din nou cu alte proceduri de testare zf; Decizie de caz pe baza rezultatelor obținute. Într-o a doua etapă, după încheierea testului, datele înregistrate sunt analizate din nou în laborator, datele de formă de undă înregistrate în același timp prin intermediul înregistratorului tranzitoriu fiind, de asemenea, incluse în analiză. O evaluare finală din ambele analize este rezumată și documentată într-un raport de testare corespunzător pentru fiecare container. Raportul de testare servește ca bază pentru introducerea notelor de revizuire în documentația echipamentelor sub presiune de către centrul de testare a cazanului acreditat. Figura 3: Evaluarea unui rezervor de gaz lichid clasificat în clasa C 41
Figura 3: Pagina de prezentare generală (a se vedea mai sus) și planul de dispunere a senzorului cu poziția senzorilor (a se vedea mai jos, dreptunghiuri numerotate în albastru deschis) în stânga și în dreapta lista rupturilor de cablu confirmate (CWB) cu alți parametri. Rupturile firului de tensiune sunt create în mod deliberat pentru a verifica sistemul de monitorizare. 48