Compendium Schallemissionsprüfung Akusztikus emisszió tesztelés (AT) alapjai, eljárásai és
DGZfP Műszaki Bizottság Akusztikus emissziótesztelő összeállítása Akusztikus emissziótesztelés (AT) alapjai, eljárásai és gyakorlati alkalmazásának 2018. évi verziója Objektív mérési elv A teszt típusa AT méréstechnika AE adatok rögzítése és elemzése AT mérési értékek AE adatok értékelése AT képzés megbízhatósága és tanúsítása AT személyzet Az ipari AT alkalmazások áttekintése Hivatkozások Függelék: Ipari AT alkalmazások 1
Az AT-t kísérő vizsgálati eljárásként használják, például elfogadási tesztként, ismétlődő tesztként, a gyártási folyamatok/folyamatszabályozás, élettartam/állapotfigyelés céljából. A nyomástartó edények, tartályok, csővezetékek, szelepek stb. AT vizsgálata, valamint a geológiai tárolók és szerkezetek, például pl. Beszerzett hidak és gátak. Mérési elv Az akusztikus emissziós teszt azon a dinamikus eltolódás detektálásán alapszik, amelyet a vizsgálati objektum felületén a nanométer tartományban úgynevezett akusztikus hullámok (rugalmas feszültséghullámok) okoznak (1. ábra). Ezeket a hullámokat rövid távú, nagyon kicsi elmozdulások generálják, amelyek az anyag gyorsan futó folyamataiban bekövetkező hirtelen stresszváltozások esetén következnek be. Ezek a hanghullámok váltakozó nyomás gerjesztést hoznak létre az AE érzékelő számára. A váltakozó nyomás elektromos feszültséget gerjeszt az AE érzékelő érzékeny piezo elemében, amelynek amplitúdója függ a frekvenciafüggő érzékelő érzékenységétől a térfogati hullámok (geológiai szerkezetekben és folyadékokban) és lemez vagy felületi hullámok gerjesztésére (lemez alakú szerkezetekben, például tartályokban, csővezetékekben stb.) . 3
1. ábra A hangkibocsátás mérési elve: a megrepedések kialakulásakor keletkező akusztikus hullámokat piezoelektromos érzékelők (S1, S2, S3) érzékelik és elektromos időjelekké alakítják (U 1 (t), U 2 (t), U 3 (t)) rögzítették. A vizsgálat típusa Eljárás aktív gerjesztéssel A vizsgálandó komponenst kifejezetten gerjesztjük (például nyomásterheléssel, maró közeggel stb.) Annak érdekében, hogy stimuláljuk a lehetséges anyaghibákat vagy károsodási folyamatokat a hangkibocsátás felszabadítása, azaz akusztikus hullámok előidézése érdekében. Dinamikus folyamat A folyamat megfelelő az aktív folyamatok bizonyítékai; statikus hiányosságok, mint pl a statikus repedések nem észlelhetők valós idejű vizsgálati módszerrel 4
Globális vagy lokális térfogatellenőrzés a zajkibocsátási források rögzített AE érzékelő pozícióinak felkutatása céljából AE adatok rögzítése és elemzése 2. ábra. Mérési lánc és mérőrendszer az AE adatok rögzítéséhez és elemzéséhez 5
AT méréstechnika AE érzékelők (általában piezoelektromos rezonancia vagy szélessávú érzékelők kb. 20 kHz. 2 MHz frekvenciatartományhoz) Csatlakozó eszköz az AE érzékelők jó akusztikai csatlakoztatásához a tesztobjektumhoz. Tartók az érzékelők (mágnes tartó, sáv stb.) Csatlakoztatásához Jelerősítő + frekvencia szűrő PC akusztikus emissziós jelek rögzítésére és tárolására, ma többnyire analóg/digitális átalakítókkal és analóg csatornákkal további külső tesztparaméterek szinkron rögzítésére, pl. Terhelés, hőmérséklet stb. Szoftver az adatrögzítés vezérléséhez Szoftver a hangkibocsátási jelek jellemzőinek valós idejű elemzéséhez vagy utólagos értékeléséhez, valamint a hangkibocsátási források helymeghatározásának eljárásaihoz A struktúrák AE monitorozása az adatgyűjtés és -elemzés távvezérlésével, pl. internetkapcsolaton keresztül; A folyamatszabályozáshoz megfelelő kapcsolat szükséges a folyamatszabályozáshoz. Egycsatornás mérés vagy többcsatornás mérés (ez utóbbi szükséges az AE források elhelyezkedéséhez) AT mért változók A hangkibocsátás küszöbértékének túllépése (úgynevezett találat) = tranziens hangkibocsátási jel, azaz időalapú kezdettel és véggel rendelkező jel észlelése 6
Érkezési idő = az az idő, amikor egy tranziens jel először túllépi az észlelési küszöböt. Jelek száma vagy jelsebesség időegységenként Az átmeneti akusztikus emissziós jel (ún. Tört) leírására szolgáló jellemzők, például maximális amplitúdó, jelenergia, emelkedési idő, jel időtartama, túllépések száma stb. (3. ábra) ábra 3. Paraméterek az RMS (effektív érték) és az ASL (átlagos jelmagasság) tranziens hangkibocsátási jel leírására a folyamatos AE jelek intenzitásának jellemzésére. Hullámformák rögzítése (jelfelvétel küszöbértékek túllépése esetén) vagy folyamatosan detektálási küszöb nélkül (úgynevezett streaming), valamint a teljesítményspektrum értékelése a csúcsfrekvencia tekintetében, Medián frekvencia, súlyozott csúcsfrekvencia, teljesítménykomponensek meghatározott frekvenciaintervallumokban stb. (4. ábra). 7.
4. ábra: A tranziens akusztikus emissziós jel spektrumát leíró paraméterek Az AE adatok értékelése a) Valós időben a teszt során: az akusztikus emisszió oooooo aktivitása és intenzitása az idő függvényében vagy külső paraméterek, például deformáció, erő, nyomás, hőmérséklet stb. Függvényében Az akusztikus emissziós források síkbeli vagy 3D-s elhelyezkedése az átmeneti időkülönbség alapján (t) Az akusztikus emissziós források zóna-elhelyezkedése az AE-érzékelők kezdeti hatása alapján Jelalakok és frekvenciaspektrumok A jel jellemzőinek differenciális vagy kumulatív eloszlása az idő vagy a külső paraméterek függvényében
b) Általában a teszt után: o A rögzített jelek elemzése (pl. modális elemzés, Fourier-transzformáció, hullámtranszformációk) o o Mintafelismerés vagy akusztikus emissziós jelek osztályozása. További matematikai eljárások a jelelemzéshez, összehasonlítás a szimulációkkal Az AT tehát információt nyújt arról, hogy mikor (idő, külső terhelési paraméterek) mennyi (jelsebesség, jelösszeg) mennyi intenzitással (maximális amplitúdó, jelenergia) hol (lokalizáció) zajforrások lépnek fel. Bizonyos körülmények között a jelek forrásmechanizmusai is azonosíthatók. Az alkatrészek vagy szerkezetek szerkezeti integritását vagy hátralévő élettartamát megfelelő terhelések és empirikus kritériumok (például adatbázisok) felhasználásával becsülhetjük meg. Az AT megbízhatósága Az AT-vel olyan indikációkat találunk, amelyek megfelelő stimuláció eredményeként aktív folyamatra vezethetők vissza. A megfelelő gerjesztést egy speciálisan az egyes alkalmazásokhoz kifejlesztett vizsgálati technika garantálja. Ebből a célból megvizsgálják az esetleges meghibásodási eseteket, és a szükséges vizsgálati paramétereket az előzetes tesztek segítségével gyakorlatilag meghatározzák. Például a nyomástartó berendezéseket az üzemi közeggel lehet a legjobban betölteni a megadott tesztnyomásig. Korróziós teszt során 9
IIIAE Nemzetközi Innovatív Akusztikus Kibocsátás Intézet/Proceedings http://iiiae.org DGZfP tanfolyamok dokumentumai Tanfolyamdokumentumok az 1., 2. és a Z-AT 3. szintű AT tanfolyamokkal kapcsolatban (kiválasztás): DGZfP-Fachausschuss Schallemissionsprüfverfahren (FA SEP): SE 02 irányelv (2014. július): Az akusztikus emisszió-érzékelők és azok összekapcsolásának ellenőrzése a laboratóriumban CEN: EN ISO 9712, roncsolásmentes vizsgálat 13477-1, Roncsolásmentes tesztelés, hangkibocsátás, eszközjellemzés 1. rész: Eszközleírás EN 13477-2, roncsolásmentes vizsgálat, hangkibocsátás, Készülékjellemzés, 2. rész: Működési paraméterek ellenőrzése EN 13554, roncsolásmentes tesztelés, hangkibocsátás Általános elvek EN 14584, roncsolásmentes tesztelés, hangkibocsátás, fémnyomású berendezések vizsgálata Az elfogadási teszt során a zajkibocsátási források síkbeli lokalizációja EN 15495, zajkibocsátás roncsolásmentes vizsgálata Fémes nyomástartó készülékek vizsgálata az elfogadási teszt során A zajkibocsátási források övezeti lokalizációja 14
Függelék Ipari AT alkalmazások áttekintése Korrózióvizsgálat A tartályfenék korróziós állapotának értékelése Repedésvizsgálat Repedések észlelése nyomástartó berendezések, például - sűrítettgáztárolók - nyomástartó edények - gázpalackok és gáztartályok - cseppfolyósított gáztartályok - csővezeték rendszerek - autoklávok - papírszárításhoz használt dobok szivárgásvizsgálatához szükséges technológiai folyamatok ellenőrzése - A szerszámok kopása, repedése és aprítása megmunkálás közben - A lyukasztó gépek ellenőrzése a gép károsodásának (a lyukasztó szerszám törése stb.) Vagy a műanyag alakváltozás és repedés következtében kialakult öntött alkatrész károsodásainak felderítésére - Repedés fröccsöntött műanyag alkatrészek lehűlése esetén - Repedés észlelése izosztatikus préselés során kerámia katalizátorok szivárgásainak és gázveszteségének kimutatása a szelepeken Kompozit szerkezetek vizsgálata Kompozit szerkezetek károsodásának (ütéskárosodás, rétegtelenítés) kimutatása hu - sűrített gáz tárolására - repülőgép-alkatrészek 19
Elektrotechnika/elektronika Hálózati transzformátorok - részleges kisülések - aktív, gázt generáló hangkibocsátási források vizsgálata Szerkezetek vizsgálata A szerkezetek repedésnövekedésének globális és lokális monitorozása Tribológia - hidak - gátak Súrlódási és kopási körülmények értékelése - A rotor-állórész folyamatos súrlódásának diagnosztizálása turbinaegységeken - Detektálás a vékony kemény anyagú bevonatok károsodásának kialakulása Geológia/geofizika Mikroseizmikus tevékenységek rögzítése a radioaktív hulladék átmeneti és végső tárolóinak biztonságosságának felmérése érdekében Megjegyzés: A függelékben felsorolt összes alkalmazási példa tisztán tájékoztató jellegű, és nem képvisel folyamatleírást vagy vizsgálati utasítást. Javasoljuk, hogy az ipari AT vizsgálatokat csak tanúsítottak végezzék. AT tesztelők vagy akkreditált AT tesztszervezetek elvégzése, a vonatkozó nemzeti törvények és rendeletek figyelembevételével. A megfelelő szerzők felelősek az alkalmazási példák bemutatásáért és tényszerűségéért. 20
1. táblázat: A tartály alsó osztályának elosztása Osztály Forrás leírása Ajánlott működési időszak I Nincs aktív forrás 5 év II Kis aktivitású korrózió 3 év III Közepes aktivitású korrózió 1 év IV Nagy aktivitású korrózió - IV Szivárgás - A teszt befejezése után az ügyfél előzetes jelentést kap amely egy kezdeti hozzárendelést tartalmaz. Ez az előzetes értékelés egy osztálytól eltérhet a vizsgálati jelentésben szereplő végső értékeléstől. Ezenkívül a vizsgálati jelentés a 2. és 3. ábra szerinti grafikus ábrázolást is tartalmaz a tartály alján elhelyezkedő hangkibocsátási forrásokról. 2. ábra: Példaértékű 2-D részletes nézet a forrás helyéről, a koordináták (X, Y) centiméterben, a helyeket zöld kör alakú lemezek, a helyfürtöket klaszterekként színes körök jelölik. 23.
3. ábra: A 3D-s példa a forrás helyének áttekintése, a koordináták (X, Y) centiméterben, az oszlopok a négyzetrácsos elemek helyét mutatják. Állapotfelmérési kritériumok A mérést elsősorban a lokalizált zajkibocsátási források alapján értékelik. Ez egy olyan kör alakú felületi elem aktivitásán (óránként elhelyezkedő események száma) alapul, amelynek átmérője a tartály átmérőjének 5% -a. Az alábbi táblázat az AE források osztályozásához használt sémát tartalmazza. 2. táblázat: Az AE források osztályozása (referencia kör területe d = 0,05 xd tartállyal) Események óránként Az AE források kijelölése legfeljebb 9 nincs aktív forrás 10–19 alacsony aktivitású források 20–39 források közepes aktivitású 40 és több forrás nagy aktivitással 24
2. ábra: Excel program a szivárgási arány és a gázok veszteségének kiszámításához. A zajkibocsátási szint db AE-ben történő megadásán túl további információkra van szükség a tesztelt szelepről (típus, beömlő átmérő), az alkalmazott nyomáskülönbségről és a gáz sűrűségéről (opcionális). Hivatkozások 1. A. Pollock: Szivárgás detektálása akusztikus emisszióval, SYS Hsu, Japan Journal of Acoustic Emission, 1. évf., 1. sz. 1982. 4. 4. P.T. Cole, M. Hunter: Akusztikus emissziós technika a gáz kimutatására és mennyiségi meghatározására a szelepszivárgás révén a feldolgozóüzem gázveszteségének csökkentésére, az Olajipari Intézet bemutatása, 1991. évi 4. olajveszteség-konferencia, 3. R. Watkins: A gáz detektálása Szivárgás a fáklyához, nyom a BP Oil-ben, Grangemouth, 1985, 4. JN. Lord AE Deisher, RM. Koerner: Rugalmas hullámok csillapítása a csővezetékekben az akusztikus emissziós szivárgás detektálására alkalmazva, Anyagértékelés, 1977. november, p. 49-54 5. EN ISO 18081, roncsolásmentes vizsgálat, akusztikus emissziós teszt Szivárgásteszt akusztikus emisszióval 29
Amplitúdó -db AE -), valamint az érkezési idő -ns- és az ütésszám gyakorisága. Ugyanakkor a -bar- nyomást külső paraméterként mérik a hangkibocsátás tesztelővel. A mért zajkibocsátási paraméterek adatait és a hozzájuk tartozó nyomást hangkibocsátási adatkészletként foglalják össze, és online jelennek meg. AT A vizsgálati és környezeti feltételekre vonatkozó különleges követelmények Megfelelő mechanikai és elektronikus intézkedéseket alkalmaznak a hidraulikus nyomás által okozott zaj nagyrészt elkerülésére és elnyomására. Szükséges idő A tesztet a szubsztrátok gyártója végzi statisztikai tesztként a gyártás során. 3. ábra: AT hangkibocsátó eszköz ipari kivitelben, alap: PCI-2/PCI PC kártya valós idejű riasztással repedés esetén a PAC-AEWIN szoftverrel 32
Vizsgálati eredmény Az aktuális nyomási nyomás regisztrálásához repedések kialakulásakor és automatikus kikapcsolásához riasztási jelet küld a gép a hangkibocsátási adatrekordból vagy a kondicionált repedésjel jellemzői a hangkibocsátás-ellenőrző készülékből. AT 4. ábra: Nyomás (bar) és rel. AE jelenergia (pvs) és idő, repedés riasztás 13,1 bar nyomáson, mivel energia> 450 pvs Az állapot értékelésének kritériumai A repedés kialakulásáig vagy a fal leválasztásáig elért maximális nyomást használják az aljzat minőségi jellemzőjeként. Irodalomjegyzék nincs 33
3. ábra: C osztályú szárítóhenger értékelése 4. ábra: C osztályú szárítóhenger; Hatalmas öntési hibák a henger alapjában a hajtás oldalán Hivatkozások G. Schauritsch, Az akusztikus emissziós teszt használata a hűtő- és szárítópalackok ismétlődő vizsgálatában papírgépekben a nehezen hozzáférhető szerkezetek tesztelése, bemutatva a DACH 2007. évi konferenciáján, Fürthben Nyomásberendezés az átvételi teszt során A zajkibocsátási források síkbeli elhelyezkedése 37
1. ábra: A föld fölé felállított vagy elásott cseppfolyósított gáztároló tartály A szükséges AT méréstechnika és vizsgálati paraméterek rövid leírása Az AMSY5 többcsatornás AE mérőrendszer (Vallen Systeme GmbH, Icking, Németország). VS150-RIC vagy VS75-SIC érzékelők integrált előerősítővel. A kialakítástól, a tartály méretétől és a fém tartály felületének hozzáférhetőségétől függően legalább két hangérzékelőt alkalmaznak, és létrehoznak egy lineáris pozicionáló rendszert (t-korreláció). 2. ábra: Az érzékelők lineáris elrendezése és a terület kiosztása t-méréssel Az érzékelőket általában csak az alkalmazási pontok tisztításával közvetlenül a meglévő tartálybevonaton (festék vagy epoxigyanta bevonat) tisztítják. Az állapotfelmérés folyamatos nyomásnövekedés során történik, maga az üzemi közeg a meglévő, hőmérsékletfüggő töltőnyomástól kezdve a nyomástartó készülék legnagyobb üzemi nyomásának legfeljebb 1,1-szereséig. A nyomás növekedése a mérés során legfeljebb 0,3 bar/perc. korlátozott. A nyomás növeléséhez speciálisan kifejlesztett nyomásnövelő eszközökre van szükség, amelyek veszély nélkül lehetővé teszik az üzemi közeg folyamatos nyomásnövelését. 39
1. táblázat: A folyékony gáztárolók osztályának hozzárendelése Osztályértékelés (CEF) Forrásleírás A 2.2 intézkedés nincs aktív forrás Folytatás a korlátozás nélkül A/BB 2,2 2,8 kritikusan aktív forrás Az A vagy B osztály végső értékelése az aktivitás/intenzitás görbék alapján valamint a hullámalakra vonatkozó adatok További korlátozás nélküli működés csak negatív eredmények után más zf vizsgálati eljárásokkal; A nyomásnövekedés megengedett folytatása A nyomásemelkedés befejezése; Ellenőrzés más zf vizsgálati eljárásokkal; Esetdöntés a kapott eredmények alapján. Második lépésben, a teszt befejezése után, a rögzített adatokat újra elemzik a laboratóriumban, és az átmeneti rögzítőn keresztül egyidejűleg rögzített hullámforma adatokat is beleszámítják az elemzésbe. Mindkét elemzés végső értékelését összesítik és dokumentálják az egyes tartályok megfelelő vizsgálati jegyzőkönyvében. A vizsgálati jelentés szolgál az átdolgozási megjegyzések alapjául az akkreditált kazánvizsgáló központ nyomástartó berendezés dokumentációjába történő bejegyzéséhez. 3. ábra: C osztályú névleges folyékony gáztartály értékelése 41
3. ábra: Áttekintés oldal (lásd fent) és az érzékelők elrendezési terve az érzékelők helyzetével (lásd alább, világoskék számozott téglalapok) balra és jobbra a megerősített huzaltörések (CWB) listája további paraméterekkel. A feszítő huzaltöréseket szándékosan hozták létre a felügyeleti rendszer ellenőrzésére. 48