Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля

Представлены основные результаты исследований и разработок в области создания технологии контроля на основе акустической эмиссии (АЭ), выполненных в ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины с 1963 г. по настоящее время. Показано применение технологии АЭ контроля в промышленности. Освещены вопросы создания но...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Патон, Б.Е., Лобанов, Л.М., Недосека, А.Я., Недосека, С.А., Грузд, А.А., Яременко, М.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102514
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля / Б.Е. Патон, Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, А.А. Грузд, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 1. — С. 7-22. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102514
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1025142016-06-13T03:02:55Z Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Грузд, А.А. Яременко, М.А. Научно-технический раздел Представлены основные результаты исследований и разработок в области создания технологии контроля на основе акустической эмиссии (АЭ), выполненных в ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины с 1963 г. по настоящее время. Показано применение технологии АЭ контроля в промышленности. Освещены вопросы создания нормативной базы и подготовки специалистов в области АЭ контроля. Рассмотрены перспективы развития данного направления с учетом общемировых тенденций. The paper presents the main results of research and development in the field creation of inspection technology based on acoustic mission (AE) performed at the E.O.Paton Institute since 1963 up to now. Application of AE inspection technology in industry is shown. Questions of compiling the normative base and training specialists on AE inspection are highlighted. Prospects for development of this field taking into account the global tendencies are considered. 2012 Article Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля / Б.Е. Патон, Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, А.А. Грузд, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 1. — С. 7-22. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102514 621.120.19 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Грузд, А.А. Яременко, М.А. Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Представлены основные результаты исследований и разработок в области создания технологии контроля на основе акустической эмиссии (АЭ), выполненных в ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины с 1963 г. по настоящее время. Показано применение технологии АЭ контроля в промышленности. Освещены вопросы создания нормативной базы и подготовки специалистов в области АЭ контроля. Рассмотрены перспективы развития данного направления с учетом общемировых тенденций.
format	Article
author	Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Грузд, А.А. Яременко, М.А.
author_facet	Патон, Б.Е. Лобанов, Л.М. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Грузд, А.А. Яременко, М.А.
author_sort	Патон, Б.Е.
title	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля
title_short	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля
title_full	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля
title_fullStr	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля
title_full_unstemmed	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля
title_sort	опыт иэс им. е. о. патона нан украины в области акустико-эмиссионного контроля
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102514
citation_txt	Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля / Б.Е. Патон, Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, А.А. Грузд, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 1. — С. 7-22. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT patonbe opytiésimeopatonananukrainyvoblastiakustikoémissionnogokontrolâ AT lobanovlm opytiésimeopatonananukrainyvoblastiakustikoémissionnogokontrolâ AT nedosekaaâ opytiésimeopatonananukrainyvoblastiakustikoémissionnogokontrolâ AT nedosekasa opytiésimeopatonananukrainyvoblastiakustikoémissionnogokontrolâ AT gruzdaa opytiésimeopatonananukrainyvoblastiakustikoémissionnogokontrolâ AT âremenkoma opytiésimeopatonananukrainyvoblastiakustikoémissionnogokontrolâ
first_indexed	2025-07-07T12:26:26Z
last_indexed	2025-07-07T12:26:26Z
_version_	1836991053432881152
fulltext	УДК 621.120.19 ОПЫТ ИЭС им. Е. О. ПАТОНА НАН УКРАИНЫ В ОБЛАСТИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ Академик Б. Е. ПАТОН, академик НАН Украины Л. М. ЛОБАНОВ, А. Я НЕДОСЕКА, С. А. НЕДОСЕКА, д-ра техн. наук, А. А. ГРУЗД, М. А. ЯРЕМЕНКО, кандидаты техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Представлены основные результаты исследований и разработок в области создания технологии контроля на основе акустической эмиссии (АЭ), выполненных в ИЭС им. Е.О. Патона НАН Украины с 1963 г. по настоящее время. Показано применение технологии АЭ контроля в промышленности. Освещены вопросы создания нормативной базы и подготовки специалистов в области АЭ контроля. Рассмотрены перспективы развития данного направления с учетом общемировых тенденций. The paper presents the main results of research and development in the field creation of inspection technology based on acoustic mission (AE) performed at the E.O.Paton Institute since 1963 up to now. Application of AE inspection technology in industry is shown. Questions of compiling the normative base and training specialists on AE inspection are highlighted. Prospects for development of this field taking into account the global tendencies are considered. Сегодня метод акустической эмиссии (АЭ) явля- ется одним из наиболее эффективных и широко используемых средств диагностики состояния ма- териалов промышленных конструкций. Уникаль- ность метода состоит в том, что, с одной стороны, он не требует внешнего источника возбуждения для получения данных о состоянии материалов, с другой — позволяет получать информацию о дефектах на значительном удалении от них. Раз- витие дефектов служит источником акустических волн, которые распространяются в материале на значительные расстояния, а их локация несколь- кими датчиками позволяет определить местона- хождение опасного участка. Анализ параметров зарегистрированных при- борами акустических сигналов во многих случаях дает возможность оценить опасность процессов, происходящих в деформируемом материале, и спрогнозировать разрушающую нагрузку и оста- точный ресурс конструкции. Это позволяет превращать конструкции в ин- теллектуальные устройства, собирающие инфор- мацию о своем состоянии и оценивающие его в реальном режиме времени, обеспечивая, таким об- разом, свою безопасность. Современная компь- ютерная техника, технологии Интернета, сетевой и беспроводной связи делают реальным дистан- ционный доступ к диагностической информации, позволяют анализировать и обобщать получаемые данные в рамках сетей промышленных предпри- ятий и целых отраслей. Технология автоматизированного АЭ контро- ля, которая актуальна сегодня и имеет серьезные перспективы использования в будущем, внедрена и работает на ряде промышленных предприятий Украины, внося свой вклад в обеспечение надеж- ной эксплуатации потенциально опасных объек- тов народного хозяйства. Такой результат был бы невозможен без длительных научных и инженер- ных разработок, в частности, проводимых и Ин- ститутом электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины (ИЭС) уже более 40 лет. Краткая история. В 1963 г. при ИЭС был соз- дан Научный совет «Новые процессы сварки и сварные конструкции» Государственного комите- та СССР по науке и технике, положивший начало работам по созданию теории и методов прогно- зирования работоспособности конструкций. При секции Научного совета «Сварные конструкции» была создана рабочая группа № 3 «Техническая диагностика и точность сварных конструкций». Основное внимание рабочей группы было сосре- доточено на традиционном вопросе технологии производства сварных конструкций — обеспе- чении их точности. Изучение механизма явлений, связанных с процессом сварки и приводящим к потере конструкциями несущей способности, поз- волило получить важные теоретические резуль- таты и основанные на них методы и средства борь- бы с короблением сварных конструкций. Вторым, не менее важным, достижением этих исследова- ний стали работы, появившиеся вначале как со- путствующие, а затем выделившиеся в самосто- ятельное направление, по оценке состояния ма- териала конструкций. Своевременно сделанный акцент на приме- нении вычислительной техники позволил совер- шенно по-новому взглянуть на проблему обеспе- чения безопасной эксплуатации сварных конс- трукций. Уже в начале 1970-х годов были зало- жены основы построения информационно-изме- рительных систем, предназначенных для контроля © Б. Е. Патон, Л. М. Лобанов, А. Я. Недосека, С. А. Недосека, А. А. Грузд, М. А. Яременко, 2012 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 7 и оценки состояния материала, высказаны идеи непрерывного мониторинга конструкций и ис- пользования беспроводной связи [1]. Необходимо было создать методику контроля и разработать та- кую технологию, которая могла бы указывать ко- ординаты мест развивающихся дефектов и рас- шифровывать информацию, несущую сведения о накоплении повреждений и развитии трещин в ма- териале, научить системы контроля прогнозиро- вать разрушение и остаточный ресурс материалов эксплуатирующихся конструкций. Реализация этой задачи произошла намного позже, вместе с появлением технологии контроля, основанной на явлении АЭ материалов, генерируемой ими в про- цессе разрушения. Задача оказалась достаточно сложной, а информационные технологии и сред- ства коммуникации того времени были не готовы к их решению. Первые компьютеризированные АЭ системы «Аккорд», «Октава» и ряд других, созданные в ИЭС в этот период, были по меркам сегодняшнего дня громоздкими и отличались невысоким быст- родействием, тем не менее, только благодаря циф- ровой обработке информации стало возможным проведение эффективного анализа получаемых данных, выделение их полезной составляющей из огромного потока АЭ сигналов. Появление систем АЭ контроля заинтересовало оборонную и космическую отрасли промышленнос- ти, в результате чего был проведен ряд АЭ иссле- дований целостности корпусов топливных баков ра- кет в ГКБ «Южное» им. М. К. Янгеля, показана эффективность метода при поиске несплошностей и нарушений геометрии крупногабаритных изде- лий. Даже поиск незакрепленных или плохо зак- репленных деталей внутри корпусов контролируе- мых изделий стал значительно проще и быстрее. В то время, как решение задачи поиска при помощи АЭ мест развития дефектов успешно продвигалось вперед, основная разрабатываемая проблема — оценка состояния материала и опре- деление его ресурса — пока еще находилась на начальном этапе разрешения. Результаты прово- димых исследований показали насколько она сложна. В 1978 г. ИЭС принято решение о необ- ходимости более глубокого ее изучения, а в 1979 г. решением Научного совета по проблеме «Новые процессы сварки и сварные конструкции» приступила к работе новая его секция «Диагнос- тика надежности сварных конструкций». Возгла- вил работу секции академик Б.Е. Патон. В 1983 г. на базе лаборатории по технической диагностике сварных конструкций организован структурный отдел ИЭС этого направления, а спустя некоторое время при Президиуме Академии наук Украины был создан Научный совет по проблеме «Техни- ческая диагностика и неразрушающий контроль», в составе которого начали работать более 20 ин- ститутов и организаций. С этого момента работы в области обеспечения безопасности эксплуа- тации конструкций стали носить целевой, плани- руемый характер. В начале 1982 г. круг специалистов, работаю- щих в области технической диагностики, расши- рился за счет стран—членов СЭВ. Результатом та- кого сотрудничества стало создание первого пор- тативного прибора для диагностики материалов на базе метода АЭ, использующего для получения и обработки цифровых данных персональный компьютер. Конструкция прибора была разрабо- тана Венгерским институтом ядерных исследова- ний ЦИФИ, а программное обеспечение — ИЭС. Это еще не была в полном смысле диагностичес- кая система, хотя прибор выполнял достаточно много функций, упрощающих анализ получаемых данных и принятие решения о состоянии матери- ала [3]. Прибор, помимо лабораторных исследо- ваний, был использован при диагностике про- мышленных объектов, в частности, трубопрово- дов в условиях вечной мерзлоты (Тюмень, Урен- гой), а также тепловой электростанции в Польше (Жерань). Один прибор был также приобретен Се- верным машиностроительным предприятием и применен для контроля корпусов подводных ло- док. Очень важным, помимо собственно создания нового высокотехнологичного АЭ устройства, оказался удачно выбранный способ кооперации. Начиная с этого момента, ИЭС больше не зани- мался непосредственно изготовлением АЭ обору- дования, предоставив это специалистам в области электроники, хотя консультативно участвовал в его разработке. Основные же усилия были сосре- доточены на создании технологии, средств и прог- раммного обеспечения для оценки текущего сос- тояния материалов действующих конструкций, прогнозирования ресурса и продления срока их безопасной эксплуатации. В начале 1993 г. была разработана новая, более совершенная модель диагностической аппаратуры — системы диагностики семейства ЕМА (Evalu- ation of Material Ability). Новшеством стало то, что она работала не только с датчиками АЭ, но и с другими типами датчиков, обеспечивая парал- лельный ввод в компьютер акустических, эксплу- атационных и технологических параметров. Ап- паратура реализовала введенное по предложению ИЭС новое комплексное понятие в оценке мате- риала при его деформировании — «вектор сос- тояния», представляя к рассмотрению не отдель- ные измеряемые величины, а их комплекс. Соз- дание таких систем позволило вплотную подойти к решению задач оценки опасности состояния ма- териала, прогнозирования разрушения и опреде- ления остаточного ресурса конструкций в процес- се эксплуатации. 8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 Опыт использования систем ЕМА-1 и ЕМА-2 показал, что для решения задач оценки и прог- нозирования состояния материала, особенно в промышленных условиях, требуется внести ряд кардинальных изменений в конструкцию АЭ ап- паратуры, технологию контроля и построение программного обеспечения. Стало очевидным, что требуется использование многоканальных систем с независимой работой отдельных каналов, возможность промышленного исполнения их кор- пусов с целью установки на производстве и ис- пользование многоцелевой, стабильно работаю- щей операционной системы с интегрированными средствами сетевой коммуникации. Параллельно с разработкой нового программного обеспечения, выполняющего прогноз разрушения и предназна- ченного для работы в компьютерных сетях под управлением Microsoft Windows с ядром NT, с 1997 г. началась разработка современной аппара- туры ЕМА-3 [10]. В 2000 г. был изготовлен и про- шел испытания первый лабораторный образец, а начиная с 2001 г. началось внедрение новой сис- темы на Одесском припортовом заводе [8], где в настоящее время эксплуатируется восемь диаг- ностических комплексов, а на конструкциях пред- приятия установлено более 300 АЭ датчиков. Впоследствии системы ЕМА-3 начали использо- вать и другие предприятия, в частности, Никола- евский глиноземный завод, Укрхимтрансаммиак, Техдиагаз, Киевэнерго (рис. 1). В настоящее время аппаратура и программное обеспечение ЕМА-3 постоянно совершенствуют- ся, а созданные на их основе мобильные и мони- торинговые системы работают в различных отрас- лях украинской промышленности. Главными их особенностями являются возможность автономной работы в течение длительного времени и автома- тизированная оценка состояния материала, включа- ющая определение уровня опасности, прогноз раз- рушающей нагрузки и остаточного ресурса. Исследования и результаты. Проводимые в ИЭС исследования с самого начала охватывали ши- рокий круг вопросов: разработку конструкции АЭ аппаратуры и датчиков, изучение явления АЭ в разнообразных условиях деформирования матери- ала и влияния окружающей среды, создание и со- вершенствование методов локации координат ис- точников АЭ, поиск закономерностей возникнове- ния и изменения сигналов АЭ в процессе накопле- ния повреждений и развития разрушения, создание и проверку критериев оценки состояния материала. Механические испытания в условиях статичес- кого (в том числе на машинах с высокой жест- костью), циклического и ударного нагружения по- казали, что АЭ позволяет отслеживать процесс развития повреждаемости и разрушения конс- трукционных материалов фактически на всех ста- диях, включая и собственно развитие трещин, вплоть до разрушения [4]. Использование АЭ ап- паратуры в качестве сканирующего средства поз- волило оценить влияние накопления повреждений на акустические характеристики материалов раз- личных классов [6]. Большое внимание было уделено исследовани- ям влияния сварки на параметры АЭ в материале [2, 5, 13, 17]. В частности, показано, что при на- личии в образце сварного соединения, последнее является основным источником АЭ. Для образцов со сварными соединениями характерно большее разнообразие получаемой картины распределения АЭ, амплитудных и других характеристик, чем для образцов без сварки, а на активность АЭ вли- яет степень поврежденности материала, внесен- ного сваркой. Наиболее важным был вывод о том, что наличие сварного соединения повышает ин- формативность метода АЭ. Промышленное применение метода в химичес- кой и энергетической отраслях потребовало про- ведения специфических исследований влияния за- шумленности, наличия изоляции, перехода сред и высоких температур на данные АЭ контроля. В результате разработаны программные методы фильтрации сигналов АЭ в условиях зашумления, показано, что в объектах с изоляцией возможно устанавливать датчики на достаточно больших расстояниях. Показано, что поглощение сигнала на границах сред воздух–металл–вода более чем в два раза выше по сравнению с границей сред воздух–металл–воздух; на границах сред воздух– металл–вода поглощение сигнала более чем в три раза, на границах сред вода–металл–вода — более чем в четыре раза. Важно, что при угасании сиг- нала в три раза процедура АЭ контроля при оп- ределенных условиях также возможна. Показано, что состояние объектов, работаю- щих при высоких температурах, может быть кор- ректно оценено при помощи метода АЭ [17]. Ус- тановлено изменение акустических характеристик исследованных материалов при повышении наг- рева рабочей части образца свыше 350 °С. Мате- риал без дефектов или с небольшим их количес- твом с точки зрения проведения АЭ испытаний менее информативен при высоких температурах, и для определения состояния объектов контроля требуется высокая чувствительность измеритель- ной аппаратуры и специальная методика измере- ний. Для материала объектов с концентраторами напряжений, сварными соединениями или сущес- твенно развитыми дефектами, АЭ испытания мо- гут быть проведены с использованием стандарт- ных методик. При температурах, превышающих 500 °С, актуальной проблемой является обеспе- чение работы датчиков АЭ, в связи с чем целесо- образным представляется использование специ- альных волноводов, снижающих температуру ра- бочего участка датчиков. Выполняемый системой ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 9 ЕМА-3 прогноз разрушающей нагрузки по дан- ным АЭ зависит от объема получаемой АЭ ин- формации. В тех случаях, когда ее недостаточно для принятия решения о состоянии объекта кон- троля, следует использовать специальные прие- мы, позволяющие повысить информативность ме- тода, в частности, переход от локации источников АЭ к зонному контролю. Полученные результаты позволили продол- жить работы по специальной программе с целью набора статистических данных, отработки алго- ритмов и программного обеспечения диагности- ческих и мониторинговых АЭ систем, контроли- рующих объекты, которые работают в условиях высоких температур. Опытный вариант такой сис- темы, контролирующей высокотемпературные объекты цеха производства аммиака, уже исполь- зуется на Одесском припортовом заводе (рис. 2). Проведенный анализ состояния материалов разрушившихся изделий, комплексное исследова- ние кинетики накопления повреждений при раз- рушении образцов из исходного материала и ма- териала, находившегося длительное время в экс- плуатации, позволили предложить методику прог- нозирования остаточного ресурса на основе оцен- ки постепенного накопления повреждений в про- цессе работы под нагрузкой. Параллельно экспериментальным исследовани- ям развивались теоретические. Получаемые экспе- риментальные данные имели чрезвычайно слож- ный, иногда противоречивый характер, не всегда могли быть описаны в рамках известных волновых или статистических закономерностей. Приведем лишь некоторые примеры таких неоднозначностей, которые необходимо научно объяснить: – при механических испытаниях образцов, вы- резанных из прилегающих участков одной и той же конструкции, характер возникновения, расп- ределения и величины параметров АЭ различны; – число событий АЭ, зарегистрированных в об- разцах из труб с длительной наработкой, в одних случаях растет, в других уменьшается по отно- шению к исходному материалу; – при одинаковом материале и геометрии кон- структивных элементов параметры затухания сиг- налов АЭ отличаются в несколько раз; – известная гипотеза о микротрещинах как ос- новном источнике АЭ на стадиях деформирова- ния, предшествующих разрушению, не нашла эк- спериментального подтверждения, поскольку в большей части испытанных образцов, кроме об- разцов из аварийных участков труб, трещин не наблюдалось вплоть до момента разрушения. Все имеющиеся результаты исследований не- обходимо было объяснить в рамках единой, неп- ротиворечивой системы. Для этого потребовались новые подходы к описанию АЭ как следствия про- цесса накопления повреждений и разрушения ма- териалов, создание аналитических методов расче- та волновых полей, математических моделей, свя- зывающих повреждаемость материала и его акус- тические свойства, методики прогноза состояния материала по имеющимся на момент контроля ре- зультатам АЭ измерений. Была сформулирована базовая гипотеза о за- висимости АЭ преимущественно от сформировав- шегося в материале поля повреждений. Измене- ние плотности поврежденного материала, измене- ние параметров акустических сигналов в повреж- денном материале, рост числа сигналов АЭ при увеличении объема повреждений, внесенных сваркой, позволили рассматривать дискретное возникновение пустот как основной источник АЭ при деформировании на стадиях, предшествую- щих образованию и росту трещин. Эти данные, подтвержденные также металлографическими ис- следованиями, могут быть корректно объяснены квантовым подходом к описанию явления АЭ. Представление процесса разрушения материа- ла в виде отдельных квантов и разработка ана- литического аппарата описания процедуры разру- шения позволили сформулировать и решить за- дачу о возникновении и распространении волн АЭ в различных конструктивных элементах, в част- ности, стержнях и пластинах [11, 13, 16]. Удалось показать, какие виды волн вносят наиболее су- щественный вклад в регистрируемые параметры АЭ, какие полосы частот являются наиболее при- емлемыми для их регистрации и как размеры и характеристики возникающих дефектов связаны с амплитудными характеристиками получаемого АЭ сигнала. Создан универсальный вариант рас- чета, позволяющий получить решения волновых уравнений с любой комбинацией параметров уп- ругой волны применительно к волновой задаче в пластине с возникшим микродефектом. Интегри- рование полученных уравнений перемещений в материале выполнено на компьютере численным методом, а полученные результаты позволили описать распространение волн при разнообразных граничных условиях, а также оценить влияние ха- рактеристик датчиков АЭ на спектр и форму рас- пространяющихся в материале волн на различном удалении от источника. Полученные решения поз- волили создать обучающую программу для кор- рекции невязок вектора состояния материалов. Проведенные расчеты позволили на основе раз- вития аналитических методов оценки состояния ма- териала, данных АЭ и использования современной вычислительной техники и методов компьютерного моделирования построить физически обоснован- ную модель АЭ и перейти на базе созданной модели к прогнозу состояния материала. Задачу прогноза разрушения начали решать с установления связи между кинетикой поврежда- емости материала и возникающей вследствие это- 10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 го АЭ. Импульсы акустической эмиссии являются результатом динамического, дискретного увели- чения объема пустот в материале уже на самых ранних стадиях деформирования. Это квантовый процесс, который даже при равномерном нагру- жении материала происходит дискретно. В про- цессе деформирования материала происходит воз- никновение пор, их рост, слияние и, в конечном счете, формирование трещины. Высвобождение энергии при каждом таком событии происходит динамически, порождая АЭ. При этом величина амплитуды возникшей волны, как показали рас- четы, зависит от вновь возникшего объема пус- тоты в материале. На рис. 3 представлены час- тотные характеристики волн, распространяющих- ся в тонких пластинах со скоростями, меньшими скорости C2 — волны Рэлея (C2 = 0,31 см/мкс). Из рис. 3, а видно, что чем толще пластина, тем большая составляющая в ее спектре волны с низкой скоростью. Например, для пластины тол- щиной 0,4 см появляются волны, распространя- ющиеся со скоростями 0,1C2 (красная кривая). В более толстых пластинах спектр распространяю- щихся волн сужается и в пластине толщиной 10 см двигается практически одна волна со скоростью 0,927C2 — близкая к рэлеевской по свойствам. На рис. 3, б, в представлены амплитуды и спектр волн, распространяющихся со скоростями ниже (рис. 3, б) и выше (рис. 3, в) скорости C2. Видна зависимость амплитуды волны от толщины плас- тины и расстояния от места излучения. Как видно, одинаковый по мощности источник генерирует в тонкой пластине большие амплиту- ды волн, чем в толстой. Таким образом, стано- вится ясным, что энергия излучения быстрее пог- лощается в большем объеме металла. На рис. 3, в представлена волна Лэмба, распространяющаяся со скоростью 0,4375 см/мкс с учетом влияния час- тотных параметров АЭ датчиков. В данном случае датчик настроен на прием АЭ волн в диапазоне волновых чисел 0,6…1,0 см–1. Усредненная час- тота 52,2 кГц, длина волны 7,8 см. Была построена и реализована на компьютере модель, которая дает возможность получать ти- повые «портреты» АЭ в зависимости от форми- рования и развития различных полей поврежде- ний. Модель основывается на экспериментальных данных и позволяет задавать различные условия по первоначальной пористости, характеру форми- рования разрушения, учитывать влияние концен- трации напряжений и другие факторы, определя- ющие характер развития повреждений в матери- але. Подтверждением ее достоверности послужи- ло решение обратной задачи — было показано, что смоделированные параметры акустических сигналов, проходящих через материал, изменяют- ся таким же образом, как в физическом экспери- менте. Был проделан большой объем численных экспериментов для получения эталонных харак- теристик АЭ процессов в широком спектре усло- вий накопления повреждений. Далее перешли к распознаванию — сравнению экспериментальных данных с эталонами — и прогнозу на этой основе разрушающих нагрузок. Распознавание образа выполняется с применени- ем так называемых учителя и самообучения [12, 13]. Данные, полученные в процессе АЭ испы- таний, сравнивают с эталоном и определяют прогнозируемую разрушающую нагрузку. В ре- зультате обработки более 200 результатов экс- периментальных данных (на образцах и натур- ных объектах) были получены удовлетворитель- ные результаты прогноза. Проверка при испыта- ниях на образцах и конструкциях показала дос- таточно высокую точность предложенной мето- дики, хотя реальные процессы в деформируемом материале сложнее, чем может описать матема- тическая модель. Поэтому в качестве рабочих (ме- тодика МА-ПРН/ТКУ–78 от 19.06.2002 г.) пог- решностей оценки состояния материала приняты следующие: ±15 % с вероятностью 95 %. Вопрос оценки остаточного ресурса для мате- риалов с эксплуатационной наработкой является весьма актуальным [14]. Для материалов, подвер- гающихся циклическому нагружению с известными параметрами цикла, методика расчета остаточного ресурса известна. Для прочих материалов, особенно подвергнувшихся действию множества трудно учи- тываемых факторов в процессе эксплуатации, тре- буется определение параметров, которые имеют ус- тойчивую закономерность изменения во времени и могут служить для определения их остаточного ре- сурса. Одним из таких параметров может служить интегральный показатель поврежденности матери- ала ΔWп = 1 – Пповр/Писх [18], определенный по ре- зультатам испытаний материалов с известной экс- плуатационной наработкой, где Пповр — параметр, отражающий изменение некоторого свойства мате- риала в процессе накопления повреждений по от- ношению к исходному Писх. Для получения критерия исследовали большую партию образцов с длительной наработкой из оте- чественных сталей 17ГС, 17Г1С, Ст20, 09Г2С и ее чешского аналога, представляющих трубопро- воды из различных регионов Украины, и образцов из этих же материалов в исходном состоянии — из аварийного запаса. Критерий учитывает об- щие тенденции изменения структурно-чувстви- тельных параметров вследствие наработки, ус- тановленные при АЭ испытаниях, АЭ сканиро- вании, испытаниях на ударную вязкость, мето- дом LM-твердости и взвешиванием малых проб в жидкости. При оценке результатов, полученных перечисленными методами, для каждого был выб- ран собственный параметр П, отражающий изме- нение свойств материала вследствие наработки. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 11 При сравнении кривых, показывающих поврежден- ность ΔWп в зависимости от наработки для каждого из методов, оказалось, что они практически иден- тичны. Таким образом, удалось построить обобщен- ную для различных методов кривую, связывающую поврежденность ΔWср с эксплуатационной наработ- кой (рис. 4, а). Перестроив обобщенную кривую в координатах «поврежденность–время» и полагая, что разрушение материала произойдет по дости- жении им максимально возможной поврежденности ΔWср = 1, получим номограмму для определения остаточного ресурса (рис. 4, б). Наиболее существенной особенностью разра- боток ИЭС в области АЭ контроля [7, 19] с самого начала стало стремление автоматизировать оцен- ку состояния конструкций, упростить информа- цию о состоянии конструкции на выходе АЭ сис- темы, представив ее в численном виде. Связано это с тем, что промышленные предприятия тре- буют именно такой просто анализируемой инфор- мации — насколько опасно состояние конс- трукции, при какой нагрузке можно продолжать эксплуатацию, каков остаточный ресурс. Заказчи- ков редко интересуют особенности собственно акустических процессов в материале, форма и спектр сигналов, их характеристики и другие на- учные аспекты вопроса. Исключением являются координаты акустической активности, поскольку их знание помогает пользователям провести при необходимости дополнительный контроль опас- ных участков конструкции и обеспечить их сво- евременный ремонт. Существуют различные способы выполнения АЭ контроля и от того, как именно он проведен, во многом зависит безопасность дальнейшей эк- сплуатации контролируемого объекта. К таким способам можно отнести следующие. 1. Разовый контроль. Как правило, проводится в процессе плановых механических испытаний объекта (для конструкций, работающих под дав- лением это чаще всего гидро- или пневмоиспы- тания). Объект нагружают от нулевой или мини- мальной нагрузки до величины, которая несколь- ко превышает рабочее значение (величина перег- рузки регламентируется государственной или от- раслевой нормативной документацией и для со- судов давления составляет 1,25). Если в процессе испытания обнаружены источники повышенной АЭ активности, проводят анализ их опасности для данного объекта и по результатам дают заключе- ние о возможности дальнейшей его эксплуатации и рекомендуемых эксплуатационных параметрах. Достоинством данного подхода является сравни- тельно низкая стоимость проведения контроля. Сама процедура контроля занимает мало времени и не требует стационарной установки датчиков и аппаратуры, и может быть выполнена с исполь- зованием мобильных АЭ систем. Недостатками же является то, что, во-первых, при испытании требуется создание избыточной нагрузки, повы- шающей риск развития дефектов, во-вторых, пос- ле проведения испытания объект не контролиру- ется. Возникновение развивающихся дефектов уже после проведения разового контроля может привести к опасной ситуации (рис. 5). 2. Периодический контроль. Процедура прове- дения аналогична разовому контролю, но повто- ряется с определенным интервалом. Интервал, в зависимости от объекта контроля и его результа- тов, может составлять от нескольких дней до нес- кольких месяцев. Преимуществом периодическо- го контроля по сравнению с разовым является то, что вероятность обнаружения опасных дефектов увеличивается, появляется возможность проведе- ния сравнительного анализа результатов прове- денных испытаний и набора соответствующей статистики. Недостатком является удорожание процедуры контроля и создание неоднократных перегрузок конструкции в процессе испытаний. 3. Мониторинг. Наблюдение в течение неко- торого времени состояния объекта контроля при его работе в эксплуатационном режиме. Основные преимущества — наблюдение не требует измене- ния рабочих параметров и специального нагру- жения конструкции, упрощается процедура кон- троля и снижается его стоимость. Работа без пе- регрузок, требуемых при обычных испытаниях, продлевает срок службы конструкции. Недостат- ками являются, во-первых, меньшая вероятность обнаружения дефектов, поскольку отсутствуют перегрузки, создаваемые при разовых испытаниях именно для активизации роста дефектов, во-вто- рых, отсутствие контроля за состоянием объекта после завершения мониторинга, как и при разовых или периодических испытаниях. 4. Непрерывный мониторинг. Отсутствуют не- достатки, отмеченные в трех предыдущих пунк- тах. Акустическая активность отслеживается пос- тоянно, оснащение систем мониторинга средства- ми автоматизации позволяет оперативно, в реаль- ном времени получать информацию о состоянии контролируемого объекта и своевременно предот- вращать опасные ситуации (рис. 6). Сдерживаю- щим фактором при внедрении является высокая стоимость систем непрерывного АЭ мониторинга, связанная с необходимостью стационарной уста- новки датчиков, кабелей, измерительного обору- дования, оснащения пульта оператора, обучения персонала и т. д. За последние 20 лет с применением систем се- мейства ЕМА испытано более 1000 объектов в Ук- раине, России и Польше. Эффективность метода показана при оценке состояния трубопроводов, емкостей, корпусов различных агрегатов, фермо- вых конструкций, элементов авиационных и кос- 12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 мических изделий, сосудов, работающих под дав- лением. Специалистами отдела технической ди- агностики ИЭС выполнен комплекс научно-иссле- довательских и организационных работ, ускорив- ший создание теоретических предпосылок в об- ласти диагностики и прогнозирования состояния материалов конструкций, а также практического применения этих разработок. Совместными уси- лиями ученых и разработчиков контроль состоя- ния конструкций из трудоемкого и малоудобного процесса постепенно превращается в автоматизи- рованный, более доступный и эффективный. Особенности АЭ диагностики промышленных конструкций в сравнении с испытаниями образ- цов в лабораторных условиях связаны с рядом факторов: – высокой зашумленностью многих произ- водств, что потребовало разработки высокочувс- твительной аппаратуры с возможностями частот- ной и параметрической фильтрации полученных при испытаниях сигналов АЭ; – невозможностью проведения полного цикла нагружения (от полного отсутствия нагрузки до разрушения объекта), что потребовало создания технологии прогноза разрушающей нагрузки при работе материала в упругой области или при пос- тоянном уровне текущей нагрузки; – неполной информацией об объекте контроля (иногда неизвестна даже марка материала, из ко- торого изготовлена конструкция), что потребова- ло создания универсальных алгоритмов прогноза разрушающей нагрузки, ориентированных не на материал, а на поврежденность конструкции; – ограничениями во времени, накладываемыми на проведение испытаний, поскольку необходимо согласовывать их с производственными процес- сами, что потребовало создания алгоритмов ав- томатизации настройки АЭ систем и их эффек- тивной коррекции в реальном времени. Технология прогноза разрушающей нагрузки, реализованная в программном обеспечении для систем ЕМА-3, позволяет проводить оценку сос- тояния материала промышленных изделий опера- тивно, в режиме реального времени. При этом ак- тивность АЭ показывает наличие в материале пов- реждений в процессе испытаний, кластерный ана- лиз позволяет определить опасные места. Клас- терный анализ работает по принципу группировки в отдельный блок АЭ событий с близкими коор- динатами, а задание параметров кластеризации может быть выполнено АЭ системой автомати- чески. Прогноз разрушающей нагрузки для каж- дого кластера выполняется отдельно. Непрерывный АЭ мониторинг. Сегодня при разработке и совершенствовании оборудования для АЭ мониторинга важно понимать, что это прежде всего информационная система, интеллек- туальные возможности которой предоставляет программное обеспечение. Современная система мониторинга является органичной частью общей информационной системы предприятия и пос- тоянно обеспечивает персонал и руководство предприятия самыми свежими данными о состо- янии объектов контроля, оперативно оценивает ситуацию и при необходимости предупреждает об опасности. Основные принципы разработки такой системы и ее архитектура должны соответство- вать актуальному уровню задач технической ди- агностики и методов их решения. При этом система должна быть интеллектуаль- ной, т. е. решать самостоятельно поставленные пе- ред ней задачи, современной, т. е. использовать наиболее передовые технологии, гибкой, т.е. лег- ко адаптироваться под новые задачи. Работа созданных автоматизированных систем непрерывного мониторинга базируется на приме- нении АЭ как основного средства диагностики, позволяющего реализовать полный контроль из- делий больших размеров и получить информацию из труднодоступных мест. Переход от единичных испытаний к контролю в масштабе цехов и заво- дов поставил задачи эффективной передачи ре- зультатов измерений, обмена данными в реальном времени и взаимодействия разнородных инфор- мационных устройств. Использование современ- ных сетевых технологий, протокола TCP/IP, стан- дарта XML [9] позволяет с минимальными зат- ратами развертывать систему непрерывного мо- ниторинга, поэтапно подключая все новые учас- тки контроля к уже задействованным. При этом, как показывает накопленный опыт, контроли- ровать можно не только прочность конструкции, но и технологические процессы, связанные с ее функционированием. Таким образом, разработан- ные системы АЭ мониторинга представляют со- бой комплексное решение задачи контроля безо- пасности производства на всех этапах. В настоящее время постоянно функционируют двенадцать систем непрерывного АЭ мониторин- га ЕМА-3С. Контролируются четыре хранилища ST аммиака Одесского припортового завода, объекты двух цехов производства аммиака и тру- бы аммиакопровода на двух мостовых переходах, в том числе на километровом переходе через р. Днепр возле Днепропетровска. Созданию таких систем предшествовала серь- езная работа большой группы специалистов: сот- рудников ИЭС, служб технического надзора и ла- бораторий технической диагностики предприя- тий, на которых происходило внедрение. Объекты Одесского припортового завода после введения систем мониторинга в штатную эксплу- атацию по заданию предприятия находятся под наблюдением посредством сети Интернет. Совре- менные компьютерные технологии позволяют доставлять информацию по контролю объектов ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 13 мониторинга непосредственно на рабочий стол специалистам, участвующим в принятии решения об их состоянии. Такая технология позволяет ана- лизировать информацию по эксплуатации систем мониторинга ОПЗ в реальном времени специалис- там ИЭС. Аналогичным образом специалисты ПО «Укрхимтрансаммиак» получают и анализируют информацию по состоянию мостового перехода трубы аммиакопровода через р. Днепр. Имеется воз- можность и серьезные перспективы организации централизованного контроля всей отрасли, связан- ной с производством аммиака как на стадии его транспортировки, так и на стадии переработки. Работа по внедрению систем мониторинга сос- тоит, помимо монтажа оборудования, установки датчиков и прокладки коммуникаций, в создании и отладке программной архитектуры систем мо- ниторинга и алгоритмов оценки состояния объек- тов контроля, выборе и разработке средств и спо- собов обмена данными, обеспечивающими неп- рерывный мониторинг, их тестировании, коррек- тировке по результатам опытной эксплуатации и, в конечном счете, передаче системы в штатную эксплуатацию. Накопленный опыт и уже разра- ботанные аппаратные и программные средства, технологии и технические решения позволяют во многом сократить объемы работ по внедрению мониторинговых систем на новых, ранее не кон- тролируемых промышленных объектах, и обеспе- чить эффективную оценку и прогноз их состояния [15, 20]. Нормативная база и подготовка специалис- тов. С развитием и распространением методов ди- агностики возникла потребность в создании цен- тра, который явился бы специализированным пе- реходным звеном между промышленностью и го- сударственными органами, издающими норматив- ную документацию по методам регламентных ис- пытаний конструкций. В 1993 г. для решения этой задачи, а также для координации работ по конт- ролю за состоянием конструкций усилиями трех ведомств — Госстандарта Украины, Госнадзорох- рантруда Украины и Академии наук Украины — на базе ИЭС создан Технический комитет по стан- дартизации «Техническая диагностика и неразру- шающий контроль» (ТК–78 ). В составе Комитета в рамках секции по технической диагностике сварных конструкций организовано направление по технической диагностике, созданы рабочие подкомитеты, к управлению которыми привлече- ны ведущие специалисты отраслей. Созданный комитет осуществляет работы во всех отраслях промышленности. Теперь испытания и оценка состояния материалов конструкций и сооружений в Украине находятся под наблюдением и контро- лем ТК–78. Одним из основных направлений де- ятельности Комитета является обеспечение нор- мативной базы, создание стандартов и методик в области контроля. Широкая разработка новых средств диагнос- тирования на основе метода АЭ диктует необхо- димость создания как универсальных норматив- ных документов первого национального уровня — ДСТУ, независимо от конкретных моделей диаг- ностических средств, так и специфических отрас- левых: СОУ — стандартов организаций, СТУ — стандартов научных и инженерных организаций, в соответствии с ДСТУ 1.0:2003 — «Националь- ная стандартизация. Основные положения». К первому уровню относятся следующие разрабо- танные документы: – ДСТУ 4046–2001. «Оборудование техноло- гическое нефтеперерабатывающих, нефтехими- ческих и химических производств», регламенти- рующий требования к методике испытаний на прочность сосудов и трубопроводов с использо- ванием АЭ метода контроля; – ДСТУ 4223–2003. «Котли, посудини під тис- ком і трубопроводи. Технічне діагностування. За- гальні вимоги», в котором отражены специфичес- кие аспекты технологического процесса АЭ ди- агностирования указанных объектов; – ДСТУ 4227–2003. «Настанови щодо прове- дення акустико-емісійного діагностування об’єктів підвищеної небезпеки», в котором при- ведены конкретные требования к подготовке, про- ведению АЭ диагностирования и принятию реше- ния о техническом состоянии объекта по резуль- татам проведенной АЭ процедуры. Документы других уровней в основном имеют специфическую отраслевую направленность и вы- пущены ТК–78. Всего Комитетом было выпущено более 20 от- раслевых нормативных документов, в частности: – МДУ 016/10–2002. Багатоканальні акустико- емісійні діагностичні комплекси. Методика дер- жавної метрологічної атестації; – Методика аттестации многоканальной сис- темы акустико-эмиссионной диагностики по оп- ределению разрушающей нагрузки. № 2.ТК-78. — Изд-во «Индпром». — Киев. — 2002. — 18 с. – МР 50.01–2003. Методические рекомендации по акустико-эмиссионному диагностическому контролю объектов газохимических производств; – СТП 50.01–2000. Технічна діагностика. Кот- ли, посудини під тиском і трубопроводи. Акус- тико-емісійний метод контролю; – СТП 50.07–2006. Методичні рекомендації з акустико-емісійного діагностування обладнання ос- новних виробництв хімічної, нафтохімічної та наф- тогазопереробної промисловості. Загальні вимоги; – СОУ 50.06–2006. Технічна діагностика. Ви- моги до підготовки і атестації персоналу з акус- тико-емісійного контролю та діагностування про- мислових об’єктів; 14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 – Інструкція експертного обстеження (техні- чного діагностування) стану металу посудин, що працюють під тиском, при використанні акусти- ко-емісійного методу контролю (2008); – Інструкція експертного обстеження (техні- чного діагностування) стану металу трубопро- водів пари та гарячої води при використанні акус- тико-емісійного методу контролю (2011); – Методика періодичного акустико-емісійного моніторингу газопроводів (2011). Созданные и разрабатываемые нормативные документы позволяют расширять область приме- нения АЭ на производстве, доказывая тем самым его эффективность и одновременно повышая бе- зопасность эксплуатации ответственного обору- дования. С расширением сферы применения метода АЭ вплотную встал вопрос о подготовке кадров в дан- ной области. Недостаточное количество специа- листов по диагностике материалов в условиях пос- тоянно растущих требований к прочности и на- дежности конструкций вызвало необходимость организации их планомерной подготовки. Рас- сматривая эту проблему как одну из составных частей проблемы обеспечения надежности и бе- зопасности эксплуатации конструкций и учиты- вая, что подавляющее большинство их изготав- ливается с применением сварки, была организо- вана подготовка специалистов в области техни- ческой диагностики на базе крупных учебных центров страны. Начиная с 1990 г., совместными усилиями ИЭС и Киевского политехнического ин- ститута при ряде вузов страны, включая НТУУ КПИ, на базе специальности «Оборудование и технология сварочного производства» была соз- дана новая специализация 12.05.04 «Диагностика и прочность сварных конструкций». Предусмат- Рис. 1. Лабораторные испытания образцов с применением системы ЕМА-2 (а); контролируемые барабаны котла тепловой электростанции в г. Варшава и первый портативный АЭ прибор для их контроля (1991 г.) (б); демонстрация первого образца системы ЕМА-3 (в) ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 15 ривалась подготовка специалистов достаточно широкого профиля для работы в области диаг- ностики технического состояния и прогнозиро- вания ресурса сварных конструкций. Следует от- метить, что указанная специализация не полу- чила достаточно полного последующего разви- тия, все ограничилось введением дополнитель- ных дисциплин к существующей специальности по сварным конструкциям. В 2007 г. ВАК Ук- раины созданы при ИЭС и Физико-механическом институте им. Г. В. Карпенко НАН Украины два специализированных Ученых совета по защите кан- дидатских и докторских диссертаций по специаль- ности 05.02.10 «Диагностика материалов и конс- трукций» (рис. 7). За рубежом подготовке контролирующего пер- сонала уделяется исключительно важное внима- ние на государственном уровне, хотя непосредс- твенный контроль во многих случаях осуществля- ют частные фирмы, например TUV в Германии и других странах. TUV, кроме контролеров, го- товит также технических экспертов, на которых возложена ответственность за принятие решения о возможности дальнейшей эксплуатации конс- трукций по результатам контроля. В странах СНГ и в Украине подготовка специалистов в области контроля также имеет определенную специфику, так как именно контролеры в этих странах дол- жны давать заключение о состоянии конструкций и определить срок ее дальнейшей эксплуатации. Такая постановка задачи требует введения в прог- рамму обучения курса технической диагностики с понятием прогнозирования состояния конструк- ций с заданной вероятностью, что предусматри- вает соответствующая нормативная документация и, в частности, ГОСТ 20911–89. С учетом изложенного выше в Украине по спе- циальности «АЭ контроль» готовятся специалис- ты трех уровней. Первый и второй готовит спе- циалистов по неразрушающему контролю с при- менением АЭ. При этом решение о состоянии кон- тролируемого объекта принимается на основании Рис. 2. Современный вариант системы ЕМА-3 перед проведением высокотемпературного испытания (а); датчики системы ЕМА-3 при гидроиспытаниях трубы (б); датчики АЭ на образце из трубной стали (в); специальный стенд ИЭС для АЭ испытаний конструкций (г); образец, нагретый до 820 °С при высокотемпературных АЭ испытаниях (д) 16 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 традиционной нормативной документации или специалистами, прошедшими обучение с курсом технической диагностики. Третий уровень подго- товки выпускает специалистов, способных при- нять решение о состоянии объекта на основании показаний диагностической АЭ аппаратуры. В программу подготовки специалистов третьего уров- ня входит курс технической диагностики, даются более глубокие представления об АЭ и техно- логии контроля на ее основе. Эту работу проводят специальные центры на государственной основе. В 1994 г. на базе ИЭС открылись курсы под- готовки специалистов по технической диагности- ке для специалистов, уже имеющих опыт в об- Рис. 3. Пример спектра волн (а) и АЭ сигналов для пластин разной толщины (б, в) ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 17 Рис. 4. Осредненная кривая поврежденности ΔWср по данным различных методов (а) и номограмма для определения остаточ- ного ресурса трубопроводов tост по известной поврежденности (б) Рис. 5. Обследование подземного перехода газопровода «Ефремовка–Диканька–Киев» диаметром 1020 мм через автомобиль- ную дорогу Киев–Харьков (305,6 км) (а); датчики АЭ при контроле газопровода распределительной станции (б); датчики АЭ на трубах теплосети (в); типовое состояние узла теплосети (г); аммиачный холодильник, при контроле зарегистрирован высокий уровень непрерывной АЭ и обнаружена течь (д); объекты производства карбамида ОПЗ, для которых выполняется периодический контроль (е) 18 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 ласти контроля и работающих в различных об- ластях промышленности. С 1998 г. эти курсы на- чали работать под учебно-методическим контро- лем Госгорпромнадзора Украины. Перспектива развития АЭ технологий. Рас- смотрим общемировые тенденции в разработке и применении АЭ технологии при контроле сос- тояния конструкций и сооружений. В настоящее время понятие «интеллектуальная конструкция», например, по отношению к мостам употребляется все чаще и подразумевает конструкции, которые сами определяют, в каком состоянии они нахо- дятся, и можно ли продолжать их эксплуатацию. Такие конструкции начали появляться в США, Финляндии и в Украине. Интеллектуальные системы оценки состояния конструкций и сооружений, выполненные на сов- ременном уровне, должны обеспечить следующие основные функции: – измерение, обработку и представление с за- данной степенью вероятности исходных данных, необходимых для оценки несущей способности конструкций; – экстраполяцию полученных исходных данных в направлении принятой прогнозной координаты; – расчет несущей способности и остаточного ресурса конструкций по поступившей прогнозной информации и дополнительной информации, ха- рактеризующей условия производства и эксплуа- тации конструкции; Рис. 6. Три предупреждения, генерируемые системой ЕМА-3 (показаны стрелками) Рис. 7. Слушатели курсов по подготовке специалистов в области АЭ контроля (а); академик Б. Е. Патон открывает заседание ТК-78 (б) ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 19 – оценку состояния конструкции и возможных последствий аварии с отработкой вариантов пос- ледствий по степени опасности; – выбор оптимального варианта и принятие решения; – в соответствии с принятым решением вы- дачу команды исполнительным механизмам для изменения режима работы конструкции с целью выхода из аварийного состояния, сообщение о возможности выполнения ремонтно-восстанови- тельных работ, необходимости частичного или полного прекращения функциональной деятель- ности узла или конструкции в целом; – передачу информации о состоянии конс- трукции в центральный диагностический пост для принятия решения по всему объекту. Стационарные диагностические системы неп- рерывного мониторинга на ряде предприятий Украины уже более восьми лет работают, опре- деляя состояние конструкций с заданной веро- ятностью и при установленных пределах пог- решности. При этом диагностическая информа- ция передается по компьютерным сетям как в диагностический центр предприятия, так и в дублирующие центры, находящиеся на любом расстоянии от контролируемой конструкции (рис. 8). Для повышения эффективности внедрения в промышленность технологий на основе метода АЭ в ряде стран созданы следующие рабочие группы, объединяющие специалистов–разработ- чиков АЭ технологий и пользователей: – AEWG — Американская рабочая группа по АЭ; – JCAE — Японский комитет по АЭ; – EWGAE — Европейская рабочая группа по АЭ; – GLEA — Латино-американская рабочая груп- па по АЭ; – РРГАЭ — Российская рабочая группа по АЭ при Госгорнадзоре России; – УРГАЭ — Украинская рабочая группа по АЭ при ТК–78. Указанные рабочие группы проводят необходи- мые исследования в направлении АЭ, создают и рас- пространяют необходимую нормативную докумен- тацию, проводят научные и практические конфе- ренции и семинары. С целью придания работам по АЭ контролю большего значения и усиления их ко- ординации при 135 комитете ИСО по неразруша- ющему контролю создан подкомитет №9 «Acoustic emission testing» с центром, расположенным в Бра- зилии, который в 2006 г. приступил к координации работ в области применения АЭ при контроле и испытании конструкций и сооружений. В Украине в настоящее время существует по- нимание на государственном уровне важности ра- бот в области технической диагностики, в связи с чем многие из них, в частности, работы по развитию средств и технологий АЭ контроля, выполняются в рамках Целевой комплексной программы НАН Украины «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин». Таким образом, на сегодня созданы многие из необходимых условий для развития метода АЭ и внедрения его на про- изводстве — государственная поддержка, норма- тивная база, оборудование и технологии, подготов- ка кадров. Внедрение систем непрерывного АЭ мо- Рис. 8. Дистанционный контроль состояния конструкций 20 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 ниторинга на ряде промышленных предприятий стало свершившимся фактом и показало высокую эффективность разработанных технологий, позво- ляющую повысить безопасность эксплуатации до- рогостоящего оборудования и обеспечить предп- риятиям, использующим эти технологии, сущес- твенную экономию средств на плановые останов- ки, ремонты и периодический контроль. Стремительное развитие средств контроля кон- струкций, особенно применяющих АЭ техноло- гию, и то внимание, которое уделяется этому вопросу мировым сообществом, дает перспективу широкого применения АЭ для создания интеллек- туальных конструкций и сооружений, которые с заданной точностью и вероятностью сами будут сообщать о своем состоянии и предлагать меры вы- хода из затруднительных ситуаций. Другими сло- вами, системы непрерывного мониторинга, использующие интегральные методы контроля и, в частности АЭ, будут все шире применяться при контроле потенциально опасных в эксплуатации, а затем, по мере упрощения технологии их созда- ния, и в обычных промышленных конструкциях. Следует также предположить расширение сети спе- циализированных центров контроля эксплуатирую- щихся конструкций. Такие центры будут укомплектованы специалистами высокой квалифи- кации, а современные цифровые технологии и сред- ства коммуникации позволят им проводить мониторинг и оценивать состояние конструкций дистанционно, находясь от объекта контроля на лю- бом расстоянии. Прогресс в развитии данной тех- нологии позволит в ближайшем будущем подойти к созданию систем на основе АЭ, которые не только контролируют конструкции, но и управляют процес- сом их эксплуатации с точки зрения безопасности. Выводы Исследования в области АЭ, проводимые в течение длительного периода, показали эффективность ме- тода при поиске дефектов и оценке состояния об- разцов и конструкций из широкого класса мате- риалов в лабораторных и промышленных условиях, в широком диапазоне температур и при различных условиях среды. Разработана технология, позволяющая эффек- тивно использовать метод АЭ в условиях произ- водства, включающая определение координат, возникающих или развивающихся при разру- шении материалов конструкций дефектов, филь- трацию общего потока АЭ сигналов с целью вы- делить сигналы, несущие необходимую информа- цию о дефектах материалов, предложены и ис- следованы критерии кластеризации АЭ инфор- мации для последующего анализа, разработана система эталонов-учителей для выбора по данным кластеров наиболее соответствующего варианта разрушения материала. Изучены теоретические вопросы прогнозиро- вания разрушения на основе данных АЭ контроля и получены аналитические зависимости для ал- горитмов самообучения при выполнении проце- дуры диагностики. Показано, что процедура при- нятия решения о состоянии материала может быть успешной, если наперед задана невязка между ин- формацией, получаемой прибором АЭ, и этало- ном. Выполненные исследования позволили прог- нозировать разрушающую нагрузку материала на ранних стадиях разрушения. Исследована взаимосвязь АЭ с накоплением повреждений в материале при деформировании и в процессе эксплуатации. Разработана методика оценки поврежденности и определения остаточ- ного ресурса конструкций с эксплуатационной на- работкой по данным АЭ контроля. Разработки в области АЭ получили внедрение в промышленность при поиске и оценке опаснос- ти существующих и возникающих в процессе эк- сплуатации дефектов для широкого класса мате- риалов и конструкций. Главным достижением яв- ляется создание на базе проведенных исследова- ний и внедрение технологии непрерывного мони- торинга конструкций в процессе их эксплуатации с определением разрушающей нагрузки и оста- точного ресурса материала в реальном времени. Использование передовых информационных тех- нологий, Интернета и средств беспроводной связи обеспечивают передачу данных о состоянии ма- териалов конструкций на любые расстояния, что позволяет контролировать работу конструкций дистанционно. Выполненные научные разработки, созданная нормативная и методическая база, подготовка спе- циалистов и разработанная технология контроля позволяют эффективно внедрять метод АЭ на про- изводстве в самых разных отраслях промышлен- ности, энергетики и транспорта. 1. О некоторых путях построения автоматических инфор- мационно-измерительных систем для диагностики на- дежности сварных конструкций / Б. Е. Патон, И. В. Куд- рявцев, А. Я. Недосека, А. Е. Коротынский // Автомат. сварка. — 1974. — № 9. — С. 1—5. 2. Применение датчиков акустической эмиссии в системе диагностики надежности сварных конструкций / Б. Е. Патон, А. А. Грузд, Л. Ф. Харченко, Ю. Г. Куценко // Там же. — 1979. — № 5. — С. 3—10. 3. Пеллионис П., Гереб Я. Методика и аппаратура для АЭ- контроля в процессе проверочных испытаний сосудов высокого давления ядерного реактора в Венгрии // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 1991. — № 3. — С. 14—21. 4. Чаусов Н. Г., Недосека С. А., Лебедев А. А. Влияние вида напряженного состояния на параметры акустической эмиссии на заключительных стадиях деформирования металлов // Там же. — 1993. — № 3. — С. 18—23. 5. Technical diagnostics — welded structures prolongation possibility of exploitation estimation / B. Е. Paton, L. M. Lo- banov, А. J. Nedoseka, S. A. Nedoseka // J. of the Intern. In- stitute of Welding. — 2001. — 45. — P. 201—205. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012 21 6. Оценка поврежденности металла действующих газопро- водов методом АЭ-сканирования / А. А. Лебедев, А. Я. Недосека, Н. Г. Чаусов, С. А. Недосека // Техн. диагнос- тика и неразруш. контроль. — 2001. — № 1. — С. 8—12. 7. Патон Б. Е., Лобанов Л. М., Недосека А. Я. Техническая диагностика: вчера, сегодня и завтра // Там же. — 2003. — № 4. — С. 6—10. 8. О непрерывном мониторинге хранилищ жидкого аммиа- ка / А. Я. Недосека, С. А. Недосека, М. А. Яременко, А. А. Елкин и др. // Автомат. сварка. — 2004. — № 2. — С. 10—17. 9. Недосека С. А. К стандартизации применения XML (eX- tensive Markup Language) в автоматизированных систе- мах АЭ диагностики // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2005. — № 2. — С. 9—16. 10. Недосека С. А., Недосека А. Я. Диагностические систе- мы семейства «ЕМА». Основные принципы и особен- ности архитектуры (Обзор) // Там же. — 2005. — № 3. — С. 20—26. 11. Недосека А. Я., Недосека С. А., Волошкевич И. Г. О вол- нах Рэлея в пластинах ограниченной толщины // Там же. — 2006. — № 3. — С. 3—8. 12. Недосека С. А. Прогноз разрушения по данным акусти- ческой эмиссии // Там же. — 2007. — № 2. — С. 3—9. 13. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностика сварных конструкций. — Киев: Индпром, 2008. — 815 с. 14. Недосека А. Я., Недосека С. А. Акустическая эмиссия и ресурс конструкций // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2008. — № 2. — С. 5—19. 15. Об опыте применения АЭ технологии при непрерывном мониторинге оборудования Одесского припортового за- вода / А. Я. Недосека, С. А. Недосека, М. А. Яременко и др. // Там же. — 2008. — № 4. — С. 85—95. 16. Недосека А. Я., Недосека С. А. Акустическая эмиссия и квантовый характер разрушения материалов // Там же. — 2009. — № 3. — С. 11–17. 17. Исследование АЭ характеристик материалов при высо- ких температурах. Сообщение 2. / Л. М. Лобанов, А. Я. Недосека, С. А. Недосека и др. // Там же. — 2009. — № 4. — С. 5—13. 18. Недосека С. А., Недосека А. Я. Комплексная оценка пов- режденности и остаточного ресурса металлов с эксплуа- тационной наработкой // Там же. — 2010. — № 1. — С. 9—16. 19. Недосека А. Я., Недосека С. А. Об оценке надежности эксплуатирующихся конструкций (состояние вопроса и перспектива развития) // Там же. — 2010. — № 2. — С. 7—17. 20. Недосека А. Я., Недосека С. А., Яременко М. А. Непре- рывный мониторинг магистральных газопроводов и га- зокомпрессорных станций методом акустической эмиссии // Там же. — 2011. — № 4. — С. 3—13. Поступила в редакцию 18.01.2012 СВАРКА и РЕЗКА - 2012 12-я Международная специализированная выставка 10–13 апреля 2012 Минск ЗАО «Минск-Экспо» Тематика выставки • материалы для сварки, наплавки и пайки • оборудование и технологии сварки, резки, наплавки, пайки и термообработки • источники питания и системы управления сварочным оборудованием • оборудование для орбитальной сварки и обработки труб • электронно-лучевая, лазерная, плазменная сварка и резка • автоматизированные комплексные системы и агрегаты для сварки и резки • приборы для неразрушающего контроля сварных соединений • научное и информационное обеспечение сварки • система подготовки, переподготовки и аттестации сварщиков • охрана труда и экологическая безопасность в сварочном производстве • сертификация сварочного оборудования Одновременно с выставкой «Сварка и Резка» будут работать выставки «Защита от коррозии. Покрытия» и «Машиностроение». Контакты: тел./факс: +375 17 226 98 58, е-mail: e_fedorova@solo.by 22 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2012

Опыт ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины в области акустико-эмиссионного контроля

Репозитарії

Схожі ресурси