Акустико-эмиссионная диагностика

Акустическая эмиссия - это мощное техническое средство неразрушающего тестирования и оценки материалов. Оно основано на обнаружении упругих волн, генерируемых внезапной деформацией напряженного материала.

Эти волны распространяются от источника к датчику (датчикам), где они преобразуются в электрические сигналы. Приборы АЭ измеряют эти сигналы и отображают данные, на основе которых оператор оценивает состояние и поведение структуры под напряжением.

Традиционные методы неразрушающего контроля (такие, как ультразвуковой, радиационный, токовихревой) обнаруживают геометрические неоднородности путем излучения в исследуемую структуру некоторой формы энергии.

Акустическая эмиссия использует другой подход: она обнаруживает микроскопические движения, а не геометрические неоднородности. Рост трещины, разлом включения и утечка жидкости или газа - вот примеры из сотен процессов, производящих акустическую эмиссию, которая может быть обнаружена и эффективно исследована с помощью этой технологии.

С точки зрения АЭ растущий дефект производит свой собственный сигнал, который проходит метры, а иногда и десятки метров, пока не достигнет датчиков. Дефект не только может быть обнаружен дистанционно; часто представляется возможным найти его местоположение путем обработки разницы времен прихода волн к различным датчикам.

Преимущества метода АЭ контроля:

1. Обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.

2. В производственных условиях метод АЭ позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра.

3. Свойство интегральности метода АЭ обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ, неподвижно установленных на поверхности объекта за один раз.

4. Положение и ориентация дефекта не влияет на выявляемость дефектов.

5. Метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.

6. Контроль зон недоступных для других методов (тепло- и гидроизоляция, конструктивные особенности).

7. Предотвращение катастрофических разрушений конструкций при испытаниях и эксплуатации за счет оценки скорости развития дефектов.

8. Определение мест течей.

Радиоционный метод диагностики

Радиационные методы контроля относятся к одному из видов неразрушающего контроля. Неразрушающий контроль — это совокупность методов и средств проверки качества выпускаемой продукции, в основу которых положено то или иное явление.

При разрушающих методах испытаний проводят выборочный контроль (например, по вырезанным образцам) серии однотипной продукции и статистически оценивают ее качества, не устанавливая качества каждого конкретного изделия, В то же время к некоторой продукции предъявляются высокие требования по качеству, вызывающие необходимость проведения сплошного контроля. Такой контроль обеспечивается методами неразрушающего контроля, которые в основном поддаются автоматизации и механизации.

Качество продукции определяется согласно ГОСТ 15467-79 совокупностью свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Это емкое и обширное понятие, на которое оказывает влияние многообразие технологических и конструктив­но-эксплуатационных факторов. Для объективного анализа качества продукции и управления им привлекают не только комплекс методов неразрушающего контроля, но и разрушающие 'испытания, и разные проверки и контроль на различных этапах изготовления продукции. Для ответственных изделий, рассчитанных с минимальным запасом прочности и эксплуатируемых в тяжелых условиях, применяют 100%-ный неразрушающий контроль.

Под радиационным не разрушающим контролем понимается вид неразруша­ющего контроля, основанный на регистрации и анализе проникающего ионизиру­ющего излучения после взаимодействия с контролируемым объектом. В основе радиационных методов контроля лежит получение дефектоскопической информации об объекте с помощью ионизирующего излучения, прохождение которого через вещество сопровождается ионизацией атомов и молекул среды. Результаты контроля определяются природой и свойствами используемого ионизирующе­го излучения, физико-техническими характеристиками контролируемого объекта, типом и свойствами детектора (регистратора), технологией контроля и квалификацией дефектоскопистов.

Различают непосредственно и косвенно ионизирующие излучения. Непосред­ственно ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из за­ряженных частиц (электроны, протоны, а частицы и др.), обладающие достаточной кинетической энергией для того, чтобы при столкновении ионизировать среду. Косвенно ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из фотонов, нейтронов или других незаряженных частиц, которые могут созда­вать непосредственно ионизирующее излучение (или) и вызывать ядерные превращения.

В качестве детекторов в радиационных методах применяют рентгенографические пленки, полупроводниковые газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, ионизационные камеры и др.

Назначение методов

Радиационные методы дефектоскопического контроля предназначены для обнаружения макроскопических нарушений сплошности материала контролируемых дефектов, возникающих при изготовлении (трещины, пористость, раковины и др.). для определения внутренней геометрии деталей, узлов и агрегатов (разностенность и отклонения формы внутренних контуров от заданных по чертежу в деталях с закрытыми полостями, неправильная сборка узлов, зазоры, неплотные прилегания в соединениях и т. п.). Радиационные методы используют также для выявления дефектов, появившихся в процессе эксплуатации: трещин, коррозии внутренней поверхности и др.

В зависимости от способа получения первичной информации различают ра­диографический, радиоскопический, радиометрический контроль и метод регист­рации 'вторичных электронов. В соответствии с ГОСТ 18353-79 и ГОСТ 24034-80 эти методы определяются следующим образом.

Под радиографическим понимают метод радиационного контроля, основанный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок или записи этого изображения на запоминающем устройстве с последующим преобразованием в спстопос изображение. Радиографический снимок представляет собой распределение плотности почернения (или цвета) на рентгеновской пленке и фотопленке, коэффициента отражения света на ксерографическом снимке и т. д., соответствующее радиационному изображению контролируемого объекта. В зависимости от типа используемого детектора различают собственно радиографию - регистрацию теневой проекции объекта на рентгеновскую пленку - и электрорадиографию. Если в качестве детектора используется цветной фотоматериал, т. е. градации радиационного изображения воспроизводятся в виде градации цвета, то говорят о цветовой радиографии.

Под радиоскопическим понимают метод радиационного контроля, основанный на преобразовании радиационного изображения контролиру­емого объекта в световое изображение на выходном экране радиационно-оптического преобразователя, причем полученное изображение анализируют в про­цессе контроля. При использовании в качестве радиационно-оптического преоб­разователя флюоресцентного экрана или в замкнутой телевизионной системе цветного монитора различают флуороскопию или цветовую радиоскопию. В качестве источников излучения в основном используют рентгеновские аппараты, реже ускорители и радиоактивные источники.

Радиометрический метод основан на измерении одного или не­скольких параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с контролируемым объектом. В зависимости от вида используемых детекторов ионизирующих излучений различают сцинтилляционный и ионизационный методы радиационного контроля. В качестве источников излучения в основном находят применение радиоактивные источники и ускорители, а в системах толщинометрии используются также рентгеновские аппараты.

Различают также метод вторичных электронов, когда регистрируется поток высокоэнергетических вторичных электронов образованного в результате взаимо-(ействия проникающего излучения с контролируемым объектом (см. под-назд. 11.4).

По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом различают методы прошедшего излучения, рассеянного излучения, активационного анализа, характеристического излучения, автоэмиссионный. Методами про­шедшего излучения являются практически все классические методы рентгено- и 1амма-дефектоскопии и толщинометрии, когда различными детекторами регистри­руется излучение, прошедшее через контролируемый объект, т. е. полезную ин­формацию о контролируемом параметре несет, в частности, степень ослабления ин­тенсивности излучения. Примером метода рассеянного излучения может служить измерение толщины покрытий по регистрации обратно рассеянного потока |3-час-гиц (см. подразд. 11.6).

Метод активационного анализа основан на анализе ионизирующего излуче­ния, источником которого является наведенная радиоактивность контролируемого объекта, возникшая в результате воздействия на него первичного ионизирующе­го излучения. Наведенная активность в анализируемом образце создается нейтро­нами, фотонами или заряженными частицами. По данным измерения наведенной активности определяют содержание элементов в различных веществах.

В промышленности, при поисках и разведке полезных ископаемых находят применение методы нейтронно- и гамма-активационного анализа. При нейтронно-активационном анализе в качестве источников первичного излучения широкое распространение получили радиоактивные источники нейтронов, генераторы ней­тронов, подкритические сборки, реже— ядерные реакторы и ускорители заряжен­ных частиц. В гамма-активационном анализе используются всевозможные уско­рители электронов (линейные ускорители, бетатроны, микротроны), позволяю­щие проводить высокочувствительный элементный анализ образцов горных пород и руд, биологических объектов, продуктов технологической переработки сырья, веществ высокой чистоты, делящихся материалов.

К методам характеристического излучения относятся методы рентгенорадио-метрического (адсорбционный и флуоресцентный) анализа. По своей сущности ^тот метод близок классическому рентгеноспектральному и основан на возбуж­дении атомов определяемых элементов первичным излучением от радионуклида и последующей регистрации характеристического излучения возбужденных ато­мов. Рентгенорадиометрический метод в сравнении с рентгеноспектральным име­ет более низкую чувствительность. Но благодаря простоте и транспортабельности аппаратуры, возможностям автоматизации технологических процессов и исполь-швания моноэнергетических источников излучения рентгенорадиометрический метод нашел широкое применение при массовом экспресс-анализе технологиче­ских или геологических проб; анализе в естественном залегании с использовани­ем переносных приборов; автоматическом контроле технологических сред на потоке. К методу характеристического излучения относят также методы рентге-поспектрального и рентгенорадиометрического измерения толщины покрытий, реализованные в соответствующих толщиномерах (см. подразд. 11.6).

Автоэмиссионный метод неразрушающего радиационного контроля основан па генерации ионизирующего излучения веществом контролируемого объекта без п<тивации его в процессе контроля. Сущность его заключается в том, что при помощи внешнего электрода с высоким потенциалом (электрическое поле напря­женностью порядка 106 В/см) с металлической поверхности контролируемого объ­екта можно вызвать автоэлектронную эмиссию, ток которой измеряется. Таким образом можно.контролировать качество подготовки поверхности, наличие на ней /Кировых загрязнений, окисных пленок.

Радиационные методы можно классифицировать по видам используемых ионизирующих изл>чений: рентгеновские (рентгеновские аппараты, ускорители ■пряженных частиц, радиоактивные источники тормозного излучения), гамма (радиоактивные источники,уизлучения), нейтронные (ядерные реакторы, радио-1ктивные источники нейтронов, генераторы). Тип применяемого источника излу­чения во многом определяет возможности и область применения метода. На-
пример, различают рентгенографию, гаммаграфию, бетатронографию, нейтроно­графию, (^-радиографию, а-радиографию.

Аппаратура радиационного контроля, создаваемая на базе агрегатного ком­плекса средств неразрушающего контроля (АСНК), классифицируется согласно пятизначному коду, составляющему сокращенное ее обозначение. Первым индекс обозначения определяет метод НК; второй — название прибора по его назначе­нию (Д — дефектоскоп, Т—толщиномер и т. д.); третий — номер базовой моде­ли; четвертый — порядковый номер модификации базовой модели; пятый* — дополнительные признаки метода и аппаратуры в соотнекчиип с системой обо­значения, приведенной в табл. 1.2.

 

Заключение

Надежность и бесперебойность работы силовых электротехнических комплексов и систем во многом определяется работой элементов составляющих их, и в первую очередь: силовых трансформаторов, обеспечивающих согласование комплекса с системой и преобразование ряда параметров электроэнергии в требуемые величины для дальнейшего ее использования. Одним из перспективных направлений повышения эффективности функционирования электротехнического маслонаполненного оборудования является совершенствование системы технического обслуживания и ремонтов электрооборудования. В настоящее время кардинальным путем снижения объемов и стоимости технического обслуживания электрооборудования, численности обслуживающего и ремонтного персонала осуществляется переходом от предупредительного принципа и жесткой регламентации ремонтного цикла и периодичности проведения ремонтов к обслуживанию на основе нормативов планово -предупредительных ремонтов. Разработана концепция эксплуатации электротехнического оборудования по техническому состоянию путем более глубокого подхода назначению периодичности и объемов технических обслуживании и ремонтов по результатам диагностических обследований и мониторинга электротехнического оборудования в целом и маслонаполненного трансформаторного оборудования в частности как неотъемлемого элемента любой электротехнической системы.

При переходе к системе ремонтов по техническому состоянию качественно изменяются требования к системе диагностирования электрооборудования, при которой главной задачей диагностирования становится прогноз технического состояния на относительно длительный период. Решение такой задачи не является тривиальным и возможно только при комплексном подходе к совершенствованию методов, средств, алгоритмов и организационно-технических форм диагностирования.

Анализ опыта применения автоматизированных систем мониторинга и диагностики в России и за рубежом, позволил сформулировать ряд задач, которые должны быть решены для получения максимального эффекта при внедрении систем online-мониторинга и диагностики на объектах:

1. Оснащение подстанций средствами непрерывного контроля (мониторинга) и диагностики состояния основного оборудования следует проводить комплексно, создавая единые проекты автоматизации подстанций, в которых вопросы управления, регулирования, защиты и диагностики состояния оборудования будут решаться взаимосвязано.

2. При выборе номенклатуры и количества непрерывно контролируемых параметров основным критерием должно быть обеспечение приемлемого уровня риска эксплуатации каждого конкретного аппарата. В соответствии с этим критерием наиболее полным контролем в первую очередь должно охватываться оборудование, работающее за пределами нормативного срока службы. Затраты на оснащение средствами непрерывного контроля оборудования, выработавшего нормированный срок службы, должны быть выше, чем нового оборудования с более высокими показателями надежности.

3. Необходима разработка принципов технически и экономически обоснованного распределения задач между отдельными подсистемами АСУ ТП. Для успешного решения задачи создания полностью автоматизированных подстанций для всех видов оборудования должны быть разработаны критерии, представляющие собой формализованные физико-математические описания исправного, дефектного, аварийного и других состояний аппаратов как функции результатов мониторинга параметров их функциональных подсистем.