Témata
Reklama

Diagnostika metodou akustické emise

Jednou z moderních defektoskopických metod, zařazených do skupiny nedestruktivních zkoušek, je technika snímání tzv. akustické emise. Tato metoda je založena na snímání elastického vlnění, které vzniká v důsledku dynamických procesů objevujících se v materiálu při jeho zatěžování vnitřními nebo vnějšími silami.

Stále náročnější požadavky na kvalitu technických výrobků nutí celou výrobní sféru k hledání nejen nových konstrukčních a výrobních postupů, ale zcela samozřejmě se odrážejí i v nebývalém důrazu na zajištění spolehlivosti produkce, a tedy i na její kontrolu jak v průběhu výroby, tak velmi často i během celé doby životnosti součásti či konstrukce.
V kontrole a řízení jakosti výroby hraje zcela nezastupitelnou úlohu nedestruktivní kontrola. Z původního oboru, který zpočátku využíval v podstatě čtyři základní metody - prozařování, ultrazvuk, kapilární a magnetické metody -, se v poslední čtvrtině 20. století stal rozsáhlý obor s aplikacemi nejnovějších poznatků vědy a techniky. Zavádějí se nové metody zkoušení - neutronová radiografie, termografické metody, holografické zobrazovací systémy, metody magnetické rezonance, tomografie aj. Jsou zdokonalovány metody a systémy vyhodnocování, zejména s využitím výpočetní techniky. Jednou z velmi rychle se rozvíjejících metod, zařazených do skupiny nedestruktivních zkoušek, je technika snímání tzv. akustické emise (AE).
Reklama
Reklama

Princip metody

Technika AE patří mezi nejmodernější metody testování materiálů a konstrukcí. Metoda je založena na snímání elastického vlnění, které vzniká v důsledku dynamických procesů objevujících se v materiálu při jeho zatěžování vnitřními nebo vnějšími silami. Technika AE umožňuje sledovat kumulaci poškození, průběh plastické deformace, iniciaci a šíření trhlin, různé fázové transformace, korozní děje, ale i např. proudění tekutin apod. Vzniklé mechanické vlnění je snímáno na povrchu sledovaných vzorků a konstrukcí pomocí různých typů snímačů AE, v nichž je transformováno na elektrický signál. Běžná zařízení pro sledování AE využívají piezoelektrické snímače, které pracují v oblasti od 100 kHz až do cca 2 MHz. Tyto měniče snímají povrchové vlny a společně s různými zesilovači a filtry vytvářejí elektrický signál, který je nositelem informací o dějích probíhajících v zatěžovaném materiálu. Takto vytvořený signál je zpracován prahovým a amplitudovým analyzátorem, případně pomocí speciálních karet je vyhodnocen přímo v PC.
Emisní události odpovídá silně tlumený soubor kmitů sinusového tvaru. Tento soubor se nazývá emisní událost (event). Při zpracování signálu se vyhodnocuje buď počet těchto událostí, nebo počet překmitů, jejichž amplituda překročila předem nastavenou prahovou úroveň zařízení (counts). Často používaným kritériem je časová četnost těchto eventů nebo countů. Z tvaru signálu je možno usuzovat na strukturu zdroje AE. Frekvenční spektrum definuje podstatu zdroje AE. Četnost signálů AE dává informaci o rychlosti vzniku porušení. Další charakteristiky je možné získat ze stupně deformace tvaru signálu, amplitudové distribuce signálů, kvadratické úrovně detekovaného signálu, případně trendů signálu atd. Velmi zjednodušeně je možno rozdělit signál AE na dva základní typy: spojitou AE a nespojitou AE. Zdrojem spojitého signálu mohou být např. technologické šumy při provozu zařízení, únik médií ze sledovaného systému, mechanismy při plastické deformaci apod. Nespojitý signál může být např. projevem vzniku trhlin, probíhajících korozních jevů apod.

Praktické využití techniky AE

S postupným rozvojem možností snímací a výpočetní techniky a zejména se sofistikovaným zpracováním signálu se technika AE stále více využívá pro hodnocení nejrůznějších materiálových charakteristik. Využití AE je vhodné např. v oblasti základního výzkumu mechanických vlastností konstrukčních materiálů jako jedné z jedinečných metod identifikace rozvoje plastické deformace, napěťově indukované fázové transformace a iniciace trhlin. Aplikace je účelná zejména pro netradiční materiály, kde jiné metody zjevně neposkytují uspokojivé výsledky, např. pro duplexní a austenitické oceli, zhouževnatělé keramiky, polymerní kompozity atd. Akustická emise umožňuje sledování defektů s citlivostí téměř nedosažitelnou jinými metodami. Za dolní hranici velikosti detekovatelné poruchy se obvykle považují parametry krystalové mřížky materiálu.
Je zřejmé, že akustická emise je dynamická nedestruktivní metoda zkoušení, která je schopna registrovat pouze aktivní defekty, tedy ty, které jsou pro životnost konstrukce zvláště nebezpečné. Základním úkolem průmyslových systémů kontroly konstrukcí pomocí metody AE jsou zjištění, klasifikace a lokalizace emisních zdrojů. Velmi významnou výhodou AE je, že se jedná o metodu integrální, která při využití vhodně rozmístěných snímačů umožňuje provádět najednou inspekci velkých a složitých konstrukcí. Ve většině případů se pro další bližší klasifikaci nalezených aktivních a kriticky aktivních zdrojů AE využívají další metody nedestruktivního zkoušení. Těmito metodami se však sledují již jen oblasti vytypované akustickou emisí.
Po rychlém rozšiřování metody AE do nových aplikačních oblastí (zejména v laboratorních podmínkách) v 70. letech přešla metoda v letech osmdesátých do stadia metody běžně používané pro monitorování stavu některých náročných konstrukcí. Vedle základního výzkumu v oblasti lomové mechaniky a mechanických, korozních a jiných vlastností materiálu je metoda široce využívána při provozních zkouškách tlakových nádob, monitorování stavu jaderných zařízení, zjišťování úniků různých médií, dále v oblasti letecké techniky i při sledování dodržení technologických postupů (obrábění, tváření, svařování). Objevují se i možnosti kontinuální diagnostiky stavu opotřebení ložisek, převodových mechanismů apod. Samostatnou oblast již tvoří aplikace ve stavebnictví a geologickém inženýrství. Značnou výhodou metody AE je možnost její aplikace při běžném provozu hodnoceného zařízení, čímž dochází k výrazným ekonomickým úsporám.

Stav v naší zemi

V bývalém Československu se rozvoji metody AE věnovala zejména pracoviště akademie věd a později i některých vysokých škol. Počáteční práce vznikly již v polovině 60. let 20. století. Byla dosažena řada úspěchů jak při vývoji přístrojového vybavení, tak při praktických aplikacích metody. Postupně se však začalo projevovat určité zaostávání, které bylo způsobeno především nedůvěrou odpovědných pracovníků k možnostem praktické aplikace. Nicméně ve světě se metoda dále rychle vyvíjela a stávala se zcela plnohodnotnou diagnostickou metodou. V souladu s rozšiřujícími se potřebami aplikační oblasti byly vytvořeny i nezbytné standardy, které umožnily certifikaci metody.
V současné ČR existuje řada univerzitních i akademických pracovišť, na nichž je metoda AE dále úspěšně rozvíjena a existuje i několik komerčních společností, které se věnují praktickým aplikacím, zejména v oblasti energetiky a zkoušení tlakových nádob. Při porovnání se sousedními vyspělými státy (zejména Německem a Rakouskem) je však stále zřejmé určité zaostávání při praktické aplikaci, na kterém se podepisuje především velmi omezená znalost metody a jejich předností mezi nejperspektivnějšími uživateli, jakými jsou velké elektrárenské a plynárenské společnosti, chemické továrny, výrobci a uživatelé kotlů, tlakových nádob, nejrůznějších zásobníků apod.
Výzkumní pracovníci i odborníci z praxe, kteří se technikou AE profesně zabývají, jsou sdruženi v jedné z odborných skupin České společnosti pro nedestruktivní testování (ČNDT). Tato skupina pořádá pravidelné odborné semináře, spolupracuje při úpravě standardů a podílí se i na přípravě certifikace metody AE v ČR, která bude v souladu s předpisy EU probíhat v nejbližších letech. Aktivita a výsledky našich odborníků i jejich organizační schopnosti nalezly mezinárodní ocenění v pověření uspořádáním nejvýznamnější odborné akce roku 2002 v oboru akustické emise, kterou bude již 25. mezinárodní konference a výstava European Working Group on Acoustic Emission (EWGAE), která se uskuteční ve dnech 11. až 13. září 2002 v Praze. Tato akce, která se koná jednou za dva roky pod záštitou Evropské skupiny pro akustickou emisi, by mohla znamenat významný impulz pro další rozšíření aplikace této metody v naši zemi. Další příležitostí pro seznámení odborné veřejnosti s možnostmi této techniky bude i letošní mezinárodní konference a výstava Defektoskopie 2002 v Liberci. Bližší informace o obou mezinárodních konferencích uvádíme v přehledu odborných setkání v rubrice Servis/kaleidoskop.
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 20640
Datum: 12. 06. 2002
Rubrika: Trendy / Měření
Autor:
Firmy
Související články
Měření v rámci celého výrobního řetězce

Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

Související články
Vylepšený triangulační snímač střední třídy

Laserové snímače optoNCDT 1750 měří posunutí, vzdálenost a polohu v mnoha průmyslových odvětvích, jako je například automatizační technika, výroba elektroniky, automobilový průmysl a strojní zařízení. Tento nový model zachovává kompaktnost a robustnost svého osvědčeného předchůdce ILD1700, ale významně zvyšuje maximální vzorkovací frekvenci, přesnost a rozlišení.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

Konfirmace měřidel

Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

Moderní metrologie pro kontrolu povrchu optiky

S vývojem tradiční sférické optiky se postupně celkově zvětšují její rozměry i hmotnost. S cílem zvýšit přesnost a zlepšit funkční vlastnosti se jednotlivé optické komponenty kombinují. Přitom v uplynulém období progresivní optické konstrukce využívaly asférickou a difrakční optiku k redukci počtu dílů sestavy. Jedna asférická nebo difrakční čočka může nahradit několik konvenčních sférických čoček, což umožní snížit hmotnost, cenu i potřebný prostor, ale především získat kompaktnější a výkonnější optický systém.

Multisenzorová technologie a počítačová tomografie

Výběr vhodného měřicího přístroje pro účely rozměrové kontroly je velmi důležitý. Běžný přístup je takový, že daná aplikace určí vhodný typ senzoru. Pro správné rozhodnutí potřebuje vzít uživatel v úvahu několik aspektů.

Vyšší kvalita kontroly textury a tvaru povrchu

Vývoj měřicí techniky pro kontrolu jakosti povrchu sledující zvýšení technologické úrovně a rozsahu měřených vlastností se v poslední době soustřeďuje na zjednodušení seřizování a obsluhy přístrojů, tedy praktické zvýšení jejich využitelnosti ve velkosériové výrobě.

Snímač polohy do drsného prostředí

Podobně jako Yeti, vyznačuje se i nový lineární snímač LMA nenápadností a schopností odolávat nejdrsnějším podmínkám. Ne trh je uváděn odolný snímač polohy, který bez bez problému přežije olej, prach, vibrace i zasypání pilinami.

Měření a kontrola zlomení nástroje

Společnost Blum Novotest uvádí na trh vylepšenou verzi sond Z-nano s extrémně kompaktním měřicím systémem pro měření délky a kontrolu zlomení nástroje na vertikálních i horizontálních obráběcích centrech.

Bezkontaktní měření vzdálenosti

V oblasti přesného měření vzdálenosti rychle roste využití bezkontaktních technologií. To je způsobeno mnoha faktory, z nichž těmi hlavními jsou, že zákazníci potřebují měřit mnohem přesněji (s rozlišením v řádu mikrometrů nebo dokonce nanometrů) a je třeba měřit proti obtížným povrchům nebo povrchům, kterých se nelze během procesu měření dotknout což jsou například křemík, sklo, plasty, miniaturní elektronické součástky, lékařské komponenty a také potraviny.

Nové možnosti měření textury a tvaru povrchu

Technické parametry a možnosti kontroly nově vyvinutých měřicích přístrojů nelze vždy považovat za finální a neměnné. Pokud se měřicí přístroje v  praxi uživatelů osvědčí, výrobce se vesměs logicky zaměří na jejich zdokonalování. Dalším vývojem sleduje zlepšení a rozšíření jejich aplikačních možností. Praktický příklad uvedeného postupu představují i nové možnosti aplikace řady měřicích přístrojů Talyrond 5xx, firmy Taylor Hobson.

Absolutní snímač pro každou příležitost

Yeti se stal legendou. Slyšel o něm snad každý z nás. Spojuje schopnost existence v nejdrsnějších podmínkách se schopnosti unikat pozornosti.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit