Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Diagnostika metodou akustické emise
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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).

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.

Další články

Měření ve strojírenství
Metrologie/ kontrola jakosti

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: