Дипломная работа или дипломный проект На тему «Лазерная установка возбуждения упругих ультразвуковых волн»

Скачать 1.15 Mb.

Название	Дипломная работа или дипломный проект На тему «Лазерная установка возбуждения упругих ультразвуковых волн»
страница	2/10
Тип	Диплом

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Диплом

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Глава 1. Теория неразрушающего контроля

1.1. Общая характеристика методов и средств неразрушающего контроля

Неразрушающий контроль и диагностика – начинающие и определяющие составные части проблемы безопасности. Контроль обозначает проверку соответствия параметров объекта установленным техническим требованиям (ТУ), а неразрушающие методы контроля не должны нарушать пригодность объекта к применению. Несоответствие продукции установленным требованиям является дефектом, для обнаружения и поиска которого используются теория, методы и средства технической диагностики. Неразрушающий контроль – это процесс определения признаков, параметров или показателей качества изделий без их разрушения или ухудшения свойств.

Обычно на практике под методом неразрушающего контроля (МНК) понимают методы, позволяющие выявлять скрытые от невооружённого глаза дефекты без изменения качества, параметров и характеристик изделий. Совокупность таких методов иногда называют интроскопией, т.е. внутренним наблюдением.

К настоящему времени разработано большое количество МНК, основанных на использовании указанных диапазонов волн. Акустические, Акустико–эмиссионные, Вибрационные, Вихретоковые, Капиллярные (проникающими веществами), Магнитные, Оптические (визуальные), Радиоволновые, Радиационные, Тепловые (инфракрасные), Электронно-оптические, Электрические, Электромагнитные. Существуют и другие методы НК. Каждый из указанных МНК основывается на использовании отдельных явлений, проявляющихся в определённом диапазоне волн.

Неразрушающий контроль (НК) – контроль свойств и параметров объекта, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к использованию и эксплуатации.

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: во-первых, источником сигнала служит сам материал, а не внешний источник, т.е. метод является пассивным (а не активным, как большинство других методов контроля). Во-вторых, в отличие от других методов, акустистико-эмиссионный обнаруживает движение дефекта, а не статические неоднородности, связанные с наличием дефектов, т.е. метод акустической эмиссии обнаруживает развивающиеся, а потому наиболее опасные дефекты.

Рост трещины, разлом включения, расслоения, коррозия, трение, водородное охрупчивание, утечка жидкости или газа и т.п. – это примеры процессов, производящих акустическую эмиссию, которая может быть обнаружена и эффективно исследована с помощью этой технологии.

На рисунке 1 приведена иллюстрация, поясняющая метод акустико-эмисиионного контроля.

метод контроля акустической эмиссии

Рис. 1. Метод АЭ контроля
При обнаружении сигнала на 1-м и 2-м приёмниках, регистрируется время прихода сигнала t1 и t2 соответственно. По зарегистрированным t1 и t2 определяется разность времени прихода сигнала ∆t = t2 – t1. Затем по известной скорости звука в материале и известным координатам приёмников вычисляются координаты источника акустической эмиссии (дефекта). Схемы расположения преобразователей и их количество могут быть различными. Чем больше датчиков, тем более точно можно определить местонахождение дефекта.

Метод контроля акустической эмиссией обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам – позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей миллиметра. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1х10-6 мм2, что соответствует выявлению увеличения длины трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм.

В качестве имитатора сигналов акустической эмиссии рекомендуется использовать пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами от генератора. Частотный диапазон имитационного импульса должен соответствовать частотному диапазону системы контроля

1.2. Классификация методов неразрушающего контроля (НК)

К средствам неразрушающего контроля (НК) относится контрольно–измерительная аппаратура (КИА), в которой используют проникающие поля, излучения и вещества для получения информации о качестве исследуемых материалов и объектов. НК подразделяют на девять видов:

Магнитный, электрический, вихретоковый, радиоволновой, тепловой, оптический, радиационный, акустический и проникающими веществами. [40] Каждый вид НК осуществляют методами, которые классифицируют по следующим трём признакам:

– характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом;

– первичным информативным параметрам;

– способам получения первичной информации.

1.1.1 Обоснование выбранного исследования метода НК

В последнее время стало происходить всё большее количество аварий и катастроф, связанных с критическим уровнем износа оборудования. Решение задачи оценки качества требует проведения большого числа метрологических процедур, наиболее важными из которых являются процедуры неразрушающего контроля (НК). Появление современных крупномасштабных объектов – атомных электростанций, терминалов со сжиженным газом, морских буровых установок, больших химических комбинатов, крупных авиалайнеров – привело наряду с экономическими выгодами к большим негативным последствиям в случае выхода их из строя. Человечество не может отказаться от таких сооружений, но оно может предотвратить катастрофы или уменьшить их последствия путём эффективного использования методов и средств неразрушающего контроля и технической диагностики.

1.1.2. Основные положения о теории акустической эмиссии (АЭ)

Акустическая эмиссия (АЭ) в соответствии с ГОСТ 27655-88 – это испускание объектом контроля (испытаний) акустических волн. [4] Т.е., под АЭ понимается пропускание материалом упругих волн, вызванное динамической локальной перестройкой его структуры. Можно сказать, что АЭ – это излучение УЗК из-за освобождения внутренней энергии материалом изделия при образовании и развитии в нём микродефектов (трещин, скоплений дислокаций), а также при изменении структуры материала (закалки, отжига, радиационных воздействий и др.) Основными источниками АЭ является пластическая деформация и рост трещин. .

Для создания АЭ к изделию обычно прикладывают статическое, динамическое или импульсное механическое воздействие. Такие явления, как возникновение и развитие трещин под влиянием внешней нагрузки, аллотропические превращения при нагреве или охлаждении, движение скоплений дислокаций – наиболее характерные источники акустической эмиссии. Колебания распространяются от источника излучения к датчику (датчикам), где они преобразуются в электрические сигналы. АЭ приборы регистрируют эти сигналы и отображают данные на экране в виде осциллограмм, локаций, цифровых индикаций, на основе которых оператор может оценить состояние и поведение структуры материала под напряжением, обнаружить и определить местонахождение дефектов в исследуемых объектах. [46]

Простейший тип волны от акустико-эмиссионного источника представлен на рисунке 2. По существу это импульс напряжения, соответствующий смещению поверхности материала.

простейшая волна акустической эмисии, возникающая в источнике

простейшая волна акустической эмисии, возникающая в источнике

Рис. 2. Простейшая волна АЭ возникающая в источнике

Волновое смещение представляет собой функцию близкую к ступенчатой. Напряжение, соответствующее смещению, имеет форму импульса, ширина и высота которого зависят от динамики процесса излучения. Импульсы таких источников как проскок микротрещины или разрушение осажденных фракций имеют малую длительность (порядка микросекунд или долей микросекунд). Амплитуда и энергия первоначального импульса акустической эмиссии может меняться в широком диапазоне в зависимости от типа источника акустической эмиссии. Зародившаяся волна (импульс) распространяется от источника во всех направлениях, при этом распространение в соответствии с природой источника может носить ярко выраженный анизотропный характер (т.е. зависимость скорости распространения от направления).

Форма первоначальной волны претерпевает существенные изменения при распространении в среде материала и при преобразовании датчиком, поэтому сигнал, пришедший с датчика, весьма отдаленно напоминает исходный сигнал от источника. На рисунке 3 приведён типичный сигнал эмиссии.

типичный импульсный сигнал акустической эмисии

типичный импульсный сигнал акустической эмисии

Рис. 3 Типичный импульсный сигнал АЭ

Такое изменение формы акустико-эмисиионного сигнала является важной проблемой, с которой приходится сталкиваться как при исследованиях функции источника, так и при решении практических задач неразрушающего контроля. Те исследователи, которые стремятся определить первоначальную форму сигнала, используют широкополосные датчики и производят подробный анализ начальной части зарегистрированного сигнала. Это важный, но вместе с тем очень непростой способ исследования, т.к. обработка одного сигнала может занимать длительное время. В связи с этим многие исследователи в области испытания материалов и неразрушающего контроля в большей степени заинтересованы в получении статистических оценок параметров акустической эмисии, чем в подробном изучении характеристик отдельных источников эмиссии. Они используют узкополосную аппаратуру, позволяющую измерять лишь некоторые параметры формы сигналов, но одновременно с этим – регистрировать большие потоки сигналов (сотни сигналов в секунду).

1.3. Виды акустической эмиссии (АЭ)

В зависимости от физического источника принято разделять явления АЭ на следующие виды:

1. Акустическая эмиссия материала – акустическая эмиссия, вызванная локальной динамической перестройкой структуры материала.

2. Акустическая эмиссия утечки – акустическая эмиссия, вызванная гидродинамическим и (или) аэродинамическим явлениями при протекании жидкости или газа через сквозную несплошность объекта испытаний.

3. Акустическая эмиссия трения – акустическая эмиссия, вызванная трением поверхностей твёрдых тел.

4. Акустическая эмиссия при фазовых превращениях – акустическая эмиссия, связанная с фазовыми превращениями в веществах и материалах.

5. Магнитная акустическая эмиссия – акустическая эмиссия, связанная с излучением звуковых волн при перемагничивании материалов.

6. Акустическая эмиссия радиационного взаимодействия – акустическая эмиссия, возникающая в результате нелинейного взаимодействия излучения с веществами и материалами.

7. Акустическая эмиссия при химических и электрохимических реакциях – акустическая эмиссия, возникающая в результате протекания химических и электрохимических реакций, включая разнообразные коррозионные процессы. [45]

1.3.1. Виды акустических методов (пассивные, активные)

Любые акустические методы основаны на анализе характера измерения параметров упругих колебаний, возбуждаемом в контролируемом изделии. Их делят на две большие группы – активные и пассивные методы. Активные методы основаны на излучении и приёме упругих волн, пассивные – только на приёме волн, источником которых служит сам контролируемый объект.
Активные методы делят на методы прохождения, отражения, комбинированные (использующие как прохождение, так и отражение), импедансные и методы собственных частот.

Методы прохождения используют излучающие и приёмные преобразователи расположенные по разные или по одну сторону от контролируемого изделия. Используются для обнаружения несплошностей.

Методы отражения используют импульсное излучение, и применяют как один, так и два преобразователя (приёмо-анализирующее устройство) в котором определяется поверхностная или внутренняя структура объекта. Решают задачи дефектоскопии.

Комбинированные т.е. использующие как прохождение, так и отражение акустических волн, применяются при контроле соединения в многослойных конструкциях и изделий из слоистых пластиков.

Импедансные, которые используют зависимость импедансов (отношение комплексных амплитуд звукового давления и объёмной колебательной скорости частиц среды) изделий при их упругих колебаниях от параметров этих изделий и наличия в них дефектов. Применяются для контроля твёрдости.

Методы собственных частот основаны на измерении спектров колебаний контролируемых объектов. По резонансным частотам определяют толщину стенки изделия и наличия в нём дефектов.

Все активные акустические методы позволяют выявить статические дефекты. К числу статических дефектов можно отнести: различные неоднородности материала из которого сделано изделие, дефекты из-за коррозии, плохое качество пайки, сварки, склейки, расслоения и др. А также активными методами можно определить толщину (размеры) изделия и оценивать структуру материала изделия.
Пассивные акустические методы основаны на анализе упругих колебаний волн, возникающих в самом контролируемом объекте. Контактирующие с изделием пьезопреобразователи принимают упругие волны и позволяют установить место их источника (дефекта). Наиболее характерным пассивным методом является акустико-эмиссионный метод изображенный на рисунке № 1.1. [41]

Пассивные акустические методы делятся на вибрационно– и шумо–диагностические. При вибрационном анализируют параметры вибрации какой либо отдельной детали, с помощью приёмников контактного типа. А при шумо-диагностическом изучают спектр шумов работающего механизма с помощью микрофонных приёмников.

Рис. 1.1 Метод контроля – акустико-эмиссионный.
1 – объект контроля;

2 – приёмник;

3 – усилитель;

4 – блок обработки информации с индикатором

Характерными особенностями метода АЭ контроля, определяющими его

возможности и область применения, являются следующие:

– метод АЭ контроля обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;

– метод АЭ контроля обладает весьма высокой чувствительностью к растущим дефектам – позволяет выявить в рабочих условиях приращение трещины порядка долей миллиметров Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1:10. [2]

1.3.2 Физическая основа АЭ. Основные источники АЭ

Физической основой метода АЭ является акустическое излучение во время пластической деформации твёрдых сред при развитии дефектов, трещин, прохождении жидких и газообразных веществ через узкие отверстия – сквозные дефекты. Метод АЭ контроля основан на обнаружении, регистрации и анализе упругих колебаний, возникающих при пластической деформации твёрдых сред, развитии дефектов (трещины, микротрещины, расслоения, коррозия, водородное охрупчивание и т.п.), трении, утечки. Эти процессы неизбежно порождают волны, регистрируя которые, можно судить о протекании процессов и их параметрах.
Суть физики процесса в следующем: все материалы находятся в состоянии «твёрдое тело» благодаря межатомным и межмолекулярным силам. Эти силы весьма велики, пока расстояние между атомами не превышает некоторого критического размера. Если участок материала растягивать (деформировать), то, естественно, межатомные расстояния изменяются, увеличиваются. Наконец, наступает момент, когда межатомные силы оказываются не в состоянии удерживать атомы, а, наоборот, стремятся оттолкнуть эти атомы друг от друга. Происходит разрыв связи. Аналогичные связи и силы имеются и у групп атомов. Прочности связей внутри тела очень сильно различаются. Прочность тела, по сути, определяется некоей среднестатистической величиной связей. При разрыве связи атомы не могут свободно разлететься в разные стороны – мешают соседи, которые будут пытаться вернуть «беглецов» на исходное место. В результате атомы в месте разрыва связи начинают колебаться относительно своего исходного положения. Эти колебания передаются соседним атомам. Рождается упругое колебание, в теле распространяется упругая волна. Процесс разрыва быстро затухает, поэтому упругое колебание имеет форму короткого импульса. Вот эти-то импульсы упругих колебаний и называют «акустической эмиссией» (АЭ). [51]
Источник АЭ – это область объекта испытаний, в которой происходит преобразование какого-либо вида энергии в механическую энергию акустической эмиссии. Основными источниками акустической эмиссии для целей диагностики и НК технического состояния промышленных объектов являются пластическая деформация и рост трещин.

1.4. Основные положения акустико – эмиссионного контроля

Согласно ГОСТу 23829-85 под акустико-эмиссионным методом понимают метод контроля (испытаний), основанный на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии. [2] Для получения сигнала АЭ объект обычно подвергают нагружению. Упругие колебания волн, возникают в самом контролируемом объекте, т.е. упругие волны излучаются самим материалом в результате внутренней динамической локальной перестройки его структуры. Контактирующие с изделием пьезопреобразователи принимают упругие волны и время прихода сигнала ti на i-й приемник(Рис 5). Полученный при этом сигнал взаимодействия подаётся на приёмно-анализирующее устройство, в котором проводится анализ сигнала взаимодействия по известной скорости звука в материале и известным координатам приёмников. Далее программой вычисляются наличие и координаты источника (дефекта).

Рис.5. Принцип определения координат дефектов.
1 – преобразователь АЭ (приемник 1);

2 – преобразователь АЭ (приемник 2);

3 – центральный блок сбора и обработки на базе индустриального компьютера;

4 – объект контроля;

t1 – время прихода сигнала на первый приемник;

t2 – время прихода сигнала на первый приемник.
В соответствии с правилами применения метода АЭ (ПБ-03-593-03)[11], данный метод обеспечивает выявление развивающихся дефектов, что даёт возможность формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки технического состояния объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект.

1.4.1. Общий принцип работы АЭ метода контроля

АЭ метод является весьма производительным и экономически эффективным средством неразрушающего контроля. Он основан на регистрации упругих волн, генерируемых при высвобождении энергии из области дефектов нагруженным материалом. Причинами возникновения акустических волн могут быть рост микро и макро дефектов, трение берегов трещин, течь, деформация и др.

Акустические волны с помощью установленных на поверхности контролируемого объекта приёмников преобразуются в электрические сигналы и регистрируются АЭ аппаратурой. Схема установки приёмников выбирается с учетом типа контролируемого оборудования, ослабления сигналов, уровня шумов, а расстояние между ними обычно составляет от одного до десятков метров. При проведении АЭ контроля для стимулирования акустической активности, как правило, необходимо варьировать режим нагружения испытуемого оборудования (увеличивать или уменьшать давление, температуру и т.п.). Акустико-эмиссионный метод позволяет диагностировать оборудование в рабочем режиме, производить контроль недоступных участков, выявлять развивающиеся дефекты, предотвращать разрушение при испытаниях на прочность.

1.5. Ультразвуковая дефектоскопия

Принцип работы

Звуковые волны не изменяют траектории движения в однородном материале. Отражение акустических волн происходит от раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Чем больше различаются акустические сопротивления, тем большая часть звуковых волн отражается от границы раздела сред. Так как включения в металле часто содержат воздух, имеющий на несколько порядков большее удельное акустическое сопротивление, чем сам металл, то отражение будет практически полное.

Разрешающая способность акустического исследования определяется длиной используемой звуковой волны. Это ограничение накладывается тем фактом, что при размере препятствия меньше четверти длины волны, волна от него практически не отражается. Это определяет использование высокочастотных колебаний — ультразвука. С другой стороны, при повышении частоты колебаний быстро растет их затухание, что ограничивает доступную глубину контроля. Для контроля металла наиболее часто используются частоты от 0.5 до 10 МГц.

Возбуждение и прием ультразвука

Существует несколько методов возбуждения ультразвуковых волн в исследуемом объекте. Наиболее распространенным является использование пьезоэлектрического эффекта. В этом случае излучение ультразвука производится с помощью преобразователя, который преобразует электрические колебания в акустические с помощью обратного пьезоэлектрического эффекта. Отраженные сигналы попавшие на пьезопластину из-за прямого пьезоэлектрического эффекта преобразуются в электрические, которые и регистрируются измерительными цепями.

Преимущества

Ультразвуковое исследование не разрушает и не повреждает исследуемый образец, что является его главным преимуществом. Возможно проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов. Кроме того можно выделить высокую скорость исследования при низкой стоимости и опасности для человека (по сравнению с рентгеновской дефектоскопией) и высокую мобильность ультразвукового дефектоскопа.

Недостатки

Использование пъезоэлектрических преобразователей требует подготовки поверхности для ввода ультразвука в металл, в частности создания шероховатости поверхности не ниже класса 5, в случае со сварными соединениям ещё и направления шероховатости (перпендикулярно шву). Ввиду большого акустического сопротивления воздуха, малейший воздушный зазор может стать неодолимой преградой для ультразвуковых колебаний. Для устранения воздушного зазора, на контролируемый участок изделия предварительно наносят контактные жидкости, такие как вода, масло, клейстер. При контроле вертикальных или сильно наклоненных поверхностей необходимо применять густые контактные жидкости с целью предотвращения их быстрого стекания.

Для контроля изделий с внешним диаметром менее 200мм, необходимо использовать преобразователи, с радиусом кривизны подошвы R, равным 0,9-1,1R радиуса контролируемого объекта, так называемые притертые преобразователи, которые в таком виде непригодны для контроля изделий с плоскими поверхностями.

Как правило ультразвуковая дефектоскопия не может дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, лишь о его отражательной способности в направлении приемника.

1.6. Особенности метода

1. Метод АЭ является комплексным методом исследования материалов и процессов технической диагностики и неразрушающего контроля природных и промышленных объектов.
2. Метод АЭ обеспечивает обнаружение и регистрацию ещё только развивающих,ся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам или каким либо другим второстепенным или косвенным признакам критической или катастрофической ситуации, а по степени их опасности для контролируемого объекта, их влияния на прочность объекта.

«Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям» [ГОСТ 15467-79]. В большинстве случаев в НК под дефектом подразумевают несплошность материала объекта. Однако опасными нужно считать только те несплошности, которые развиваются, увеличиваются в размерах и приводят в конце концов к разрушению. В противном случае имеют место значительные потери из-за перебраковки. Объект может выйти из строя не только в результате роста несплошностей, но также из-за изменения формы, потери устойчивости и ряда других причин. И в этих случаях АЭ также сигнализирует о развитии нежелательных процессов. Тем самым повышается надёжность эксплуатации оборудования. Указанное качество метода АЭ позволяет принципиально по-новому подходить к определению опасности дефекта. Данное свойство, являющееся одним из наиболее важных достоинств и преимуществ метода АЭ можно охарактеризовать как «адекватность» метода.[41]
3. Метод АЭ обладает высокой чувствительностью к растущим дефектам. Его чувствительность значительно превосходит чувствительность других методов. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры, по расчетным оценкам, составляет порядка 1·10^–⁶ мм², что соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм. В производственных условиях метод АЭ позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра.
4. Метод АЭ обладает свойством «интегральности», заключающимся в том, что, используя один или несколько преобразователей АЭ, установленных неподвижно на поверхности объекта, можно проконтролировать весь объект. Координаты дефектов определяются без сканирования поверхности объекта преобразователями. Следовательно, от состояния поверхности и качества её обработки не зависят выполнение контроля и его результаты. Свойство интегральности особенно полезно в случае, если доступ к поверхности контролируемого объекта затруднен или невозможен. Подобная ситуация характерна, например, для теплоизолированных трубопроводов и сосудов, объектов, размещённых под землёй, конструкций, работающих в сложных условиях: ракет, самолётов, атомных реакторов и многих других объектов.

5. Дистанционность метода АЭ, проявляется в том, что контроль можно производить при удалении оператора от контролируемого объекта. Поэтому контролю доступны такие протяжённые объекты, как магистральные трубопроводы, недоступные объекты и др.
6. Весьма полезной особенностью является возможность проведения АЭ контроля различных технологических процессов, процессов изменения свойств и состояния материалов в реальном времени. Например, контроль сварки в процессе её проведения даёт возможность оперативно осуществлять ремонт, не снимая изделия со стенда. Так, при электронно-лучевой сварке ремонт можно выполнять без разгерметизации камеры.
7. В отличие от большинства методов НК, для которых на выявляемость дефекта и достоверность контроля влияют не только размеры дефекта, но и его вид (плоскостной или объёмный), для метода АЭ форма, положение, ориентация дефекта не имеют существенного значения.
8. Метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы НК. Метод АЭ используют для контроля композиционных материалов, для которых применение других методов НК в ряде случаев затруднено или невозможно.
9. АЭ контроль и оценка технического состояния объекта производимые в реальном времени в процессе его работы, позволяют предотвратить катастрофическое разрушение контролируемого объекта.
10. Метод АЭ во многих случаях при контроле промышленных объектов имеет высокое, возможно даже максимальное отношение эффективность/стоимость в области НК и диагностики.

1.7. Достоинства и недостатки метода акустической эмиссии

Традиционные методы НК используют, как правило, пространственно-ограниченные физические поля, возбуждаемые в изделии инструментом контроля. В отличие от известных методов, являющихся в этом смысле активами, метод АЭ является пассивным методом НК, т.е. источником регистрируемого физического поля является сам дефект. Причём природа этого поля и его параметры обеспечивают получение такой информации, какую невозможно получить, применяя другие методы НК. Сравнительная оценка методов НК и метода АЭ приведена в таблице № 1.[50]

Как пассивный метод НК метод АЭ имеет определённое сходство с другими пассивными методами – тепловым, вибрационным и другими. Особенно он близок к вибрационному методу. Однако принципиальным отличием метода от вибрационного заключается в том, что метод АЭ при решении задачи обнаружения дефекта конструкции позволяет непосредственно выявлять развивающиеся дефекты, а вибрационный метод выявляет только те дефекты, которые оказывают влияние на жёсткость объекта как цельной конструкции и его вибрационные характеристики.

Метод АЭ имеет целый ряд преимуществ перед традиционными методами неразрушающего контроля:

1). Первым достоинством метода является простота процесса для понимания исходящая из самой физики процесса [см. 1.7.] т.е. в связи с тем, что все контролируемые объекты являются материалами, которые находятся в твёрдом состоянии, то при появлении дефекта межатомные расстояния в них изменяются, увеличиваются и происходит разрыв межмолекулярной связи. В результате атомы в месте разрыва связи увеличивают свои колебания относительно своего основного положения. Эти колебания передаются соседним атомам – так рождается упругое колебание и в теле распространяется упругая волна. Процесс разрыва быстро затухает и поэтому упругое колебание имеет форму короткого импульса. Вот эти-то импульсы упругих колебаний, называемые «акустической эмиссией» (АЭ) и можно зарегистрировать преобразователями.
2). Чтобы родился импульс акустической эмиссии, нужна некая внешняя сила, деформирующая твёрдое тело. Эту силу можно привнести механическим способом – нагружая материал. Каждому уровню деформирования твёрдого тела соответствует определенное число связей, которые способны выдержать такую степень «растаскивания» атомов. Если деформировать материал ступенями нагрузки и регистрировать импульсы акустической эмиссии, то можно обнаружить закономерность, по которой изменяется число импульсов АЭ при деформировании тела. В зоне дефекта среда уже нагружена из-за концентрации механических напряжений. Поэтому импульсы АЭ появляются в зоне дефекта почти сразу после начала нагружения. Это – второе достоинство метода.
3). Импульс АЭ распространяется в виде сферической волны, как волна от камня, упавшего в воду. Если в разных местах изделия поставить по преобразователю – приёмнику импульсов АЭ, то, используя известные из радиопеленгации приёмы можно установить координаты точки, из которой вышел импульс АЭ. Тем самым, можно установить положение дефекта. Это – третье достоинство метода.
4). При наступлении критического напряженно-деформированного состояния контролируемого объекта интенсивность шума АЭ лавинообразно нарастает, что очень наглядно сообщает оператору о грядущей гибели конструкции. И это – тоже важное достоинство.
5). Также АЭ метод позволяет получать огромные массивы информации, оперативно и с минимальными затратами регулировать и продлевать эксплуатационный цикл ответственных промышленных объектов, помогает в прогнозировании вероятности возникновения аварийных разрушений и катастроф. Широкие возможности АЭ метод предоставляет и при исследовании различных свойств материалов, веществ, конструкций.
6). Интегральность метода, которая заключается в том, что, используя один или несколько датчиков установленных неподвижно на поверхности объекта, можно проконтролировать весь объект целиком (100% контроль). Это свойство метода особенно полезно при исследовании труднодоступных или совсем недоступных поверхностей контролируемого объекта.
7). В отличие от сканирующих методов НК, метод АЭ не требует тщательной подготовки поверхности объекта контроля. Следовательно, выполнение контроля и его результаты не зависят от состояния поверхности и качества её обработки. Изоляционное покрытие (если оно имеется) снимается только в местах установки датчиков.
8). Обнаружение и регистрация только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам (или по другим косвенным признакам – форме, положению, ориентации дефектов), а по степени их опасности т.е. влиянию на прочность для контролируемого объекта.
9). Высокая производительность, во много раз превосходящая производительность традиционных методов НК, таких как ультразвуковой, радиографический, вихретоковый, магнитный и др.

10). Дистанционность метода – возможность проведения контроля при значительном удалении оператора от исследуемого объекта. Данная особенность метода позволяет эффективно использовать его для контроля (мониторинга) ответственных крупногабаритных конструкций, протяженных или особо опасных объектов без вывода их из эксплуатации и вреда для персонала.
11). Возможность отслеживания различных технологических процессов и оценка технического состояния объекта в режиме реального времени, что позволяет предотвратить аварийное разрушение контролируемого объекта.
12). Максимальное соотношение эффективность \ стоимость.
Однако этот метод обладает не только достоинствами, но и недостатками:

1). Например, есть зарубежные комплекты дискриминаторов сигналов АЭ, которые слишком сложны т.к. к нему ещё требуются специальные кабели, комплекты преобразователей и предусилителей, специальное программное обеспечение (ПО).
2). Также не показывается коэффициент концентрации механических напряжений в интересующей точке конструкции.
3). К тому же метод АЭ предъявляет повышенные требования по квалификации и добросовестности операторов. Даже если при работе с прибором не требуется никакой дополнительной обработки результата измерения и результат автоматически отображается на дисплее, для обработки данных получаемых приборами, использующими эффект АЭ, надо уметь понимать такие картинки, и поэтому их анализ доступен только высококвалифицированным специалистам. Очевидно, что практикам удобнее и проще работать, когда им не потребуется приобретать громоздкое, сложное и дорогостоящее оборудование для обработки данных, содержать дорогих, высококлассных специалистов для работы на нём, переживать за его техническое состояние.
4). Также к недостаткам можно отнести и то, что достоверность засечки цели – дефекта – заметно зависит от конструктивных особенностей объекта. Ведь упругая волна не просто распространяется от дефекта к приёмнику – по пути она претерпевает множество искажений (отражения от неоднородностей, от стенок конструкции, трансформации волн).
5). Методы обнаружения акустической эмиссии эффективны тогда, когда в объекте контроля отсутствует высокочастотная вибрация, возбуждаемая другими источниками, например, потоками газа или жидкости, как это имеет место в трубопроводах под давлением.

6). Если конструкция находится в постоянном напряженно–деформированном состоянии, то и щелчков никаких аппаратура не зарегистрирует – такова физика. Значит, объект надо нагружать в процессе контроля. Это не всегда удобно или даже возможно. В некоторых методиках требуют такого уровня нагружения, что после испытания АЭ вообще не нужна – ведь испытание «опрессовкой» уже дало прямой ответ на поставленный вопрос: либо объект выдержал и будет далее под рабочим давлением работать, либо разрушился.
7). Также недостатком метода акустической эмиссии, ограничивающей его применение, является в ряде случаев трудность выделения сигналов акустической эмиссии из помех. Это объясняется тем, что сигналы акустической эмиссии являются шумоподобными, поскольку акустическая эмиссия есть стохастический импульсный процесс. Поэтому, когда сигналы АЭ сравнимы по амплитуде с уровнем шумов, т.е. малы по амплитуде, выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу. Однако когда размеры дефекта существенно увеличиваются и приближаются критическому значению, амплитуда сигналов АЭ и темп их генерации резко увеличиваются. Это приводит к значительному возрастанию вероятности обнаружения такого источника АЭ.
8). АЭ контроль объектов проводится только при создании или существовании в конструкции напряжённого состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкцией объекта условиями его работы, характером испытаний.

Таблица № 1

Таблица сравнительной оценки методов НК и метода АЭ

Традиционные методы НК	Метод АЭ
Большая трудоёмкость подготовительных работ и контроля	Трудоёмкость подготовительных работ в сотни раз меньше
Невозможность распознавания дефектов, которые развиваются под действием эксплуатационных нагрузок	Обнаруживаются и локализуются наиболее опасные (развивающиеся под действием эксплуатационных нагрузок) виды дефектов
Для проведения контроля требуется полное прекращение эксплуатации объекта	Контроль может осуществляться в условиях реальной эксплуатации или при воздействии эквивалентных испытательных нагрузок при кратковременной остановке

1.13. Общие выводы по Акустическим методам неразрушающего контроля

Из приведённого выше анализа акустических методов НК можно сделать следующие основные выводы:

1. Акустические методы НК находят широкое применение в дефектоскопии и толщинометрии и частично в структурометрии.

2. Акустические методы позволяют выявлять дефекты размером порядка долей и единиц микрометров на глубинах до единиц метров.

3. Акустические методы позволяют выявлять дефекты, как в магнитных, так и в немагнитных материалах.

4. Акустические методы позволяют выявлять дефекты как в процессе производства изделий, например при производстве изделий электронной техники (ИЭТ), так и в условиях их эксплуатации.

5. Акустические методы могут быть использованы для выявления наличия вещества на молекулярном уровне.

6. Акустические методы широко используются для проведения различных медицинских исследований, в том числе для производства ультразвуковых исследований (УЗИ). [42]
Большинство современных процессорных дефектоскопов имеют встроенную энергонезависимую память, что даёт возможность запоминать полученные в процессе контроля результаты, передавать эти результаты в ПК для последующей расшифровки и представления в виде документа. Каждый из приборов имеет свой набор данных, протокол обмена и вариант представления результатов контроля. При этом трудоёмкий процесс расшифровки, хранения и окончательного представления данных остаётся за пользователями дефектоскопов. Хранение результатов контроля в виде компьютерных баз данных упрощает сбор и подготовку первичной информации для последующего использования в автоматизированных переносных, стационарных или мобильных комплексах НК.
Метод акустико-эмиссионной диагностики, как метод неразрушающего контроля, обладает не только более высокой производительностью (в сотни раз превосходящей производительность классических методов неразрушающего контроля, таких как рентген, ультразвук и др.), но и даёт ответ на главный вопрос – имеются ли в материале конструкции потенциально опасные дефекты, которые в будущем могут стать причиной разрушения, и оценить степень их опасности. А также позволяет повысить безопасность эксплуатации, продлить ресурс работы оборудования, заменить гидравлические испытания сосудов давления пневматическими, существенно сократив сроки регламентных работ технологических установок.