Акустические (ультразвуковые) методы контроля утечек

В общем случае акустические методы включают контроль энергетических характеристик колебаний, дающих представление об общем состоянии диагностируемого объекта и постепенном его «старении», и спектрально-акустический анализ, посредством которого определяются изменение амплитуд вибрации в широком диапазоне частот, уточняют место и характер возникшего нарушения. Благодаря таким преимущества, как полнота получаемых сведений о состоянии элементов трубопровода, малое число используемых датчиков и быстродействие, акустический метод контроля привлекает к себе серьезное внимание специалистов из различных областей техники.

Акустические методы контроля делятся на две группы:

· активные методы, основанные на излучении акустических колебаний и волн;

· пассивные методы, основанные только на приеме колебаний и волн.

Активные методы, в свою очередь, подразделяются на две группы с использованием бегущих и стоячих волн.

Ультразвуковой контроль (УЗК)основывается на законах распространения, преломления и отражения упругих волн частотой 0,5÷24 МГц. При наличии дефектов в металле поле упругой волны изменяет в окрестностях дефекта свою структуру.

Преимущество ультразвуковых детекторов перед другими средства проверки объясняется природой звуковых и ультразвуковых волн. Поскольку звуковые волны имеют большую длину, то они могут проникать через стены и компоненты оборудования, а также могут отражаться от различных поверхностей. Все это затрудняет определение местоположения источника подобных волн. Ультразвуковые волны, имя исключительно небольшую длину, распространяются по прямой. Они не могут проникать через твердые тела, но в то же время проходят через мельчайшие отверстия. Подобные свойства ультразвуковых волн делают ультразвуковые детекторы, оснащенные соответствующими акустическим линзами, невосприимчивыми к внешнему шуму.

В дефектоскопии обычно применяют следующие основные методы УЗК: теневой, зеркально-теневой и эхо-метод, а также их модификации.

При теневом методе используют звуковую «тень» за дефектом, т. е. ослабление амплитуды прошедшей волны. Излучать и приемник ультразвука располагают соосно на противоположных поверхностях излучателя. Теневой метод можно применять только при двухстороннем доступе к изделию.

При эхо-методе в качестве признака дефекта используют сигнал, отражаемый поверхностью дефекта. Эхо-метод наиболее широко применяется на практике. Кроме преимущества одностороннего доступа для него характерна наибольшая «чувствительность» к выявлению мелких дефектов.

При использовании зеркально-теневого метода признаком дефекта служит ослабление амплитуды сигнала, отраженного от противоположной поверхности (ее обычно называют донной поверхностью) изделия. Этот метод дополняет эхо-метод тем, что позволяет выявлять наклонные дефекты, не дающие прямого отражения.

Теневой метод основан на использовании как непрерывных, так и импульсных колебаний; с помощью остальных методов определяют дефекты обычно по импульсным колебаниям. При любом из перечисленных методов контроля применяют приборы и устройства с двумя искательными головками, одна из них выполняет функцию излучателя, другая – приемника. Такая схема включения называется раздельной.

Эхо-метод и зеркально-теневой чаще используют импульсный режим колебаний. В этом случае может быть применена одна искательная головка, которая в промежутках времени между излучаемыми импульсами выполняет роль приемника (принцип радиолокации); такая схема называется совмещенной.

Корреляционный метод применяют при сильных акустических помехах или недосягаемости трубопровода. В этом случае шум утечки прослушивают в двух точках поврежденного трубопровода. Так как точки находятся на различных расстояниях от места повреждения, то на прохождение расстояния шумом утечки требуется разное время. По известному расстоянию между точками измерения и разности времени пробега сигналов коррелятор точно рассчитывает место дефекта.

При ультразвуковой дефектоскопии используют следующие типы упругих волн: продольные, поперечные, поверхностные и нормальные.

Признаками наличия дефектов при УЗК являются:

· превышение амплитуды отраженного сигнала над заданным уровнем фиксации (при эхо-методе);

· ослабление амплитуды прошедшего сигнала ниже заданного уровня (при теневом методе);

· ослабление амплитуды сигнала, отраженного от противоположной грани изделия (данного сигнала) или от какого-либо экрана (при зеркально-теневом методе).

Недостатком акустических систем обнаружения утечек, основанных на замере акустических колебаний на поверхности материала труб или контакта с жидкостью в трубе, является необходимость дополнительных работ по обеспечению непосредственного контакта датчиков с поверхностью труб или установки гидрофонов (на подводных трубопроводах). Достаточно развитым направлением акустической диагностики, исключающем эти недостатки, является использование автономных средств, пропускаемых внутри трубопровода.

Акустические методы не могут быть использованы для трубопроводов из пластиковых труб и трубопроводов большого диаметра (свыше 500 мм). Вместе с тем акустические методы в различных модификациях находят широкое применение для обнаружения утечек в напорных трубопроводах.