Anyagvizsgáló és Állapotellenőrző Laboratórium Atomerőművi anyagvizsgálatok Az akusztikus emisszió vizsgálata a műszaki diagnosztikában Anyagvizsgálati módszerek Roncsolásos metallográfia, kémia, szakító, Charpy-féle ütő, különböző technológiai vizsgálatok Roncsolásmentes radiográfiai, ultrahangos, mágnesezhető poros, folyadékbehatolásos, akusztikus emissziós vizsgálatok 1
Az akusztikus emisszió keletkezése A szilárd testben tárolt energia felszabadulása közben keletkező és terjedő mechanikai hullám. Tehát ha a szilárd anyagban tárolt energia valamilyen külső vagy belső hatás következtében felszabadul, jelentkezik az akusztikus emisszió. Ilyen jelenséggel nem csak a fémek esetében lehet találkozni, hanem geológiai megfigyelések során is, de az élő fa növekedése esetében is megfigyelhető. Az akusztikus emissziós spektrum A fent látható igen széles spektrumból a 100 khz és 1MHz közötti tartományt szokás klasszikus értelemben az akusztikus emisszió területének tekinteni. 2
Jelforrások osztályozása 1 Ha az akusztikus emisszióról mint roncsolásmentes diagnosztikai eljárásról beszélünk, akkor figyelmünk az un. makroszkópikus források felé fordul. Ilyenek például: törés képlékeny-zóna növekedés a repedés terjedése nélkül repedés-növekedés Jelforrások osztályozása 2 Ha tevékenységünket az anyagszerkezet-kutatás körében végezzük, akkor figyelmünket az un. mikroszkópikus források felé kell fordítani. Ezek lehetnek: diszlokáció-keletkezés, vándorlás kiválások létrejötte fázis átalakulások 3
Jelforrások osztályozása 3 A jelforrásokcsoporjában kell megemlítenünk a következő jelenségeket, bár nem tartoznak az akusztikus emisszió tárgykörébe, azonban az általuk generált hangjelenségeket az akusztikus emisszió apparátusával tudjuk vizsgálni. Ilyenek: súrlódás szivárgás elszabadult tárgyak felütődése áramlással összefüggő jelenségek (pl.: kavitáció) Az akusztikus emisszió mint mechanikai hullám Általánosságban elmondható, hogy az akusztikus hullámok az anyag belsejében longitudinális és/vagy transzverzális formában terjednek. 4
Longitudinális hullám A közeg elemei csak a terjedés irányában mozdulnak el. A longitudinális hullám terjedési sebessége v L E 1 (1 ) (1 2 ) Transzverzális hullám v T G E 1 2 (1 ) ahol: E rugalmassági modulus [N/mm 2 ] sűrűség [kg/m 3 ] G nyírási modulus [N/m 2 ] Poisson-szám 5
A vizsgálat célja Az anyagban keletkező hanghatás révén a kiváltó jelenséget minél pontosabban azonosítani. Ennek módszere, hogy az észlelt jelet igyekszünk minél pontosabban leírni megfelelően megválasztott paraméterekkel. Fontos tudni, hogy a mérőrendszer kimenetén megjelenő villamos jelek nemcsak a hangforrás, hanem a hangterjedési út, az érzékelő és a műszerek tulajdonságait is magukon viselik. Egyedi hangesemény 6
Jelfeldolgozás Érzékelő Jelfeldolgozás Mérőáramkörök Értékelés, tárolás Az akusztikus emissziós méréstechnikában több csatornával és sokcsatornás készülékkel dolgozunk amelyek az egyes detektorok által vett jelek közötti összefüggéseket is mérik. Akusztikus emissziós érzékelő Fizikai elv szerint lehetnek: elektromágneses kapacitív elven működő fotoakusztikus hatáson alapuló piezorezisztív 7
Piezoelektromos érzékelők Elve: bizonyos keramikus anyagok a mechanikai alakváltozás alatt polarizációs irányban, két párhuzamos fémelektródán elektromos töltésváltozást hoz létre. A töltésváltozás a deformáció mértékével arányos. Az érzékelő felépítése Jellemzők: reciprocitás érzékelési frekvencia érzékenység 8
Rezgés számláló Burkoló görbe RMS mérő Mérőáramkörök Egy egycsatornás készülék általánosított blokkdiagramja. Átlag mérő Komparátor Esemény időtart. Csúcsdetektor Jel-processz. Óragenerátor Számláló Számláló Rezgésszám Átlag érték Idő Esemény szélesség Felfutás Amplitúdó RMS Paraméter Lokalizáció Az akusztikus eseményeket több érzékelővel észleljük. A mérőeszköz és a jelfeldolgozás vonatkozásában együtt kezelt érzékelőcsoportot vizsgáljuk. Az elsőként megszólaló érzékelőhöz képest mérjük azokat az időkéséseket, amelyekkel a kiválasztott érzékelőcsoport tagjai megszólalnak. A hanghullám terjedési sebessége és az elrendezés geometriája ismeretében kiszámítható a forráshely pontos koordinátája. 9
Zóna lokalizálás Lokalizációs modellek 1 Folyamatos jelek 1 T T RMS 0 f 2 (t) dt Lokalizációs modellek 2 Keresztkorrelációs lokalizálás folyamatos jelek függvény csúcshelyzete 10
Lokalizációs modellek 3 Esemény lineáris lokalizálása egyedi hangesemények mérendő Dt (vagy ismert) Esemény síkbeli lokalizálása Egyedi események Módszer (hiperbola, kör) 11
Kaiser - effektus Akusztikus emissziós jelek értékelése 12
Alkalmazási területek 1 Tartály vizsgálat Alkalmazási területek 2 Atomerőművi reaktortartály vizsgálat 13
Alkalmazási területek 3 Szivárgásdetektálás 14
Alkalmazási területek 4 Gyártmány felügyelet Alkalmazási területek 5 Kutatás, anyagszerkezeti vizsgálat 15
VÉGE 16