مبانی

آکوستیک امیشن یک آزاد شدن ناگهانی و گذرای انرژی است که به دلیل تغییر شکل مواد، شکست ساختاری یا موارد مشابه اتفاق می‌افتد. آکوستیک امیشن مشابه زمانی است که سنگ­ها در رویدادهای لرزه‌ای طبیعی ترک می‌خورند. این انتشار مدت زمان کوتاهی دارد. وسعت یا دامنه انتشار گذرا در مقیاس ریشتر از 0 تا 10 اندازه‌گیری می‌شود. تفاوت عمده بین رویدادهای انتشار لرزه‌ای و صوتی، در طیف فرکانس است. برای لرزه، در منطقه 0 تا 60 هرتز (چرخه در ثانیه) است، درحالی که طیف فرکانس برای AE معمولا بین 20 تا 1000 کیلوهرتز است. صنعت لرزه نگاری برای شناسایی رویدادهای زمین لرزه در فواصل طولانی استفاده می­شود. فیزیک ثابت می کند که هر چه فاصله بیشتر باشد، تضعیف (جذب) انرژی که در فرکانس های بالاتر صورت می گیرد بیشتر است. از این رو از سنسورهای فرکانس پایین استفاده می شود.

آزمون آکوستیک امیشن، بیشتر در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود و در آن فاصله بین سنسورها به ندرت از 30 متر بیشتر می‌شود. بنابراین استفاده از سنسورهای فرکانس بالا یک مزیت است. با استفاده از حسگرهای فرکانس بالا و حذف منابع نویز ناخواسته یا نامرتبط با فرکانس پایین با فیلترهای باند گذر (برای اولین بار در اوایل دهه 1960 مورد استفاده قرار گرفت)، سیگنال‌های آکوستیک را می‌توان در حالی که در محیط عملیاتی هستند شناسایی کرد. رایانه‌های پرسرعت و نرم‌افزارهای بهبودیافته امکان بررسی دقیق شکل‌های موج آکوستیک امیشن و انجام ارزیابی با دقت بیشتری را فراهم کرده‌اند.

از زمان آغاز به کار آکوستیک امیشن در سال 1968، پیشرفت‌های فوق‌العاده‌ای در فناوری کامپیوتر و نرم‌افزار صورت گرفته‌است که به نوبه خود بر استفاده از تکنیک‌های تشخیص AE و سرعت جمع‌آوری داده‌ها تأثیر گذاشته‌است. بعنوان مثال، از آنجایی که ضبط و وضوح داده در سال 1986 تقریباً 100 میلی ثانیه (ms) طول می‌­کشید، ثبت همه موارد گذرا دشواربود. در مقایسه، در سال 2001 داده‌ها را می‌توان با سرعت 250 نانوثانیه (ns) جمع‌آوری و به جای تنها 120 مگابایت، می‌توان گیگابایت داده را ذخیره‌کرد. این امر فناوری و قابلیت اطمینان این روش NDT را بسیار بهبود بخشید. شکل‌های 1 و 2 ماهیت دریافت انتشار صوتی و سیگنال دریافتی توسط نرم افزار تجزیه و تحلیل AE را نشان می‌دهند.

دریافت آکوستیک امیشن

شکل 1: دریافت آکوستیک امیشن

نمایش یک شکل موج آکوستیک امیشن

شکل 2: نمایش یک شکل موج آکوستیک امیشن

اثر ماده بر ماهیت سیگنال آکوستیکی

هنگام استفاده از آزمون آکوستیک امیشن، دانستن تا حد امکان در مورد تاریخچه سازه و مواد مورد استفاده در ساخت آن مهم است. درک اینکه چگونه هر یک از این عوامل بر سیگنال آکوستیک امیشن تأثیر می گذارد، مهم است. بعنوان مثال خواص مواد می‌تواند در طول زمان در پاسخ به عوامل محیطی مختلف تغییر کند. بنابراین هرچه اطلاعات بیشتر در مورد تاریخچه سازه شناخته شود، تجزیه و تحلیل داده‌های آکوستیک امیشن دقیق‌تر خواهدبود. یکی از عوامل تاریخی که گاهی نادیده گرفته می‌شود، قدمت سازه است. موادی که به هر دلیلی تحت تغییرات تنش قابل توجهی قرار گرفته‌اند، دچار خستگی فلز می‌شوند و ماهیت آکوستیک امیشن و همچنین چقرمگی شکست تغییر می‌کند.

یکی دیگر از عوامل تاریخی که باید درنظر گرفته‌شود، تاریخچه بارگذاری سازه است. اثر کایزر یک پدیده آکوستیک امیشن است که بعنوان عدم وجود انتشار صوتی قابل تشخیص تا زمانی که از سطح تنش اعمال شده قبلی فراتر رود تعریف می‌شود. اثر کایزر در بسیاری از مقالات اولیه در مورد آکوستیک امیشن به خوبی بیان می‌شود. به طورخلاصه، این اثر غیرقابل برگشت بر ساختار مورد آزمایش است. با این‌حال، این اثر را می‌توان با دما و خستگی فلز به دلیل شرایط عملیاتی از بین برد.

به همین دلیل اکیداً توصیه می‌شود که بار آزمایشی بر اساس تاریخچه سازه باشد. به عنوان یک راهنما، بار آزمایشی باید حداقل 5 درصد بیشتر از بالاترین بار عملیاتی یا فشاری باشد که سازه طی شش ماه گذشته دیده است. (این اطلاعات را می‌توان از سوابق عملیاتی سازه به دست آورد). رفتار اصلی ترک را می‌توان به سه بخش عمده طبقه‌بندی کرد: شروع، رشد و شکست فاجعه بار. هر مرحله دارای ماهیت و رفتار آکوستیک امیشن متمایز به خود است.(شکل 3).

ماهیت رفتاری ترک در آکوستیک امیشن

شکل 3: ماهیت رفتاری ترک

شروع ترک در مرحله اول شکل 3 مشخص است. ترک ها ممکن است به دلایل مختلفی شروع شوند. از جمله این موارد می توان به Pitting، آسیب مکانیکی، نقص در فلز پایه یا جوش و خستگی فلز اشاره کرد. با توجه به حالت شکننده و چقرمگی شکست ماده، دامنه سیگنال آکوستیکی ممکن است کوچک یا بزرگ باشد. برای مثال، برای فولادهای مخازن تحت فشار معمولی که  در سرویس بوده‌اند، احتمالاً دامنه‌ای در حدود 60 تا 70 دسیبل را برای منابع نزدیک به سنسور آکوستیک امیشن نشان می‌دهد. (هرچه فاصله بین سنسور و منبع بیشتر باشد، سطوح پایین‌تر خواهدبود.)

 در مرحله دوم شکل 3 شروع ترک مشخص است. رشد تدریجی ترک یک تابع پله ای است. در طول این مرحله، انرژی معمولاً با نزدیک شدن ترک به فاز فاجعه‌بار افزایش می‌یابد. آزمایش‌های عملی آکوستیک امیشن افزایش انرژی و دامنه انتشار صوتی را نشان می‌دهند. بسیار دشوار است که مشخص کنیم که چه مقدار خواهد بود، زیرا این دوباره تحت تأثیر مواد قرار می گیرد. برای مخازن تحت فشار رایج (فولادها)، در یک فاصله معین در اوایل مرحله بحرانی، مقادیر آکوستیک امیشن احتمالاً بالاتر از 70 دسی بل است. نزدیکتر به فاز فاجعه بار، مقدار دامنه آکوستیک امیشن بین 80 و 100 دسی بل خواهد بود.

یکی دیگر از شاخص‌های خوب که نشان می‌دهد سازه دچار مشکل است، افزایش سطح داده­‌های آکوستیک امیشن ثبت‌شده در طول دوره‌های نگهداری است. یعنی بارگذاری تا 10 درصد بالاتر از ماگزیمم فشار کاری طی 6 تا 12 ماه گذشته، در چند مرحله بصورت پلکانی و نگهداری در هر مرحله. اگر در هر مرحله سطح داده­ها افزایش یابد، نشان دهنده گسترش و رشد عیب می­باشد. (معمولاً 10 تا 15 دقیقه در 75%، 85%، 100% فشار، و سپس 30 دقیقه در طول دوره فشار نهایی 110%).

 

دانلود مقاله تجزیه و تحلیل آکوستیک امیشن-بخش اول

print