Akustické emise šetří čas, peníze i testovaná zařízení

Jaké jsou výhody této metody oproti stávajícím, pro jaké aplikace je vhodná a na jakém principu je vlastně založena, vysvětluje Peter Palička, který ve společnosti TÜV SÜD Czech zastává pozici inspektora a gestora pro nedestruktivní testování.
Nedestruktivní metody testování hrají stále větší roli jak v klasických průmyslových odvětvích, tak i v nových oblastech, jako je vodíková energetika. Obor, který kdysi nabízel jen šest základních metod testování (mimo jiné rentgen, ultrazvuk, kapilární a magnetické metody), se rozšířil o nové postupy, jako jsou neutronová radiografie, termografie, holografické zobrazování, magnetická rezonance či tomografie. A také o metodu snímání akustických emisí (AE) – ta byla sice vyvinuta již v padesátých letech minulého století v USA, ale její širší uplatnění přišlo až s nástupem počítačů a elektronických programů, které rychle a podrobně analyzují detekované signály.

Jak tato metoda funguje?
Jedná se obdobně jako u detekce seismických vln o pasivní metodu měření toho, co se za určitých podmínek děje v objemu materiálu – pracujeme ovšem s daleko menšími tělesy. Při zatěžování materiálů vnitřními nebo vnějšími silami vznikají „elastické napěťové vlny“. Lze je označit také jako akustické, byť jsou pro lidské ucho neslyšitelné, protože jejich frekvenční pásmo je od cca 20 kHz do 1 MHz. Tyto vlny se šíří tělesem, na jehož povrchu jsou při testování umístěny speciální piezoelektrické snímače připojené k počítači, kde jsou přijaté signály zpracovávány prahovými a amplitudovými analyzátory. Vyhodnocujeme řadu hodnot, jako četnost tzv. emisních událostí nebo počet překmitů s amplitudou překračující stanovený práh, stupeň deformace signálu a mnoho dalších, ale obecně lze AE rozdělit do dvou hlavních typů, které detekují rozdílné vady: Spojitá AE ukazuje např. na netěsnosti (úniky média z tlakového systému) nebo plastickou deformaci materiálu, nespojitá AE zase na trhliny nebo korozní úbytky.

Kde nachází AE uplatnění?
Prakticky všude, kde dochází jak ke statickému, tak dynamickému namáhání materiálů. Třeba u mostních a jiných periodicky namáhaných konstrukcí. U nás má největší uplatnění především v oblasti tlakových nádob a systémů na nejrůznější technické plyny. Konkrétně se to týká přepravitelných tlakových nádob, kde předpis ADR – Dohoda o mezinárodní silniční přepravě nebezpečných věcí – umožňuje nahradit hydrostatické tlakové zkoušky bezešvých ocelových lahví odpovídajícím postupem (podle normy EN ISO 16148:2016) metodou AE.

Jaké jsou výhody AE oproti hydrostatické zkoušce?  
Hydrostatická zkouška probíhá, zjednodušeně řečeno, tak, že testovaná nádoba či potrubí se natlakuje vodou na 1,35násobek provozního tlaku. Jenomže jediný výsledek takové zkoušky je, že nádoba buďto vydrží, nebo ne (praskne), případně se někde objeví netěsnosti. Ovšem nic jiného nezjistíte. Metodou akustických emisí toho můžeme zjistit daleko více, navíc je i k danému zařízení šetrnější. Potřebné tlakování, aby došlo k namáhání materiálu a tím i generování akustických vln, se provádí jen do úrovně 1,1násobku provozního tlaku. Přitom výsledkem je zjištění nejrůznějších aktivních vad, které hydrostatická zkouška neodhalí – zárodky vznikajících trhlin, prasklin, netěsností i korozních úbytků. Sice neumíme metodou AE určit jejich přesný tvar či objem, ale dokážeme spolehlivě lokalizovat jejich polohu a posléze případně provést další defektoskopická měření pomocí jiných neinvazních diagnostických metod, jako je rentgen, ultrazvuk atp.
Další výhodou je, že tlakování se může provádět i pomocí provozního média. Odpadá tedy nutnost jej před zkouškou vypustit, naplnit systém vodou a tu pak následně vypustit a ekologicky zlikvidovat. A nadto ještě celou nádobu také dokonale vysušit, protože u mnoha aplikací by zpětně napuštěné provozní médium mohlo s vodou reagovat – typicky třeba u zásobníků na oxid siřičitý by došlo k reakci na kyselinu sírovou a tím i mohutné korozi vnitřního povrchu, nebo u vodíkových nádob může při nedostatečném vysušení lahve dojít k rozvoji mezikrystalické koroze. Tato rizika AE spolehlivě eliminuje, čímž šetří nejen zákazníkův čas, ale i peníze.

Jak dlouho trvá zkouška metodou AE?
Záleží na typu a množství tlakových nádob, které testujeme. Disponujeme mobilním zařízením, s nímž vyjíždíme do terénu přímo za zákazníky. Má 38 kanálů, tzn., že najednou jsme schopni snímat signály z 38 sond, přičemž na každou tlakovou lahev umisťujeme dvě sondy, takže jsme schopni testovat současně 19 lahví.
Co se týče časové náročnosti – nejprve provádíme montáž snímačů a nastavení celého měřicího systému, což trvá asi hodinu a půl. Poté zahájíme samotnou zkoušku, kdy se začíná s tlakováním na 80 % provozního tlaku, který postupně zvyšujeme rychlostí cca 1 až 2 barů za minutu až na již zmíněný 1,1násobek (což zabere další asi hodinu a půl). Nakonec ještě necháváme 15 minut tzv. výdrž za konstantního tlaku. Obecně lze říci, že jsme tímto způsobem schopni denně otestovat cca 120 tlakových lahví. Například u bateriových vozů je možné otestovat najednou celý návěs/přívěs bez nutnosti rozebírat svazky lahví. U tlakových nádob o větších velikostech, na něž je potřeba umístit více sond, je tato doba samozřejmě delší.

Jaké jsou perspektivy této metody do budoucna?
U nás je zatím tahle zkouška uznávána za plnohodnotnou náhradu hydrostatické tlakové zkoušky pouze u přepravitelných tlakových zařízení. Ale stejně jako v západní Evropě se tato metoda již uplatňuje v mnoha dalších oborech – u elektrárenských a plynárenských společností, v chemickém a petrochemickém průmyslu, u výrobců i uživatelů kotlů a obecně všech tlakových nádob a zásobníků.
A jak již bylo řečeno, dá se využít například také u mostních konstrukcí k odhalování skrytých vad či potenciálních rizik v nosných materiálech. Proto jsme také jako TÜV SÜD usilovali o akreditaci této nedestruktivní metody zkoušení a do budoucna ji chceme nabízet zákazníkům v ČR jako rychlejší a spolehlivější způsob periodického ověřování bezpečnosti jimi provozovaných zařízení v mnoha oblastech, nejen u tlakových nádob.

Děkujeme za rozhovor.
Převzato z TÜV SÜD Czech
Foto: TÜV SÜD Czech

Publikováno: 16. 10. 2023 | Počet zobrazení: 307 43